物聯(lián)網(wǎng)概述及其科學(xué)應(yīng)用專業(yè)培訓(xùn)教案

1、物聯(lián)網(wǎng)概述及其科學(xué)應(yīng)用專業(yè)培訓(xùn)教案學(xué)習(xí)任務(wù)物聯(lián)網(wǎng)的起源與開展 物聯(lián)網(wǎng)的定義 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 Click to add title in here 123主要涉及：1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與開展物聯(lián)網(wǎng)作為一種模糊的意識或想法而出現(xiàn)，可以追溯到上世紀(jì)末。1995年比爾蓋茨在?未來之路?一書中就已經(jīng)提及類似于物品互聯(lián)的想法，只是當(dāng)時受限于無線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感設(shè)備的開展，并未引起重視。1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與開展1999年，美國麻省理工大學(xué)Auto-ID研究中心的創(chuàng)立者之一的Kevin Ashton教授在他的一個報告中首次使用了“Internet of Things這個短語，事實上，Auto-ID中心的目標(biāo)

2、就是在Internet的根底上建造一個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)計算機(jī)與物品objects之間的互聯(lián)，這里的物品包括各種各樣的硬件設(shè)備、軟件、協(xié)議等等。1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與開展1999年至2003年，物聯(lián)網(wǎng)方面的工作局限于實驗室中，這一時期的主要工作集中在物品身份的自動識別，如何減少識別錯誤和提高識別效率是關(guān)注的重點。2003年，“EPC決策研討會在芝加哥召開。作為物聯(lián)網(wǎng)方面第一個國際會議，該研討會得到了全球90多個公司的大力支持。從此，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作開始走出實驗室。1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與開展經(jīng)過工業(yè)界與學(xué)術(shù)界的共同努力，2005年物聯(lián)網(wǎng)終于大放異彩。這一年，國際電信聯(lián)盟ITU發(fā)布了題為?ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2

3、005：物聯(lián)網(wǎng)?的報告，物聯(lián)網(wǎng)概念開始正式出現(xiàn)在官方文件中。1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與開展從此以后，物聯(lián)網(wǎng)獲得跨越式的開展，美國、中國、日本以及歐洲一些國家紛紛將開展物聯(lián)網(wǎng)根底設(shè)施列為國家戰(zhàn)略開展方案的重要內(nèi)容。在美國，IBM提出了“智慧地球的設(shè)想，其中物聯(lián)網(wǎng)是不可缺少的一局部，2021年1月，美國將其提升到國家戰(zhàn)略。1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與開展在歐洲，2021年6月，歐盟在比利時首都布魯塞爾向歐洲議會、歐洲理事會、歐洲經(jīng)濟(jì)與社會委員會和地區(qū)委員會提交了以?物聯(lián)網(wǎng)歐洲行動方案?為題的公告，其目的是希望歐洲通過構(gòu)建新型物聯(lián)網(wǎng)管理框架來引領(lǐng)世界物聯(lián)網(wǎng)開展。 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與開展歐盟委員會提出物聯(lián)網(wǎng)

4、的三方面特性：第一，不能簡單的將物聯(lián)網(wǎng)看做互聯(lián)網(wǎng)的延伸，物聯(lián)網(wǎng)建立在特有根底設(shè)施上，將是一系列新的獨立系統(tǒng)，當(dāng)然，局部根底設(shè)施仍要依存于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)。第二，物聯(lián)網(wǎng)將伴隨新的業(yè)務(wù)共同開展；第三，物聯(lián)網(wǎng)包括了多種不同的通信模式，物與人通信，物與物通信，其中特別強(qiáng)調(diào)了包括機(jī)對機(jī)通信M2M。1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與開展在我國，2021年8月溫家寶總理視察無錫中科院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心時指出并強(qiáng)調(diào)，要盡快突破物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，把傳感技術(shù)和TD的開展結(jié)合起來，此后，我國官方對物聯(lián)網(wǎng)的屢次提議和眾多規(guī)劃表示我國物聯(lián)網(wǎng)的開展已正式提上議事日程。2.1 物聯(lián)網(wǎng)概念 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為“The Internet of

5、Things，由該名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看，物聯(lián)網(wǎng)就是通過Internet將眾多信息傳感設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)連接起來并在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)對物品身份進(jìn)行識別的分布式系統(tǒng)。 2.1 物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。當(dāng)時基于互聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)、EPC標(biāo)準(zhǔn)，在計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的根底上，利用射頻識別技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，構(gòu)造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)“Internet of things IOT，簡稱物聯(lián)網(wǎng)。2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 1. 物聯(lián)網(wǎng)定義目前較為公認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別RFID裝置、紅外感應(yīng)器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)

6、備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)每個而不是每種物品能夠被唯一標(biāo)識后，利用識別、通信和計算等技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)根底上，構(gòu)建的連接各種物品的網(wǎng)絡(luò)，就是人們常說的物聯(lián)網(wǎng)。2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 物聯(lián)網(wǎng)中的“物的涵義要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)的范圍： 要有相應(yīng)信息的接收器； 要有數(shù)據(jù)傳輸通路； 要有一定的存儲功能； 要有CPU；2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 要有操作系統(tǒng)； 要有專門的應(yīng)用程序； 要有數(shù)據(jù)發(fā)送器； 遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議； 在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識別的唯一編號。2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 2.物聯(lián)網(wǎng)的開展與形

7、成 物聯(lián)網(wǎng)的開展跟互聯(lián)網(wǎng)是分不開的，主要兩個層面的意思：物聯(lián)網(wǎng)的核心和根底仍然是互聯(lián)網(wǎng)，它是在互聯(lián)網(wǎng)根底上的延伸和擴(kuò)展;第二，物聯(lián)網(wǎng)是比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)連接延伸到了任何的物品和物品之間，這些物品可以通過各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，進(jìn)行更為復(fù)雜的信息交換和通信。2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 3 物聯(lián)網(wǎng)的三大特征 一般認(rèn)為,物聯(lián)網(wǎng)具有以下的三大特征: 全面感知利用RFID 、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息?？煽總鬟f通過無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準(zhǔn)確地傳遞給用戶。2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 智能處理利用云計算、數(shù)據(jù)挖掘以及模糊識別等人工智能技術(shù)，對海量的數(shù)據(jù)和信

8、息進(jìn)行分析和處理，對物體實施智能化的控制。物聯(lián)網(wǎng)概念模型 2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 4. 物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識方面的誤區(qū) 誤區(qū)之一，把傳感器網(wǎng)絡(luò)或RFID網(wǎng)等同于物聯(lián)網(wǎng)。誤區(qū)之二，把物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)成互聯(lián)網(wǎng)的無邊無際的無限延伸，把物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)成所有物的完全開放、全部互連、全部共享的互聯(lián)網(wǎng)平臺。 2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 誤區(qū)之三，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)就是物-物互聯(lián)的無所不在的網(wǎng)絡(luò)，因此認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是空中樓閣，是目前很難實現(xiàn)的技術(shù)。 誤區(qū)之四，把物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)成個筐，什么都往里裝；基于自身認(rèn)識，把僅僅能夠互動、通信的產(chǎn)品都當(dāng)成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學(xué)科，它所涉及的核心技術(shù)包括IPv6技術(shù)、云計算技術(shù)、傳

9、感技術(shù)、RFID智能識別技術(shù)、無線通信技術(shù)等。因此，從技術(shù)角度講，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)主要涉及的專業(yè)有：計算機(jī)科學(xué)與工程、電子與電氣工程、電子信息與通訊、自動控制、遙感與遙測、精密儀器、電子商務(wù)等等。3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論歐盟于2021年9月發(fā)布的?歐盟物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖?白皮書中列出13類關(guān)鍵技術(shù)，包括： 標(biāo)識技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)和信號處理技術(shù)、軟件和算法、發(fā)現(xiàn)與搜索引擎技術(shù)、電源和能量儲存技術(shù)等。3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系框架 3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 1. 感知、網(wǎng)絡(luò)通信和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù) 傳感和識別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知物理世界獲取信息和實現(xiàn)物體控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器

10、將物理世界中的物理量、化學(xué)量、生物量轉(zhuǎn)化成可供處理的數(shù)字信號。識別技術(shù)實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)中物體標(biāo)識和位臵信息的獲取。3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)主要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息和控制信息的雙向傳遞、路由和控制.重點包括低速近距離無線通信技術(shù)、低功耗路由、自組織通信、無線接入M2M 通信增強(qiáng)、IP 承載技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合接入技術(shù)以及認(rèn)知無線電技術(shù)。3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 海量信息智能處理綜合運(yùn)用高性能計算、人工智能、數(shù)據(jù)庫和模糊計算等技術(shù)，對收集的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行通用處理，重點涉及數(shù)據(jù)存儲、并行計算、數(shù)據(jù)挖掘、平臺效勞、信息呈現(xiàn)等。3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 面向效勞的體系架構(gòu)Service-or

11、iented Architecture ，SOA是一種松耦合的軟件組件技術(shù)，它將應(yīng)用程序的不同功能模塊化，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口和調(diào)用方式聯(lián)系起來，實現(xiàn)快速可重用的系統(tǒng)開發(fā)和部署。SOA 可提高物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的擴(kuò)展性，提升應(yīng)用開發(fā)效率，充分整合和復(fù)用信息資源。3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 2. 支撐技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)包括嵌入式系統(tǒng)、微機(jī)電系統(tǒng)Micro ElectroMechanical Systems，MEMS、軟件和算法、電源和儲能、新材料技術(shù)等。 微機(jī)電系統(tǒng)可實現(xiàn)對傳感器、執(zhí)行器、處理器、通信模塊、電源系統(tǒng)等的高度集成，是支撐傳感器節(jié)點微型化、智能化的重要技術(shù)。3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 嵌入式系統(tǒng)是滿

12、足物聯(lián)網(wǎng)對設(shè)備功能、可靠性、本錢、體積、功耗等的綜合要求，可以按照不同應(yīng)用定制裁剪的嵌入式計算機(jī)技術(shù)，是實現(xiàn)物體智能的重要根底。軟件和算法是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能、決定物聯(lián)網(wǎng)行為的主要技術(shù)，重點包括各種物聯(lián)網(wǎng)計算系統(tǒng)的感知信息處理、交互與優(yōu)化軟件與算法、物聯(lián)網(wǎng)計算系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與軟件平臺研發(fā)等。3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 電源和儲能是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵支撐技術(shù)之一，包括電池技術(shù)、能量儲存、能量捕獲、惡劣情況下的發(fā)電、能量循環(huán)、新能源等技術(shù)。 新材料技術(shù)主要是指應(yīng)用于傳感器的敏感元件實現(xiàn)的技術(shù)。傳感器敏感材料包括濕敏材料、氣敏材料、熱敏材料、壓敏材料、光敏材料等。新敏感材料的應(yīng)用可以使傳感器的靈敏度、尺寸、精度、穩(wěn)定

13、性等特性獲得改善。3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 3. 共性技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)共性技術(shù)涉及網(wǎng)絡(luò)的不同層面，主要包括架構(gòu)技術(shù)、標(biāo)識和解析、平安和隱私、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)等。 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)目前處于概念開展階段。物聯(lián)網(wǎng)需具有統(tǒng)一的架構(gòu)，清晰的分層，支持不同系統(tǒng)的互操作性，適應(yīng)不同類型的物理網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)特性。3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 標(biāo)識和解析技術(shù)是對物理實體、通信實體和應(yīng)用實體賦予的或其本身固有的一個或一組屬性，并能實現(xiàn)正確解析的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識和解析技術(shù)涉及不同的標(biāo)識體系、不同體系的互操作、全球解析或區(qū)域解析、標(biāo)識管理等。3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 平安和隱私技術(shù)包括平安體系架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)平安技術(shù)、“智能物體的廣泛部

14、署對社會生活帶來的平安威脅、隱私保護(hù)技術(shù)、平安管理機(jī)制和保證措施等。網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)重點包括管理需求、管理模型、管理功能、管理協(xié)議等。為實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)廣泛部署的智能物體的管理，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能和適用性分析，開發(fā)適合的管理協(xié)議。 3.3 物聯(lián)網(wǎng)面臨的主要技術(shù)問題物聯(lián)網(wǎng)的開展主要面臨五個主要技術(shù)問題：1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題 2平安問題3協(xié)議問題 4IP地址問題5終端問題。 4 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域我國的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域主要有智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共平安、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、機(jī)械制造等。4 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域1. 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用例如食品平安4 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域2. 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用例如 平安城市4 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

15、領(lǐng)域3. 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用例如 人體健康4 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域4. 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用例如 智能家庭4 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域5. 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用例如智慧農(nóng)業(yè) (農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng))5 應(yīng)用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng) 分布式光纖光學(xué)傳感能提供完整事件發(fā)生的探測和定位。用光入射到光纖光柵時產(chǎn)生的反射光譜和透射光譜原理來獲取環(huán)境溫度及應(yīng)變的變化情況，從而實現(xiàn)對環(huán)境的連續(xù)平安檢測。5 應(yīng)用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng)光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng) 5 應(yīng)用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng)1.產(chǎn)品概述新一代分布式光纖測溫與火災(zāi)探測系統(tǒng)利用激光在光纖中傳輸時產(chǎn)生的背向拉曼散射信號和光時域反射原理來獲取空間溫度分布信息。分布式光纖測溫與火災(zāi)探測系統(tǒng)采用獨特的光路設(shè)計和高性能光電