物聯網工程專業(yè)教育資料

1、年 月日學號：專業(yè)教育題目學院專業(yè)班級姓名指導教師專業(yè)教育任務書學生姓名指導老師專業(yè)班級工作單位題目：物聯網專業(yè)教育論文、內容：通過五個專題的講座，以及一周的專業(yè)教育學習，了解本學科內相關知識及前沿技術，擴展知識面，增強學習本學科知識和技術的興趣，并查閱相 關文獻資料，撰寫一份心得體會或學習報告。、要求：1認真聆聽五個專題的專業(yè)知識講座。2、廣泛查閱相關文獻資料。3、撰寫一份心得體會或學習報告三、進度安排:序號內容所用時間1聆聽五個專題的專業(yè)知識講座1.5天2查閱相關文獻資料2.5天3撰寫一份心得體會或學習報告1天合計5天主講人：夏又新老師四、報告主題1、物聯網專業(yè)規(guī)劃及移動編程2、英國計算機

2、專業(yè)本科教育介紹3、計算機網絡技術4、軟件系統(tǒng)結構介紹5、物聯網與云計算 TOC o 1-5 h z 指導教師簽名：年月日系主任（責任教師）簽名：年月日 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 物聯網專業(yè)教育論文 1專業(yè)認識4 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 物聯網是什么 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 物聯網的特點 5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 物聯網當前發(fā)展所

3、面對的問題 7 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 物聯網體系結構 10 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 物聯網的關鍵技術 12專業(yè)應用12 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 物聯網的產業(yè)鏈 12 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 物聯網產業(yè)劃分 14 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 物聯網技術發(fā)展的瓶頸 15學習規(guī)劃 16物聯網專業(yè)教育論文、專

4、業(yè)認識物聯網是什么物聯網，英文名字是 The In ternet of thin gs，簡稱 IOT. 最通俗的講，物 聯網就是物物相連物物入網。具體地說，第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯 網，是 在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任 何物品與物 品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯網的定義是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議， 把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能 化識別、定 位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。他無需人工干預，各個物體、網 絡、設備之間就 可以實現協同、互動。物聯

5、網，狹義的講，是一個無線傳感器網 絡，廣義來說，是可 以實現人在任何時間，任何地點，使用任何網絡與人與物的 信息交換，以及物與物信 息交換的網絡。貼近我們生活的來說，比如冰箱聯網，聯網冰箱可以監(jiān)視冰箱里的食物，當 你的 牛奶短缺時它就會通知你。它還可以跟蹤最好的美食網站，為你收集食譜并 在你的購 物單里添加配料。這種冰箱知道你喜歡吃什么東西，根據是你給每頓飯 做出的評分。 他可以照顧你的身體，因為它知道什么食物對你有好處。 這樣就大 大方便了我們的生 活，而且也提高了我們的生活質量。物聯網的特點首先，它是各種感知技術的廣泛應用。物聯網上部署了海量的多種類型傳感 器， 每個傳感器都是一個信息源，

6、不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格 式不同。 傳感器獲得的數據具有實時性， 按一定的頻率周期性的采集環(huán)境信息， 不斷更新數據。 具有全面感知性，而且還會用到 RFID技術，以及二維碼等等。射頻識別技術，又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電 訊號識別特定目標并讀寫 相關數據，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或 光學接觸。常用的有低頻 (125k134.2K )、高頻(13.56Mhz )、超高頻，無源 等技術。RFID讀寫器也分移動式 的和固定式的，目前RFID技術應用很廣，如：圖書館，門禁系統(tǒng)，食品安全溯源等。其次，它是一種建立在互聯網上的泛在網絡。物聯網技術的重

7、要基礎和核心 仍舊 是互聯網，通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確 地傳遞出 去。在物聯網上的傳感器定時采集的信息需要通過網絡傳輸，由于其數量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過程中，為了保障數據的正確性和及時性，必須適應各種異構網絡和協議。在這其中，可靠傳送也是一個鮮明的特點，安全和加密也就變成了一個核心 的問 題。對稱加密算法是應用較早的加密算法，技術成熟。在對稱加密算法中，數據發(fā)信方將明文 ( 原始數據 ) 和加密密鑰一起經過特殊加密算法處理后，使其 變成復雜的加密 密文發(fā)送出去。收信方收到密文后，若想解讀原文，則需要使用 加密用過的密鑰及相 同算法的逆算法對密文進行解

8、密，才能使其恢復成可讀明 文。在對稱加密算法中，使 用的密鑰只有一個，發(fā)收信雙方都使用這個密鑰對數 據進行加密和解密，這就要求解 密方事先必須知道加密密鑰。對稱加密算法的 特點是算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對用戶每次使用對稱加密算法時,需要使用其他人不知道的惟一鑰匙，這會使得發(fā)收信雙方所擁有的鑰匙數量成幾何級數增長，密鑰管理成為用戶的負擔。對稱加密算法在分布式網絡系統(tǒng)上使用較為困難， 主要是因為密鑰管理困難，使用成本較高。而與公開密鑰加密算法比起來，對稱加密算法能夠提供加密和認證卻缺乏了簽名功能，使得使用范圍有所縮小

9、。還有一種加密是非對稱加密。非對稱加密算法需要兩個密鑰：公開密鑰和私有密鑰。公開密鑰與私有密鑰是一對，如果用公開密鑰對數據進行加密，只有用對應的私有密鑰才能解密；如果用私有密鑰對數據進行加密，那么只有用對應的公開密鑰才能解密。因為加密和解密使用的是兩個不同的密鑰，所以這種算法叫作非對稱加密算法。非對稱加密算法實現機密信息交換的基本過程是：甲方生成一對密鑰并將其中的一把作為公用密鑰向其它方公開；得到該公用密鑰的 乙方使用該密鑰對機密信息進行加密后再發(fā)送給甲方；甲方再用自己保存的另一 把專用 密鑰對加密后的信息進行解密。另一方面，甲方可以使用乙方的公鑰對 機密信息進行加密后再發(fā)送給乙方；乙 方再用

10、自己的私匙對加密后的信息進行解密。甲方只能用其專用密鑰解密由其公用密鑰加密后的任何信息。非對稱加密算法的保密性比較好，它消除了最終用戶交換密鑰的需要。非對稱密碼體制的特點：算法強度復雜、安全性依賴于算法與密鑰但是由于其算法復雜，而使得加密解密速度沒有對稱加密解密的速度快。對稱密碼體制中只有一種密鑰，并且是非公開的，如果要解密就得讓對方知道密鑰。所以保證其安全性就是保證密鑰的 安全，而非對稱密鑰體制有兩種密鑰，其中一個是公開的，這樣就可以不需要像對稱密碼那樣其本傳輸對方的密鑰了。這樣安全性就大了很多物聯網的第三個顯著特點是智能控制，物聯網不僅僅提供了傳感器的連接,能處理相身也具有智能處理的能力，

11、能夠對物體實施智能控制。物聯網將傳感器和智 結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，擴充其應用領域。從傳 感器獲得的海 量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不同用戶的不 同需求，發(fā)現新的 應用領域和應用模式。物聯網當前發(fā)展所面對的問題物聯網當期那發(fā)展所面臨的問題概括來講可以分為三個：基礎物聯網多系統(tǒng) 集成 問題、技術標準問題和地址問題。首先，從多系統(tǒng)集成問題上來講，要解決系統(tǒng)及系統(tǒng)集成管理軟件真正 “通 用 化”問題，首先要解決用一種統(tǒng)一方法對不同協議設備收發(fā)數據信息進行采集、 識別 和調用，使不同協議設備的收發(fā)數據具有相同的屬性；其次是采用統(tǒng)一的事 件處理方 法對硬件設備的感知信

12、息、控制信息和其它內部信息處理，來實現每個 系統(tǒng)及系統(tǒng)集 成個性化的功能。顯然采用現有的用設備協議解析數據信息的技術是無法實現軟件通用化的 問題。 我們發(fā)明多種專利技術，采用全新的技術方法有效解決軟件通用化的兩個 主要問題。1、不同協議設備數據信息采集、識別和調用技術解決方案軟件主要通過電腦的COM端口和IP網絡接口來接收和發(fā)送數據，每條收 發(fā)數據 的長度從數個字節(jié)到數兆字節(jié)，每種協議產生的指令數據量從幾十個到無 窮盡。在實 際項目應用中，硬件設備是有感知設備和執(zhí)行設備， 絕大部分設備收 發(fā)的物理數據占 用字節(jié)很少低于1K字節(jié)，協議使用的指令數據量是有限的。的數現今的計算機運算速度和數據存儲能

13、力非常高，我們可以將不同協議設備的每條收發(fā)數據及數據攜帶的信息存儲到設備數據庫中，當軟件接到感知設備發(fā)送從而可使所有感據，將接收的數據與數據庫數據比對找出對應數據的信息，知信息具有相同屬性，對不同協議設備發(fā)送的感知數據信息統(tǒng)一采集識別；當要對設備是控制數據時，可按條件在設備數據庫中找出對應的設備控制數據，將數據發(fā)送給控制設備，從而使所有控制數據具有相同的屬性，可調用任何控制數據。 對 于向樓控 Bacnet 標準協議、一些常用可產生無窮盡在數據指令的協議等，采 用現有協 議解析數據技術，從而可以實現對所有不同協議設備的收發(fā)數據采用統(tǒng) 一的方法進行 采集、識別和調用。2、統(tǒng)一的事件處理方法解決方

14、案 任何一個系統(tǒng)軟件要實現控制和管理功能無外乎要使用三種方法， 一是對接 收 的感知數據信息的處理，二是向設備發(fā)出控制數據的數據處理， 三人工或自動 的內部 信息處理。建立設備數據庫解決了不同協議設備收發(fā)數據的統(tǒng)一采集、 識別和調用，使 設備每條收發(fā)數據具有相同的屬性，每條數據的信息具有相同的屬性，既每條感 知數 據可定義成人和信息，使不同協議設備的感知數據與軟件的功能處理相互獨 立；建立 一個基本功能庫，功能庫含有針對系統(tǒng)及系統(tǒng)集成基本功能的多種功能 處理模塊，對 設備收發(fā)數據的處理的基本功能， 內部信息處理基本功能，可實現 系統(tǒng)及系統(tǒng)集成的 基本功能。通用化軟件建立不同協議設備數據庫文件要

15、比現有技術開發(fā)協議模塊、用OPC協議或SDK開發(fā)包二次軟件開發(fā)，要更加簡單、經濟、通用性強。第二個問題主要是技術標準問題，也可以歸結為網絡應用層。網絡層是 OSI 參考模型中的第三層，介于運輸層和數據鏈路層之間，它在數據鏈路層提供的兩 個相 鄰端點之間的數據幀的傳送功能上， 進一步管理網絡中的數據通信，將數據 設法從源 端經過若直干個中間節(jié)點傳送到目的端， 從而向運輸層提供最基本的端 到端的數據傳送服務。網絡層的目的是實現兩個端系統(tǒng)之間的數據透明傳送，體功能包括尋址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等。它提供的服務使運輸 層不 需要了解網絡中的數據傳輸和交換技術。 網絡層的產生也是網絡發(fā)展的結

16、 果. 在聯機系統(tǒng)和線路交換的環(huán)境中，網絡層的功能沒有太大意義?當數據終端增多時. 它們之間有中繼設備相連 . 此時會出現一臺終端要求不只是與唯一的一臺而是能和多臺終端通信的情況 ， 這就是產生了把任意兩臺數據終端設備的數據鏈接 起來的問 題，也就是路由或者叫尋徑 ?網絡層在數據鏈路層提供的兩個相鄰端點之 間的數據幀的 傳送功能上，進一步管理網絡中的數據通信，將數據設法從源端經 過若干個中間節(jié)點 傳送到目的端，從而向傳輸層提供最基本的端到端的數據傳送 服務。網絡層的目的是 實現兩個端系統(tǒng)之間的數據透明傳送， 具體功能包括路由 選擇、擁塞控制和網際互連等。物聯網要求大量的實物接入網絡， 并且彼此

17、可以 交換 信息，這就使其實現增加了難度。物聯網還面臨的問題是地址問題。大量的人和物接入網絡，每一個實物都應 該對 應有一個唯一的地址，如何編址就成了一個需要解決的問題。如果編址不當， 不僅當 物體愈加多的時候無法收拾， 新舊的更替無定法實現，而且，電路也會變 得非常的復 雜，對內存的要求也無法實現。物聯網體系結構在通信業(yè)界，物聯網通常被公認為有 3 個層次，從下到上依次是感知層、 傳送層和應用層，如果拿人來比喻的話，感知層就像皮膚和五官，用來識別 物體，采集信息；傳送層則是神經系統(tǒng)，將信息傳遞到大腦進行處理；應用 層類似人 們從事的各種復雜的事情，完成各種不同的應用。（1） 感知層物聯網的感

18、知層主要完成信息的采集、轉換和收集。感知層包含兩個部 分：傳感器、短距離傳輸網絡。傳感器用來進行數據采集及實現控制，短距離傳輸網絡將傳感器收集的 數據發(fā)送到網關或將應用平臺控制指令發(fā)送到控制器。感知層的關鍵技術主要為傳感器技術和短距離傳輸網絡技術，例如射頻 標識標簽與用來識別 RFID 信息的掃描儀、視頻采集的攝像頭和各種傳感器中 的傳感與 控制技術、短距離無線通信技術（包括由短距離傳輸技術組成的無 線傳感網技術）。 在實現這些技術的過程中，又涉及到芯片研發(fā)、通信協議研 究、 RFID 材料研究、智能 節(jié)點供電等細分領域。（ 2） 傳送層物聯網的傳送層主要完成信息傳遞和處理，傳送層包括兩個部分

19、：接入 單元、接入網絡。接入單元是連接感知層的網橋，它匯聚從感知層獲得的數據，并將數據 發(fā)送到接入網絡。接入網絡即現有的通信網絡，包括移動通訊網、有線電話 網、有線寬帶網等。通過接入網絡，人們將數據最終傳入互聯網傳送層是基于現有通信網和互聯網建立起來的層。傳送層的關鍵技術既 包含了現 有的通信技術，如移動通信技術、有線寬帶技術、公共交換電話網（PSTN技術、Wi-Fi通信技術等，也包含了終端技術，如實現傳感網與通信網結合的網橋設備、為各種行業(yè)終端提供通信能力的通信模塊等。3 ）應用層物聯網的應用層主要完成數據的管理和數據的處理，并將這些數據與各 行業(yè)應用 的結合。應用層包括兩部分：物聯網中間件

20、、物聯網應用。物聯網中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務程序。中間件將許多可以公 用的能力 進行統(tǒng)一封裝， 提供給豐富多樣的物聯網應用。 統(tǒng)一封裝的能力包 括通信的管理能力、 設備的控制能力、定位能力等。物聯網應用是用戶直接使用的各種應用，種類非常多。物聯網應用包括 家庭物聯 網應用，如家電智能控制、家庭安防等，也包括很多企業(yè)和行業(yè)應 用，如石油監(jiān)控應 用、電力抄表、車載應用、遠程醫(yī)療等。應用層主要基于軟件技術和計算機技術實現。應用層的關鍵技術主要是 基于軟件 的各種數據處理技術，此外云計算技術作為海量數據的存儲、分析 平臺，也將是物聯 網應用層的重要組成部分。應用是物聯網發(fā)展的目的。各 種行業(yè)和

21、家庭應用的開發(fā)是 物聯網普及的源動力，將給整個物聯網產業(yè)鏈帶 來巨大利潤。物聯網的關鍵技術我覺得，首先要講的就是上面已經講過的體系結構問題，物聯網若是可 以真正的大范圍實現，首先面對的是便是數量極其巨大的各類物體，要想真 的可以物物聯網，體系結構是非常重要的。換句話說，只有有了一個合理可 靠的體系結構，才有可能真正實現 machine,man 和 mobile 之間的任意信息 交換，否則，就算是可以實現小范圍的物聯網，當范圍逐步增大的時候也就 是面臨破產。其次，我覺得物聯網技術還需要突破的一個技術關鍵是能量的自給自足問題。既然要實現物物聯網，我們可以舉個例子，一個熱帶雨林，要想實現這個熱帶雨林

22、也可以接入網絡，我們不可能說是定期的來給他更換電池什么 的，不光說是熱帶雨林，各種物體都應該有他的能量供應來源，所以我覺得， 太陽能的發(fā)展在一定程度上也限制著物聯網的發(fā)展。第三，設備的小型化。這個我覺得就像現在的芯片越做越小一樣，小型 化不僅方便，而且美觀，便于操作。第四，是資源的自我治理。物聯網技術的一個鮮明的特點就是智能管理， 就像是冰箱可以感知到里面的水果快吃光了之后提醒你去買水果，窗簾會感 知明亮程度適時的自己關合等等，這些都要求他們可以“自我管理” 。二、專業(yè)應用2.1 物聯網的產業(yè)鏈物聯網的產業(yè)鏈簡短的來講可以概括為：標識、感知、處理以及信息傳 送。在標識這一階段，運用的主要技術就

23、是 RFID,電子標簽可能是三類技術體 系中 最靈活的能夠把“物”改變成為智能物件的，它的主要應用是把移動和非移 動資產貼 上標簽，實現各種跟蹤和管理。它是實現感知這一階段對應的主要就是傳感器了， 傳感器是一種檢測裝置，能感受到 被 測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所 需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)物聯網的處理工作主要由智能芯片來完成。 智能芯片的分類有很多，按照用 途 的不同，分類也會不同。智能芯片一般與感應系統(tǒng)以及動力傳動系統(tǒng)一起作用， 相互 彌補。發(fā)揮各自的優(yōu)勢。一般智能芯片就相當于一個

24、單片機，負責處理收集 到的感應 型號，再通過電器開關驅動電力馬達，將指令傳遞給傳動系統(tǒng)來完成初始要達到的效果。物聯網是要實現智能管理的，所以對智能芯片的要求自然不會 低。最后一個階段是信息傳送，這里主要要講一下無線傳輸網絡。無線網絡技術 涵蓋 的范圍很廣，既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數據網絡， 也包括為 近距離無線連接進行優(yōu)化的紅外線技術及射頻技術。通常用于無線網絡 的設備包括便 攜式計算機、臺式計算機、手持計算機、個人數字助理 (PDA) 、 移動電話、筆式計算機和尋呼機。無線技術用于多種實際用途。例如，手機用戶 可以 使用移動電話查看電子郵件。使用便攜式計算機的旅客可以通過

25、安裝在機 場、火車站和其他公共場所的基站連接到 In ternet 。在家中，用戶可以連接桌 面設備來同步數據和發(fā)送文件。無線網絡傳輸機制無線網絡技術的信息傳輸機 制。當 人們談論傳感網絡的時候，一般主要是指無線傳感網絡 (WSN, Wireless Sensor Networks ) ，此外還有視覺傳感網 (VSN, Visual Sensor Networks ) 以及人體傳感網 (BSN Body Sensor Networks )等其他傳感網。WSI由分 布在自由空間里的一組“自 治的”無線傳感器組成，共同協作完成對特定周邊環(huán) 境狀況，包括溫度、濕度、化學 成分、壓力、聲音、位移、振動

26、、污染顆粒等的 監(jiān)控。WSF中的一個節(jié)點(或叫Mote ) 般由一個無線收發(fā)器、一個微控制 器和一個電源組成。WSNH般是自治重構(Ad-Hoc或Self-Configuring )網 絡，包括無線網狀網 ( MeshNetworks )和移動自重構網 (MANET) 等。無線 傳感網目前還是計算機和通信專業(yè)的學者們一個非?；钴S的研究領域。綜合來講就是，物聯網行業(yè)，傳感是前提，計算是核心，安全是保障，網絡 是基 礎，應用服務是牽引。物聯網產業(yè)劃分物聯網的應用，從時間維度看， RFID 和傳感器廠商將在物聯網產業(yè)運用的 過程中 率先受益，系統(tǒng)集成商、物聯網運營商也會從中受益。從空間維度看，增 長

27、空間最大 的是物聯網運營商，其次是系統(tǒng)集成商，第三是RFID 和傳感器供應商。隨著平安城市建設、 城市智能交通體系建設和“新醫(yī)改”醫(yī)療信息化建設的 加快， 安防、交通和醫(yī)療三大領域有望在物聯網發(fā)展中率先受益， 成為物聯網產 業(yè)市場容量最大、增長最為顯著的領域。 比如車聯網，船聯網，智能交通，智 能塵 世，智能家居以及材料、封裝等基礎學科研究所謂車聯網，其實就是物聯網這一產業(yè)所延伸出來的重要分支。 試想在不遠 的將來，人們可以在汽車自動駕駛的模式下， 獲得實時的交通信息，自動選擇路 況最 佳的行駛路線。即使在面對危險的交通路況時， 也可以提前進行防范。 于是 車輛事故、 交通擁堵、停車難等問題大

28、大緩解，而這一切正是通過“車聯網”的 應用得以實現。所謂車聯網就是指裝載在車輛上的電子標簽通過無線識別技 術，實現在信息網絡平臺上對所有車輛的屬性信息進行提取和有效利用， 并根據 不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進行有效地監(jiān)管，同時也提供綜合服務， 讓車 與車以及車與城市網絡能互相聯結，從而實現更智能、更安全的駕駛。車聯網，進一步的擴展，我們自然就會想到智能交通，或者，我們可以說，ITS, 是未來車聯網，船聯網就是包含在智能交通當中的。智能交通系統(tǒng)，簡稱交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技 術、 控制技術及計算機技術等有效地集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建

29、立的 一種在大 范圍內、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系 統(tǒng)。 ITS 可以 有效地利用現有交通設施、 減少交通負荷和環(huán)境污染、 保證交通安 全、提高運輸效率， 因而，日益受到重視。智能交通系統(tǒng)目前世界上應用最為廣 泛的地區(qū)是日本，如日本 的 VICS 系統(tǒng)相當完畢和成熟，其次美國、歐洲等地區(qū)也普遍應用。在中國，北京、上海、廣東等地也已廣泛使用。智能家居，據說在武漢漢口的部分地區(qū)已經小范圍實現， 當然，這里所說的 實現只是很小的程度上，比如可以用手機操控窗簾等。物聯網技術發(fā)展的瓶頸RFID常用的還只是局限于低頻(125k134.2K )，我國對高頻(13.56Mhz )、超高 頻，無源等這方面的技術還很低端， 而頻率越高，物聯網技術越受益發(fā)展越 好無意識 肯定的，不僅僅是RFID,我國的高端芯片也還有很大的發(fā)展空間，這些都局限著物聯網的更好發(fā)展，除此之外，物聯網技術肯定要求各式各樣的傳感 器，傳感器也會成為 物聯網的瓶頸之一。再者，由于物聯網“物物入網”的要求，數據的挖掘與融合始終還是一個根 本。 從物聯網的感知層到應用層，各種信息的種類和數量都成倍增加， 需要分析 的數據量