物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論課件

1吳功宜吳英編著《物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論》1《物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論》全書的章節(jié)結(jié)構(gòu)2全書的章節(jié)結(jié)構(gòu)2第1章

物聯(lián)網(wǎng)概論3第1章

物聯(lián)網(wǎng)概論3第1章知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)4第1章41.1物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的社會(huì)背景1.1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的提出1.比爾·蓋茨與電子別針1995年出版的《未來(lái)之路》“物—物互聯(lián)”的設(shè)想“電子別針”與家庭電子服務(wù)設(shè)施接通通過“電子別針”去感知來(lái)訪者的位置，控制室內(nèi)的照明和溫度，控制電話和音響、電視等家電設(shè)備51.1物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的社會(huì)背景1.1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的提出2.Auto-ID實(shí)驗(yàn)室、RFID與物聯(lián)網(wǎng)的概念1998年，美國(guó)麻省理工學(xué)院Auto-ID實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品電子代碼（EPC）研究提出了利用RFID、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建物—物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)的概念與解決方案62.Auto-ID實(shí)驗(yàn)室、RFID與物聯(lián)網(wǎng)的概念63.物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代概念的提出從1997年～2005年，ITU從研究互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)電信業(yè)發(fā)展影響的角度，發(fā)布了七份“ITUInternetReports”研究報(bào)告“物聯(lián)網(wǎng)”概念產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代，而真正引起各國(guó)政府與產(chǎn)業(yè)界的重視是在2005年國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的互聯(lián)網(wǎng)研究報(bào)告《物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IOT）》之后73.物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代概念的提出從1997年～2005年，ITU從

881.1.2物聯(lián)網(wǎng)與智慧地球智慧地球?qū)鞲衅髑度牒脱b備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并通過超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算組成物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)人與物的融合。通過在基礎(chǔ)設(shè)施和制造業(yè)中大量嵌入傳感器，捕捉運(yùn)行過程中的各種信息，然后通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)，通過計(jì)算機(jī)分析、處理和發(fā)出指令，反饋給控制器，遠(yuǎn)程執(zhí)行指令。通過智慧地球技術(shù)的實(shí)施，人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)與生活，提高資源利用率和生產(chǎn)能力，改善人與自然的關(guān)系。91.1.2物聯(lián)網(wǎng)與智慧地球智慧地球?qū)鞲衅髑度牒脱b備到電1.1.3歐盟與各國(guó)政府物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃1.歐盟發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃第一階段（2010年前）：基于RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)低功耗、低成本的單個(gè)物體間的互聯(lián)，并在物流、零售、制藥等領(lǐng)域開展局部的應(yīng)用第二階段（2010～2015年）：利用傳感網(wǎng)與無(wú)處不在的RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)物與物之間的廣泛互聯(lián)，針對(duì)特定的產(chǎn)業(yè)制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并完成部分網(wǎng)絡(luò)的融合第三階段（2015～2020年）：具有可執(zhí)行指令的RFID標(biāo)簽廣泛應(yīng)用，物體進(jìn)入半智能化，物聯(lián)網(wǎng)中異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)制定完成，網(wǎng)絡(luò)具有高速數(shù)據(jù)傳輸能力第四階段（2020年之后）：物體具有完全的智能響應(yīng)能力，異構(gòu)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作，人、物、服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)達(dá)到深度地融合101.1.3歐盟與各國(guó)政府物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃1.歐盟發(fā)展2.韓國(guó)政府關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃韓國(guó)政府提出了泛在感知網(wǎng)絡(luò)的概念通過在各種物品中嵌入傳感器，傳感器之間自主地傳輸和采集環(huán)境信息，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境的監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)發(fā)展的四大領(lǐng)域與計(jì)劃：—

u-City計(jì)劃，推動(dòng)智能城市建設(shè)—

Telematics示范應(yīng)用計(jì)劃，發(fā)展車用信息通信服務(wù)—

u-IT產(chǎn)業(yè)集群計(jì)劃，加速新興科技服務(wù)業(yè)的發(fā)展—u-Home計(jì)劃，推動(dòng)智能家庭應(yīng)用的發(fā)展112.韓國(guó)政府關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃113.日本政府關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃2009年7月，日本政府IT戰(zhàn)略本部制定了新一代的信息化戰(zhàn)略—i-Japan戰(zhàn)略2015戰(zhàn)略規(guī)劃提出到2015年，讓信息技術(shù)如同水和空氣一樣融入每一個(gè)角落針對(duì)電子政務(wù)、醫(yī)療保健、教育與人才等三大核心公共事業(yè)領(lǐng)域提出了智能電網(wǎng)、災(zāi)難應(yīng)急處置、智能家居、智能交通與智能醫(yī)療保健等項(xiàng)目123.日本政府關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃121.1.4物聯(lián)網(wǎng)與我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)2009年8月7日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶在無(wú)錫視察時(shí)發(fā)表了重要的講話，提出“感知中國(guó)”的戰(zhàn)略構(gòu)想，指示要抓住機(jī)會(huì)，大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)。2010年3月5日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶在十一屆全國(guó)人大三次會(huì)議上作政府工作報(bào)告中指出：“國(guó)際金融危機(jī)正在催生新的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命。發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，搶占經(jīng)濟(jì)科技制高點(diǎn)，決定國(guó)家的未來(lái)，必須抓住機(jī)遇，明確重點(diǎn)，有所作為。轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式刻不容緩，大力培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”。131.1.4物聯(lián)網(wǎng)與我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)2009年8月7日，2011年3月16日發(fā)布的我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要的第十章“培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”與第十三章“全面提高信息化水平”中多次強(qiáng)調(diào)了“推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和在重點(diǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用示范?！贝罅Πl(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為一項(xiàng)我國(guó)具有戰(zhàn)略意義的重要決策。工業(yè)和信息化部于2011年11月28日發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》。142011年3月16日發(fā)布的我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)1.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)背景1.2.1從人類對(duì)技術(shù)需求

的角度認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)

發(fā)展的必然性151.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)背景1.2.1從人類對(duì)技術(shù)需求1.2.2從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演變的角度認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然性161.2.2從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演變的角度認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然性163.互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)形成的影響TCP/IP協(xié)議的研究與設(shè)計(jì)的成功，促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。在互聯(lián)網(wǎng)形成過程中，廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)與個(gè)人區(qū)域網(wǎng)技術(shù)逐步成熟互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用帶來(lái)了大批用戶接入的需求，促進(jìn)了接入技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了寬帶城域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展基于Web的電子商務(wù)、電子政務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育，以及基于對(duì)等結(jié)構(gòu)的P2P網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信技術(shù)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，使得互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用以超常規(guī)的速度發(fā)展無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)與無(wú)線自組網(wǎng)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)的研究與應(yīng)用為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)173.互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)形成的影響171.2.3物聯(lián)網(wǎng)的研究背景1.信息世界與物理世界的融合（1）信息世界的發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用造就了人類歷史上最龐大的信息世界2005年互聯(lián)網(wǎng)包含的數(shù)據(jù)量約為5×109GB2007年約為281×109GB2008年約為487×109GB從2009到2011年數(shù)據(jù)以每年60%的速度增長(zhǎng)181.2.3物聯(lián)網(wǎng)的研究背景1.信息世界與物理世界的融合（2）物理世界的發(fā)展信息獲取方式逐步從人工生成向人工與自動(dòng)獲取并重的模式發(fā)展RFID標(biāo)簽、傳感器將成為自動(dòng)獲取信息的主要手段截止到2007年初，累計(jì)銷售RFID標(biāo)簽達(dá)到37.52億個(gè)2009年全球銷售RFID標(biāo)簽為19.7億個(gè)2010年銷售RFID標(biāo)簽達(dá)到23.1億個(gè)目前世界上已經(jīng)有大約50億個(gè)具有通信功能的微處理器和微控制器Intel公司預(yù)測(cè)到2015年將增長(zhǎng)到150億個(gè)愛立信公司預(yù)測(cè)到2020年將增長(zhǎng)到500億個(gè)19（2）物理世界的發(fā)展19物聯(lián)網(wǎng)

發(fā)展的

技術(shù)背景20物聯(lián)網(wǎng)202.普適計(jì)算（PervasiveComputing）的研究普適計(jì)算的重要特征是“無(wú)處不在”與“不可見”普適計(jì)算體現(xiàn)出信息空間與物理空間的融合普適計(jì)算的核心是“以人為本”普適計(jì)算的重點(diǎn)在于提供面向用戶的、統(tǒng)一的、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)212.普適計(jì)算（PervasiveComputing）的研物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)與泛在網(wǎng)之間的關(guān)系22物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)與泛在網(wǎng)之間的關(guān)系223.CPS（CyberPhysicalSystems，CPS）的研究隨著嵌入式計(jì)算、無(wú)線通信、自動(dòng)控制與新型傳感器技術(shù)的快速發(fā)展與日趨成熟，信息物理融合系統(tǒng)CPS的研究引起了學(xué)術(shù)界廣泛地重視CPS是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與物理世界的復(fù)雜系統(tǒng)，通過計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)與控制技術(shù)的有機(jī)融合和深度協(xié)作CPS可以用于智能交通、智能電網(wǎng)、智慧城市、健康醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)控、軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，實(shí)現(xiàn)信息世界與物理世界的緊密融合233.CPS（CyberPhysicalSystems，CPS研究的基本思路CPS是“人、機(jī)、物”深度融合的系統(tǒng)CPS是“3C”與物理設(shè)備深度融合的系統(tǒng)CPS是環(huán)境感知、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信深度融合的系統(tǒng)24CPS研究的基本思路CPS是“人、機(jī)、物”深度融合的系統(tǒng)24物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)背景與社會(huì)背景25物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)背景與社會(huì)背景251.3物聯(lián)網(wǎng)定義與主要技術(shù)特征1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，利用具有感知、通信與計(jì)算能力的智能物體自動(dòng)獲取物理世界的各種信息，將所有能夠獨(dú)立尋址的物理對(duì)象互聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)全面感知、可靠傳輸、智能處理，構(gòu)建人與物、物與物互聯(lián)的智能信息服務(wù)系統(tǒng)。261.3物聯(lián)網(wǎng)定義與主要技術(shù)特征1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的定義理解物聯(lián)網(wǎng)的定義與技術(shù)特征需要注意的3個(gè)基本的問題：物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它與互聯(lián)網(wǎng)在基礎(chǔ)設(shè)施上有一定程度的重合，但是它不是互聯(lián)網(wǎng)概念、技術(shù)與應(yīng)用的簡(jiǎn)單擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大了人與人之間信息共享的深度與廣度，物聯(lián)網(wǎng)更加強(qiáng)調(diào)它在人類社會(huì)生活的各個(gè)方面、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域廣泛與深入地應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的主要特征是：全面感知、可靠傳輸、智能處理27理解物聯(lián)網(wǎng)的定義與技術(shù)特征需要注意的3個(gè)基本的問題：物聯(lián)網(wǎng)是1.3.2物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)特征1.物聯(lián)網(wǎng)智能物體具有感知、通信與計(jì)算能力（1）“智能物體”是對(duì)連接到物聯(lián)網(wǎng)中的人與

物的一種抽象

現(xiàn)實(shí)社會(huì)物理世界的人或物

—物體（thing）/對(duì)象（object）物聯(lián)網(wǎng)中具有“感知”、“通信”與“計(jì)算”能力的人或物

—智能物體（SmartThing）

/

智能對(duì)象（SmartObject）281.3.2物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)特征1.物聯(lián)網(wǎng)智能物體具有感（2）對(duì)智能物體感知、通信與計(jì)算能力的理解

智能物體的物理與生物特征可以不一樣，但是有一點(diǎn)是共同的：具有感知、通信和計(jì)算能力智能物體能夠感知到哪一種或幾種參數(shù)，這是由所選用的傳感器或RFID類型而定通信能力的不同表現(xiàn)在：它可以是主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以是被動(dòng)的由外部讀寫器來(lái)讀取數(shù)據(jù)；它可以使用有線通信方式，也可以用無(wú)線通信方式；它可以用微波信道通信，也可以用紅外信道通信計(jì)算能力的不同表現(xiàn)在：它可能是只是簡(jiǎn)單地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，可能是進(jìn)行計(jì)算量比較小的數(shù)據(jù)匯聚計(jì)算，也可能是進(jìn)行計(jì)算量比較大的數(shù)據(jù)融合、路由選擇、拓?fù)淇刂?、?shù)據(jù)加密與解密、身份認(rèn)證計(jì)算與控制29（2）對(duì)智能物體感知、通信與計(jì)算能力的理解智能物體（3）對(duì)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)符的理解在互聯(lián)網(wǎng)中，名字（name）、地址（address）與路徑（route）是由區(qū)別的在物聯(lián)網(wǎng)中，要實(shí)現(xiàn)全球范圍智能物體之間的互聯(lián)與通信就必須解決物體標(biāo)識(shí)問題如果應(yīng)用系統(tǒng)使用TCP/IP協(xié)議，可以為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)IPv4或Pv6地址物聯(lián)網(wǎng)中的RFID標(biāo)簽編碼目前影響最大的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)—電子產(chǎn)品編碼（EPC）與泛在識(shí)別（UID）標(biāo)準(zhǔn)30（3）對(duì)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)符的理解在互聯(lián)網(wǎng)中，名字（name）、地址（4）智能物體與嵌入式技術(shù)的關(guān)系智能物體的感知、通信與計(jì)算能力的大小應(yīng)該根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的需求來(lái)確定智能物體都應(yīng)該是一種嵌入式電子裝置

，或者是裝備有嵌入式電子裝置的人、動(dòng)物或與物體嵌入式電子裝置可能是功能很簡(jiǎn)單的RFID芯片，也可能是一個(gè)功能復(fù)雜的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)嵌入式電子設(shè)置可能使用簡(jiǎn)單的微處理器芯片和小的存儲(chǔ)器，也可能使用功能很強(qiáng)的微處理器芯片和大的存儲(chǔ)器31（4）智能物體與嵌入式技術(shù)的關(guān)系智能物體的感知、通信與計(jì)算能2.物聯(lián)網(wǎng)可以提供所有對(duì)象在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的互聯(lián)322.物聯(lián)網(wǎng)可以提供所有對(duì)象在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的互聯(lián)32實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)與任何一個(gè)物體通信的要求，需要研究和解決以下幾個(gè)基本的問題：如何連接不同的物體？如何實(shí)現(xiàn)不同物體之間的通信？如何建立物聯(lián)網(wǎng)的通信模型？如何保證物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量？如何實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中物體的命名、編碼、識(shí)別與尋址？如何保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)的信息安全與個(gè)人隱私？33實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)與任何一個(gè)物體通信的要求，需要3.物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)物理世界與信息世界的融合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涵蓋了小到家庭網(wǎng)絡(luò)，大到工業(yè)控制系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)，甚至是國(guó)家級(jí)、世界級(jí)的應(yīng)用將催生很多具有“計(jì)算、通信、控制、協(xié)同和自治”特點(diǎn)的智能設(shè)備與智能信息系統(tǒng)幫助人類對(duì)物理世界具有“全面的感知能力、透徹的認(rèn)知能力和智慧的處理能力”這種新的計(jì)算模式可以幫助人類在提高勞動(dòng)生產(chǎn)力、生產(chǎn)效率的同時(shí)，進(jìn)一步改善人類社會(huì)發(fā)展與地球生態(tài)和諧、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系343.物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)物理世界與信息世界的融合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涵1.4物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)*1.4.1人對(duì)物理世界問題處理的基本方法物聯(lián)網(wǎng)工作過程與人的智能處理問題過程比較351.4物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)*1.4.1人對(duì)物理世界問題處理1.4.2物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型361.4.2物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型361.4.3物聯(lián)網(wǎng)感知層理解感知層需要注意以下幾個(gè)問題：1.感知層設(shè)備的分類自動(dòng)感知設(shè)備人工生成信息設(shè)備2.感知能力與控制能力從一塊簡(jiǎn)單的RFID標(biāo)簽芯片、一個(gè)溫度傳感器或測(cè)控裝置，到一個(gè)復(fù)雜的智能機(jī)器人，它們之間最重要的區(qū)別表現(xiàn)在：智能物體是不是需要同時(shí)具備感知能力和控制、執(zhí)行能力上，以及需要什么樣的控制、執(zhí)行能力。371.4.3物聯(lián)網(wǎng)感知層理解感知層需要注意以下幾個(gè)問題：3不同結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)38不同結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)381.4.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層1.認(rèn)識(shí)接入層、匯聚層與核心交換層（1）網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與體系結(jié)構(gòu)研究的基本方法

討論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型有兩種基本的方法:開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分成從物理層到應(yīng)用層的七層結(jié)構(gòu)將為計(jì)算機(jī)通信提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的部分都叫做“傳輸網(wǎng)”或“承載網(wǎng)”,適用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的研究物聯(lián)網(wǎng)研究的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該放在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上，因此第二種抽象方法更適合于物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型與體系結(jié)構(gòu)的研究391.4.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層1.認(rèn)識(shí)接入層、匯聚層與核心交換層物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)多種多樣不同類型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)使用的傳感器與RFID類型、傳感器與RFID標(biāo)簽的接入方式、數(shù)據(jù)量與數(shù)據(jù)傳輸方式都會(huì)有很大的差別研究物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)，有必要借鑒互聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)研究中成熟的模型40物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)多種多樣40（2）應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基本概念應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是將一個(gè)大型的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)分為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與傳輸網(wǎng)兩大部分廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)與個(gè)人區(qū)域網(wǎng)，以及電信的移動(dòng)通信網(wǎng)、電話交換網(wǎng)都屬于傳輸網(wǎng)的范疇任何一個(gè)大型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者都可以將復(fù)雜的問題“分而治之”，使得設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)行管理能夠做到層次分明、功能清晰，使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)可以有條不紊地完成41（2）應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基本概念41（3）物聯(lián)網(wǎng)接入層、匯聚層與核心交換層的基本概念在分析互聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，人們引入了接入層、匯聚層與核心交換層的概念接入層通過各種接入技術(shù)，連接最終用戶設(shè)備匯聚層聚合接入層的用戶流量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)路由、轉(zhuǎn)發(fā)與交換核心交換層為物聯(lián)網(wǎng)提供一個(gè)高速、安全與保證服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境匯聚層與核心交換層的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備與通信線路就構(gòu)成了傳輸網(wǎng)42（3）物聯(lián)網(wǎng)接入層、匯聚層與核心交換層的基本概念422.接入層（1）接入層與RFID基本單元432.接入層43（2）接入層與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本單元44（2）接入層與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本單元44（3）接入層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型接入層技術(shù)分為：無(wú)線接入與有線接入無(wú)線接入主要有：△802.15.4協(xié)議△6LowPAN協(xié)議△藍(lán)牙協(xié)議△ZigBee協(xié)議△無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)的M2M協(xié)議有線接入主要有：△現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)接入△電力線接入△電視電纜與電話線接入45（3）接入層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型453.匯聚層（1）設(shè)置匯聚層的必要性匯聚層與核心交換層結(jié)構(gòu)463.匯聚層46（2）匯聚層的主要功能匯接接入層的用戶流量，進(jìn)行數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)膮R聚、轉(zhuǎn)發(fā)與交換根據(jù)接入層的用戶流量，進(jìn)行本地路由、過濾、流量均衡、優(yōu)先級(jí)管理，以及安全控制、地址轉(zhuǎn)換、流量整形等處理根據(jù)處理結(jié)果把用戶流量轉(zhuǎn)發(fā)到核心交換層或在本地進(jìn)行路由處理47（2）匯聚層的主要功能47（3）匯聚層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型匯聚層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以分為：無(wú)線與有線等兩類△無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有：?無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)?無(wú)線局域網(wǎng)?無(wú)線城域網(wǎng)?移動(dòng)通信網(wǎng)?專用無(wú)線通信網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有：?局域網(wǎng)?工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)?電話交換網(wǎng)48（3）匯聚層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型484.核心交換層（1）IP網(wǎng)、IP專用網(wǎng)絡(luò)與虛擬專網(wǎng)VPN的概念I(lǐng)P專網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)作用的比較494.核心交換層49IP專網(wǎng)與代理服務(wù)器相結(jié)合方法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)50IP專網(wǎng)與代理服務(wù)器相結(jié)合方法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)50VPN結(jié)構(gòu)（2）IP網(wǎng)與非IP網(wǎng)51VPN結(jié)構(gòu)51（3）IP網(wǎng)與非IP網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)作用52（3）IP網(wǎng)與非IP網(wǎng)的互聯(lián)52物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)53物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)531.4.5物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層分為：管理服務(wù)層與行業(yè)應(yīng)用層服務(wù)管理層：通過中間件軟件實(shí)現(xiàn)了感知硬件與應(yīng)用軟件物理的隔離與邏輯地?zé)o縫連接提供海量數(shù)據(jù)高效、可靠地匯聚、整合與存儲(chǔ)通過數(shù)據(jù)挖掘、智能數(shù)據(jù)處理與智能決策計(jì)算，為行業(yè)應(yīng)用層提供安全的網(wǎng)絡(luò)管理與智能服務(wù)541.4.5物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層分為：管理服務(wù)層與行業(yè)2.行業(yè)應(yīng)用層與應(yīng)用層協(xié)議的基本概念物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用552.行業(yè)應(yīng)用層與應(yīng)用層協(xié)議的基本概念553.支持物聯(lián)網(wǎng)的共性技術(shù)信息安全網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)象名字服務(wù)服務(wù)質(zhì)量保證563.支持物聯(lián)網(wǎng)的共性技術(shù)56物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型57物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型571.5物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1.5.1物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)581.5物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1.5.1物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)59物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)591.5.2物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)601.5.2物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)601.5.3物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)性、滲透性與帶動(dòng)性通過物聯(lián)網(wǎng)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的融合，可以對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生很強(qiáng)的輻射和帶動(dòng)作用，進(jìn)一步促進(jìn)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)是我國(guó)信息化與工業(yè)化融合的切入點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)的應(yīng)用，可以帶動(dòng)社會(huì)信息化的新一輪增長(zhǎng)，對(duì)于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)型具有重要的意義611.5.3物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)性、滲透性與帶動(dòng)1.5.4我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃

1.現(xiàn)狀及形勢(shì)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與全球同處于起步階段，初步具備了一定的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用基礎(chǔ)，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具基礎(chǔ)，技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)研制取得突破，應(yīng)用推廣初見成效我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展還存在一系列瓶頸和制約因素：—核心技術(shù)和高端產(chǎn)品與國(guó)外差距較大

—高端綜合集成服務(wù)能力不強(qiáng)

—缺乏骨干龍頭企業(yè)

—應(yīng)用水平較低，且規(guī)?；瘧?yīng)用少

—信息安全方面存在隱患621.5.4我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃

1.現(xiàn)狀及機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

—國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，發(fā)達(dá)國(guó)家一方面加大力度發(fā)展傳感器節(jié)點(diǎn)核心芯片、嵌入式操作系統(tǒng)、智能計(jì)算等核心技術(shù)，另一方面加快標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，謀求在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置物聯(lián)網(wǎng)是我國(guó)新一代信息技術(shù)自主創(chuàng)新突破的重點(diǎn)方向，蘊(yùn)含著巨大的創(chuàng)新空間

—在芯片、傳感器、近距離傳輸、海量數(shù)據(jù)處理以及綜合集成、應(yīng)用等領(lǐng)域，創(chuàng)新活動(dòng)日趨活躍，創(chuàng)新要素不斷積聚

—物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)的應(yīng)用不斷深化，將催生大量的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用、新模式63機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存63“十二五”期間我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)思想：深入貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，把握世界新科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的歷史機(jī)遇，抓住我國(guó)加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的契機(jī)，加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃，促進(jìn)協(xié)同發(fā)展加強(qiáng)自主創(chuàng)新，注重應(yīng)用牽引；加強(qiáng)監(jiān)督管理，保障信息安全；加強(qiáng)政策扶持，優(yōu)化發(fā)展環(huán)境重點(diǎn)突破核心技術(shù)，研制關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，拓展規(guī)模應(yīng)用，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)體系，為我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展并在新一輪國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利位置奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)64“十二五”期間我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)思想：64“十二五”期間我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)：技術(shù)創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)初步完成產(chǎn)業(yè)體系構(gòu)建應(yīng)用規(guī)模與水平顯著提升65“十二五”期間我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)：65“十二五”期間我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主要任務(wù)：大力攻克核心技術(shù)加快構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)體系協(xié)調(diào)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展著力培育骨干企業(yè)積極開展應(yīng)用示范合理規(guī)劃區(qū)域布局加強(qiáng)信息安全保障提升公共服務(wù)能力66“十二五”期間我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主要任務(wù)：大力攻克核心技術(shù)積極開“十二五”期間我國(guó)將重點(diǎn)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程：智能工業(yè)智能農(nóng)業(yè)智能物流智能交通智能電網(wǎng)智能環(huán)保智能安防智能醫(yī)療智能家居67“十二五”期間我國(guó)將重點(diǎn)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程：智能工業(yè)智68吳功宜吳英編著《物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論》1《物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論》全書的章節(jié)結(jié)構(gòu)69全書的章節(jié)結(jié)構(gòu)2第1章

物聯(lián)網(wǎng)概論70第1章

物聯(lián)網(wǎng)概論3第1章知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)71第1章41.1物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的社會(huì)背景1.1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的提出1.比爾·蓋茨與電子別針1995年出版的《未來(lái)之路》“物—物互聯(lián)”的設(shè)想“電子別針”與家庭電子服務(wù)設(shè)施接通通過“電子別針”去感知來(lái)訪者的位置，控制室內(nèi)的照明和溫度，控制電話和音響、電視等家電設(shè)備721.1物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的社會(huì)背景1.1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的提出2.Auto-ID實(shí)驗(yàn)室、RFID與物聯(lián)網(wǎng)的概念1998年，美國(guó)麻省理工學(xué)院Auto-ID實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品電子代碼（EPC）研究提出了利用RFID、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建物—物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)的概念與解決方案732.Auto-ID實(shí)驗(yàn)室、RFID與物聯(lián)網(wǎng)的概念63.物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代概念的提出從1997年～2005年，ITU從研究互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)電信業(yè)發(fā)展影響的角度，發(fā)布了七份“ITUInternetReports”研究報(bào)告“物聯(lián)網(wǎng)”概念產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代，而真正引起各國(guó)政府與產(chǎn)業(yè)界的重視是在2005年國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的互聯(lián)網(wǎng)研究報(bào)告《物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IOT）》之后743.物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代概念的提出從1997年～2005年，ITU從

7581.1.2物聯(lián)網(wǎng)與智慧地球智慧地球?qū)鞲衅髑度牒脱b備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并通過超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算組成物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)人與物的融合。通過在基礎(chǔ)設(shè)施和制造業(yè)中大量嵌入傳感器，捕捉運(yùn)行過程中的各種信息，然后通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)，通過計(jì)算機(jī)分析、處理和發(fā)出指令，反饋給控制器，遠(yuǎn)程執(zhí)行指令。通過智慧地球技術(shù)的實(shí)施，人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)與生活，提高資源利用率和生產(chǎn)能力，改善人與自然的關(guān)系。761.1.2物聯(lián)網(wǎng)與智慧地球智慧地球?qū)鞲衅髑度牒脱b備到電1.1.3歐盟與各國(guó)政府物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃1.歐盟發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃第一階段（2010年前）：基于RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)低功耗、低成本的單個(gè)物體間的互聯(lián)，并在物流、零售、制藥等領(lǐng)域開展局部的應(yīng)用第二階段（2010～2015年）：利用傳感網(wǎng)與無(wú)處不在的RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)物與物之間的廣泛互聯(lián)，針對(duì)特定的產(chǎn)業(yè)制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并完成部分網(wǎng)絡(luò)的融合第三階段（2015～2020年）：具有可執(zhí)行指令的RFID標(biāo)簽廣泛應(yīng)用，物體進(jìn)入半智能化，物聯(lián)網(wǎng)中異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)制定完成，網(wǎng)絡(luò)具有高速數(shù)據(jù)傳輸能力第四階段（2020年之后）：物體具有完全的智能響應(yīng)能力，異構(gòu)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作，人、物、服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)達(dá)到深度地融合771.1.3歐盟與各國(guó)政府物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃1.歐盟發(fā)展2.韓國(guó)政府關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃韓國(guó)政府提出了泛在感知網(wǎng)絡(luò)的概念通過在各種物品中嵌入傳感器，傳感器之間自主地傳輸和采集環(huán)境信息，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境的監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)發(fā)展的四大領(lǐng)域與計(jì)劃：—

u-City計(jì)劃，推動(dòng)智能城市建設(shè)—

Telematics示范應(yīng)用計(jì)劃，發(fā)展車用信息通信服務(wù)—

u-IT產(chǎn)業(yè)集群計(jì)劃，加速新興科技服務(wù)業(yè)的發(fā)展—u-Home計(jì)劃，推動(dòng)智能家庭應(yīng)用的發(fā)展782.韓國(guó)政府關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃113.日本政府關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃2009年7月，日本政府IT戰(zhàn)略本部制定了新一代的信息化戰(zhàn)略—i-Japan戰(zhàn)略2015戰(zhàn)略規(guī)劃提出到2015年，讓信息技術(shù)如同水和空氣一樣融入每一個(gè)角落針對(duì)電子政務(wù)、醫(yī)療保健、教育與人才等三大核心公共事業(yè)領(lǐng)域提出了智能電網(wǎng)、災(zāi)難應(yīng)急處置、智能家居、智能交通與智能醫(yī)療保健等項(xiàng)目793.日本政府關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃121.1.4物聯(lián)網(wǎng)與我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)2009年8月7日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶在無(wú)錫視察時(shí)發(fā)表了重要的講話，提出“感知中國(guó)”的戰(zhàn)略構(gòu)想，指示要抓住機(jī)會(huì)，大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)。2010年3月5日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶在十一屆全國(guó)人大三次會(huì)議上作政府工作報(bào)告中指出：“國(guó)際金融危機(jī)正在催生新的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命。發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，搶占經(jīng)濟(jì)科技制高點(diǎn)，決定國(guó)家的未來(lái)，必須抓住機(jī)遇，明確重點(diǎn)，有所作為。轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式刻不容緩，大力培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”。801.1.4物聯(lián)網(wǎng)與我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)2009年8月7日，2011年3月16日發(fā)布的我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要的第十章“培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”與第十三章“全面提高信息化水平”中多次強(qiáng)調(diào)了“推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和在重點(diǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用示范?！贝罅Πl(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為一項(xiàng)我國(guó)具有戰(zhàn)略意義的重要決策。工業(yè)和信息化部于2011年11月28日發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》。812011年3月16日發(fā)布的我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)1.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)背景1.2.1從人類對(duì)技術(shù)需求

的角度認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)

發(fā)展的必然性821.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)背景1.2.1從人類對(duì)技術(shù)需求1.2.2從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演變的角度認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然性831.2.2從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演變的角度認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然性163.互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)形成的影響TCP/IP協(xié)議的研究與設(shè)計(jì)的成功，促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。在互聯(lián)網(wǎng)形成過程中，廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)與個(gè)人區(qū)域網(wǎng)技術(shù)逐步成熟互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用帶來(lái)了大批用戶接入的需求，促進(jìn)了接入技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了寬帶城域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展基于Web的電子商務(wù)、電子政務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育，以及基于對(duì)等結(jié)構(gòu)的P2P網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信技術(shù)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，使得互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用以超常規(guī)的速度發(fā)展無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)與無(wú)線自組網(wǎng)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)的研究與應(yīng)用為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)843.互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)形成的影響171.2.3物聯(lián)網(wǎng)的研究背景1.信息世界與物理世界的融合（1）信息世界的發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用造就了人類歷史上最龐大的信息世界2005年互聯(lián)網(wǎng)包含的數(shù)據(jù)量約為5×109GB2007年約為281×109GB2008年約為487×109GB從2009到2011年數(shù)據(jù)以每年60%的速度增長(zhǎng)851.2.3物聯(lián)網(wǎng)的研究背景1.信息世界與物理世界的融合（2）物理世界的發(fā)展信息獲取方式逐步從人工生成向人工與自動(dòng)獲取并重的模式發(fā)展RFID標(biāo)簽、傳感器將成為自動(dòng)獲取信息的主要手段截止到2007年初，累計(jì)銷售RFID標(biāo)簽達(dá)到37.52億個(gè)2009年全球銷售RFID標(biāo)簽為19.7億個(gè)2010年銷售RFID標(biāo)簽達(dá)到23.1億個(gè)目前世界上已經(jīng)有大約50億個(gè)具有通信功能的微處理器和微控制器Intel公司預(yù)測(cè)到2015年將增長(zhǎng)到150億個(gè)愛立信公司預(yù)測(cè)到2020年將增長(zhǎng)到500億個(gè)86（2）物理世界的發(fā)展19物聯(lián)網(wǎng)

發(fā)展的

技術(shù)背景87物聯(lián)網(wǎng)202.普適計(jì)算（PervasiveComputing）的研究普適計(jì)算的重要特征是“無(wú)處不在”與“不可見”普適計(jì)算體現(xiàn)出信息空間與物理空間的融合普適計(jì)算的核心是“以人為本”普適計(jì)算的重點(diǎn)在于提供面向用戶的、統(tǒng)一的、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)882.普適計(jì)算（PervasiveComputing）的研物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)與泛在網(wǎng)之間的關(guān)系89物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)與泛在網(wǎng)之間的關(guān)系223.CPS（CyberPhysicalSystems，CPS）的研究隨著嵌入式計(jì)算、無(wú)線通信、自動(dòng)控制與新型傳感器技術(shù)的快速發(fā)展與日趨成熟，信息物理融合系統(tǒng)CPS的研究引起了學(xué)術(shù)界廣泛地重視CPS是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與物理世界的復(fù)雜系統(tǒng)，通過計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)與控制技術(shù)的有機(jī)融合和深度協(xié)作CPS可以用于智能交通、智能電網(wǎng)、智慧城市、健康醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)控、軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，實(shí)現(xiàn)信息世界與物理世界的緊密融合903.CPS（CyberPhysicalSystems，CPS研究的基本思路CPS是“人、機(jī)、物”深度融合的系統(tǒng)CPS是“3C”與物理設(shè)備深度融合的系統(tǒng)CPS是環(huán)境感知、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信深度融合的系統(tǒng)91CPS研究的基本思路CPS是“人、機(jī)、物”深度融合的系統(tǒng)24物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)背景與社會(huì)背景92物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)背景與社會(huì)背景251.3物聯(lián)網(wǎng)定義與主要技術(shù)特征1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，利用具有感知、通信與計(jì)算能力的智能物體自動(dòng)獲取物理世界的各種信息，將所有能夠獨(dú)立尋址的物理對(duì)象互聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)全面感知、可靠傳輸、智能處理，構(gòu)建人與物、物與物互聯(lián)的智能信息服務(wù)系統(tǒng)。931.3物聯(lián)網(wǎng)定義與主要技術(shù)特征1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的定義理解物聯(lián)網(wǎng)的定義與技術(shù)特征需要注意的3個(gè)基本的問題：物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它與互聯(lián)網(wǎng)在基礎(chǔ)設(shè)施上有一定程度的重合，但是它不是互聯(lián)網(wǎng)概念、技術(shù)與應(yīng)用的簡(jiǎn)單擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大了人與人之間信息共享的深度與廣度，物聯(lián)網(wǎng)更加強(qiáng)調(diào)它在人類社會(huì)生活的各個(gè)方面、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域廣泛與深入地應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的主要特征是：全面感知、可靠傳輸、智能處理94理解物聯(lián)網(wǎng)的定義與技術(shù)特征需要注意的3個(gè)基本的問題：物聯(lián)網(wǎng)是1.3.2物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)特征1.物聯(lián)網(wǎng)智能物體具有感知、通信與計(jì)算能力（1）“智能物體”是對(duì)連接到物聯(lián)網(wǎng)中的人與

物的一種抽象

現(xiàn)實(shí)社會(huì)物理世界的人或物

—物體（thing）/對(duì)象（object）物聯(lián)網(wǎng)中具有“感知”、“通信”與“計(jì)算”能力的人或物

—智能物體（SmartThing）

/

智能對(duì)象（SmartObject）951.3.2物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)特征1.物聯(lián)網(wǎng)智能物體具有感（2）對(duì)智能物體感知、通信與計(jì)算能力的理解

智能物體的物理與生物特征可以不一樣，但是有一點(diǎn)是共同的：具有感知、通信和計(jì)算能力智能物體能夠感知到哪一種或幾種參數(shù)，這是由所選用的傳感器或RFID類型而定通信能力的不同表現(xiàn)在：它可以是主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以是被動(dòng)的由外部讀寫器來(lái)讀取數(shù)據(jù)；它可以使用有線通信方式，也可以用無(wú)線通信方式；它可以用微波信道通信，也可以用紅外信道通信計(jì)算能力的不同表現(xiàn)在：它可能是只是簡(jiǎn)單地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，可能是進(jìn)行計(jì)算量比較小的數(shù)據(jù)匯聚計(jì)算，也可能是進(jìn)行計(jì)算量比較大的數(shù)據(jù)融合、路由選擇、拓?fù)淇刂啤?shù)據(jù)加密與解密、身份認(rèn)證計(jì)算與控制96（2）對(duì)智能物體感知、通信與計(jì)算能力的理解智能物體（3）對(duì)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)符的理解在互聯(lián)網(wǎng)中，名字（name）、地址（address）與路徑（route）是由區(qū)別的在物聯(lián)網(wǎng)中，要實(shí)現(xiàn)全球范圍智能物體之間的互聯(lián)與通信就必須解決物體標(biāo)識(shí)問題如果應(yīng)用系統(tǒng)使用TCP/IP協(xié)議，可以為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)IPv4或Pv6地址物聯(lián)網(wǎng)中的RFID標(biāo)簽編碼目前影響最大的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)—電子產(chǎn)品編碼（EPC）與泛在識(shí)別（UID）標(biāo)準(zhǔn)97（3）對(duì)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)符的理解在互聯(lián)網(wǎng)中，名字（name）、地址（4）智能物體與嵌入式技術(shù)的關(guān)系智能物體的感知、通信與計(jì)算能力的大小應(yīng)該根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的需求來(lái)確定智能物體都應(yīng)該是一種嵌入式電子裝置

，或者是裝備有嵌入式電子裝置的人、動(dòng)物或與物體嵌入式電子裝置可能是功能很簡(jiǎn)單的RFID芯片，也可能是一個(gè)功能復(fù)雜的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)嵌入式電子設(shè)置可能使用簡(jiǎn)單的微處理器芯片和小的存儲(chǔ)器，也可能使用功能很強(qiáng)的微處理器芯片和大的存儲(chǔ)器98（4）智能物體與嵌入式技術(shù)的關(guān)系智能物體的感知、通信與計(jì)算能2.物聯(lián)網(wǎng)可以提供所有對(duì)象在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的互聯(lián)992.物聯(lián)網(wǎng)可以提供所有對(duì)象在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的互聯(lián)32實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)與任何一個(gè)物體通信的要求，需要研究和解決以下幾個(gè)基本的問題：如何連接不同的物體？如何實(shí)現(xiàn)不同物體之間的通信？如何建立物聯(lián)網(wǎng)的通信模型？如何保證物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量？如何實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中物體的命名、編碼、識(shí)別與尋址？如何保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)的信息安全與個(gè)人隱私？100實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)與任何一個(gè)物體通信的要求，需要3.物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)物理世界與信息世界的融合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涵蓋了小到家庭網(wǎng)絡(luò)，大到工業(yè)控制系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)，甚至是國(guó)家級(jí)、世界級(jí)的應(yīng)用將催生很多具有“計(jì)算、通信、控制、協(xié)同和自治”特點(diǎn)的智能設(shè)備與智能信息系統(tǒng)幫助人類對(duì)物理世界具有“全面的感知能力、透徹的認(rèn)知能力和智慧的處理能力”這種新的計(jì)算模式可以幫助人類在提高勞動(dòng)生產(chǎn)力、生產(chǎn)效率的同時(shí)，進(jìn)一步改善人類社會(huì)發(fā)展與地球生態(tài)和諧、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系1013.物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)物理世界與信息世界的融合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涵1.4物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)*1.4.1人對(duì)物理世界問題處理的基本方法物聯(lián)網(wǎng)工作過程與人的智能處理問題過程比較1021.4物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)*1.4.1人對(duì)物理世界問題處理1.4.2物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型1031.4.2物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型361.4.3物聯(lián)網(wǎng)感知層理解感知層需要注意以下幾個(gè)問題：1.感知層設(shè)備的分類自動(dòng)感知設(shè)備人工生成信息設(shè)備2.感知能力與控制能力從一塊簡(jiǎn)單的RFID標(biāo)簽芯片、一個(gè)溫度傳感器或測(cè)控裝置，到一個(gè)復(fù)雜的智能機(jī)器人，它們之間最重要的區(qū)別表現(xiàn)在：智能物體是不是需要同時(shí)具備感知能力和控制、執(zhí)行能力上，以及需要什么樣的控制、執(zhí)行能力。1041.4.3物聯(lián)網(wǎng)感知層理解感知層需要注意以下幾個(gè)問題：3不同結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)105不同結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)381.4.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層1.認(rèn)識(shí)接入層、匯聚層與核心交換層（1）網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型與體系結(jié)構(gòu)研究的基本方法

討論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型有兩種基本的方法:開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分成從物理層到應(yīng)用層的七層結(jié)構(gòu)將為計(jì)算機(jī)通信提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的部分都叫做“傳輸網(wǎng)”或“承載網(wǎng)”,適用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的研究物聯(lián)網(wǎng)研究的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該放在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上，因此第二種抽象方法更適合于物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型與體系結(jié)構(gòu)的研究1061.4.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層1.認(rèn)識(shí)接入層、匯聚層與核心交換層物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)多種多樣不同類型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)使用的傳感器與RFID類型、傳感器與RFID標(biāo)簽的接入方式、數(shù)據(jù)量與數(shù)據(jù)傳輸方式都會(huì)有很大的差別研究物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)，有必要借鑒互聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)研究中成熟的模型107物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)多種多樣40（2）應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基本概念應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是將一個(gè)大型的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)分為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與傳輸網(wǎng)兩大部分廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)與個(gè)人區(qū)域網(wǎng)，以及電信的移動(dòng)通信網(wǎng)、電話交換網(wǎng)都屬于傳輸網(wǎng)的范疇任何一個(gè)大型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者都可以將復(fù)雜的問題“分而治之”，使得設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)行管理能夠做到層次分明、功能清晰，使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)可以有條不紊地完成108（2）應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基本概念41（3）物聯(lián)網(wǎng)接入層、匯聚層與核心交換層的基本概念在分析互聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，人們引入了接入層、匯聚層與核心交換層的概念接入層通過各種接入技術(shù)，連接最終用戶設(shè)備匯聚層聚合接入層的用戶流量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)路由、轉(zhuǎn)發(fā)與交換核心交換層為物聯(lián)網(wǎng)提供一個(gè)高速、安全與保證服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境匯聚層與核心交換層的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備與通信線路就構(gòu)成了傳輸網(wǎng)109（3）物聯(lián)網(wǎng)接入層、匯聚層與核心交換層的基本概念422.接入層（1）接入層與RFID基本單元1102.接入層43（2）接入層與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本單元111（2）接入層與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本單元44（3）接入層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型接入層技術(shù)分為：無(wú)線接入與有線接入無(wú)線接入主要有：△802.15.4協(xié)議△6LowPAN協(xié)議△藍(lán)牙協(xié)議△ZigBee協(xié)議△無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)的M2M協(xié)議有線接入主要有：△現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)接入△電力線接入△電視電纜與電話線接入112（3）接入層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型453.匯聚層（1）設(shè)置匯聚層的必要性匯聚層與核心交換層結(jié)構(gòu)1133.匯聚層46（2）匯聚層的主要功能匯接接入層的用戶流量，進(jìn)行數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)膮R聚、轉(zhuǎn)發(fā)與交換根據(jù)接入層的用戶流量，進(jìn)行本地路由、過濾、流量均衡、優(yōu)先級(jí)管理，以及安全控制、地址轉(zhuǎn)換、流量整形等處理根據(jù)處理結(jié)果把用戶流量轉(zhuǎn)發(fā)到核心交換層或在本地進(jìn)行路由處理114（2）匯聚層的主要功能47（3）匯聚層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型匯聚層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以分為：無(wú)線與有線等兩類△無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有：?無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)?無(wú)線局域網(wǎng)?無(wú)線城域網(wǎng)?移動(dòng)通信網(wǎng)?專用無(wú)線通信網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有：?局域網(wǎng)?工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)?電話交換網(wǎng)115（3）匯聚層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型484.核心交換層（1）IP網(wǎng)、IP專用網(wǎng)絡(luò)與虛擬專網(wǎng)VPN的概念I(lǐng)P專網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)作用的比較116