第章物聯(lián)網(wǎng)概述《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)教程》

第I章物聯(lián)網(wǎng)概述

學習任務(wù)物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

Clicktoaddtitleinhere123本章主要涉及：1.1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)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，只是當時受限于無線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感設(shè)備的發(fā)展，并未引起重視。1.1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展1999年，美國麻省理工大學Auto-ID研究中心的創(chuàng)建者之一的KevinAshton教授在他的一個報告中首次使用了“InternetofThings”這個短語，事實上，Auto-ID中心的目標就是在Internet的基礎(chǔ)上建造一個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)計算機與物品（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)的起源與發(fā)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)的起源與發(fā)展經(jīng)過工業(yè)界與學術(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2005：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)的起源與發(fā)展從此以后，物聯(lián)網(wǎng)獲得跨越式的發(fā)展，美國、中國、日本以及歐洲一些國家紛紛將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施列為國家戰(zhàn)略發(fā)展計劃的重要內(nèi)容。在美國，IBM提出了“智慧地球”的構(gòu)想，其中物聯(lián)網(wǎng)是不可缺少的一部分，2009年1月，美國將其提升到國家戰(zhàn)略。1.1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展在歐洲，2009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)——歐洲行動計劃》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)發(fā)展。

1.1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展歐盟委員會提出物聯(lián)網(wǎng)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)建立在特有基礎(chǔ)設(shè)施上，將是一系列新的獨立系統(tǒng)，當然，部分基礎(chǔ)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)共同發(fā)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，其中特別強調(diào)了包括機對機通信（M2M）。1.1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展在我國，2009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的發(fā)展結(jié)合起來，此后，我國官方對物聯(lián)網(wǎng)的多次提議和眾多規(guī)劃表示我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已正式提上議事日程。物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)的英文文名稱為“TheInternetofThings”，由該名稱可可見，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)就是“物物物相連的互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)”。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上上看，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)就是通過Internet將眾多信息傳傳感設(shè)備與應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)連接接起來并在廣廣域網(wǎng)范圍內(nèi)內(nèi)對物品身份份進行識別的的分布式系統(tǒng)統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)的概念念是在1999年提出的。當當時基于互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)、EPC標準，在計算算機互聯(lián)網(wǎng)的的基礎(chǔ)上，利利用射頻識別別技術(shù)、無線線數(shù)據(jù)通信技技術(shù)等，構(gòu)造造了一個實現(xiàn)現(xiàn)全球物品信信息實時共享享的實物互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)“Internetofthings”（IOT，簡稱物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)）。物聯(lián)網(wǎng)定義及及組成1.物聯(lián)網(wǎng)定義目前較為公認認的物聯(lián)網(wǎng)的的定義是：通過射頻識別別（RFID）裝置、紅外外感應(yīng)器、全全球定位系系統(tǒng)、激光掃掃描器等信息息傳感設(shè)備，，按約定的協(xié)協(xié)議，把任何何物品與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)相連接，，進行信息交交換和通信，，以實現(xiàn)智能能化識別、定定位、跟蹤、、監(jiān)控和管理理的一種網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。當每個而不是是每種物品能能夠被唯一標標識后，利用用識別、通信信和計算等技技術(shù)，在互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，，構(gòu)建的連接接各種物品的的網(wǎng)絡(luò)，就是是人們常說的的物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)定義及及組成物聯(lián)網(wǎng)中的“物”的涵義義要滿足以下下條件才能夠夠被納入“物物聯(lián)網(wǎng)”的范范圍：①要有相應(yīng)應(yīng)信息的接收收器；②要有數(shù)據(jù)據(jù)傳輸通路；；③要有一定定的存儲功能能；④要有CPU；物聯(lián)網(wǎng)定義及及組成⑤要有操作作系統(tǒng)；⑥要有專門門的應(yīng)用程序序；⑦要有數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)送器；⑧遵循物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)協(xié)議；⑨在世界網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中有可被被識別的唯一一編號。物聯(lián)網(wǎng)定義及及組成2.物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展展與形成物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展展跟互聯(lián)網(wǎng)是是分不開的，，主要兩個層層面的意思：：物聯(lián)網(wǎng)的核心心和基礎(chǔ)仍然然是互聯(lián)網(wǎng)，，它是在互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的的延伸和擴展展;第二，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)是比互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)更為龐大的的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接延伸伸到了任何的的物品和物品品之間，這些些物品可以通通過各種信息息傳感設(shè)備與與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連連接在一起，，進行更為復復雜的信息交交換和通信。。物聯(lián)網(wǎng)定義及及組成3物聯(lián)網(wǎng)的三大大特征一般認為,物聯(lián)網(wǎng)具有以以下的三大特特征:①全面感知利用RFID、傳感器、二二維碼等隨時時隨地獲取物物體的信息。。②可靠傳遞通過無線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的的融合，將物物體的信息實實時準確地傳傳遞給用戶。。物聯(lián)網(wǎng)定義及及組成③智能處理利用云計算、、數(shù)據(jù)挖掘以以及模糊識別別等人工智能能技術(shù)，對海海量的數(shù)據(jù)和和信息進行分分析和處理，，對物體實施施智能化的控控制。物聯(lián)網(wǎng)概念模模型物聯(lián)網(wǎng)定義及及組成4.物聯(lián)網(wǎng)認識方方面的誤區(qū)誤區(qū)之一，把把傳感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)或RFID網(wǎng)等同于物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)。誤區(qū)之二，把把物聯(lián)網(wǎng)當成成互聯(lián)網(wǎng)的無無邊無際的無無限延伸，把把物聯(lián)網(wǎng)當成成所有物的完完全開放、全全部互連、全全部共享的互互聯(lián)網(wǎng)平臺。。物聯(lián)網(wǎng)定義及及組成誤區(qū)之三，認認為物聯(lián)網(wǎng)就就是物-物互聯(lián)的無所所不在的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，因此認為為物聯(lián)網(wǎng)是空空中樓閣，是是目前很難實實現(xiàn)的技術(shù)。。誤區(qū)之四，把把物聯(lián)網(wǎng)當成成個筐，什么么都往里裝；；基于自身認認識，把僅僅僅能夠互動、、通信的產(chǎn)品品都當成物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概概論物聯(lián)網(wǎng)是典型型的交叉學科科，它所涉及及的核心技術(shù)術(shù)包括IPv6技術(shù)、云計算算技術(shù)、傳感感技術(shù)、RFID智能識別技術(shù)術(shù)、無線通信信技術(shù)等。因此，從技術(shù)術(shù)角度講，物物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)主主要涉及的專專業(yè)有：計算算機科學與工工程、電子與與電氣工程、、電子信息與與通訊、自動動控制、遙感感與遙測、精精密儀器、電電子商務(wù)等等等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概概論歐盟于2009年9月發(fā)布的《歐盟物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)戰(zhàn)略研究路線線圖》白皮書中列出出13類關(guān)鍵技術(shù)，，包括：標識技術(shù)、物物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)結(jié)構(gòu)技術(shù)、通通信與網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)、數(shù)據(jù)和和信號處理技技術(shù)、軟件和和算法、發(fā)現(xiàn)現(xiàn)與搜索引擎擎技術(shù)、電源源和能量儲存存技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概概論物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)術(shù)體系框架物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體體系1.感知、網(wǎng)絡(luò)通通信和應(yīng)用關(guān)關(guān)鍵技術(shù)①傳感和識識別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知知物理世界獲獲取信息和實實現(xiàn)物體控制制的首要環(huán)節(jié)節(jié)。傳感器將物理理世界中的物物理量、化學學量、生物量量轉(zhuǎn)化成可供供處理的數(shù)字字信號。識別技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)中中物體標識和和位臵信息的的獲取。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體體系②網(wǎng)絡(luò)通信信技術(shù)主要實現(xiàn)物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息息和控制信息息的雙向傳遞遞、路由和控控制.重點包括低速速近距離無線線通信技術(shù)、、低功耗路由由、自組織通通信、無線接接入M2M通信增強、IP承載技術(shù)、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)融合接入技技術(shù)以及認知知無線電技術(shù)術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體體系③海量信息息智能處理綜合運用高性性能計算、人人工智能、數(shù)數(shù)據(jù)庫和模糊糊計算等技術(shù)術(shù)，對收集的的感知數(shù)據(jù)進進行通用處理理，重點涉及及數(shù)據(jù)存儲、、并行計算、、數(shù)據(jù)挖掘、、平臺服務(wù)、、信息呈現(xiàn)等等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體體系④面向服務(wù)務(wù)的體系架構(gòu)構(gòu)（Service-orientedArchitecture，SOA）是一種松耦合合的軟件組件件技術(shù)，它將將應(yīng)用程序的的不同功能模模塊化，并通通過標準化的的接口和調(diào)用用方式聯(lián)系起起來，實現(xiàn)快快速可重用的的系統(tǒng)開發(fā)和和部署。SOA可提高物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)架構(gòu)的擴展展性，提升應(yīng)應(yīng)用開發(fā)效率率，充分整合合和復用信息息資源。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體體系2.支撐技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)支撐技技術(shù)包括嵌入入式系統(tǒng)、微微機電系統(tǒng)（（MicroElectroMechanicalSystems，MEMS）、軟件和算算法、電源和和儲能、新材材料技術(shù)等。。①微機電系系統(tǒng)可實現(xiàn)對傳感感器、執(zhí)行器器、處理器、、通信模塊、、電源系統(tǒng)等等的高度集成成，是支撐傳傳感器節(jié)點微微型化、智能能化的重要技技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體體系②嵌入式系系統(tǒng)是滿足物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)對設(shè)備功能能、可靠性、、成本、體積積、功耗等的的綜合要求，，可以按照不不同應(yīng)用定制制裁剪的嵌入入式計算機技技術(shù)，是實現(xiàn)現(xiàn)物體智能的的重要基礎(chǔ)。。③軟件和算法法是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)功能、決定定物聯(lián)網(wǎng)行為為的主要技術(shù)術(shù)，重點包括括各種物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)計算系統(tǒng)的的感知信息處處理、交互與與優(yōu)化軟件與與算法、物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)計算系統(tǒng)統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與與軟件平臺研研發(fā)等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體體系④電電源源和和儲儲能能是物物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)關(guān)鍵鍵支支撐撐技技術(shù)術(shù)之之一一，，包包括括電電池池技技術(shù)術(shù)、、能能量量儲儲存存、、能能量量捕捕獲獲、、惡惡劣劣情情況況下下的的發(fā)發(fā)電電、、能能量量循循環(huán)環(huán)、、新新能能源源等等技技術(shù)術(shù)。。⑤新新材材料料技技術(shù)術(shù)主要要是是指指應(yīng)應(yīng)用用于于傳傳感感器器的的敏敏感感元元件件實實現(xiàn)現(xiàn)的的技技術(shù)術(shù)。。傳傳感感器器敏敏感感材材料料包包括括濕濕敏敏材材料料、、氣氣敏敏材材料料、、熱熱敏敏材材料料、、壓壓敏敏材材料料、、光光敏敏材材料料等等。。新新敏敏感感材材料料的的應(yīng)應(yīng)用用可可以以使使傳傳感感器器的的靈靈敏敏度度、、尺尺寸寸、、精精度度、、穩(wěn)穩(wěn)定定性性等等特特性性獲獲得得改改善善。。物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)技技術(shù)術(shù)體體系系3.共性性技技術(shù)術(shù)物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)共共性性技技術(shù)術(shù)涉涉及及網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的不不同同層層面面，，主主要要包包括括架架構(gòu)構(gòu)技技術(shù)術(shù)、、標標識識和和解解析析、、安安全全和和隱隱私私、、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)管管理理技技術(shù)術(shù)等等。。物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)架架構(gòu)構(gòu)技技術(shù)術(shù)目目前前處處于于概概念念發(fā)發(fā)展展階階段段。。物物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)需需具具有有統(tǒng)統(tǒng)一一的的架架構(gòu)構(gòu)，，清清晰晰的的分分層層，，支支持持不不同同系系統(tǒng)統(tǒng)的的互互操操作作性性，，適適應(yīng)應(yīng)不不同同類類型型的的物物理理網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，，適適應(yīng)應(yīng)物物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的的業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)特特性性。。物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)技技術(shù)術(shù)體體系系①標標識識和和解解析析技技術(shù)術(shù)是對對物物理理實實體體、、通通信信實實體體和和應(yīng)應(yīng)用用實實體體賦賦予予的的或或其其本本身身固固有有的的一一個個或或一一組組屬屬性性，，并并能能實實現(xiàn)現(xiàn)正正確確解解析析的的技技術(shù)術(shù)。。物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)標標識識和和解解析析技技術(shù)術(shù)涉涉及及不不同同的的標標識識體體系系、、不不同同體體系系的的互互操操作作、、全全球球解解析析或或區(qū)區(qū)域域解解析析、、標標識識管管理理等等。。物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)技技術(shù)術(shù)體體系系②安安全全和和隱隱私私技技術(shù)術(shù)包括括安安全全體體系系架架構(gòu)構(gòu)、、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)安安全全技技術(shù)術(shù)、、“智能能物物體體”的廣廣泛泛部部署署對對社社會會生生活活帶帶來來的的安安全全威威脅脅、、隱隱私私保保護護技技術(shù)術(shù)、、安安全全管管理理機機制制和和保保證證措措施施等等。。網(wǎng)絡(luò)絡(luò)管管理理技技術(shù)術(shù)重重點點包包括括管管理理需需求求、、管管理理模模型型、、管管理理功功能能、、管管理理協(xié)協(xié)議議等等。。為實實現(xiàn)現(xiàn)對對物物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)廣廣泛泛部部署署的的"智能能物物體體"的管管理理，，需需要要進進行行網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)功功能能和和適適用用性性分分析析，，開開發(fā)發(fā)適適合合的的管管理理協(xié)協(xié)議議。。物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)面面臨臨的的主主要要技技術(shù)術(shù)問問題題物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的的發(fā)發(fā)展展主主要要面面臨臨五五個個主主要要技技術(shù)術(shù)問問題題：：（1）技技術(shù)術(shù)標標準準問問題題（2）安安全全問問題題（3）協(xié)協(xié)議議問問題題（4）IP地址址問問題題（5）終終端端問問題題。。1.4物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的的應(yīng)應(yīng)用用領(lǐng)領(lǐng)域域我國國的的物物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)應(yīng)用用領(lǐng)領(lǐng)域域主主要要有有智智能能交交通通、、環(huán)環(huán)境境保保護護、、政政府府工工作作、、公公共共安安全全、、平平安安家家居居、、智智能能消消防防、、工工業(yè)業(yè)監(jiān)監(jiān)測測、、機機械械制制造造等等。。1.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域1.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)用用示例例——食品安安全1.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域2.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)用用示例例——平安城城市1.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域3.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)用用示例例——人體健健康1.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域4.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)用用示例例——智能家家庭1.4物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域5.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)用用示例例——智慧農(nóng)農(nóng)業(yè)(農(nóng)業(yè)標標準化化生產(chǎn)產(chǎn)監(jiān)測測系統(tǒng)統(tǒng))1.5應(yīng)用案案例：：光纖纖傳感感溫度度監(jiān)測測系統(tǒng)統(tǒng)分布式式光纖纖光學學傳感感能提提供完完整事事件發(fā)發(fā)生的的探測測和定定位。。用光入入射到到光纖纖光柵柵時產(chǎn)產(chǎn)生的的反射射光譜譜和透透射光光譜原原理來來獲取取環(huán)境境溫度度及應(yīng)應(yīng)變的的變化化情況況，從從而實實現(xiàn)對對環(huán)境境的連連續(xù)安安全檢檢測。。1.5應(yīng)用案案例：：光纖纖傳感感溫度度監(jiān)測測系統(tǒng)統(tǒng)