彭力-物聯(lián)網(wǎng)概論-第1課 緒論

1本書內(nèi)容框架

一、緒論（1、10）

二、射頻識(shí)別技術(shù)（2）

三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（6）

四、無線單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)（4、5）

五、無線通信系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)（3、8）

六、短距離無線通信技術(shù)（7）

七、智能信息處理技術(shù)（9）

八、本課程考試2第一課、緒論江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院吳治海Email:wuzhihai@Phoneddress:C4232011-9-6本節(jié)課主要內(nèi)容提綱定義：什么是物聯(lián)網(wǎng)

體系結(jié)構(gòu)：物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

歷史與發(fā)展：物聯(lián)網(wǎng)的來龍去脈

典型應(yīng)用：物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值所在

知識(shí)體系：如何學(xué)好物聯(lián)網(wǎng)41.物聯(lián)網(wǎng)定義定義：物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）是通過射頻識(shí)別、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)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。范疇：網(wǎng)絡(luò)；方式：傳感設(shè)備、協(xié)議、信息交換和通訊；目的：識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

含義：物聯(lián)網(wǎng)是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。

一層：基礎(chǔ)和核心仍是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；

二層：用戶端從個(gè)人電腦延伸和擴(kuò)展到任何物品之間的信息交換和通訊。51.物聯(lián)網(wǎng)定義在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品能夠彼此進(jìn)行“交流”，人們能夠彼此進(jìn)行“交流”，人與物能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無需人的干預(yù)。其實(shí)質(zhì)是利用感知/無線技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。61.物聯(lián)網(wǎng)定義客觀事物會(huì)說話71.物聯(lián)網(wǎng)定義物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)通訊，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)是無線技術(shù)，包括無線SOC、無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、無線通訊的協(xié)議棧和其它相關(guān)嵌入式軟件，數(shù)據(jù)庫，中間件等。

無線網(wǎng)絡(luò)通訊中的主流技術(shù)的工作頻率及范圍：81.物聯(lián)網(wǎng)定義無線技術(shù)及其工作頻率范圍2.物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)在體系結(jié)構(gòu)2.物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)外在架構(gòu)形式113.物聯(lián)網(wǎng)歷史

物聯(lián)網(wǎng)概念出現(xiàn)于比爾蓋茨1995年《未來之路》一書，在《未來之路》中，比爾蓋茨已經(jīng)提及物聯(lián)網(wǎng)概念，只是當(dāng)時(shí)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。物聯(lián)網(wǎng)概念最早提出于1999年，來源于“InternetofThings”一詞，其定義很簡(jiǎn)單，即把所有物品通過射頻識(shí)別和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。123.物聯(lián)網(wǎng)歷史

2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，報(bào)告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行交換。射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將到更加廣泛的應(yīng)用。3.物聯(lián)網(wǎng)歷史2009年1月，在奧巴馬總統(tǒng)與美國工商界領(lǐng)袖舉行的一次會(huì)議上，IBM首席執(zhí)行官彭明盛提出了“智慧地球”概念，并建議美國政府投資新一代智慧型基礎(chǔ)設(shè)施。奧巴馬對(duì)此給予積極應(yīng)：“經(jīng)濟(jì)刺激資金將會(huì)投入到寬帶網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)中去，毫無疑問，這就是美國在21世紀(jì)保持和奪回競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的方式?！贝撕?，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)引發(fā)全美工商界的高度關(guān)注，并認(rèn)為"智慧地球"有望成為又一個(gè)"信息高速公路"計(jì)劃，從而在世界范圍內(nèi)引起轟動(dòng)。13SmartPlanet3.物聯(lián)網(wǎng)歷史

IBM認(rèn)為建設(shè)智慧地球需要三個(gè)步驟：首先各種創(chuàng)新的感應(yīng)科技開始被嵌入各種物體和設(shè)施中，從而令物質(zhì)世界被極大程度的數(shù)據(jù)化。第二隨著網(wǎng)絡(luò)的高度發(fā)達(dá)，人、數(shù)據(jù)和各種事物都將以不同方式聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)。第三，先進(jìn)的技術(shù)和超級(jí)計(jì)算機(jī)則可以對(duì)這些堆積如山的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、加工和分析，將生硬的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成實(shí)實(shí)在在的洞察，并幫助人們做出正確的行動(dòng)決策。14SmartPlanet3.物聯(lián)網(wǎng)歷史15將“u-Japan”升級(jí)至“i-Japan”戰(zhàn)略，確保日本在信息時(shí)代的國際競(jìng)爭(zhēng)地位。日本政府早在2004年就推出了“u-Japan”計(jì)劃，著力于發(fā)展泛在網(wǎng)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，并希望由此催生新一代信息科技革命，在2010年實(shí)現(xiàn)“無所不在的日本”。在2009年8月，日本又將“u-Japan”升級(jí)為“i-Japan”戰(zhàn)略，提出“智慧泛在”構(gòu)想，將傳感網(wǎng)列為其國家重點(diǎn)戰(zhàn)略之一，致力于構(gòu)建一個(gè)個(gè)性化的物聯(lián)網(wǎng)智能服務(wù)體系，充分調(diào)動(dòng)日本電子信息企業(yè)積極性，確保日本在信息時(shí)代的國家競(jìng)爭(zhēng)力始終位于全球第一陣營(yíng)。同時(shí)，日本政府希望通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，減輕由于人口老齡化所帶來的醫(yī)療、養(yǎng)老等社會(huì)負(fù)擔(dān)。3.物聯(lián)網(wǎng)歷史16在2004年幾乎與日本同步提出了"u-Korea"戰(zhàn)略，并制定了詳盡的"IT839戰(zhàn)略"，重點(diǎn)支持泛在網(wǎng)建設(shè)。在2009年10月韓國頒布了《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》，將物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)確定為新增長(zhǎng)動(dòng)力，確定了構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、營(yíng)造物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)散環(huán)境等4大領(lǐng)域、12項(xiàng)詳細(xì)課題，并提出到2012年實(shí)現(xiàn)"通過構(gòu)建世界最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，打造未來廣播通信融合領(lǐng)域超一流ICT（信息通信技術(shù)）強(qiáng)國"的目標(biāo)。3.物聯(lián)網(wǎng)歷史17

溫家寶總理2009.8.7和2010.8.3兩次到無錫考察，建立無錫中國物聯(lián)網(wǎng)感知中心。感知太湖—感知中國越來越小的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和功耗18物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)趨勢(shì)研究之一ZIGBEE傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

AA電池X25X3CM20-30微安電流WIFIGS1010傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

AA電池X14X3CM電池工作5年無線監(jiān)控手表微型電池3X3CM平均電流10微安有源433MHZ電子標(biāo)簽

CR2032鈕扣電池直徑2.2X3CM電池工作6年123456電子藥丸特殊微型電池小于直徑2.0X2CM無源EPC電子標(biāo)簽無需電池直徑1.6X1.6X0.001CM總量0.002克物聯(lián)網(wǎng)傳感層無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍越來越大19物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)趨勢(shì)研究之二低軌道衛(wèi)星數(shù)據(jù)通訊有源RFID網(wǎng)絡(luò)802.11SWIFI網(wǎng)狀網(wǎng)3G/4G電信網(wǎng)絡(luò)無線SOC結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜20無線單片機(jī)（無線SOC）處理器內(nèi)核從8位到16位，到32位，再到多處理器，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜；不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在芯片，而且實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)在芯片；我們從分析GS1010WI－FI無線單片機(jī)來看這個(gè)技術(shù)趨勢(shì)；GS1010WI-FI無線單片機(jī)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)趨勢(shì)研究之三無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧設(shè)計(jì)越來越難21物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)趨勢(shì)研究之四低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧224.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層構(gòu)架在傳感層、網(wǎng)絡(luò)層上面，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒈榧爸悄軜怯?、智能家居、路燈監(jiān)控、智能醫(yī)院、智慧能源、智能交通、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、智能消防、物流管理、政府工作、公共安全、資產(chǎn)管理、軍械管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)監(jiān)測(cè)、礦井安全管理、食品藥品管理、票證管理、老人護(hù)理、個(gè)人健康等諸多領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟(jì)的效率，大大節(jié)約成本；另一方面可以為經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技術(shù)動(dòng)力，帶動(dòng)所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)部門進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，并將推動(dòng)國家整個(gè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，推動(dòng)發(fā)展模式從粗放型發(fā)展轉(zhuǎn)向集約型發(fā)展。第一屆中國物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)2010.10.29無錫尋找下一個(gè)金礦—物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的投資機(jī)會(huì)第二屆中國物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)2011.04.27北京應(yīng)用為本—物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略解析4.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用23244.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用25機(jī)場(chǎng)、電網(wǎng)26平安城市建設(shè)利用部署在大街小巷的全球眼監(jiān)控探頭，實(shí)現(xiàn)圖像敏感性智能分析并與110、119、112等交互，實(shí)現(xiàn)探頭與探頭之間、探頭與人、探頭與報(bào)警系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，從而構(gòu)建和諧安全的城市生活環(huán)境。27家庭自動(dòng)化28數(shù)字家庭是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，包括各類消費(fèi)電子產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、信息家電及智能家居等，通過不同的互連方式進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)中各類電子產(chǎn)品之間的“互聯(lián)互通”的一種服務(wù)。數(shù)字家庭的四大功能：信息、通信、娛樂和生活。數(shù)字家庭信息通信娛樂生活未來數(shù)字家庭29智慧農(nóng)業(yè)30無線葡萄園2002年，英特爾公司率先在俄勒岡建立了世界上第一個(gè)無線葡萄園。傳感器節(jié)點(diǎn)被分布在葡萄園的每個(gè)角落，每隔一分鐘檢測(cè)一次土壤溫度、濕度或該區(qū)域有害物的數(shù)量，以確保葡萄可以健康生長(zhǎng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，葡萄園氣候的細(xì)微變化可極大地影響葡萄酒的質(zhì)量。通過長(zhǎng)年的數(shù)據(jù)記錄以及相關(guān)分析，便能精確的掌握葡萄酒的質(zhì)地與葡萄生長(zhǎng)過程中的日照、溫度、濕度的確切關(guān)系。這是一個(gè)典型的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能耕種的實(shí)例。葡萄園環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖無線葡萄園31環(huán)境監(jiān)測(cè)32

2002年，由英特爾的研究小組和加州大學(xué)伯克利分校以及巴港大西洋大學(xué)的科學(xué)家把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)視大鴨島海鳥的棲息情況。位于緬因州海岸大鴨島上的海燕由于環(huán)境惡劣，海燕又十分機(jī)警，研究人員無法采用通常方法進(jìn)行跟蹤觀察。為此他們使用了包括光、濕度、氣壓計(jì)、紅外傳感器、攝像頭在內(nèi)的近10種傳感器類型數(shù)百個(gè)節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)通過自組織無線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?00英尺外的基站計(jì)算機(jī)內(nèi)，再由此經(jīng)衛(wèi)星傳輸至加州的服務(wù)器。在那之后，全球的研究人員都可以通過互聯(lián)網(wǎng)察看該地區(qū)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，掌握第一手的環(huán)境資料，為生態(tài)環(huán)境研究者提供了一個(gè)極為有效便利的平臺(tái)。大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)33個(gè)人保健

人身上可以安裝不同的傳感器，對(duì)人的健康參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并且實(shí)時(shí)傳送到相關(guān)的醫(yī)療保健中心，如果有異常，保健中心通過手機(jī)，提醒您去醫(yī)院檢查身體。醫(yī)院實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)隨著醫(yī)院信息化，智能化的發(fā)展，醫(yī)院信息化正在經(jīng)歷從數(shù)字化醫(yī)院到信息化醫(yī)院的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前的醫(yī)院信息化系統(tǒng)是基于PC的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也即是數(shù)字化醫(yī)院時(shí)代的產(chǎn)物。數(shù)字化醫(yī)院，是要實(shí)現(xiàn)醫(yī)院數(shù)據(jù)的管理，包括門診，電子病例，財(cái)務(wù)管理和醫(yī)院企業(yè)管理數(shù)字化和電腦化。34醫(yī)院實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)35醫(yī)院實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)

目前的數(shù)字化醫(yī)院，對(duì)醫(yī)院各個(gè)群體的管理，目前都還是靜態(tài)管理，包括醫(yī)生，病人，護(hù)士，管理人員，重要儀器設(shè)備位置等。新一代ZigBee和微功耗Wi-Fi技術(shù)，已經(jīng)具備了可以對(duì)人員實(shí)時(shí)定位（搜索），人員實(shí)時(shí)呼叫，重癥病人身體狀況在移動(dòng)中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，貴重（危險(xiǎn)）物品（包括移動(dòng)物體）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警等全新功能。這些功能和現(xiàn)行的醫(yī)院HIS、LIS、PACS、

EMR相結(jié)合，就可以構(gòu)成新一代物聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)院系統(tǒng)。36醫(yī)院實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)3738畜牧溯源給放養(yǎng)的牲畜中的每一只羊都貼上一個(gè)二維碼，這個(gè)二維碼會(huì)一直保持到超市出售的肉品上，消費(fèi)者可通過手機(jī)閱讀二維碼，知道牲畜的成長(zhǎng)歷史，確保食品安全。我國已有10億存欄動(dòng)物貼上了這種二維碼。

畜牧溯源39水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)根據(jù)目前歐美各國在研項(xiàng)目的文獻(xiàn)資料，可以大致將水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)可分為以下幾類：(1)基于水面浮標(biāo)的(射頻+水聲通信)可任意升降的三維立體水下傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：布放比較容易，可利用太陽能、GPS以及水面上的無線通信，回避、降低了水下通信的困難。缺點(diǎn)：阻礙航道，易被發(fā)現(xiàn)破壞，容易隨波逐流，位置不能固定。(2)由固定在海底基站的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，可任意升降的三維立體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過光纜或聲通信與水面網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，將數(shù)據(jù)傳輸至基站。優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)影響航行。缺點(diǎn)：維護(hù)不容易。(3)基于水面浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)(射頻+水聲通信)、水中自主航行器（水聲通信）和水底固定節(jié)點(diǎn)（水聲通信）的三維立體系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：覆蓋全面，配置靈活，功能強(qiáng)大。缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。與地面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)仍然存在著諸多困難：如有效帶寬非常有限、水下信道非常惡劣等等，在這個(gè)領(lǐng)域還有許多的困難需要解決。40

探索外部星球一直是人類夢(mèng)寐以求的理想，借助于航天器布撒的傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)星球表面大范圍、長(zhǎng)時(shí)期、近距離的監(jiān)測(cè)和探索，是一種經(jīng)濟(jì)可行的方案。NASA的JPL實(shí)驗(yàn)室研制的SensorWebs就是為將來的火星探測(cè)、選定著陸場(chǎng)地等需求進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備的?，F(xiàn)在該項(xiàng)目已在佛羅里達(dá)宇航中心的環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中進(jìn)行測(cè)試和完善。美國宇航局的空間探索計(jì)劃中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式示意圖空間探索41

對(duì)珍貴的古老建筑進(jìn)行保護(hù)，是文物保護(hù)單位長(zhǎng)期以來的一個(gè)工作重點(diǎn)。將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光照等傳感器的節(jié)點(diǎn)布放在重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象當(dāng)中，無需拉線鉆孔，便可有效地對(duì)建筑物進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)。此外，對(duì)于珍貴文物而言，在保存地點(diǎn)的墻角、天花板等位置，監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度、濕度是否超過安全值，可以更妥善地保護(hù)展覽品的品質(zhì)。文物保護(hù)425.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)