配套課件-物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論

1.1物聯(lián)網(wǎng)的定義

1.2物聯(lián)網(wǎng)的起源

1.3物聯(lián)網(wǎng)的三大推動(dòng)力

1.4國家的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)》解析物聯(lián)網(wǎng)自誕生以來便引起了巨大關(guān)注，被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。

其理念是基于射頻識(shí)別(RFID)、電子代碼(EPC)等技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)造一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)，即物聯(lián)網(wǎng)，如圖1.1所示。1.1物聯(lián)網(wǎng)的定義

圖1.1物聯(lián)網(wǎng)的定義

Ashton教授關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)想有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間，并進(jìn)行信息交換和通信。

其基本特征可簡要概括為全面感知、可靠傳送和智能處理，如表1.1所示。表1.1物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)特征回顧歷史，不知是巧合還是有意，在大的危機(jī)之后，總會(huì)有新的行業(yè)誕生，來引領(lǐng)和支撐經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇、發(fā)展，從而帶動(dòng)社會(huì)進(jìn)入新的經(jīng)濟(jì)上升周期。

(1)歷史經(jīng)驗(yàn)表明，全球性經(jīng)濟(jì)危機(jī)往往催生重大科技創(chuàng)新突破和科技革命。

1.2物聯(lián)網(wǎng)的起源

(2)前瞻全球現(xiàn)代化發(fā)展的圖景，包括中國、印度在內(nèi)的近三十億人口追求小康生活和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的宏偉歷史進(jìn)程與自然資源供給能力和生態(tài)環(huán)境承載能力的矛盾日益凸顯和尖銳，按照傳統(tǒng)的大量耗費(fèi)不可再生自然資源和破壞生態(tài)環(huán)境的經(jīng)濟(jì)增長方式、沿襲少數(shù)國家以攫取世界資源為手段的發(fā)展模式難以為繼。

(3)從當(dāng)今世界科技發(fā)展的態(tài)勢(shì)看，奠定現(xiàn)代科技基礎(chǔ)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)基本發(fā)生在20世紀(jì)上半葉，“科學(xué)的沉寂”已達(dá)60余年，而技術(shù)革命的周期也日漸縮短。

縱觀歷史，1965年前后發(fā)生的變革以大型機(jī)為標(biāo)志，1980年前后發(fā)生的變革以個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及為標(biāo)志，而1995年前后則發(fā)生了互聯(lián)網(wǎng)革命，每一次的技術(shù)變革又都引起企業(yè)、產(chǎn)業(yè)甚至國家間競(jìng)爭格局的重大動(dòng)蕩和變化。而2010年發(fā)生的變革極有可能出現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，如圖1.2所示。圖1.215年周期定律從1999年概念的提出到2010年的崛起，物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了十年歷程，特別是最近兩年其發(fā)展極為迅速，不再停留在單純的概念、設(shè)想階段，而是逐漸成為國家戰(zhàn)略、政策扶植的對(duì)象。表1.2列出了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程中的關(guān)鍵點(diǎn)。表1.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程中的關(guān)鍵點(diǎn)續(xù)表1.3.1第一大推動(dòng)力：政府

1998年1月31日，美國副總統(tǒng)戈?duì)栐诩永Ｄ醽喛茖W(xué)中心做了題為《數(shù)字地球：展望21世紀(jì)我們這顆行星》的長篇演講。他在這篇演講中首次提到并系統(tǒng)闡述了“數(shù)字地球”這個(gè)新概念，其構(gòu)想如圖1.3所示。1.3物聯(lián)網(wǎng)的三大推動(dòng)力圖1.3數(shù)字地球構(gòu)想智慧地球的應(yīng)用領(lǐng)域如圖1.4所示。圖1.4智慧地球應(yīng)用領(lǐng)域1.3.2第二大推動(dòng)力：企業(yè)

2008年，IBM提出的“智慧地球”發(fā)展戰(zhàn)略(如圖1.5所示)，受到美國政府的高度重視。圖1.5智慧地球的構(gòu)成1.3.3第三大推動(dòng)力：教育界與科技界

追求先進(jìn)科學(xué)與前沿技術(shù)是科學(xué)家的天職。

一、抓住機(jī)遇，加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)

二、堅(jiān)持創(chuàng)新發(fā)展，將戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)加快培育成為先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)

三、立足國情，努力實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)領(lǐng)域快速健康發(fā)展

四、強(qiáng)化科技創(chuàng)新，提升產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭力

五、積極培育市場(chǎng)，營造良好市場(chǎng)環(huán)境

六、深化國際合作，提高國際化發(fā)展水平

七、加大財(cái)稅金融政策扶持力度，引導(dǎo)和鼓勵(lì)社會(huì)投入

八、推進(jìn)體制機(jī)制創(chuàng)新，加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)1.4國家的“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”解析2.1智慧城市

2.2智慧校園

2.3老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端2.4智能電網(wǎng)

2.5智能家居

2.1.1智慧城市概述

智慧城市的起源可以追溯到“數(shù)字地球”。2.1智慧城市圖2.1“數(shù)字地球”2.1.2智慧城市

隨著傳感網(wǎng)等互聯(lián)互通新技術(shù)的應(yīng)用，城市信息化正向著智能化演進(jìn)。

圖2.2展示了智慧城市的幾個(gè)基本應(yīng)用。圖2.2智慧城市概況

1.什么是智慧城市

(1)智慧基礎(chǔ)設(shè)施。

(2)智慧政府。

(3)智慧公共服務(wù)。

(4)智慧產(chǎn)業(yè)。

(5)智慧人文。

智慧城市的全景圖如圖2.3所示。圖2.3智慧城市全景圖

2.智慧城市的架構(gòu)

1)智慧城市整體架構(gòu)

智慧城市的構(gòu)架可以分為四個(gè)部分：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層，如圖2.4所示。一個(gè)人體的模型可以用來比喻智慧城市的整體架構(gòu)，如圖2.5所示。圖2.4智慧城市整體框架圖2.5基于人體模型的智慧城市架構(gòu)無線傳感網(wǎng)是指把隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)主要通過遙感、地理信息系統(tǒng)、導(dǎo)航定位、通信、高性能計(jì)算等高新技術(shù)對(duì)城市各方面的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和智能感知，將得到的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到高性能計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，如圖2.6所示。圖2.6無線傳感網(wǎng)示意圖第二個(gè)層次是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——網(wǎng)絡(luò)層，如圖2.7所示。圖2.7智慧城市的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2)智慧城市平臺(tái)架構(gòu)

智慧城市平臺(tái)的一般架構(gòu)如圖2.8所示。圖2.8智慧城市平臺(tái)架構(gòu)智慧城市平臺(tái)主要基于面向服務(wù)(SOA)的ICT(InformationCommunicationTechnology，信息與通信技術(shù))集成框架來實(shí)現(xiàn)智慧城市。ICT就是通過信息與通信技術(shù)，用以滿足“客戶綜合信息化需求”的一攬子解決方案，包括通信、信息收集、發(fā)布、傳感、自動(dòng)化等各個(gè)方面。2.1.3物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市

智慧城市是一個(gè)有機(jī)結(jié)合的大系統(tǒng)，涵蓋了更透徹的感知、更全面的互聯(lián)、更深入的智能。其中，物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市中非常重要的元素，它支撐著整個(gè)智慧城市系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市的關(guān)系如圖2.9所示。圖2.9物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市的關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市最直觀的聯(lián)系就是M2M。

M2M(Machine/MantoMachine/Man)是一種以機(jī)器智能交互為核心的、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用與服務(wù)。

圖2.10描述了智慧城市中M2M終端的應(yīng)用。圖2.10智慧城市中M2M終端的應(yīng)用2.2.1智慧校園概述

智慧校園的建設(shè)旨在提高校園信息服務(wù)和應(yīng)用的質(zhì)量與水平，建立一個(gè)開放的、創(chuàng)新的、協(xié)作的和智能的綜合信息服務(wù)平臺(tái)。2.2智慧校園

1.數(shù)字化校園的發(fā)展歷程

多媒體中控機(jī)的出現(xiàn)簡化了多媒體設(shè)備的使用，提高了設(shè)備使用壽命，增強(qiáng)了教學(xué)效果，加快了多媒體教學(xué)的發(fā)展，如圖2.11所示。圖2.11多媒體中控機(jī)信息平臺(tái)融合技術(shù)是以教學(xué)資源為中心，校園網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)校園綜合信息平臺(tái)的可視化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，如圖2.12所示。它具有統(tǒng)一的教學(xué)平臺(tái)、管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)平臺(tái)，并且統(tǒng)一發(fā)布信息和統(tǒng)一認(rèn)證身份。圖2.12信息平臺(tái)融合技術(shù)

2.什么是智慧校園

智慧校園是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體而構(gòu)建的教學(xué)、科研、管理和校園生活為一體的新型智慧化的工作、學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，利用先進(jìn)的信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字環(huán)境的應(yīng)用體系，使得人們能快速、準(zhǔn)確地獲取校園中人、財(cái)、物和學(xué)、研、管業(yè)務(wù)過程中的信息，同時(shí)通過綜合數(shù)據(jù)分析為管理改進(jìn)和業(yè)務(wù)流程再造提供數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)學(xué)校進(jìn)行制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)教育信息化、決策科學(xué)化和管理規(guī)范化；通過應(yīng)用服務(wù)的集成與融合來實(shí)現(xiàn)校園的信息獲取、信息共享和信息服務(wù)，從而推進(jìn)智慧化的教學(xué)、智慧化的科研、智慧化的管理、智慧化的生活以及智慧化的服務(wù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。智慧校園的發(fā)展歷程如圖2.13所示。圖2.13智慧校園的發(fā)展歷程2.2.2智慧校園的架構(gòu)與技術(shù)核心

智慧校園的架構(gòu)分為三個(gè)方面。上網(wǎng)環(huán)境；數(shù)據(jù)環(huán)境，云計(jì)算環(huán)境、存儲(chǔ)環(huán)境；再次，要擁有一個(gè)系統(tǒng)(物聯(lián)系統(tǒng))接入——支持各種智能終端、設(shè)施、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境。

1.智慧校園的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

智慧校園的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境主要分為：接入網(wǎng)，方便師生上互聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)網(wǎng)，支撐教學(xué)活動(dòng)；科研網(wǎng)，支撐科研活動(dòng)；資源網(wǎng)，支撐資源匯聚和傳播活動(dòng)；智能網(wǎng)，支撐和諧、生態(tài)校園建設(shè)。

2.智慧校園的數(shù)據(jù)環(huán)境

智慧校園的數(shù)據(jù)環(huán)境主要采用云計(jì)算環(huán)境，因?yàn)樵朴?jì)算服務(wù)平臺(tái)可使量化、科學(xué)的決策成為可能。

3.智慧校園的物聯(lián)環(huán)境

物聯(lián)感知系統(tǒng)是整個(gè)智慧校園中最可見的一部分，該系統(tǒng)利用傳感器、采集器、RFID、二維碼、視頻監(jiān)控等感知技術(shù)和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)校園環(huán)境管理的數(shù)字化。

4.智慧校園的技術(shù)方法

信息系統(tǒng)是一個(gè)提供全面信息服務(wù)的人機(jī)交互系統(tǒng)，信息應(yīng)用系統(tǒng)的功能是通過服務(wù)來體現(xiàn)的。1)信息規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)

2)統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)

3)共享數(shù)據(jù)庫平臺(tái)

4)基于多網(wǎng)融合的新型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與管理系統(tǒng)

5)?IC卡與手機(jī)融合的綜合校園卡應(yīng)用系統(tǒng)

6)面向信息服務(wù)的各類應(yīng)用系統(tǒng)

7)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體驗(yàn)項(xiàng)目

8)三維可視化虛擬校園

5.智慧校園終端

智慧校園終端設(shè)備的選取和應(yīng)用是多樣的，如智能手機(jī)、平板電腦以及專用的手持終端和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，如圖2.14所示。

圖2.15所示為智慧校園應(yīng)用平臺(tái)。

圖2.16所示為智能教室的各相關(guān)系統(tǒng)組成。圖2.14智慧校園終端圖2.15智慧校園應(yīng)用平臺(tái)圖2.16智能教室圖2.17所示為iCampus系列智能教室工作站，作為設(shè)備終端，其工作特點(diǎn)如下：

(1)硬件模塊化、積木式，可靈活搭配。

(2)軟件分層，多隊(duì)列處理，開放API，持續(xù)擴(kuò)展。

(3)雙冗余，工業(yè)級(jí)，高可靠。

(4)設(shè)計(jì)新理念，智能與控制分離，高工作效率。

(5)深度感知，綜合決策。

(6)符合《多媒體教學(xué)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》，互聯(lián)互通，廣泛兼容。

(7)?IEEE802.11N，支持未來無線寬帶校園。圖2.17iCampus智能教室工作站(8)?ZigBee、3G模塊，無縫對(duì)接“智慧校園”物聯(lián)網(wǎng)。

(9)遠(yuǎn)程升級(jí)，無后顧之憂。

(10)數(shù)字、模擬混合存在，滿足不同應(yīng)用需求。

(11)無線寬帶、有線1000?M，光纖傳輸可選。

(12)全面記錄運(yùn)行日志，提供可靠數(shù)據(jù)。

(13)簡化開發(fā)，易維護(hù)，可擴(kuò)展。

(14)操作界面可編程，滿足個(gè)性化需求，如圖2.18所示。圖2.18iCampus可編程操作界面2.2.3智慧校園的深化應(yīng)用

1.無線設(shè)備管理平臺(tái)

無線設(shè)備管理平臺(tái)的界面如圖2.19所示。

2.實(shí)訓(xùn)室設(shè)備管理

3.地磁感應(yīng)車輛防盜系統(tǒng)

圖2.20所示為地磁感應(yīng)車輛防盜系統(tǒng)。

圖2.19無線設(shè)備管理平臺(tái)圖2.20地磁感應(yīng)車輛防盜系統(tǒng)2.3.1系統(tǒng)功能

老年人用物聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)就是要尋找一種監(jiān)測(cè)方法，這種方法要簡單實(shí)用，且易于推廣。

老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端構(gòu)成如圖2.21所示。2.3老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端圖2.21老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端構(gòu)成圖2.3.2系統(tǒng)整體構(gòu)架

老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端由以下幾部分組成：一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器，用于初始化ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)和接收人體狀態(tài)信息；若干個(gè)終端人體狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀，佩戴于被監(jiān)測(cè)人的腰部，用于檢測(cè)和傳送狀態(tài)信息；運(yùn)行在PC機(jī)端的監(jiān)控中心軟件，顯示被監(jiān)測(cè)對(duì)象的人體狀態(tài)信息。

老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端整體構(gòu)架如圖2.22所示。圖2.22老年人用物聯(lián)網(wǎng)信息終端整體構(gòu)架2.4.1物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)作為具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)，已引起世界各國的高度重視。

融合智能電網(wǎng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)如圖2.23所示。2.4智能電網(wǎng)圖2.23融合智能電網(wǎng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)2.4.2物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

由圖2.24可知，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將進(jìn)一步助力智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，如設(shè)備狀態(tài)的預(yù)測(cè)和調(diào)控，資產(chǎn)全壽命周期管理的輔助決策，電網(wǎng)與用戶間的智能互動(dòng)等。圖2.24物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過在常規(guī)機(jī)組內(nèi)布置各種傳感器以掌握機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，包括各種技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)，可提高常規(guī)機(jī)組運(yùn)行維護(hù)水平；通過在壩體部署壓力傳感器群監(jiān)測(cè)壩體變形情況，可規(guī)避水庫調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)；通過各類氣象傳感器實(shí)時(shí)采集風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電廠的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、降雨、輻射等微氣象信息，可實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的監(jiān)控和預(yù)測(cè)，如圖2.25所示。圖2.25智能電網(wǎng)用電2.4.3分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù)

電力需求的快速增長與電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大使構(gòu)建大電網(wǎng)的建設(shè)成本高、運(yùn)行難度大，并且在適應(yīng)電力用戶的高要求、高可靠性和供電需求方面，也還存在諸多瓶頸問題。微電網(wǎng)是一種較小規(guī)模的分散獨(dú)立系統(tǒng)，由負(fù)荷和微電源組成。它采用了大量的先進(jìn)電力技術(shù)，將燃汽輪機(jī)或者風(fēng)電、光伏發(fā)電、燃料電池和儲(chǔ)能設(shè)備等裝置整合在一起，直接接入用戶側(cè)，如圖2.26所示。圖2.26微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方框圖2.4.4中國國家電網(wǎng)公司“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”建設(shè)

2009年4月，中國國家電網(wǎng)公司領(lǐng)導(dǎo)與美國能源部長朱棣文相晤，在華盛頓發(fā)表演講稱：“中國國家電網(wǎng)公司正在全面建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的自主創(chuàng)新、國際領(lǐng)先的‘智能電網(wǎng)’”。

“統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略框架如圖2.27所示。圖2.27“統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略框架智能電網(wǎng)架構(gòu)如圖2.28所示，其中，電網(wǎng)基礎(chǔ)體系是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的物質(zhì)載體，是實(shí)現(xiàn)“堅(jiān)強(qiáng)”的重要基礎(chǔ)；技術(shù)支撐體系是先進(jìn)的通信、信息、控制等應(yīng)用技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)“智能”的技術(shù)保障；智能應(yīng)用體系是保障電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，提供用戶增值服務(wù)的具體體現(xiàn)；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是指技術(shù)、管理方面的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及試驗(yàn)、認(rèn)證、評(píng)估體系，是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的制度依據(jù)。圖2.28智能電網(wǎng)架構(gòu)

(1)“一個(gè)目標(biāo)”。

(2)“兩條主線”。

(3)“三個(gè)階段”。

(4)“四個(gè)體系”。

(5)“五個(gè)內(nèi)涵”。

(6)“六個(gè)環(huán)節(jié)”。

智能電網(wǎng)架構(gòu)如圖2.28所示。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，如圖2.29所示。圖2.29六大環(huán)節(jié)及基本平臺(tái)智能家居的應(yīng)用場(chǎng)景如圖2.30所示。2.5智能家居圖2.30理想智能家居2.5.1智能家居的概念

1984年，美國聯(lián)合科技公司(UnitedTechnologiesBuildingSystem)將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國康乃迪克州(Conneticut)哈特佛市(Hartford)的CityPlaceBuilding，通過對(duì)該舊式大樓進(jìn)行一定程度的改造后，再采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)大樓的空調(diào)、電梯、照明等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，并提供語音通信、電子郵件和情報(bào)資料等方面的信息服務(wù)，這就誕生了世界上首棟“智能家居”。2.5.2智能家居體系結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)智能家居必須滿足三個(gè)條件：具有家庭網(wǎng)絡(luò)總線系統(tǒng)；能夠通過這種網(wǎng)絡(luò)(總線)系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能；能與住宅外部相連接。通過總結(jié)各類智能家居系統(tǒng)，可以得出如圖2.31所示的體系結(jié)構(gòu)?？梢?，整個(gè)系統(tǒng)由兩網(wǎng)連接三層，其中的三層指家庭設(shè)備層、家庭服務(wù)平臺(tái)層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層，兩網(wǎng)是指智能家庭網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)。圖2.31智能家居體系結(jié)構(gòu)3.1物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次

3.2物聯(lián)網(wǎng)的八層架構(gòu)

3.3物聯(lián)網(wǎng)的四大支撐技術(shù)3.4兩個(gè)技術(shù)范疇

3.5云計(jì)算

物聯(lián)網(wǎng)包括物聯(lián)網(wǎng)感知層、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層，如圖3.1所示。相應(yīng)地，其技術(shù)體系包括感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)以及公共技術(shù)，如圖3.2所示。3.1物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次圖3.1物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖圖3.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系框架圖在IBM2010年大中華區(qū)研發(fā)中心開放日活動(dòng)中，希望對(duì)在物聯(lián)網(wǎng)世界里會(huì)用到的一些關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行深入的探討和展望。3.2物聯(lián)網(wǎng)的八層架構(gòu)1．傳感器/執(zhí)行器層

2.傳感網(wǎng)層

3.傳感網(wǎng)關(guān)層

4.廣域網(wǎng)絡(luò)層

5.應(yīng)用網(wǎng)關(guān)層

6.服務(wù)平臺(tái)層

7.應(yīng)用層

8.分析與優(yōu)化層

圖3.3物聯(lián)網(wǎng)框架模型3.3.1RFID技術(shù)

無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)作為本世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一，已得到全球業(yè)界的高度重視；中國擁有產(chǎn)品門類最為齊全的裝備制造業(yè)，又是全球IT產(chǎn)品最重要的生產(chǎn)加工基地和消費(fèi)市場(chǎng)。3.3物聯(lián)網(wǎng)的四大支撐技術(shù)

1.?RFID介紹

射頻識(shí)別(RadioFrequencyIdentification，RFID)技術(shù)是20世紀(jì)90年代興起并逐漸走向成熟的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)的空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))來實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。圖3.4RFID系統(tǒng)

2.?RFID的特征

3.?RFID的工作原理

通常情況下，RFID的應(yīng)用系統(tǒng)主要由讀寫器和RFID卡兩部分組成，如圖3.5所示。圖3.5RFID工作原理

RFID應(yīng)用系統(tǒng)的基本工作原理是，RFID卡進(jìn)入讀寫器的射頻場(chǎng)后，由其天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路作為芯片的電源，同時(shí)將帶信息的感應(yīng)電流通過射頻前端電路檢測(cè)得到數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理；所需回復(fù)的信息從存儲(chǔ)器中獲取，然后經(jīng)邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回給讀寫器，如圖3.6所示。圖3.6RFID卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)——天線與芯片目前，RFID已得到了廣泛的應(yīng)用，且有國際標(biāo)準(zhǔn)ISO10536、ISO14443、ISO15693、ISO18000等。這些標(biāo)準(zhǔn)除規(guī)定了通信數(shù)據(jù)幀協(xié)議外，還著重對(duì)工作距離、頻率、耦合方式等與天線物理特性相關(guān)的技術(shù)規(guī)格進(jìn)行了規(guī)范。RFID同其他識(shí)別系統(tǒng)的比較如表3.1所示。表3.1

RFID同其他識(shí)別系統(tǒng)的比較

4.?RFID技術(shù)的分類

5.?RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

代碼結(jié)構(gòu)為64位，如表3.2所示。

6.?RFID系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

表3.2

ISO11784和ISO11785標(biāo)準(zhǔn)代碼結(jié)構(gòu)3.3.2WSN/ZigBee技術(shù)

1.什么是ZigBee

圖3.7所示為ZigBee聯(lián)盟的主要成員。圖3.7ZigBee聯(lián)盟主要成員

2.?WSN/ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)描述

簡單地說，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。

圖3.8展示了一個(gè)示例網(wǎng)絡(luò)，它具有ZigBee協(xié)調(diào)器(菱形)、路由器(矩形)和終端節(jié)點(diǎn)(圓形)。圖3.8ZigBee網(wǎng)絡(luò)示意圖與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立的，因而，它必須具有簡單、使用方便、工作可靠、價(jià)格低的特點(diǎn)。

圖3.9所示為ZigBee模塊。圖3.9ZigBee模塊

3.?ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

4.?ZigBee的應(yīng)用領(lǐng)域

ZigBee的典型應(yīng)用如圖3.10所示。圖3.10ZigBee的典型應(yīng)用3.3.3常見組網(wǎng)技術(shù)

1.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

1)現(xiàn)場(chǎng)總線概述

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的一種嶄新的工業(yè)控制技術(shù)。

圖3.11所示為傳統(tǒng)控制系統(tǒng)接線方式和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)接線方式的比較。圖3.11傳統(tǒng)控制系統(tǒng)接線方式和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)接線方式的比較(a)傳統(tǒng)的接線方式(b)現(xiàn)場(chǎng)總線接線方式

2)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)際上是采用串行數(shù)據(jù)傳輸和連接方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的并行信號(hào)傳輸和連接方式的方法。

3)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域

控制系統(tǒng)分為不同的層次，圖3.12簡明地表示出控制系統(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)。圖3.12控制系統(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)層次，現(xiàn)場(chǎng)總線有著不同的應(yīng)用范圍。圖3.13列舉了幾種主要現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用范圍。圖3.13現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用范圍

2.?WiFi技術(shù)

1)?WiFi概述

WiFi全稱WirelessFidelity，又稱802.11b標(biāo)準(zhǔn)，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，可以達(dá)到11?Mb/s。

2)?WiFi無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

WiFi無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有兩種：Ad-Hoc和Infrastructure。

Ad-Hoc是一種對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各計(jì)算機(jī)只需接上相應(yīng)的無線網(wǎng)卡，或者具有WiFi模塊的手機(jī)等便攜終端，即可實(shí)現(xiàn)相互連接和資源共享，無需中間作用的“AccessPoint”(AP，接入點(diǎn))。此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3.14所示。圖3.14Ad-Hoc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

Infrastructure是一種整合有線與無線局域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的應(yīng)用模式，通過此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同樣可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，此應(yīng)用需通過AP。

此種網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3.15所示。圖3.15Infrastructure拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3)?WiFi優(yōu)點(diǎn)

WiFi技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。

4)?WiFi的應(yīng)用

在通信行業(yè)的激烈競(jìng)爭中，寬帶接入是各運(yùn)營商競(jìng)爭的焦點(diǎn)。

3.藍(lán)牙技術(shù)

1)藍(lán)牙技術(shù)概述

藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信(一般為10?m內(nèi))的無線電技術(shù)，能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。

圖3.16所示為藍(lán)牙標(biāo)志與藍(lán)牙耳機(jī)。圖3.16藍(lán)牙標(biāo)志與藍(lán)牙耳機(jī)

2)藍(lán)牙技術(shù)的系統(tǒng)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)

藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品采用低能耗無線電通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和視頻的傳輸。

藍(lán)牙的系統(tǒng)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)見表3.3。表3.3藍(lán)牙的系統(tǒng)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)

3)藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)

藍(lán)牙技術(shù)提供了低成本、近距離的無線通信，構(gòu)成固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境中的個(gè)人網(wǎng)絡(luò)，使得近距離內(nèi)的各種設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享。圖3.17所示為藍(lán)牙模塊。圖3.17藍(lán)牙模塊

4)藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用

藍(lán)牙SIG(藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟)定義了幾種基本的應(yīng)用模型，主要包括文件傳輸、Internet網(wǎng)橋、局域網(wǎng)接入、三合一電話和終端耳機(jī)等。

4.GPS技術(shù)

1)?GPS概述

GPS是英文GlobalPositioningSystem(全球定位系統(tǒng))的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。

2)?GPS的組成

全球定位系統(tǒng)由GPS空間衛(wèi)星部分、GPS地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分(GPS接收機(jī))三大部分組成，如圖3.18所示。圖3.18全球定位系統(tǒng)示意圖

3)?GPS的特點(diǎn)

全球定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：

(1)定位精度高。

(2)觀測(cè)時(shí)間短。

(3)應(yīng)用廣泛。

4)?GPS的應(yīng)用

GPS在導(dǎo)航、跟蹤、精確測(cè)量方面都有很廣泛的應(yīng)用。

圖3.19所示即為GPS導(dǎo)航裝置。圖3.19GPS導(dǎo)航裝置

5)?GPS的前景

由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，因此作為先進(jìn)的測(cè)量手段和新的生產(chǎn)力，它已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。

5.?PLC技術(shù)

1)?PLC概述

電力線通信(PowerLineCommunication)技術(shù)簡稱PLC，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和語音信號(hào)的一種通信方式。

圖3.20為典型的PLC系統(tǒng)應(yīng)用示意圖。圖3.20典型的PLC系統(tǒng)應(yīng)用示意圖

2)?PLC的關(guān)鍵技術(shù)

目前國際上高速電力線通信采用的調(diào)制技術(shù)主要有擴(kuò)展頻譜類和OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交頻分復(fù)用)調(diào)制技術(shù)。

3)?PLC的特點(diǎn)

電力線路作為通信媒介帶來的噪聲干擾遠(yuǎn)比電信線路大得多，如圖3.21所示。圖3.21水平排列電力線通道的雜音波形

4)?PLC的發(fā)展展望

傳統(tǒng)的PLC主要利用高壓輸電線路作為高頻信號(hào)的傳輸通道，僅僅局限于傳輸話音、遠(yuǎn)動(dòng)控制信號(hào)等，應(yīng)用范圍窄，傳輸速率較低，不能滿足寬帶化發(fā)展的要求。3.3.4微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)

MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是微機(jī)電系統(tǒng)的縮寫。

1.?MEMS技術(shù)簡述

2.?MEMS技術(shù)的發(fā)展歷史

圖3.22所示為2002～2012年消費(fèi)類電子加速度計(jì)的應(yīng)收和出貨量預(yù)測(cè)。圖3.222002～2012年消費(fèi)類電子加速度計(jì)的應(yīng)收和出貨量預(yù)測(cè)

3.微傳感器研究的現(xiàn)狀與發(fā)展方向

1)微機(jī)械壓力傳感器

2)微加速度傳感器

3)微機(jī)械陀螺儀

4)微流量傳感器

微流量傳感器，不僅外形尺寸小，能達(dá)到很低的測(cè)量量級(jí)，而且死區(qū)容量小，響應(yīng)時(shí)間短，適合于微流體的精密測(cè)量和控制，如圖3.23所示。圖3.23微流量傳感器

5)微氣敏傳感器

氣敏傳感器的工作原理是聲表面波器件的波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。

圖3.24所示即為微氣敏傳感器。

6)微機(jī)械溫度傳感器圖3.24微氣敏傳感器3.4.1智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)

當(dāng)你拿起柚子，它會(huì)告訴你含糖量及合理的攝入量；當(dāng)你準(zhǔn)備出門，電腦包會(huì)提醒你忘帶了什么東西；當(dāng)你坐進(jìn)駕駛室，汽車會(huì)警示你酒精過度并拒絕行駛；當(dāng)你在回家的路上，冰箱會(huì)告訴你儲(chǔ)存了什么食物，并推薦相應(yīng)的菜譜。家里冰箱空了，或者是儲(chǔ)存食物快過保質(zhì)期，冰箱會(huì)自動(dòng)提示你趕緊去購買。3.4兩個(gè)技術(shù)范疇智能空間的目的是建立一個(gè)以人為中心的充滿計(jì)算和通信能力的空間，讓計(jì)算機(jī)參與到從未涉及計(jì)算行為的活動(dòng)中，使用戶能像與他人一樣與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生交互，從而使用戶能隨時(shí)隨地、透明地獲得人性化的服務(wù)，如圖3.25所示。圖3.25智能空間3.4.2物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)終端是物聯(lián)網(wǎng)中連接傳感網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備。

1.物聯(lián)網(wǎng)終端的基本原理及作用

物聯(lián)網(wǎng)終端內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.26所示。圖3.26物聯(lián)網(wǎng)終端內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.物聯(lián)網(wǎng)終端的分類

1)按照行業(yè)應(yīng)用分類

(1)工業(yè)設(shè)備檢測(cè)終端。

(2)設(shè)施農(nóng)業(yè)檢測(cè)終端。

(3)物流RFID識(shí)別終端。

2)按照使用場(chǎng)合分類

(1)固定終端。

(2)移動(dòng)終端。

(3)手持終端：

3)按照傳輸方式分類

(1)以太網(wǎng)終端。

(2)?WiFi終端。

(3)?2G終端。

(4)?3G終端。

4)按照使用擴(kuò)展性分類

(1)單一功能終端。

(2)通用智能終端。

5)按照傳輸通路分類

(1)數(shù)據(jù)透?jìng)鹘K端。

(2)非數(shù)據(jù)透?jìng)鹘K端。

3.物聯(lián)網(wǎng)終端的廣泛應(yīng)用

1)終端推廣的最大障礙——終端的標(biāo)準(zhǔn)化

(1)硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化。

(2)數(shù)據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化。

2)終端的廣泛應(yīng)用分析

4.物聯(lián)網(wǎng)終端實(shí)例

1)家用機(jī)器人

本文所介紹的家用機(jī)器人，在結(jié)構(gòu)上采用舵機(jī)加連桿的傳動(dòng)方式，機(jī)器人一共有4個(gè)自由度，整體結(jié)構(gòu)如圖3.27所示。圖3.27貓貓機(jī)器人外形設(shè)計(jì)圖

2)物聯(lián)網(wǎng)控制子網(wǎng)關(guān)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展及人們居住理念的變化與提升，人們?cè)絹碓阶非笊罴?xì)節(jié)的簡單化和智能化，希望在日常家電設(shè)備中能植入智能化程序，享受“一鍵OK”式的簡單生活操作。物聯(lián)網(wǎng)控制子網(wǎng)關(guān)研究的主要目的是實(shí)現(xiàn)“紅外遙控信號(hào)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)發(fā)器”對(duì)遙控器的指令進(jìn)行學(xué)習(xí)、存儲(chǔ)以及還原轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)遙控設(shè)備的集中控制。物聯(lián)網(wǎng)控制子網(wǎng)關(guān)硬件實(shí)物圖如圖3.28所示，采用的是以STC單片機(jī)為核心的元件組成硬件平臺(tái)，擴(kuò)展紅外收、發(fā)電路和串口通信電路，然后設(shè)計(jì)好keilc51單片機(jī)程序，最后將軟件下載到硬件平臺(tái)上。物聯(lián)網(wǎng)控制子網(wǎng)關(guān)主要完成白色家電設(shè)備不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，以及同中央控制器之間的數(shù)據(jù)交換功能。物聯(lián)網(wǎng)控制子網(wǎng)關(guān)工作方式如圖3.29所示。圖3.28物聯(lián)網(wǎng)控制子網(wǎng)關(guān)硬件實(shí)物圖圖3.29物聯(lián)網(wǎng)控制子網(wǎng)關(guān)工作方式

3)物聯(lián)網(wǎng)智能藥盒

伴隨獨(dú)生子女政策的進(jìn)一步推進(jìn)和社會(huì)老齡化進(jìn)程的加速，我國家庭構(gòu)成形成“四位老人、一對(duì)年輕夫婦加一個(gè)未成年小孩”的結(jié)構(gòu)模式，傳統(tǒng)的家庭養(yǎng)老方式難以為繼。

圖3.30就是遠(yuǎn)程醫(yī)療和物聯(lián)網(wǎng)智能藥盒的模型。圖3.30物聯(lián)網(wǎng)智能藥盒的遠(yuǎn)程醫(yī)療架構(gòu)圖物聯(lián)網(wǎng)智能藥盒以老人為服務(wù)對(duì)象，外觀設(shè)計(jì)上要考慮老人的認(rèn)知特點(diǎn)與喜好。

圖3.31是一個(gè)老人藥盒的外觀圖，它具有一鍵呼救功能和自動(dòng)吐藥結(jié)構(gòu)，并可完成良好的語音交互，提供溫濕度和時(shí)間播報(bào)。圖3.31物聯(lián)網(wǎng)智能藥盒外形設(shè)計(jì)圖3.4.3物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系

作為新生事物的物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)并不新，早在20世紀(jì)就已孕育產(chǎn)生，但是發(fā)展較為緩慢，時(shí)斷時(shí)續(xù)。

各個(gè)部分根據(jù)需要，可以制定技術(shù)要求類標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法類標(biāo)準(zhǔn)，如表3.4所示。表3.4物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系框架從物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)術(shù)研究角度分析，標(biāo)準(zhǔn)體系的建立應(yīng)遵照全面成套、層次恰當(dāng)、劃分明確的原則。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的框架進(jìn)行劃分，即分為網(wǎng)絡(luò)傳輸層標(biāo)準(zhǔn)、感知控制層標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用服務(wù)層標(biāo)準(zhǔn)及共性支撐標(biāo)準(zhǔn)，如表3.5所示。表3.5物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)層標(biāo)準(zhǔn)涉及的領(lǐng)域廣闊，門類眾多，并且應(yīng)用子集涉及行業(yè)復(fù)雜，服務(wù)支撐子層和業(yè)務(wù)中間件子層在國際上尚處于標(biāo)準(zhǔn)化研究階段，還未制定出具體的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如表3.6所示。表3.6應(yīng)用服務(wù)層標(biāo)準(zhǔn)分類物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸層標(biāo)準(zhǔn)包括物物通信無線接入標(biāo)準(zhǔn)、電信網(wǎng)增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境感知標(biāo)準(zhǔn)和異構(gòu)網(wǎng)融合標(biāo)準(zhǔn)等，如表3.7所示。表3.7網(wǎng)絡(luò)傳輸層標(biāo)準(zhǔn)分類物聯(lián)網(wǎng)感知控制層標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、自組織組網(wǎng)和協(xié)同信息處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，其中RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、二維碼技術(shù)及IEEE802.15系列標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最廣，如表3.8所示。表3.8感知控制層標(biāo)準(zhǔn)分類共性支撐標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)范了物聯(lián)網(wǎng)中物體標(biāo)識(shí)的唯一性和解析方法，涉及各行業(yè)和社會(huì)生活的安全隱私解決方法、物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)管理和服務(wù)質(zhì)量問題等，如表3.9所示。表3.9共性支撐標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容目前介入物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的主要國際標(biāo)準(zhǔn)組織有IEEE、ISO、ETSI、ITU-T、3GPP、3GPP2等，具體研究方向和進(jìn)展如表3.10所示。表3.10物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)研究組織及進(jìn)展

“云計(jì)算”是與物聯(lián)網(wǎng)互為支持的，它為我們帶來的是這樣一種變革——由谷歌、IBM這樣的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)公司來搭建計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、運(yùn)算中心，用戶通過一根網(wǎng)線借助瀏覽器就可以很方便地訪問，把“云”做為資料存儲(chǔ)以及應(yīng)用服務(wù)的中心。3.5云計(jì)算云計(jì)算(CloudComputing)是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，如圖3.32所示。圖3.32云計(jì)算云計(jì)算有以下四個(gè)顯著特點(diǎn)：

(1)云計(jì)算提供了最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，用戶不用再擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩。

(2)云計(jì)算對(duì)用戶端的設(shè)備要求最低，使用起來也最方便。

(3)云計(jì)算可以輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享。

(4)云計(jì)算為我們使用網(wǎng)絡(luò)提供了幾乎無限多的可能。4.1智能信息處理4.2服務(wù)科學(xué)分析方法4.3方法與模型4.4服務(wù)科學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——運(yùn)籌學(xué)及相關(guān)理論

實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)是一門綜合性學(xué)科，它與人類智力活動(dòng)以及智能科學(xué)技術(shù)緊密相關(guān)，是互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)、信息處理、數(shù)據(jù)分析以及人工智能的融合?！拔锫?lián)網(wǎng)模型”與“人類智力活動(dòng)基本模型”的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4.1所示。圖4.1“物聯(lián)網(wǎng)模型”與“人類智力活動(dòng)基本模型”的對(duì)應(yīng)關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，要構(gòu)建一個(gè)高效的物聯(lián)網(wǎng)，單純依靠人工是不現(xiàn)實(shí)的。物聯(lián)網(wǎng)的終端要有感知能力，能夠在無人干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)自我控制；一切物體都可以成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分，任何物體都可以信息化，比如物體的位置、大小、顏色等，都可以通過物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)化為信息進(jìn)行存儲(chǔ)，這樣就產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)。4.1智能信息處理4.1.1開放復(fù)雜智能系統(tǒng)

人工智能(ArtificialIntelligence，AI)是指應(yīng)用機(jī)器實(shí)現(xiàn)人類的智能。它是在計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門綜合性很強(qiáng)的邊緣性學(xué)科。總的說來，人工智能研究的一個(gè)主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作，圖4.2所示為具有人工智能的機(jī)器人。圖4.2具有人工智能的機(jī)器人物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它的推廣與普及給智能系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)，促使我們?cè)谥笇?dǎo)思想、技術(shù)路線、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算模式等方面為智能系統(tǒng)的研究融入新的思想與技術(shù)源泉，使得智能系統(tǒng)的研究邁入新的階段，即以開放復(fù)雜智能系統(tǒng)(OpenComplexIntelligentSystem)特別是開放巨型復(fù)雜智能系統(tǒng)(OpenGiantComplexIntelligentSystem)為研究對(duì)象、以社會(huì)智能為研究重點(diǎn)的綜合集合階段。4.1.2分布智能

分布式人工智能(DistributedArtificialIntelligence，DAI，簡稱分布智能)是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)通信和并發(fā)程序設(shè)計(jì)等技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一個(gè)新的人工智能研究領(lǐng)域。

1.分布智能概述

2.智能Agent

Agent的基本結(jié)構(gòu)如圖4.4所示。

圖4.3智能Agent與環(huán)境交互圖4.4Agent的基本結(jié)構(gòu)

3.多智能Agent

多智能Agent系統(tǒng)(Multi-AgentSystem，MAS)是由多個(gè)自主Agent所組成的一種分布式系統(tǒng)。其主要任務(wù)是創(chuàng)建一群自主的Agent，并協(xié)調(diào)它們的智能行為。

其結(jié)構(gòu)如圖4.5所示。圖4.5網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多智能Agent系統(tǒng)4.2.1服務(wù)科學(xué)基本介紹

1．什么是服務(wù)

長期以來，盡管人們無處不享受各種服務(wù)，但卻不知服務(wù)為何物；盡管全世界服務(wù)業(yè)創(chuàng)造的增加值占GDP的60%以上，但服務(wù)部門仍然被看做是第一、第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“輔助部門或催化劑”。4.2服務(wù)科學(xué)分析方法

2．服務(wù)的基礎(chǔ)架構(gòu)

服務(wù)的基礎(chǔ)架構(gòu)如圖4.6所示。圖4.6服務(wù)的基礎(chǔ)架構(gòu)

3．服務(wù)的基本屬性

服務(wù)由服務(wù)提供者定義、開發(fā)并提交給服務(wù)消費(fèi)者使用，服務(wù)消費(fèi)者通過復(fù)用和組裝已經(jīng)發(fā)布的服務(wù)來構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，滿足應(yīng)用的特定需求。4.2.2服務(wù)科學(xué)概念

服務(wù)科學(xué)概念的提出是與美國IBM公司密切相關(guān)的。

1.服務(wù)科學(xué)概述

服務(wù)科學(xué)是一門新興的復(fù)合交叉型學(xué)科，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、工業(yè)工程、管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、行為科學(xué)、心理學(xué)等多種學(xué)科的集成，如圖4.7所示。圖4.8所示為對(duì)SSME研究具有主要支撐作用的三門已有科學(xué)。圖4.7SSME或服務(wù)創(chuàng)新產(chǎn)生于學(xué)科交叉圖4.8已有科學(xué)對(duì)SSME研究方法的支撐

2.服務(wù)科學(xué)理論體系的構(gòu)建

SSME的體系主要有四部分：第一部分是理論研究；第二部分是服務(wù)管理；第三部分是服務(wù)創(chuàng)新；第四部分是服務(wù)工程。詳細(xì)體系結(jié)構(gòu)如表4.1所示。表4.1服務(wù)科學(xué)的學(xué)科體系4.3.1服務(wù)科學(xué)的相關(guān)技術(shù)

(1)服務(wù)管理。

(2)服務(wù)技術(shù)。

(3)服務(wù)運(yùn)籌學(xué)。

(4)博弈理論。

(5)社會(huì)計(jì)算。4.3方?法?與?模?型4.3.2服務(wù)工程方法論

服務(wù)工程方法體系(MethodologyforServiceEngineering，MSE)即服務(wù)工程方法論，旨在研究用工程化方法指導(dǎo)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、服務(wù)生命周期各階段活動(dòng)，從而達(dá)到最優(yōu)服務(wù)質(zhì)量、最優(yōu)成本的目的。4.3.3方法論與霍爾工程方法

方法論是以方法為研究對(duì)象的科學(xué)體系，是系統(tǒng)化、理論化的關(guān)于方法的理論。它主要研究方法建立的原則、方法之間的關(guān)系以及如何正確應(yīng)用這些方法等，是任何學(xué)科都要不斷探索的重要問題?；魻柸S結(jié)構(gòu)是將系統(tǒng)工程的整個(gè)活動(dòng)過程分為前后緊密銜接的七個(gè)階段和七個(gè)步驟，同時(shí)考慮了為完成這些階段和步驟所需要的各種專業(yè)知識(shí)和技能。這樣，就形成了由時(shí)間維、邏輯維和知識(shí)維組成的三維空間結(jié)構(gòu)，如圖4.9所示。圖4.9霍爾三維結(jié)構(gòu)4.4.1服務(wù)科學(xué)與運(yùn)籌學(xué)

服務(wù)科學(xué)事實(shí)上是研究如何運(yùn)用科學(xué)的方法和原則，管理服務(wù)的組織過程和資源，以達(dá)到服務(wù)的效果和效率的學(xué)問。4.4服務(wù)科學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——運(yùn)籌學(xué)及相關(guān)理論4.4.2運(yùn)籌學(xué)概述

田忌賽馬的故事說明在已有的條件下，經(jīng)過籌劃、安排，選擇了一個(gè)最好的方案，就會(huì)取得最好的效果。

1.運(yùn)籌學(xué)的定義

2.運(yùn)籌學(xué)的實(shí)質(zhì)

3.運(yùn)籌學(xué)的基本方法

4.服務(wù)科學(xué)與運(yùn)籌學(xué)的關(guān)系

5.運(yùn)籌學(xué)在服務(wù)科學(xué)中的應(yīng)用

求解過程如圖4.10所示。圖4.10運(yùn)籌學(xué)的工作過程5.1物聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)體系5.2物聯(lián)網(wǎng)的課程體系

整體上物聯(lián)網(wǎng)分為軟件、硬件兩大部分。軟件部分即為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)層，包括應(yīng)用、支撐兩部分。

物聯(lián)網(wǎng)體系框架如表5.1所示。5.1物聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)體系表5.1物聯(lián)網(wǎng)體系框架

續(xù)表按照一般工程專業(yè)劃分，物聯(lián)網(wǎng)工程可分為三大知識(shí)領(lǐng)域：通識(shí)基礎(chǔ)類知識(shí)領(lǐng)域、綜合管理類知識(shí)領(lǐng)域和專業(yè)技術(shù)類知識(shí)領(lǐng)域。本書重點(diǎn)討論物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)技術(shù)類知識(shí)領(lǐng)域，并進(jìn)一步分析關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)體系如圖5.1所示。圖5.1物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)體系5.1.1物聯(lián)網(wǎng)工程知識(shí)領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)涉及以下三個(gè)知識(shí)領(lǐng)域：

(1)通識(shí)基礎(chǔ)類知識(shí)領(lǐng)域。

(2)綜合管理類知識(shí)領(lǐng)域。

(3)專業(yè)技術(shù)類知識(shí)領(lǐng)域。

三個(gè)知識(shí)領(lǐng)域的名稱和內(nèi)容如表5.2所示。