物联网应用开发张军朝电子课件第1章节概述

1、物联网应用开发,第一章 概述,目录,1.1 物联网简介,物联网（The Internet of things）就是物物相连的互联网。 有两层意思： 其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络； 其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。 物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。,1.1.1 物联网的发展,物联网三个发展阶段,第一阶段,第二阶段,第三阶段,2000年后，美国、日本、韩国、中国、欧盟都先后确定了自己国家发展物联网的计划，让民众可以随时随地享有科技智慧的服务。,今天，物联网被称为世界信息产业的第三次浪潮，融合了各个行业的新型技术，成为了经济发展的重要驱动力。,20世纪90年代，美国提出物联网的概念，但早期的物联网仅仅是依托射频识别（RFID）技术的物流网络。,1.1.2 物联网的定义,1、最初定义 通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连

2、接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络即“物物相连的互联网”。 2、校企联盟观点 一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。,1.1.2 物联网的定义,3、国际电信联盟观点 对物联网所做定义同最初定义相同，认为物联网主要解决物品与物品(Thing to Thing，T2T)，人与物品 (Human to Thing,H2T)，人与人(Human to Human,H2H)之间的互连。 4、两化（信息化与工业化）融合角度 物联网是信息化的深化应用，可以应用在不同工业行业中促进工业化和信息化的融合，主要体现在信息技术与工业技术融合，提高工业水平；与工业研发生产融合，提升产品创新能力；与经营管理融合，优化企业核心竞争力；工业化也将带动支持信息化，与基于物联网的信息产业融合催生现代产业体系。 5、物联网智库观点 物联网就是各行各业的智能化。,1.1.3 物联网的特点,和传统的互联网相比，物联网的特征： 是各种感知技术的广泛应用 物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源 是一种建立在互

3、联网上的泛在网络 物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。 能够对物体实施智能控制 从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。 不受限时间和场合 提供不拘泥于任何场合，任何时间的应用场景与用户的自由互动,1.1.3 物联网的特点,其应用有如下特点： 实时性其前端感知设备获取实时产生的信息，这些信息及时通过网络层 传输至用户控制终端，从而完成相应的实时监测及反馈控制操作。 精细化感知设备获取的过程信息（温、湿度等慢量变化，结构应力等可能发生突变的物理量等）可以确保信息的准确性；也可以为进一步进行精细的数据分析处理提供良好的基础，有助于进行相应有效的改善。 智能化可实现自动采集、处理信息、自动控制的功能。 多样化应用领域多样化、应用构架多样化。 包容性将众多行业及领域整合在一起，为众多行业及企业提供了巨大的市场和无限机会。 创新性是一次颠覆性、创新性的信息技术革命。,1.1.3 物联网的特点,“物”的涵义 这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的

4、范围： 要有数据传输通路； 要有一定的存储功能； 要有CPU； 要有操作系统； 要有专门的应用程序； 遵循物联网的通信协议； 在世界网络中有可被识别的唯一编号。,1.1.4 物联网的分类,目前物联网还没有严格定型的分类标准。出现了以下一些分类： 私有物联网：一般面向单一机构内部提供服务； 公有物联网：基于互联网向公众或大型用户群体提供服务； 社区物联网：向一个关联的“社区”或机构群体（如一个城市政府下属的各委办局：如公安局、交通局、环保局、城管局等）提供服务； 混合物联网：是上述的两种或以上的物联网的组合，但后台有统一运维实体； 医学物联网：是将物联网技术应用于医疗、健康管理、老年健康照护等领域； 建筑物联网：是将物联网技术应用于路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控等领域。,1.1.5 物联网体系结构,物联网大致被公认为有三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面内容则是应用层。,1,物联网体系架构,1.1.5 物联网体系结构,1、感知层 感知层是物联网发展和应用的基础，RFID 技术、传感和控制技术、短距离无线通讯技术是感知层涉及的主要技

5、术。感知层包括二维码标签和识读器、 RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。 对于目前关注和应用较多的RFID 网络来说，张贴安装在设备上的RFID 标签和用来识别RFID 信息的扫描仪、感应器属于物联网的感知层。在这一类物联网中被检测的信息是RFID 标签内容，高速公路不停车收费系统、超市仓储管理系统等都是基于这一类结构的物联网。,物联网感知层结构RFID 感应方式,1.1.5 物联网体系结构,用于战场环境信息收集的智能微尘（Smart Dust）网络，感知层由智能传感节点和接入网关组成，智能节点感知信息（温度、湿度、图像等），并自行组网传递到上层网关接入点，由网关将收集到的感应信息通过网络层提交到后台处理。环境监控、污染监控等应用是基于这一类结构的物联网。,物联网感知层结构自组网多跳方式,1.1.5 物联网体系结构,2、网络层 物联网的网络层将建立在现有的移动通讯网和互联网基础上。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似

6、于人体结构中的神经中枢和大脑。 物联网通过各种接入设备与移动通讯网和互联网相连，如手机付费系统中由刷卡设备将内置手机的RFID信息采集上传到互联网，网络层完成后台鉴权认证并从银行网络划帐。网络层也包括信息存储查询，网络管理等功能。 网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术。 云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台，将是物联网网络层的重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。,1.1.5 物联网体系结构,3、应用层 应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。 物联网应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。 应用层是物联网发展的目的，软件开发、智能控制技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。各种行业和家庭应用的开发将会推动物联网的普及，也给整个物联网产业链带来利润。,物联网应用,监控型,控制型,查询型,扫描型

7、,物流监控 污染监控,智能检索 远程抄表,智能交通 智能家居 路灯控制,手机钱包 高速公路不停车收费,1.1.5 物联网体系结构,目前已经有不少物联网范畴的应用，譬如通过一种感应器感应到某个物体触发信息，然后按设定通过网络完成一系列动作。当你早上拿车钥匙出门上班，在电脑旁待命的感应器检测到之后就会通过互联网络自动发起一系列事件：通过短信或者喇叭自动报今天的天气，在电脑上显示快捷通畅的开车路径并估算路上所花时间，同时通过短信或者即时聊天工具告知你的同事你将马上到达（ violet 公司的Mir:ror 就是类似于上述应用的产品）。又譬如已经投入试点运营的高速公路不停车收费系统，基于RFID 的手机钱包付费应用等。,1.2 应用领域及应用案例,物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面，因此，“物联网”被称为是继计算机和互联网之后的第三次信息技术革命。信息时代，物联网无处不在。由于物联网具有实时性和交互性的特点，因此，物联网的应用领域主要有如下：,例子,物流管理： 通过在物流商品中植入传感芯片（节点），供应链上的购买、生产制造、包装装卸、堆栈、运输、配送分销、出售、服务每个环节都能无误

8、地被感知和掌握。这些感知信息与后台的GISGPS数据库无缝结合，成为强大的物流信息网络。,1.2 应用领域及应用案例,1.安防入侵系统 2.路灯控制系统 3.手机物联 4.门禁系统 5.与云计算的结合 6.与TD结合 7.与移动互联结合 8.与指挥中心的结合 9.溯源系统,例子,1、上海浦东国际机场防入侵系统： 系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。 2、与移动互联结合： 物联网的应用在与移动互联相结合后，发挥了巨大的作用。智能家居使得物联网的应用更加生活化，具有网络远程控制、摇控器控制、触摸开关控制、自动报警和自动定时等功能，普通电工即可安装，变更扩展和维护非常容易，开关面板颜色多样，图案个性，给每一个家庭带来不一样的生活体验。,1.3 关键技术,在物联网应用中主要有八项关键技术：,1.传感器技术 2.RFID标签 3.嵌入式系统技术 4.计算机网络技术 5.移动通信技术 6.智能控制和智能数据处理技术 7.位置服务技术 8.信息安全技术,1.3.1 传感器技术,到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号，因此，计算机

9、需要传感器把模拟信号转换成数字信号才能处理。 具体地说，传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。 传感器种类及品种繁多，原理也各式各样。实际应用中，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。,1.3.2 RFID标签,射频识别，RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。 RFID也是一种传感器技术，融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，是一种非接触式的自动识别技术。 标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个RFID标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，俗称电子标签或智能标签。 RFID工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。,1.3.2 RFID标签,RFID在自动识别、物品物流管理方面有着广阔的应用前景，RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签。短距离射频识别产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距射频识别产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。 1在零售业中，条形码技术的运用使得数以万计的商品种类、价格、产地、批次、货架、库存、销售等各环节被管理得井然有序 2采用车辆自动识别技术，使得路桥、停车场等收费场所避免了车辆排队通关现象，减少了时间浪费，从而极大地提高了交通运输效率及交通运输设施的通行能

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