吴功宜-物联网工程导论第1章物联网概论(1)讲述.ppt

Nankai University 1 吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著 《物联网工程导论》 Nankai University 全书的章节结构 2 Nankai University 第1章 物联网概论 3 Nankai University 第1章 知识点 结构 4 Nankai University 1.1 物联网发展的社会背景 1.1.1 物联网概念的提出 1.比尔盖茨与电子别针 •1995年出版的《未来之路》 •“物—物互联”的设想 •“电子别针”与家庭电子服务设施接通 •通过“电子别针”去感知来访者的位置，控制室 内的照明和温度，控制和音响、电视等家电 设备 5 Nankai University 2. Auto-ID 实验室、RFID与物联网的概念 • 1998年，美国麻省理工学院Auto-ID 实验室 • 产品电子代码（EPC）研究 • 提出了利用RFID、无线网络与互联 网，构建物—物互联的物联网的概念 与解决方案 6 Nankai University 3. 物联网时代概念的提出 • 从1997年～2005年，ITU从研究互联网/ 移动互联网对电信业发展影响的角度， 发布了七份 “ITU Internet Reports”研究 报告 • “物联网”概念产生于20世纪90年代，而 真正引起各国政府与产业界的重视是在 2005年国际电信联盟（ITU）发布的互联 网研究报告《物联网（Internet of Things ，IOT）》之后 7 Nankai University 8 Nankai University 1.1.2 物联网与智慧地球 • 智慧地球将传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、 隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各 种物体中，并通过超级计算机和云计算组成物联网， 实现人与物的融合。

• 通过在基础设施和制造业中大量嵌入传感器，捕捉运 行过程中的各种信息，然后通过无线网络接入到互联 网，通过计算机分析、处理和发出指令，反馈给控制 器，远程执行指令 • 通过智慧地球技术的实施，人类可以以更加精细和动 态的方式管理生产与生活，提高资源利用率和生产能 力，改善人与自然的关系 9 Nankai University 1.1.3 欧盟与各国政府物联网产业发展规划 1. 欧盟发展物联网产业的规划 •第一阶段（2010年前）：基于RFID技术实现低功耗 、低成本的单个物体间的互联，并在物流、零售、制 药等领域开展局部的应用 •第二阶段（2010～2015年）：利用传感网与无处不在 的RFID标签实现物与物之间的广泛互联，针对特定 的产业制定技术标准，并完成部分网络的融合 •第三阶段（2015～2020年）：具有可执行指令的 RFID标签广泛应用，物体进入半智能化，物联网中 异构网络互联的标准制定完成，网络具有高速数据传 输能力 •第四阶段（2020年之后）：物体具有完全的智能响应 能力，异构系统能够实现协同工作，人、物、服务与 网络达到深度地融合10 Nankai University 2. 韩国政府关于物联网的发展规划 • 韩国政府提出了泛在感知网络的概念 • 通过在各种物品中嵌入传感器，传感器之间自主地传 输和采集环境信息，通过网络实现对外部环境的监控 • 物联网重点发展的四大领域与计划： — u-City计划，推动智能城市建设 — Telematics示范应用计划，发展车用信息通信服务 — u-IT产业集群计划，加速新兴科技服务业的发展 — u-Home计划，推动智能家庭应用的发展 11 Nankai University 3. 日本政府关于物联网的发展规划 • 2009年7月，日本政府IT战略本部制定了 新一代的信息化战略—i-Japan战略2015 • 战略规划提出到2015年，让信息技术如 同水和空气一样融入每一个角落 • 针对电子政务、医疗保健、教育与人才 等三大核心公共事业领域 • 提出了智能电网、灾难应急处置、智能 家居、智能交通与智能医疗保健等项目 12 Nankai University 1.1.4 物联网与我国战略性新兴产业 • 2009年8月7日，国务院总理温家宝在无锡视察 时发表了重要的讲话，提出“感知中国”的战略 构想，指示要抓住机会，大力发展物联网技术 与产业。

• 2010年3月5日，国务院总理温家宝在十一届全 国人大三次会议上作政府工作报告中指出：“ 国际金融危机正在催生新的科技革命和产业革 命发展战略性新兴产业，抢占经济科技制高 点，决定国家的未来，必须抓住机遇，明确重 点，有所作为转变经济发展方式刻不容缓， 大力培育战略性新兴产业” 13 Nankai University • 2011年3月16日发布的我国国民经济和社 会发展“十二五”规划纲要的第十章“培育 发展战略性新兴产业”与第十三章“全面 提高信息化水平”中多次强调了“推动物 联网关键技术研发和在重点领域的应用 示范大力发展物联网产业已经成为一 项我国具有战略意义的重要决策 • 工业和信息化部于2011年11月28日发布 了《物联网“十二五”发展规划》 14 Nankai University 1.2 物联网发展的技术背景 1.2.1 从人类对技术需求 的角度认识物联网 发展的必然性 15 Nankai University 1.2.2 从网络技术演变的角度认识物联网发展的必然性 16 Nankai University 3. 互联网技术发展对物联网形成的影响 • TCP/IP协议的研究与设计的成功，促进了互联网的快 速发展。

在互联网形成过程中，广域网、城域网、局 域网与个人区域网技术逐步成熟 • 互联网的大规模应用带来了大批用户接入的需求，促 进了接入技术的发展，推动了宽带城域网技术的发展 • 基于Web的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教 育，以及基于对等结构的P2P网络、移动通信技术与移 动互联网的应用，使得互联网的应用以超常规的速度 发展 • 无线局域网、无线城域网与无线自组网、无线传感器 网络与无线个人区域网的研究与应用为物联网的发展 奠定了基础 17 Nankai University 1.2.3 物联网的研究背景 1. 信息世界与物理世界的融合 （1）信息世界的发展 互联网的广泛应用造就了人类历史上最庞大的 信息世界 •2005年互联网包含的数据量约为5109GB •2007年约为281109GB •2008年约为487109GB •从2009到2011年数据以每年60%的速度增长 18 Nankai University （2）物理世界的发展 信息获取方式逐步从人工生成向人工与自动获取并重的 模式发展 RFID标签、传感器将成为自动获取信息的主要手段 • 截止到2007年初，累计销售RFID标签达到37.52亿个 • 2009年全球销售RFID标签为19.7亿个 • 2010年销售RFID标签达到23.1亿个 • 目前世界上已经有大约50亿个具有通信功能的微处理器和 微控制器 • Intel公司预测到2015年将增长到150亿个 • 爱立信公司预测到2020年将增长到500亿个 19 Nankai University • 物联网 发展的 技术背景 20 Nankai University 2. 普适计算（Pervasive Computing）的研究 • 普适计算的重要特征是“无处不在”与 “不可见” • 普适计算体现出信息空间与物理空间的 融合 • 普适计算的核心是“以人为本” • 普适计算的重点在于提供面向用户的、 统一的、自适应的网络服务 21 Nankai University • 物联网、互联网、传感网与泛在网之间的关系 22 Nankai University 3. CPS（Cyber Physical Systems，CPS）的研究 • 随着嵌入式计算、无线通信、自动控制与新型 传感器技术的快速发展与日趋成熟，信息物理 融合系统CPS的研究引起了学术界广泛地重视 • CPS是一个综合计算、网络与物理世界的复杂 系统，通过计算技术、通信技术与控制技术的 有机融合和深度协作 • CPS可以用于智能交通、智能电网、智慧城市 、健康医疗、环境监控、军事国防、工农业生 产之中，实现信息世界与物理世界的紧密融合 23 Nankai University CPS研究的基本思路 • CPS是“人、机、物”深度融合的系统 • CPS是“3C”与物理设备深度融合的系统 • CPS 是环境感知、嵌入式计算、网络通信深度融合的 系统 24 Nankai University • 物联网发展的技术背景与社会背景 25 Nankai University 1.3 物联网定义与主要技术特征 1.3.1 物联网的定义 物联网是在互联网、移动通信网等通信网 络的基础上，针对不同应用领域的需求， 利用具有感知、通信与计算能力的智能物 体自动获取物理世界的各种信息，将所有 能够独立寻址的物理对象互联起来，实现 全面感知、可靠传输、智能处理，构建人 与物、物与物互联的智能信息服务系统。

26 Nankai University 理解物联网的定义与技术特征需要注意的3个基本的问题： • 物联网是在互联网基础上发展起来的，它与互 联网在基础设施上有一定程度的重合，但是它 不是互联网概念、技术与应用的简单扩展 • 互联网扩大了人与人之间信息共享的深度与广 度，物联网更加强调它在人类社会生活的各个 方面、国民经济的各个领域广泛与深入地应用 • 物联网的主要特征是：全面感知、可靠传输、 智能处理 27 Nankai University 1.3.2 物联网的主要技术特征 1. 物联网智能物体具有感知、通信与计算能力 （1）“智能物体”是对连接到物联网中的人与 物的一种抽象 • 现实社会物理世界的人或物 —物体（thing）/对象（object） •物联网中具有“感知”、“通信”与“计算”能力 的人或物 —智能物体（Smart Thing） / 智能对象（Smart Object） 28 Nankai University （2）对智能物体感知、通信与计算能力的理解 智能物体的物理与生物特征可以不一样，但是有一点 是共同的：具有感知、通信和计算能力 • 智能物体能够感知到哪一种或几种参数，这是由所选 用的传感器或RFID类型而定 • 通信能力的不同表现在：它可以是主动发送数据，也 可以是被动的由外部读写器来读取数据；它可以使用 有线通信方式，也可以用无线通信方式；它可以用微 波信道通信，也可以用红外信道通信 • 计算能力的不同表现在：它可能是只是简单地产生数 据，可能是进行计算量比较小的数据汇聚计算，也可 能是进行计算量比较大的数据融合、路由选择、拓扑 控制、数据加密与解密、身份认证计算与控制 29 Nankai University （3）对物联网标识符的理解 • 在互联网中，名字（name）、地址（address ）与路径（route）是由区别的 • 在物联网中，要实现全球范围智能物体之间的 互联与通信就必须解决物体标识问题 • 如果应用系统使用TCP/IP协议，可以为每一个 节点分配一个IPv4或Pv6地址 • 物联网中的RFID标签编码目前影响最大的两 个标准—电子产品编码（EPC）与泛在识别（ UID）标准 30 Nankai University （4）智能物体与嵌入式技术的关系 • 智能物体的感知、通信与计算能力的大小应该 根据物联网应用系统的需求来确定 • 智能物体都应该是一种嵌入式电子装置 ，或者 是装备有嵌入式电子装置的人、动。