1、物聯網技術概論 講座人：李熠講座人：李熠 （湘潭大學信息工程學院（湘潭大學信息工程學院) 第一章 物聯網的概念Slide 2Copyright Liyi . All rights reserved.課程介紹 共計32個學時 在4周內完成（其中周一、周二每天3節；周三每天2節）Slide 3主要授課內容 主要授課內容： 物聯網的基本概念（定義、應用范圍、經典應用、應用前景） RFID技術（EPC、UID、關鍵技術） 傳感器技術（電阻式傳感器、電容式傳感器、電磁式傳感器、光電式傳感器） 無線傳感網絡技術（MAC、路由協議、拓撲控制、數據融合） Zigbee協議/IEEE802.15.4協議（MAC

2、協議、地址分配、開發環境） 其它支撐技術（GPRS/CDMA、軟件技術）Slide 4Copyright Liyi . All rights reserved.1.1物聯網概念 物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮 物聯網（The Internet of things-麻省理工） “物的開口說話” “物的溝通交流” “物的感知與被感知” 歐盟定義：將現有的互聯的計算機網絡擴展到互聯的物品網絡。 ITU 定義：from anytime, any place connectivity for anyone, we will now have connectivity for

3、anything. 概括：動物、植物、機器、物品和人的傳感器與電子標簽的信息相互交換、匯總與分析。Slide 5Copyright Liyi . All rights reserved.1.2 物聯網定義Slide 6Copyright Liyi . All rights reserved.1.5 物聯網三層體系結構6 物聯網可分為三層：感知層、網絡層和應用層。物聯網可分為三層：感知層、網絡層和應用層。 感知層是物聯網的皮膚和五官感知層是物聯網的皮膚和五官識別物體，采集信息。識別物體，采集信息。感知層包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、終端、傳感器網絡等，主要

4、是識別物體，采集信息，與人體結構中皮膚和五官的作用相似。 網絡層是物聯網的神經中樞和大腦網絡層是物聯網的神經中樞和大腦信息傳遞和處理。信息傳遞和處理。網絡層包括通信與互聯網的融合網絡、網絡管理中心、信息中心和智能處理中心等。網絡層將感知層獲取的信息進行傳遞和處理，類似于人體結構中的神經中樞和大腦。 應用層是物聯網的應用層是物聯網的“社會分工社會分工”與行業需求結合，實現廣泛智能化。與行業需求結合，實現廣泛智能化。應用層是物聯網與行業專業技術的深度融合，與行業需求結合，實現行業智能化，這類似于人的社會分工，最終構成人類社會。物聯網體系結構物聯網體系結構 Slide 7Copyright Liyi

5、 . All rights reserved. 全面感知 利用RFID 、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息。 可靠傳遞 通過無線網絡與互聯網的融合，將物體的信息實時準確地傳遞給用戶。 智能處理 利用云計算、數據挖掘以及模糊識別等人工智能技術，對海量的數據和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制。Slide 8Copyright Liyi . All rights reserved.1.6通信技術不斷發展使物聯網成為可能81G2G(200kbps)3G(2.26.6Mbps)4G(50100Mbps)TACSGSMCDMATD-LTEIOTIOT的融合和的融合和智能設備的智能設備的感知

6、，實現感知，實現無處不在無處不在（UbiquitousUbiquitous）的信息服務的信息服務計算機網絡多媒體電腦個人計算機通訊功能通訊功能補充和擴展媒體化和多用途化能力通信網絡和信息技術的發展通信網絡和信息技術的發展需需求求滿滿足足截止截止2009年底，移動通信用戶數近年底，移動通信用戶數近7.8億億戶，互聯網用戶數近戶，互聯網用戶數近3.8億戶。億戶。Slide 9Copyright Liyi . All rights reserved.1.7 物聯網的應用物聯網物聯網管理平臺管理平臺移動移動POSPOS金融金融供應鏈供應鏈智能運輸智能運輸工業自動化工業自動化智能建筑智能建筑消防消防公共

7、安全公共安全環境保護環境保護氣象氣象數字化醫療數字化醫療遙感勘測遙感勘測軍事軍事農業農業林業林業 水務水務電力電力煤炭煤炭石化石化物流、零售、自動服務物流、零售、自動服務設備、安全、節能設備、安全、節能生產、安全、防災、水電油氣生產、安全、防災、水電油氣防火、勘察、報警防火、勘察、報警污染檢測、報警污染檢測、報警水質、水量、污染、安水質、水量、污染、安全全大棚、土壤、灌溉、環境、跟蹤大棚、土壤、灌溉、環境、跟蹤抄表、監控、節能抄表、監控、節能設備、臨床、輔助診斷、病程設備、臨床、輔助診斷、病程險情、油井、運輸、管險情、油井、運輸、管線線聯動、消防栓、定位、調度聯動、消防栓、定位、調度照明、信號

8、、應急、災害、識照明、信號、應急、災害、識別別大地勘測、森林、地震、海洋大地勘測、森林、地震、海洋偵查、監控、定位、評估偵查、監控、定位、評估降水、防洪、遠程設備降水、防洪、遠程設備交易、訂單、跟蹤、識別交易、訂單、跟蹤、識別通風、瓦斯、救災定位通風、瓦斯、救災定位庫存、車隊、監控、導航、識別、貨庫存、車隊、監控、導航、識別、貨物物電子支付、實時信息電子支付、實時信息Slide 10Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例1：牲畜溯源 給放養的牲畜中的每一只羊都貼上一個二維碼，這個二維碼會一直保持到超市出售的肉品上，消費者可通過手機閱讀二維碼，知道牲畜

9、的成長歷史，確保食品安全。我國已有10億存欄動物貼上了這種二維碼。Slide 11Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例2：智能交通 智能的交通：車流調度、智能物流、電子繳費Slide 12Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例4：智能的計量遠程抄表，三表合一Slide 13Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例5：環境與建筑檢測 水文、土壤、地質、森林監控、野生動物習性Slide 14Copyright Liyi . All rights reserved.應用

10、案例6：戰場偵查美軍“沙地直線”計劃來源：二十世紀70年代越戰時期使用的傳統的傳感器系統。美軍在胡志明小道投放了2萬多個“熱帶樹”傳感器，藉此掌握信息對此狂轟濫炸。Slide 15Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例7：槍聲定位的反恐系統根據分布在不同位置上的傳感器，偵測槍聲特有的音頻，利用定位技術定位槍聲來源。2005年，美國CROSSBOW公司成功研制了槍聲定位系統Slide 16Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例8：社會網絡的信息傳遞利用人的移動與交互實現信息的傳遞與收集 依賴人的移動，實現信息

11、的移動，當人相遇時，實現信息的傳遞。 社會網絡的小世界特性Slide 17Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例9：醫療保健人身上可以安裝不同的傳感器，對人的健康參數進行監控，并且實時傳送到相關的醫療保健中心，如果有異常，保健中心通過手機，提醒您去醫院檢查身體。Slide 18Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例10：智能物流 智能的物流Slide 19Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例11：野生動物監控 野生動物的監控Slide 20Copyright L

12、iyi . All rights reserved.應用案例12：智能家居Slide 21Copyright Liyi . All rights reserved.應用案例13：智能電網Slide 22應用案例14:農業標準化生產監測系Copyright Liyi . All rights reserved.物聯網運營支撐平臺農業生產監測系統短信網關WEB客戶GPRS/EDGE有線無線射頻傳感器組通信終端Slide 23Copyright Liyi . All rights reserved.未來的世界 世界是網絡的 網絡無處不在 不只屬于人類 天地萬物皆有通靈 知你所不知，感你所未感 物物相

13、聯 物物相通 無窮的網絡 智慧的地球Slide 24Copyright Liyi . All rights reserved.1.8 智慧的地球24n從“互聯網”到“物聯網”，讓科技真正更深刻的滲透并融入經濟生活、社會生活的主體中來，提供可持續發展的可能，能而有慧，讓智慧引導地球，就是“智慧地球”的主旨。 Slide 25Copyright Liyi . All rights reserved.1.8 智慧的地球Slide 26Copyright Liyi . All rights reserved.1.8 智慧的地球才能引導智慧社會26Slide 27Copyright Liyi . All

14、 rights reserved.1.8 智慧的地球27Slide 28Copyright Liyi . All rights reserved.1.9 物聯網的關鍵技術q1. 物聯網架構技術q2. 統一標識技術q3. 通信技術q4. 網絡技術q5. 軟件服務與算法q6. 硬件q7. 功率和能量存儲q8. 安全和隱私技術q9. 標準Slide 29Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物聯網核心技術 物聯網核心技術包括射頻識別(RFID)裝置、WSN 網絡、紅外感應器、全球定位系統、Internet 與移動網絡，網絡服務，行業應用軟件。在這些技術當

15、中，又以底層嵌入式設備芯片開發最為關鍵，引領整個行業的上游發展，以下我們著重介紹 RFID 技術和、WSN 技術、傳感器技術、IPV6技術。Slide 30Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物聯網核心技術-IPV6 物聯網的前提是必須為物品賦以獨一無二的地址 現有標準IPv4只支持大概40億（232次方）個網絡地址，平均每個人不到1個，人都不夠分的。 IPv6是互聯網協議第四版（IPv4）的更新版 IPv6支持2128（約3.4 1038）個地址，這等價于在地球上每平方英寸有4.31020地址（6.71017地址mm2） 豐富的地址資源使得物聯

16、網成為可能。Slide 31Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物聯網核心技術-RFID ( RFID（Radio Frequency Identification)作為物聯網中極為重要核心技術，對物聯網的發展起著至為重要作用。RFID 目前仍然面臨著諸多問題有待解決。RFID 的存在諸多國際標準，如影響力最大的 EPCGlobal 標準,支持各頻段的 ISO/IEC 標準,以及日本本土制造商 SONY,NEC 等支持的 UID 標準。各國際標準間互不兼容，導致 RFID 應用難以大范圍內推廣。目前，歐盟下的 GRIFS 項目致力于各RFID 標

17、準開發機構間相互合作。RFID 的標簽成本仍然過高和中國自主制定的 RFID 標準推廣問題都成為制約物聯網問題的瓶頸之一。除此之外，目前 RFID 應用大中集中為閉環市場，集中于醫療，軍工等，到普及的開環市場還有一段時日Slide 32Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物聯網核心技術-RFID 無線射頻識別技術（無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification,RFID），或稱），或稱射頻識別技術，是從二十世紀射頻識別技術，是從二十世紀90年代興起的一項非接觸式自年代興起的一項非接觸式自動識別技術。它是利用射頻方動

18、識別技術。它是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達式進行非接觸雙向通信，以達到自動識別目標對象并獲取相到自動識別目標對象并獲取相關數據，具有精度高、適應環關數據，具有精度高、適應環境能力強、抗干擾強、操作快境能力強、抗干擾強、操作快捷等許多優點。捷等許多優點。p沃爾瑪使用的沃爾瑪使用的RRIDSlide 33Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物聯網核心技術-RFID的典型應用v RFID技術的典型應用：p物流和供應管理p生產制造和裝配p航空行李處理p郵件/快運包裹處理p文檔追蹤/圖書館管理p動物身份標識p運動計時p門禁控制/電子門票p道路自動收

19、費Slide 34Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物聯網核心技術-RFID標準RFID 系統主要由數據采集和后臺數據庫網絡應用系統兩大部分組成。目前已經發布或者正在制定中的標準主要與數據采集相關，其中包括電子標簽與讀寫器之間的接口、讀寫器與計算機之間的數據交換協議、RFID 標簽與讀寫器的性能和一致性測試規范以及 RFID 標簽的數據內容編碼標準等。在 RFID 標簽的數據內容編碼領域，各路標準競爭最為激烈。目前全球共有五大標準組織，分別代表了國際上不同團體或者國家的利益。其中 EPCGlobal 是由北美 UCC 產品統一編碼組織和歐洲 E

20、AN 產品標準組織聯合成立，在全球擁有上百家成員，并且得到了零售巨頭沃爾瑪、制造業巨頭強生、寶潔等大型企業的強力支持。而 AIM、ISO、UID 則代表一部分歐美國家以及日本對 RFID 標準的爭奪；IP-X 的成員則以非洲、大洋洲、亞洲等國家為主，比較而言，EPCGlobal 得到更多廠商的認可和支持。 Slide 35Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物聯網核心技術-無線傳感器 無線傳感器網絡（wireless sensor network, WSN）就是由部署在檢測區域內大量的廉價傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網

21、絡系統，目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知的對象信息，并發送給觀察者。互聯網和衛星任務管理中心用戶匯聚網關節點監測區域傳感器節點BACSlide 36Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物聯網核心技術-無線傳感器存儲器晶振串口微處理器8051RF收發器CC2430SPI傳感器模塊Slide 37Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物聯網核心技術-無線傳感網絡Slide 38Copyright Liyi . All rights reserved.1.11相關概念澄清M2M傳感網傳感網物聯

22、網物聯網泛在網絡泛在網絡智慧地球智慧地球應用層通信對象網絡層傳感器+近距離無線通信（低速、低功耗）傳感器網+近距離無線通信RFID、二維碼近距離中高速通信內置移動通信模塊各種終端傳感器網+近距離無線通信RFID、二維碼近距離中高速通信內置移動通信模塊各種終端通信終端：手機、上網卡等物-物物-物人-物物-物人-物人-人一般不包括一個或幾個網絡初期：傳輸后期：融合，協同多網絡、多技術異構協同智能：跨技術、跨網絡、跨行業、跨應用末端網/終端基礎網絡Slide 39Copyright Liyi . All rights reserved.1.12物聯網與互聯網的區別Slide 40Copyright

23、Liyi . All rights reserved.1.13 物聯網的三大特征40 特征一：特征一：多種多樣的多種多樣的數據采集端數據采集端 特征二：特征二：無處不在的無處不在的傳輸網絡傳輸網絡 特征三：特征三：智能化的后智能化的后臺數據處理臺數據處理物聯網的物聯網的三大特征三大特征通過物聯網連接的數據采集端涉及范圍非常廣泛，包括： 手機、電腦等已經具備強大計算、儲存和通訊能力的終端 家電，鐵路，橋梁，建筑等嵌入傳感器的任何裝置 射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等在處理中心（包括家庭電腦或手機的分布式處理中心和IDC等集中式處理中心）利用云計算等技術及時對海量信

24、息進行處理，真正達到了人與人的對話、人與物的對話和物與物的對話將各種各樣的數據采集端通過包括互聯網、移動互聯網等網絡互連，實現隨時即時采集外部環境信息，物體動態信息，并將其轉化為適合網絡傳輸的數據格式，通過網絡傳輸到數據中心Slide 41Copyright Liyi . All rights reserved.1.14物聯網面臨的問題物聯網發展過程中面臨的五個主要技術問題物聯網發展過程中面臨的五個主要技術問題 （1）技術標準問題 世界各國存在不同的標準。中國信息技術標準化技術委員會于2006年成立了無線傳感器網絡標準項目組。2009年9月，傳感器網絡標準工作組正式成立了PG1(國際標準化)、PG2(標準體系與系統架構)、PG3(通信與信息交互)、PG4(協同信息處理)、PG5(標識)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(電力行業應用調研)等8個專項組，開展具體的國家標準的制定工作。 （2）安全問題 信息采集頻繁，其數據安全也必須重點考慮。 （3）協議問題 物聯網是互聯網的延伸，在物聯網核心層