1、物聯網開展情況及運用方式張飛舟 博士北京大學地球與空間科學學院2021年12月24日 物聯網概述 物聯網運用與管理 物聯網開展趨勢 物聯網產業開展方式目錄 物聯網概述 物聯網運用與管理 物聯網開展趨勢 物聯網產業開展方式目錄 什么是物聯網 ？ 物聯網本質特征 物聯網體系框架 物聯網根本構成 物聯網中心技術1、物聯網技術每一個零件都是有生命的 物聯網的概念分為廣義和狹義兩方面 廣義來講，物聯網是一個未來開展的愿景，等同于“未來的互聯網，或者是“泛在網絡，可以實現人在任何時間、地點，運用任何網絡與任何人與物的信息交換，以及物與物之間的信息交換； 狹義來講，物聯網是物品之間經過傳感器銜接起來的局域網

2、，不論接入互聯網與否，都屬于物聯網的范疇。1.1 什么是物聯網技術1.1 什么是物聯網技術圖1 物聯網的普通架構物聯網與互聯網的不同 物聯網是RFID技術與互聯網結合而產生的新型網絡，主要處理物品到物品Thing to Thing，T2T，人到物品Human to Thing，H2T，人到人Human to Human，H2H之間的互連。其中，H2T是指人利用通用安裝與物品之間的銜接，H2H是指人之間不依賴于個人電腦而進展的互連。1.1 什么是物聯網技術物聯網與互聯網的不同 物聯網具有與互聯網類同的資源尋址需求，以確保其中聯網物品的相關信息可以被高效、準確和平安的尋址、定位以及查詢，其用戶端是

3、對互聯網的延伸和擴展，即任何物品和物品之間可以經過物聯網進展信息交換和通訊。 因此，物聯網又在不同運用領域的公用性、高度的穩定性和可靠性、嚴密的平安性和可控性等方面有別于互聯網。1.1 什么是物聯網技術 物聯網的一種定義是：經過射頻識別RFID、紅外感應器、全球定位系統GPS、激光掃描器等信息傳感設備，按商定的協議，把任何物品與互聯網銜接起來，進展信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。 顯然，物聯網的這一概念來自于對互聯網的類比。根據物聯網與互聯網的關系分類，不同的專家學者對物聯網給出了各自的定義，歸納起來有如下四種類型。1.1 什么是物聯網技術1.1 什么是物聯

4、網技術1物聯網是傳感網而不接入互聯網 2 物聯網是互聯網的一部分 3物聯網是互聯網的補充網絡4物聯網是未來的互聯網 目前存在對物聯網認識方面的偏頗將物聯網當成互聯網的無邊無際的無限延伸，把物聯網當成一切物的完全開放、全部互連、全部共享的互聯網平臺。實踐上物聯網絕不是簡單的全球共享互聯網的無限延伸，即使互聯網也不僅僅是通常以為的國際共享的計算機網絡，互聯網也有廣域網和局域網之分。將傳感網或RFID網等同于物聯網，傳感網或者RFID網只是物聯網的一種運用，但不是物聯網的全部。1.1 什么是物聯網技術 什么是物聯網 ？ 物聯網本質特征 物聯網體系框架 物聯網根本構成 物聯網中心技術1、物聯網技術物聯

5、網的內涵主要表達:互聯網特征：對需求聯網的物一定要可以實現互聯互通的互聯網絡；識別與通訊特征：納入物聯網的“物一定要具備自動識別與物物通訊的功能；智能化特征：網絡系統應具有自動化、自我反響與智能控制的特點。 全面感知、可靠傳送、智能處置是物聯網的根本特征。1.2 物聯網本質特征1.2 物聯網本質特征智能處置可靠傳送全面感知 利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量的跨地域、跨行業、跨部門的數據和信息進展分析處置，提升對物理世界、經濟社會各種活動和變化的洞察力，實現智能化的決策和控制 。 經過各種通訊網絡與互聯網的交融，將物體接入信息網絡，隨時隨地進展可靠的信息交互和共享。 利用RFID、

6、二維碼、GPS、攝像頭、傳感器、傳感器網絡等感知、捕獲、丈量的技術手段隨時隨地對物體進展信息采集和獲取。1.2 物聯網本質特征全面感知可靠傳輸智能處置感知傳輸智能利用RFID、傳感器、二維碼等可以隨時隨地采集物體的動態信息。經過網絡將感知的各種信息進展實時傳送。利用計算機技術，及時地對海量的數據進展信息控制，真正到達了人與物的溝通、物與物的溝通。1.2 物聯網本質特征 物聯網的關鍵不在“物，而在“網。 物聯網精華不僅是對物實現聯接和操控，它經過技術手段的擴張，賦于網絡新的含義，實現人與物、物與物之間的相融與互動，甚至是交流與溝通。 物聯網并不是互聯網的翻版，也不是互聯網的一個接口，而是互聯網的

7、一種延伸。 1.2 物聯網本質特征 假設以為物聯網是傳感網的概念，那么會使得物聯網的外延減少。 如1999年時所提出的物聯網的概念，是把一切物品經過RFID等信息傳感設備與互聯網銜接起來，實現智能化識別和管理。其中沒有人、物之間的相聯、溝通與互動。 假設僅僅作為傳感網，物在聯網之后，只需服從控制中心的指令，而各系統的控制中心那么是相互分別的。 假設是作為互聯網的延伸，那么可以將一切在網絡內的系統與點有機地聯成一個整體，起到互幫互助的作用。 換句話說，傳感網完全可以將其包容在作為互聯網的擴展方式的物聯網的概念之內。 1.2 物聯網本質特征 什么是物聯網 ？ 物聯網本質特征 物聯網體系框架 物聯網

8、根本構成 物聯網中心技術1、物聯網技術物聯網可劃分為一個由感知層、網絡層和運用層組成的三層體系，如圖1.3所示。1.3 物聯網體系框架1.3 物聯網體系框架圖3 物聯網三層參考體系架構1.3 物聯網體系框架感知層：包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、CPSCyber Physical Systems，網絡化物理系統、各種傳感器、傳感器網絡指由大量各類傳感器節點組成的自治網絡，具有自組織、自愈合的特點、T2T&H2T&H2H終端和傳感器網關等，感知層的主要作用是感知和識別物體，采集并捕獲信息。1.3 物聯網體系框架網絡層：包括各種通訊網絡與互聯網構成的交融網絡，這被普遍以為是最

9、成熟的部分，除此之外還包括物聯網管理中心、信息中心等利用網絡的才干對海量信息進展智能處置的部分。也就是說網絡層不但要具備網絡運營的才干，還要提升信息運營的才干。網絡層是物聯網成為普遍效力的根底設備。1.3 物聯網體系框架運用層：是將物聯網技術與行業專業技術相結合，實現廣泛智能化運用的處理方案集。物聯網經過運用層最終實現信息技術與行業的深度交融，對國民經濟和社會開展具有廣泛影響。運用層的關鍵問題在于信息的社會化共享以及信息平安的保證。1.3 物聯網體系框架1.3 物聯網體系框架1.3 物聯網體系框架物聯網功能架構圖1.3 物聯網體系框架物聯網分層架構圖1.3 物聯網體系框架物聯網功能模塊圖 什么

10、是物聯網 ？ 物聯網本質特征 物聯網體系框架 物聯網根本構成 物聯網中心技術1、物聯網技術 不論是哪一種運用領域的物聯網，也不論是哪一種分類方式的物聯網系統，其根本組成均包括三部分：電子產品編碼EPC、射頻識別系統FRID，包括標簽和讀寫器和信息網絡系統包括中間件、對象稱號解析效力ONS、實體標志言語PML和信息效力EPCIS，如表1所示，信息網絡系統主要作為物聯網的軟件支持系統存在。1.4 物聯網根本構成1.4 物聯網根本構成 表1 物聯網的根本構成系統構成主要內容注釋全球電子產品編碼EPC編碼標準識別目標的特定代碼射頻識別系統EPC標簽貼在物品上或內嵌在物品中讀寫器識讀EPC標簽信息網絡系

11、統EPC中間件物聯網的軟件支持系統對象名稱解析服務（ONS）實體標識語言（PML）EPC信息服務（EPCIS）1.4 物聯網根本構成物聯網IOT構造表示圖1.4 物聯網根本構成智能卡條形碼二維碼 GNSS傳感器技術網關設備近間隔通訊因特網跟蹤定位高速數據網絡IOT根本實際模型 在射頻識別系統中，射頻標簽中內含有根據EPC設置的代碼，讀寫器那么用于根據需求讀取標簽中的信息，信息網絡系統利用本地網絡和遠程網絡如全球網絡實現對物品的追蹤和管理。1.4 物聯網根本構成本地網絡主要由本地數據庫和數據處置終端構成，而遠程網絡由對象稱號解析效力和信息效力構成，網絡之間利用類似于XML的實體標示言語PML進展

12、銜接，共同完成物聯網對于物品鏈接及衍生的其它功能。物聯網各部分的銜接關系如圖4所示。1.4 物聯網根本構成1.4 物聯網根本構成圖4 物聯網的根本構成1.4 物聯網根本構成 目前國際上對物聯網的研討逐漸明朗起來，最典型的處理方案有歐美的EPC系統和日本的UID Universal Identification，泛在識別系統。這里著重引見EPC物聯網。EPC系統是由EPC編碼體系、RFID系統及信息網絡系統三個部分組成，主要包括六個方面：EPC編碼、EPC標簽、讀寫器、EPC中間件、對象稱號解析效力ONS和EPC信息效力EPCIS。1.4 物聯網根本構成 編碼：目前國際上還沒有一致的RFID編碼

13、規那么。日本支持的UID規范和歐美支持的EPC規范是當今影響力最大的兩大規范，我國的RFID規范還未構成。 EPC編碼有通用標識GID，也有基于現有全球獨一的編碼體系EAN/UCC的標識SGTIN、SSCC、SGLN、GRAI、GIAI。這類標識又分為96位和64位兩種。1.4 物聯網根本構成 ONS：ONS任務過程：ONS查詢過程1.4 物聯網根本構成 EPCIS： EPCIS以PML為系統的描畫言語，主要包括客戶端模塊、數據存儲模塊和數據查詢模塊三個部分在EPC1.0中稱為PML效力器；在EPC2.0中，完善了功能并稱為EPCIS效力器?？蛻舳四K主要實現物聯網EPC標簽信息向指定EPCI

14、S效力器傳輸；數據存儲模塊將通用數據存儲于數據庫中，在產品信息初始化的過程中調用通用數據生成針對每一個產品的屬性信息，并將其存儲于PML文檔中；數據查詢模塊根據客戶端的查詢要求和權限，訪問相應的PML文檔，生成HTML文檔，前往給客戶端。 什么是物聯網 ？ 物聯網本質特征 物聯網體系框架 物聯網根本構成 物聯網中心技術1、物聯網技術 物聯網編碼EPC編碼體系原那么、構造與類型 EPC規范EPC Global、 EPC Global Gen2 GSI全球一致識別系統 EPC編碼戰略與實現 識別和防碰撞問題多標簽防碰撞多讀寫器防碰撞 1.5 物聯網中心技術 信息采集技術 近程通訊技術 信息遠程傳輸

15、技術 海量信息智能分析與控制技術云計算1.5 物聯網中心技術1.5 物聯網中心技術WSN1.5 物聯網中心技術WSN 體系構造WSN體系構造：平面拓撲構造WSN體系構造：邏輯分層構造1.5 物聯網中心技術WSN 體系構造傳感器節點體系構造傳感器網絡協議棧1.5 物聯網中心技術WSN 通訊WSN在無線通訊框架中的位置1.5 物聯網中心技術1.5 物聯網中心技術 物聯網技術 物聯網運用與管理 物聯網開展趨勢 物聯網產業開展方式目錄 物聯網運用 物聯網管理2、物聯網運用與管理 在國家大力推開工業化與信息化兩化交融的大背景下，物聯網將是工業乃至更多行業信息化過程中一個比較現實的突破口。 一旦物聯網大規

16、模普及，無數的物品需求加裝更加小巧智能的傳感器，用于動物、植物、機器等物品的傳感器與電子標簽及配套的接口安裝數量將大大超越目前的手機數量。2.1 物聯網運用 按照目前對物聯網的需求，在近年內就需求按億計的傳感器和電子標簽。根據估計，2021年，內嵌芯片、傳感器、無線射頻的“智能物件將超越萬億個，物聯網將會開展成為一個上萬億元規模的高科技市場，這將大大推進信息技術元件的消費，給市場帶來宏大商機。 物聯網目前曾經在行業信息化、家庭保健、城市安防等實踐運用。圖5展現了未來物聯網的運用場景。2.1 物聯網運用2.1 物聯網運用物聯網管理平臺挪動POS金融供應鏈智能運輸工業自動化智能建筑消防公共平安環境

17、維護氣候數字化醫療遙感勘測軍事農業林業水務電力煤炭石化物流、零售、自動效力設備、平安、節能消費、平安、防災、水電油氣防火、勘察、報警污染檢測、報警水質、水量、污染、平安大棚、土壤、灌溉、環境、跟蹤抄表、監控、節能設備、臨床、輔助診斷、病程險情、油井、運輸、管線聯動、消防栓、定位、調度照明、信號、應急、災禍、識別大地勘測、森林、地震、海洋偵查、監控、定位、評價降水、防洪、遠程設備買賣、訂單、跟蹤、識別通風、瓦斯、救災定位庫存、車隊、監控、導航、識別、貨物電子支付、實時信息2.1 物聯網運用 中國挪動2.1 物聯網運用2.1 物聯網運用2.1 物聯網運用2.1 物聯網運用物聯網運用表示圖 運用案例

18、1：家畜溯源 給放養的家畜中的每一只羊都貼上一個二維碼，這個二維碼會不斷堅持到超市出賣的肉品上，消費者可經過手機閱讀二維碼，知道家畜的生長歷史，確保食品平安。 我國已有10億存欄動物貼上了這種二維碼。2.1 物聯網運用2.1 物聯網運用2.1 物聯網運用商品溯源2.1 物聯網運用 運用案例2：精準農業2.1 物聯網運用 運用案例2：精準農業2.1 物聯網運用 運用案例2：精準農業-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無線葡萄園。傳感器節點被分布在葡萄園的每個角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度、濕度或該區域有害物的數量，以確保葡萄可以安康生長。研討人員發現，葡萄園氣候的細微變化可極大地影響葡萄酒的質量。 經過年年的數據記錄以及相關分析，便能準確的掌握葡萄酒的質地與葡萄生長過程中的日照、溫度、濕度確實切關系。這是一個典型的精準農業、智能耕種的實例。 運用案例3：機場防入侵 上海浦東國際機場防入侵系統鋪設了3萬多個傳感節點，覆蓋了地面、柵欄和低空探測，多種傳感手段組成一個協同系統后，可以防止人員的翻越、偷渡、恐懼襲擊等攻擊性入侵。上海挪動的車務通在2021年世博會期間全面運用于上海公共交通系統，以最先進的技術保證世博園區周邊大流量交通的順暢。2.1 物聯網運用 運用案例4：智能