第1章物聯網概述《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.1考勤10%1.2平時作業10%1.3課堂小測驗70%1.4分組討論10%

課程評分計劃《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1本章內容1.1起源與發展1.2核心技術1.3主要特點1.4應用前景什么是物聯網？物聯網的概念是如何產生的？《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.1

歷史進程2009

“感知中國”2009IBM“智慧地球”2005

國際電信聯盟《ITU互聯網報告2005：物聯網》，指出無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨

1995BillGates《未來之路》物物互聯物聯網的基本思想出現于20世紀90年代《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.1物聯網的起源發展之路2005年國際電信聯盟發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，引用了“物聯網”的概念，并且指出無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨。然而，報告對物聯網缺乏一個清晰的定義，并且覆蓋范圍有了較大的拓展2009年初美國國際商業機器公司，即IBM，提出“智慧的地球”概念，認為：信息產業下一階段的任務是把新一代信息技術充分運用在各行各業之中，具體就是把傳感器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成物聯網2009年歐盟委員會發表《歐盟物聯網行動計劃》，日本提出“智慧泛在”構想，將傳感網列為國家重要戰略，韓國通信委員會通過《物聯網基礎設施構建基本規劃》，將物聯網確定為新增長動力《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.1物聯網的起源發展之路2009年8月國務院總理溫家寶來到中科院無錫研發中心考察，指出關于物聯網可以盡快去做三件事情：一是把傳感系統和3G中的TD技術結合起來；二是在國家重大科技專項中，加快推進傳感網發展；三是盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心2010年3月國務院總理溫家寶在《政府工作報告》中，將“加快物聯網的研發應用”明確納入重點產業振興，表明物聯網已經被提升為國家戰略，中國開啟物聯網元年《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1什么是物聯網？概念的提出Incomputing,theInternetofThingsreferstoanetworkofobjects,suchashouseholdappliances.Itisoftenaself-configuringwirelessnetwork.TheconceptoftheinternetofthingsisattributedtotheoriginalAuto-IDCenter,foundedin1999andbasedatthetimeinMIT.物聯網整合了美國CPS(Cyber-PhysicalSystems)、歐盟IoT（InternetofThings)和日本U-Japan等概念。是一個基于互聯網、傳統電信網等信息載體，讓所有能被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。普通對象設備化，自治終端互聯化和普適服務智能化是其三個重要特征?！段锫摼W導論》第1章-物聯網概述v1.1物聯網的其他定義《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1本章內容1.1起源與發展1.2核心技術1.3主要特點1.4應用前景根據信息生成、傳輸、處理和應用將物聯網分為感知識別層、網絡構建層、管理服務層和綜合應用層?！段锫摼W導論》第1章-物聯網概述v1.11.2核心技術：感知識別層核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層RFID射頻識別技術（RadioFrequencyIdentification）《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.2核心技術：感知識別層核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層通過感知識別技術，讓物品“開口說話、發布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一環，是物聯網區別于其他網絡的最獨特的部分。物聯網的“觸手”是位于感知識別層的大量信息生成設備，既包括采用自動生成方式的RFID、傳感器、定位系統等，也包括采用人工生成方式的各種智能設備，例如智能手機、PDA、多媒體播放器、上網本、筆記本電腦等等。信息生成方式多樣化是物聯網的重要特征之一。感知識別層位于物聯網四層模型的最底端，是所有上層結構的基礎?！段锫摼W導論》第1章-物聯網概述v1.1核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第2章技術舉例：RFID基本組成：工業界經常將RFID系統分為標簽，閱讀器和天線三大組件。工作原理：閱讀器通過天線發送電子信號，標簽接收到信號后發射內部存儲的標識信息，閱讀器再通過天線接收并識別標簽發回的信息，最后閱讀器再將識別結果發送給主機?！段锫摼W導論》第1章-物聯網概述v1.1技術舉例：傳感器網絡發展歷程：傳感器→無線傳感器→無線傳感器網絡（大量微型、低成本、低功耗的傳感器節點組成的多跳無線網絡）應用舉例：VigilNet:美國弗吉尼亞大學研制的用于軍事監測的系統。傳感節點具有自主成網，多跳傳輸等特點。Mercury:美國哈佛大學研制的可穿戴的醫療監控傳感器。傳感器具有設計人性化，高精度感知，連續長期采集數據等特點。GreenOrbs（綠野千傳）：森林監測傳感網系統，適用于長期、大規模、自動化的環境監測任務核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第3章《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1技術舉例：定位系統位置信息拓展：所在地理位置+處在該地理位置的時間+處在該地理位置的對象（人或設備）定位系統與技術：GPS，蜂窩基站定位，無線室內環境定位（紅外線/.超聲波/藍牙），新興定位系統（A-GPS/無線AP/網絡定位）；距離/距離差/無線信號特征物聯網環境下對定位技術的挑戰：異構網絡、多變環境下的精準定位大規模應用基于位置的服務（LocationbasedServices）位置信息帶來的信息安全和隱私保護問題核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第4章《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1技術舉例：智能信息設備傳統智能設備：個人計算機（PC）/個人數字助理（PDA）/…物聯網時代新智能設備：數字標牌（實時信息互動）/智能電視（具有全功能的互聯網，個性化體驗）/智能手機/…物聯網環境下智能設備發展新趨勢：更深入的智能化：縱向（包括傳統的智能設備）+縱向（融入沒有計算能力的簡單物理對象）更透徹的感知：主動感知(部署傳感器)+被動感知(發出查詢請求)更全面的互聯互通：互聯互通+信息共享核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第5章《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.2核心技術：網絡構建層核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第6-9章《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.2核心技術：網絡構建層核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第6-9章這層的主要作用是把下層（感知識別層）數據接入互聯網，供上層服務使用。物聯網的網絡和現有網絡有何異同？物聯網是下一代互聯網嗎？無線網絡在物聯網中究竟扮演了什么角色？網絡構建層在物聯網四層模型中連接感知識別層和管理服務層，具有強大的紐帶作用，高效、穩定、及時、安全地傳輸上下層的數據。《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1各種網絡形式如何應用于物聯網？互聯網：IPv6掃清了可接入網絡的終端設備在數量上的限制。互聯網/電信網是物聯網的核心網絡、平臺和技術支持。無線寬帶網：WiFi/WiMAX等無線寬帶技術覆蓋范圍較廣，傳輸速度較快，為物聯網提供高速可靠廉價且不受接入設備位置限制的互聯手段。無線低速網：ZigBee/藍牙/紅外等低速網絡協議能夠適應物聯網中能力較低的節點的低速率、低通信半徑、低計算能力和低能量來源等特征。移動通信網：移動通信網絡將成為“全面、隨時、隨地”傳輸信息的有效平臺。高速、實時、高覆蓋率、多元化處理多媒體數據，為“物品觸網”創造條件?！段锫摼W導論》第1章-物聯網概述v1.11.2核心技術：管理服務層核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層管理服務層位于感知識別和網絡構建層之上，綜合應用層之下，是物聯網智慧的源泉。人們通常把物聯網應用冠以“智能”的名稱，如智能電網、智能交通、智能物流等，其中的智慧就來自這一層。當感知識別層生成的大量信息經過網絡層傳輸匯聚到管理服務層，如果不能有效地整合與利用，那無異于入寶山而空返，望“數據的海洋”而興嘆。管理服務層解決數據如何存儲（數據庫與海量存儲技術）、如何檢索（搜索引擎）、如何使用（數據挖掘與機器學習）、如何不被濫用（數據安全與隱私保護）等問題?！段锫摼W導論》第1章-物聯網概述v1.1數據庫與物聯網核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第10章物聯網數據特點：海量性，多態性，關聯性及語義性關系數據庫系統作為一項有著近半個世紀歷史的數據處理技術，仍可在物聯網中大展拳腳，為物聯網的運行提供支撐。與此同時，結合物聯網應用提出的新需求，數據庫技術也在進行不斷的更新，發展出新的方向。新興數據庫系統（NoSQL數據庫）針對非關系型、分布式的數據存儲，并不要求數據庫具有確定的表模式，通過避免連接操作提升數據庫性能。《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1海量信息存儲與物聯網核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第11章網絡存儲體系結構：直接附加存儲（DAS）網絡附加存儲（NAS）存儲區域網絡（SAN）困難：只能滿足中等規模商業需求數據中心不僅包括計算機系統和配套設備（如通信/存儲設備），還包括冗余的數據通信連接/環境控制設備/監控設備及安全裝置，是一大型的系統工程。通過高度的安全性和可靠性提供及時持續的數據服務，為物聯網應用提供良好的支持。典型的數據中心：Google/Hadoop《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1搜索引擎與物聯網核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第12章Web搜索引擎：一個能夠在合理響應時間內，根據用戶的查詢關鍵詞，返回一個包含相關信息的結果列表（hitslist）服務的綜合體。傳統的Web搜索引擎是基于查詢關鍵詞的，對于相同的關鍵詞，會得到相同的查詢結果。物聯網時代搜索引擎的新思考從智能物體角度思考搜索引擎與物體之間的關系，主動識別物體并提取有用信息。從用戶角度上的多模態信息利用，使查詢結果更精確，更智能，更定制化。《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1物聯網的智慧決策核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第13章需求分析：更透徹的感知要求對海量數據多維度整合與分析更深入的智能化需要普適性的數據搜索和服務數據挖掘技術從大量數據中獲取潛在有用的且可被人理解的模式，基本類型有關聯分析，聚類分析，演化分析等。應用舉例：精準農業：實時監測環境數據，挖掘影響產量的重要因素，獲得產量最大化配置方式市場營銷：通過數據庫行銷和貨籃分析等方式獲取顧客購物取向和興趣《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1信息安全與隱私保護核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第14章RFID安全主要安全和隱私隱患：竊聽、跟蹤、中間人攻擊、欺騙/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒絕服務攻擊、RFID病毒…保護手段：物理安全機制/密碼學安全機制/PUF…位置隱私定義：用戶對自己位置信息的掌控能力：用戶能自由決定是否發布位置信息，將信息發布給誰，通過何種方式來發布，以及發布的信息有多詳細。保護手段：制度制約、隱私方針、身份匿名、數據混淆《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.2核心技術：綜合應用層“實踐出真知”，無論任何技術，應用是決定成敗的關鍵。物聯網豐富的內涵催生出更加豐富的外延應用。傳統互聯網經歷了以數據為中心到以人為中心的轉化，典型應用包括文件傳輸、電子郵件、萬維網、電子商務、視頻點播、在線游戲和社交網絡等；而物聯網應用以“物”或者物理世界為中心，涵蓋物品追蹤、環境感知、智能物流、智能交通、智能電網等等。物聯網應用目前正處于快速增長期，具有多樣化、規?；?、行業化等特點。核心技術綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層詳見第15-19章《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.1本章內容1.1起源與發展1.2核心技術1.3主要特點1.4應用前景物聯網相對于已有的各種通信和服務網絡在技術和應用層面具有哪些特點呢？《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.3物聯網的主要特點感知識別普適化無所不在的感知和識別將傳統上分離的物理世界和信息世界高度融合。異構設備互聯化各種異構設備利用無線通信模塊和協議自組成網，異構網絡通過“網關”互通互聯。聯網終端規?；锫摼W時代每一件物品均具通信功能成為網絡終端，5-10年內聯網終端規模有望突破百億。《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.3物聯網的主要特點（續）管理調控智能化物聯網高效可靠組織大規模數據，與此同時，運籌學，機器學習，數據挖掘，專家系統等決策手段將廣泛應用于各行各業。應用服務鏈條化以工業生產為例，物聯網技術覆蓋從原材料引進，生產調度，節能減排，倉儲物流到產品銷售，售后服務等各個環節。經濟發展跨越化物聯網技術有望成為從勞動密集型向知識密集型，從資源浪費型向環境友好型國民經濟發展過程中的重要動力?！段锫摼W導論》第1章-物聯網概述v1.1本章內容1.1起源與發展1.2核心技術1.3主要特點1.4應用前景物聯網豐富的內涵催生出更加豐富的外延應用。《物聯網導論》第1章-物聯網概述v1.11.4物聯網的應用前景智能物流：現代物流系統希望利用信息生成設備，如RFID設備、感應器或全球定位系統等種