物联网工程技术绪论

物联网工程技术绪论

物联网工程技术 第1章 绪论武汉理工大学物联网工程系 2011.9

武汉理工大学物联网工程系

《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》

伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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第1章1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

绪论

物联网的基本概念 物联网的结构与特征 物联网关键技术分析 物联网的应用前景 物联网的国内外发展状况

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1.1 物联网的基本概念 2008年底IBM向美国政府提出的“智慧地球”战 略，2009年6月欧盟的“物联网行动计划”,以及 2009年8月日本的“i-Japan”计划等，都是利用各 种信息技术来突破互联网的物理限制，以实现无 处不在的物联网络。 2009年8月7日，国务院总理温家宝在视察无锡无 线传感网工程研发中心时明确指出，要集中力量 突破核心技术，着力提升自主创新能力，推动传 感网更好地为产业可持续发展服务。从此，“感 知中国”的战略浮出水面。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息 产业的第三次浪潮。国际电联ITU曾预测，未来世 界是无所不在的物联网世界，到2017年将有7万亿 传感器为地球上的70亿人口提供服务。 一方面物联网可以用于提高经济效益，大大节约 成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术 动力。 中国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业 和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方 面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发 展的政策措施。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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1.1 物联网的基本概念1.1.1 物联网与互联网 1.1.2 物联网的相关概念

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1.1.1 物联网与互联网 物联网的概念分为广义和狭义两方面：

– 广义来讲，物联网是一个未来发展的愿景，等同于 “未来的互联网”或者“泛在网络”,能够实现人在 任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息 交换以及物与物之间的信息交换； – 狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的 局域网，无论接入互联网与否，都属于物联网的范畴。 物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位 系统(GPS)、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接起来，进行信息交换和通信， 以实现智能化识别、定位、跟踪、监控

和管理的一种网络。 (一种定义)武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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另一种定义 物联网是由具有自我标识、感知和智能的物理实 体基于通信技术相互连接形成的网络，这些物理 设备可以在无需人工干预的条件下实现协同和互 动，为人们提供智慧和集约的服务， 具有全面感 知、可靠传递、智能处理的特点。 定义的两层意思： – 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， 进行信息交换和通讯。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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物联网与互联网的关系 归纳当今有关物联网的概念，可将物联网与互联网的关系 分为四种类型： – 物联网是传感网而不接入互联网，相对独立的两个网 – 物联网是互联网的一部分，包含于互联网之中 – 物联网是互联网的补充网络，是它的延伸和扩展 – 物联网是未来的互联网，人、物、机器间的信息交换

总之，不论是哪一种类型的概念，物联网都需要 对物体具有全面感知能力，对信息具有可靠传送 和智能处理能力，从而形成一个连接客观世界万 物的信息网络。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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物联网的基本特征 全面感知、可靠传送、智能处理。“全面感知”是指利用RFID、二维码、GPS、摄像头、 传感器、传感器网络等感知、捕获、测量的技术手段， 随时随地对物体进行信息采集和获取。“可靠传送”是指通过各种通信网络与互联网的融合， 将物体接入信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和 共享。

“智能处理”是指利用云计算、模糊识别等各种智能 计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据 和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各 种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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统一的基础设施 在物联网时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带网络整合为统一的 基础设施，换句话说，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运 转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个 人生活。

具体地说，就是把感应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，通过现有的互 联网整合起来，实现人

类社会与物理世界的整合。 在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对 整个网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制。 在此基础上，人类可以用更加精细和动态的方式管理生产和生活，达 到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的 关系。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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1.1.2 物联网的相关概念 相近的概念： 1. 物联网(The Internet of Things) 2. 无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN) 3. 泛在网络(Ubiquitous Network)

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1. 物联网– 定义1:把所有物品通过RFID和条码等信息传感设备与 互联网连接起来，实现智能化识别和管理。(1999 年MIT) – 定义2:任何时刻、任何地点、任意物体之间的互联， 无所不在的网络和无所不在的计算。 (2005年ITU) – 定义3:由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的 网络，这些标识和个性等信息在智能空间使用智慧的 接口与用户、社会和环境进行通信。 (2008 年EPoSS) – 物联网主要由 定义4:物联网是未来互联网的一个组成部分，可以被 RFID标签、标签阅读器、信息处理系统、 定义为基于标准的和可互操作的通信协议，且具有自 编码解析与寻址系统、信息服务系统和互联网组成。通 配置能力的、动态的全球网络基础架构。物联网中的 过对拥有全球唯一编码的物品的自动识别和信息共享， “物”都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用 实现开环环境下对物品的跟踪、溯源、防伪、定位、监 智能接口实现与信息网络的无缝整合。 (2009 年欧盟) 控以及自动化管理等功能。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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2.无线传感器网络– 定义1:无线传感器网络是由若干具有无线通信 能力的传感器节点自组织构成的网络(1978年CMU) – 定义2:泛在传感器网络(Ubiquitous Sensor Network)是由智能传感器节点组成的网络，可 以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物” 的形式被部署。 (2008年ITU)U S N 体 系 结 构武汉理工大学物联网工程系

应用平台 中间件

基础骨干网络 接入网络底层传感器网络 (传感器、执行器、RFID)伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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2.无线传感器网络(续)– 定义3:传感器网络以对物理世界的数据采集和 信息处理为主要任务，以网络

为信息传递载体， 实现物与物、物与人之间的信息交互，提供信 息服务的智能网络信息系统。(2009年信息技术标准化委员会的传感器网络标准工作组)

由传感器、通信网络和信息处理系统为主构成的传 感网，具有实时数据采集、监督控制和信息共享与存储 管理等功能，它使目前的网络技术的功能得到极大拓展， 使通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等 成为可能。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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3.泛在网络– 指无所不在的网络。最早提出U(Ubiquitous network) 战略的日本和和韩国给出的定义是：无所不在的网络 社会将是由智能网络、先进的计算技术以及其他领先 的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。 各概念之间的关系 – 从ITU、ISO等国际标准组织对传感器网络、物联网定义 和标准化范围来看，传感器网络和物联网其实是一个 概念的两种不同表述，其实质都是依托于各种信息设 备实现物理世界和信息世界的无缝融合。 – 泛在网是面向泛在应用的各种异构网络的集合，也被 称为“网络的网络”,更强调跨网之间的互联互通和 信息聚合与应用。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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第1章1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

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物联网的基本概念 物联网的结构与特征 物联网关键技术分析 物联网的应用前景 物联网的国内外发展状况

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1.2 物联网的结构和特征1.2.1 物联网的体系结构 1.2.2 物联网技术体系结构 1.2.3 物联网的特征

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1.2.1 物联网的体系结构普 适 化 应 用 服 务 支 撑 体 系 政府应用类示范系统 社会应用类示范系统 行业、企业应用类示范系统 应用资源共享平台 物理信息交换平台 云计算平台 高性能计算平台

应用系统信 息 的 处 理 与 应 用

共性支撑平台

应 用 层

融 合 化 网 络 通 信 基 础 设 施

地址管理系统

互联网

标识管理系统

信 息 传 输

网 络 层

机器人控制系统 泛 化 末 端 感 知 网 络 RFID读写器 信 息 感 知

感 知 层

无线传感节点 RFID节点 RFID应用系统

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无线传感器网络WSN

智能机器人系统

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1.感知层：主要包括二维码(含IC卡、磁卡、一维码等)

和 识读器、RFID标签和读写器、摄像头(多媒体信息设备)、 GPS(实时定位设备)、传感器、传感器网络和传感器网 关以及执行器等。 实现对物体的感知与识别，采集物理世界中发生的物理事 件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。 2.网络层：实现更加广泛的互连功能，能够把感知到的信 息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送。

包括各种通信网络与互联网形成的融合网络，是物联网成 为普遍服务的基础设施，有待突破的方向是向下与感知层 的结合，向上与应用层的结合。

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3.应用层：将物联网技术与行业专业领域技术相结合，实 现广泛智能化应用的解决方案，利用现有的手机、PC、 PDA等终端实现应用，物联网的数据处理与应用。 关键问题在于信息的社会化共享，以及信息安全的保障。 另外，物联网管理中心、信息中心、云计算平台、专家系 统等对海量信息进行智能处理技术亟待突破。 体系结构中的三层分别对应着物联网的三个基本特征： – 全面感知，即利用传感器、RFID等随时随地获取物体 的信息； – 实时传递，通过各种网络传输手段将物体的信息实时 准确地传递出去； – 全面应用，包括资源的共享和交换、对海量数据和信 息进行分析和处理、对各种方案实施智能化的决策等。武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜

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1.2.2 物联网技术体系结构

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