1、物聯網技術與應用第1章 概述2022/9/151.1 物聯網起源與定義 半個多世紀以來，從計算機誕生到互聯網的大規模應用，信息技術給人們的工作和生活帶來了巨大變化，通信、控制和感知等技術的快速發展，信息技術突破傳統的人-機交互領域，向物理世界擴展和延伸，在人與物、物與物之間構成信息傳輸和控制的平臺物聯網，成為繼計算機、互聯網之后的第三次信息化浪潮。公文包會提醒你不要忘記帶上重要的文件；洗衣機會以自動根據放入衣物的質地和顏色選擇洗滌劑的投放量和洗滌時間；窗戶會在大于雨來臨之際自動閉合；房間內燈光會根據天氣情況自動調節亮度； 1.1.1 物聯網起源200920051998 MIT的 Kevin A

2、shton第一次提出：把RFID技術與傳感器技術應用于日常物品中形成一個“物聯網” ITU報告：物聯網是通過RFID和智能計算等技術實現全世界設備互連的網絡 IBM提出：把傳感器設備安裝到各種物體中，并且普遍連接形成網絡，即“物聯網”，進而在此基礎上形成“智慧地球 歐洲物聯網研究項目工作組制訂物聯網戰略研究路線圖，介紹傳感網/RFID等前端技術和20年發展趨勢國家戰略：以物聯網為契機，培育戰略性新興產業2006年1月9日，胡錦濤主席在全國科技大會提出: 抓住信息科技更新換代和新材料科技迅猛發展的難得機遇，把掌握裝備制造業和信息產業核心技術的自主知識產權作為提高我國產業競爭力的突破口。2009年

3、12月中央經濟工作會議: 發展戰略性新興產業，推進產業結構調整。要抓緊研究提出培育我國戰略性新興產業的總體思路強化政策支持，加大財政投入，培育新的經濟增長點。對“物聯網”發展連續4次明確指示: 2009年6月，就“智慧地球”做出批示。2009年7月，視察中科院長春光機所，強調抓住物聯網發展機遇。2009年8月，視察無錫“中科院傳感網工程中心”，指示建設“感知中國”中心。2009年 11月，發表讓科技引領可持續發展的講話：“著力突破傳感網、物聯網等關鍵技術，及早部署后IP時代相關技術的研究，使信息網絡產業成為推動產業升級、邁向信息社會的發動機1.1.2 物聯網定義物-物相聯的互聯網狹義：從物聯網

4、的實現技術出發，認為物聯網是通過傳感器技術和識別技術，實現人與物、物與物信息交流的網絡，無論是否接入互聯網都屬于物聯網的范疇。廣義：物聯網是能夠實現任何時間、任何地點、任何人與任何物之間進行信息交互的網絡，這是對互聯網未來技術的延伸，也稱為未來的互聯網或泛在網絡。中科院感知中國對概念的解讀物聯網是全球信息化發展的新階段，從信息化向智能化提升。在已經發展起來的傳感、識別、接入網、無線通訊網、互聯網、云計算、應用軟件、智能控制等技術基礎上的集成、發展和提升。物聯網本身是針對特定管理對象的“有限網絡”，是以實現控制和管理為目的，通過傳感/識別器和網絡將管理對象連接起來，實現信息感知、識別、情報處理、

5、態勢判斷和決策執行等智能化的管理和控制。物聯網的應用帶來的海量數據和業務模式，將使通訊網、互聯網和信息處理技術帶來數量級的需求增長和模式變化。這里的“物”要滿足以下條件才能夠被納入“物聯網”的范圍： 1、要有相應信息的接收器； 2、要有數據傳輸通路； 3、要有一定的存儲功能； 4、要有CPU； 5、要有操作系統； 6、要有專門的應用程序； 7、要有數據發送器； 8、遵循物聯網的通信協議； 9、在世界網絡中有可被識別的唯一編號。物聯網中“物”的涵義 把傳感網或RFID網等同于物聯網。事實上傳感技術也好、RFID技術也好，都僅僅是信息采集技術之一。除傳感技術和RFID技術外，GPS、視頻識別、紅外

6、、激光、掃描等所有能夠實現自動識別與物物通信的技術都可以成為物聯網的信息采集技術。傳感網或者RFID網只是物聯網的一種應用，但絕不是物聯網的全部。 把物聯網當成互聯網的無邊無際的無限延伸，把物聯網當成所有物的完全開放、全部互連、全部共享的互聯網平臺。實際上物聯網絕不是簡單的全球共享互聯網的無限延伸。 1.1.4 物聯網認識的誤區-1認為物聯網就是物物互聯的無所不在的網絡，因此認為物聯網是空中樓閣，是目前很難實現的技術。事實上物聯網是實實在在的，很多初級的物聯網應用早就在為我們服務著。物聯網理念就是在很多現實應用基礎上推出的聚合型集成的創新，是對早就存在的具有物物互聯的網絡化、智能化、自動化系統

7、的概括與提升，它從更高的角度升級了我們的認識。 把物聯網當成個筐，什么都往里裝；基于自身認識，把僅僅能夠互動、通信的產品都當成物聯網應用。如，僅僅嵌入了一些傳感器，就成為了所謂的物聯網家電；把產品貼上了RFID標簽，就成了物聯網應用等等。1.1.4 物聯網認識的誤區-21.2 物聯網與互聯網從互聯網發展的前30年中，其主要功能是把通信和信息網絡化，使人們可以通過關鍵字的檢索獲取遍布全球的資源。在信息網絡化后，無論是信息的來源還是信息的獲取者，其挑戰都是如何能將網絡中的信息最大化。如果可以通過網絡將物理世界中的一切事物都連接入網，把溫度、濕度、位置等物理世界中的因素進行存儲并通過網絡傳遞，最終完

8、成信息的融合和計算，以對物理世界中的相關事物進行了解和控制，這樣的網絡就是物聯網。1.2.2 物聯網是互聯網的擴展和延伸-1用戶端的延伸。人是互聯網中真正的用戶端，而在物聯網中，接入網絡的主體由人延伸到了人之外的一切物品；構建網絡技術的擴展。物聯網主要分為感知層、傳輸層、處理層，中間層的通信網絡可以借助互聯網的基礎設施和架構實現，但感知層和處理層技術大多是互聯網所不包含的；服務的擴展。互聯網的服務主要信息在信息及其應用方面，如文件傳輸、信息檢索、在線聊天、視頻點播等，物聯網具備全面感知、可靠傳送和智能處理，通過對感知信息的智能處理，可實現物品的在線控制，在物-物聯接的場景下，無需人類的干預就可

9、以實現對物品的管理和控制，如：高速公路ETC、電表自動交費；1.2.2 物聯網是互聯網的擴展和延伸-2應用范圍的延伸。與互聯網相比，從社會管理、經濟管理到生產運行、人個生活，物聯網都可以發揮強大作用，在物聯網時代，大到鋼筋混凝土，小到集成電路芯片，都將被整合為統一的基礎設施。1.3 物聯網的體系結構 傳感器網絡: non-IP 或IP 各種IP方案 : 6LoWPAN, 普通的IPv4, 修改的 IPv4, 等. 各種非-IP 方案: ZigBee, TinyOS, 等. 接入網絡: IPv4 或 IPv6 不同的 v4/v6 轉換 選路協議 移動性 體系結構框架要求能反應異構聯網下總體結構和

10、接口關系1.4 物聯網發展中面臨的問題-11. 認識問題物聯網是擴展和升級的互聯網。物聯網包含通信節點數量和類型更多，對通信功能提出了更高的要求；需要從技術構成做更深入了解。這將決定要在哪些技術層面、哪些領域的應用開發上展開研究工作，從而制訂切實有效的發展方針和路線，當前，主要是在傳感技術、硬件制造、標準化制定等方面投入較大，但硬件只是物聯網系統的前端，傳輸、信息處理、業務系統管理等才是物聯網中的高端和核心；云計算是對物聯網數據進行處理和分析的重要手段。在物聯網的軟件方面，云計算是決定能否占據物聯網應用技術控制權的關鍵。1.4 物聯網發展中面臨的問題-22. 安全問題人個隱私；感知節點自身安全

11、隱患；各種惡意攻擊；（假冒攻擊、數據驅動攻擊、拒絕服務攻擊、惡意代碼攻擊）業務應用的安全。現有通信網絡的安全架構都是從人與人之間的通信需求出發，不完全適合物與物間的通信需求；1.4 物聯網發展中面臨的問題-33. 標準問題標準化工作的各個環節IEEE802.15.4c （中國國家標準）基于中國780MHz頻段，制定低速率物理層通信標準，2009年報批。IEEE802.15.4e：上海微系統所、無錫物聯網產業研究院、華為等作為主要的聯合提案單位，制定面向傳感網在工業無線監控等應用中的低功耗、實時MAC層標準，提案已接受，進入文檔編輯階段。無錫物聯網產業研究院正在設計、開發15.MAC測試、運行平

12、臺，爭取在全球第一個發布IEEE802.15.4g：針對智能電網等應用，200Kbps1Mbps數據速率的物理層標準提案，可變增益的DSSS方案，ISO/IEC JTC1 SGSN2007年國標委正式批準在全國信標委下成立無線傳感器網絡工作組 首屆ISO/IEC JTC1 傳感器網絡研究組（SGSN）會議在中國召開(2008年6月)2009年在JTC1下成立傳感器網絡標準化工作組（WP7)。“傳感器網絡信息處理服務和接口規范”提案與2010年3月通過新工作立項(NP)投票。IEEE 1451智能換能器IEEE802.15.4 LR WPANZigBeeIETF6LoWPANITU-T USN標準化從研究組到工作組1.4 物聯網發展中面臨的問題-55. 應用問題物聯網技術發展的最終目的是物聯網的大規模廣泛應用，使人們的工作、生活、學習、娛樂方式向著智能化的方向改變。大規模應用中的成本問題。在感知設備成本沒有下降到足夠低的水平之前，大規模應用會受到限制；多方共贏的商業模式是能否快速普及應用的關鍵。在感知、通信、應用三個層面上都會面臨市場化的挑戰，從目前情況看，物聯網發展直接帶來的經濟效益主要集中在感知層的技術實現和應用中，龐大的數據傳輸給網絡運營商帶來的機會，主要應用領域（如物流、商業零售）所產生的影響還需要長期觀察。1.5 中國物聯網的發展優勢第一，我國早在1999年就啟動了物