物联网导论_第1章_物联网概述
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RFID
无线传感器
智能设备
13
感知识别层技术举例： RFID
• 基本组成：
• RFID系统分为标签，阅读器和天线三大组件。
• 工作原理：
• 阅读器通过天线发送电子信号，标签接收到信号后发射内部存 储的标识信息，阅读器再通过天线接收并识别标签发回的信息。
详见 第2章
标签
阅读器
天线
14
感知识别层技术举例： 无线传感网
详见 第9章
25
管理服务层： 数据库系统
• 关系数据库系统
• 近半个世纪历史的主流数据库。
• 为物联网的运行提供支撑。
• 新兴数据库系统〔NoSQL 数据库〕
• 物联网的新需求：海量性，多态性，关联性与语 义性
详见 第• 1不0章要求数据库具有确定的表模式
26
管理服务层： 信息安全与隐私保
护
• RFID安全
参考资料：凤凰宽频-监拍台北101大楼阻尼器受地震影响左右摇摆
应用前景
• 环境监测：传感器网络已经用于污染监测、海洋 环境，森林生态、火山活动等很重要领域。
38
物联网为何发展地这么 “龟速〞？
• 物联网发展缓慢
• 与可穿戴设备的概念相比，物联网仿佛更贴近生 活，但现实中，后者相比前者进展缓慢。
• 物联网不是一个完全新生的产业，在互联网平台 实现了“人联网〞之后，紧接着就轮到“物联网 〞了；
• 嵌入式系统
• 20世纪90年代末，无线传感器网络。
6
Q：什么是物联网？
• 物联网〔Internet of Things〕 • 这个概念实际是中国人提出的，整合了美国
CPS(Cyber-Physical Systems)、欧盟IoT 〔Internet of Things)和日本U-Japan等概念。 • 定义 • 基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能 被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。 • 三个重要特征 • 普通对象设备化 • 自治终端互联化
• 经验：从初期的百家争鸣，到三国鼎立，打破隔
40
作业
• 提出一个辩论题目 • IT领域相关〔物联网，计算机，互联网等〕 • 限时2周内提交
41
讨论
• 分组讨论〔10~15分钟〕 • 从资者〔或者职业〕角度，你最看好哪
一种物联网产品？给出理由。 • 车联网，无人机，虚拟现实 • 可穿戴设备〔健康，服装，手势〕 • 智能家居〔窗帘，安全，监控〕
快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备 位置限制的互联手段。
23
核心技术 3，管理服务 层
• 管理服务层——云计算
• 位于感知识别和网络构建层之上，综合应用层 之下，是物联网智慧的源泉。通常把物联网应 用冠以“智能〞，如智能交通、智能物流、智 能建筑等。
• 需要解决的问题
• 数据如何存储〔大数据与海量存储〕
• 我们的周围已经有的物联网：智能交通、智能物
参考资料
流等
39
物联网为何发展地这么 “龟速〞？
• 没有统一标准，没有成熟的商业模式
• 互联网之所以成功，很好的解决了标准问题。
• 目前物联网软件、传感器、传输出现大量不同的 技术标准。
• 多数企业孤军奋战，相互封闭，无法降低研发成 本，不能产生规模经济——网络初期。
2009 IBM “智慧地球”
2009 温家宝 “感知中国〞 2011年“物联网工程〞 本科专业，开始招生5 。
起源与发展： 来源多样，主线复
杂
• RFID
• 2015年，全球RFID市场规模超100亿美元。有多大？
• 普适计算
• 计算机本身从人们的视线里消失，和环境融为一体。
• 人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信 息的获取与处理。
实时路况与导航
参考资料：无人驾驶汽车视频
车联网
35
应用前景
• 智能物流：现代物流系统希望利用信息生成设备， 如RFID设备、感应器或全球定位系统等种种装置 与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，并能 够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流 管理。
36
应用前景
• 智能建筑：物联网技术为绿色建筑带来了新的力 量。通过建立以节能为目标的建筑设备监控网络， 将各种设备和系统融合在一起，形成以智能处理 为中心的物联网应用系统，有效的为建筑节能减 排提供有力的支撑。
• WiFi基站定位
详见 第4章
20
核心技术 2，网络构件 层
• 网络构建层
• 物联网最重要的基础设施之一。
• 网络构建层，具有强大的纽带作用。
• 高效、稳定、与时、安全地传输上下层的数据 。
• 物联网四层模型和OSI参考模型 有什么区别？
• 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话
21
核心技术 2，网络构建 层
• 更深入的智能
• 多传感器实现“人多力量大〞的智能
33
1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展 • 1.2 核心技术 • 1.3 主要特点 • 1.4 发展趋势
• 1.5 应用前景
34
应用前景
•智能交通：通过在基础设施和交通工具当中广泛 应用信息、通讯技术来提高交通运输系统的安全 性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对 地球环境的负面影响。
• 2〕感知识别普适化
• 无所不在的感知和识别将传统上分离的物
理世界和信息世界高度融合。
30
主要特点〔续〕
• 4〕管理处理智能化
• 运筹学，机器学习，数据挖掘，专家系统等决策 手段将广泛应用于各行各业。
• 5〕应用服务链条化
• 以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，
生产调度，节能减排，仓储物流到产品销售，售
TCP/IP
无线广域网
3G/4G
互联网
物联网的核心网络
无线个域网
Bluetooth ZigBee
无线局域网
WiFi
无线城域网
WiMax
详见 第6-8章
22
各种网络形式的比较
• 互联网： • 互联网是物联网的核心网络，提供平台和技术支
持。 • 无线宽带网： • WiFi/WiMAX等：覆盖范围较广，传输速度较
• 出 版 社：科学出版社
1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展〔了解〕
• 1.2 核心技术
• 1.3 主要特点
• 1.4 发展趋势
• 1.5 应用前景
4
起源与发展
物联网的基本思想出现于20世纪90年代
1995 Bill Gates 《未来之路》 物物互联
2005 国际电信联盟 《ITU互联网报告2005》 无所不在的“物联网〞通信时代即将来临
后服务等各个环节。
31
1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展
• 1.2 核心技术
• 1.3 主要特点
• 1.4 发展趋势〔了解〕
• 1.5 应用前景
32
发展趋势
• 更广泛的互联互通
• 互联互通的对象从人延伸到物体
• 互联互通方式的扩展〔DTN〕
• 更透彻的感知
• 通信功能使传感器能够协同工作
• 发展历程：
• 传感器→无线传感器→无线传感器网络
• 大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的无线 网络
详见 第3章
15
感知识别层技术举例： 无线传感网
• 应用举例：
• VigilNet: 美国弗吉尼亚大学研制的用于军事监测的系统。 传感节点具有自主成网、多跳传输等特点。
• Mercury:美国哈佛大学研制的可穿戴的医疗监控传感器。 传感器具有设计人性化、高精度感知、连续长期采集数 据等特点。
• 《信息规那么：网络经济的策略指 导》
• 卡尔·夏皮罗 著 • 出版社：中国人民大学出版社 • 出版时间：2000-06-01 • 已经绝版，打印电子版 • 《浪潮之巅》 第2版 上下册 • 吴军 著 • 出版社：人民邮电出版社 • 出版时间：2013-06-01
第1章 物联网 概述
• 作 者：刘云浩 著
本科课程设置
本课程设计
11
核心技术：感知识别层
• 感知识别层 • 位于四层模型的最底端，是所有上层结构的基
础。 • 让物品“开口说话、发布信息〞是融合物理世
界和信息世界的重要一环。 • 信息生成设备 • 自动生成方式：RFID、传感器、定位系统等
12
核心技术 1，感知识别 层
信息生成方式多样化是物联网最重要的特点
7
物物互联：沟通物理世界与信息世界
8
1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展
• 1.2 核心技术 • 1.3 主要特点 • 1.4 发展趋势 • 1.5 应用前景
9
核心技术
信息应用→ 信息处理→ 信息传输→ 信息生成→
综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层
10
模物 型联
网 四 层
42
物联网导论
• 教材《物联网导论》 • 作 者：刘云浩 著 • 出 版 社：科学出版社 • 出版时间：2013-08-01 • 实验软件的扫描和制作——Android • RFID读卡器——Android • 云计算软件——分布式文件系统 Hadoop
• 数据如何检索〔数据库系统〕
详见 第9-11章
24
管理服务层： 大数据与海量
存储
• 传统的网络存储体系结构：
• 直接附加存储，网络附加存储，存储区域网络
• 缺点：只能满足中等规模商业需求
• 数据中心：
• 是一大型的系统工程，包括冗余的数据设备与安
全装置，提供与时持续的，安全可靠的数据服务
，为物联网应用提供支持。
18
感知识别层技术举例： 可穿戴设备
拨打 ，接听 眨眼拍照，抬头激活
19
感知识别层技术举例： 定位系
统 • 位置信息的内涵扩展：
• 空间信息=地理位置+时间+对象
• 定位系统与技术：
• GPS卫星定位 • 蜂窝基站定位〔GSM/CDMA/3G〕
打车软件，结合了 时间，对象，位置
• 室内精确定位〔红外线/超声波/超宽带〕
• 物联网丰富的内涵催生出更加丰富的外延应用。
详见 第12-15章
28
1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展
• 1.2 核心技术
• 1.3 主要特点〔了解〕
• 1.4 发展趋势
• 1.5 应用前景
29
主要特点
• 1〕联网终端规模化
• 物联网时代每一件物品均具通信功能成为 网络终端，5-10年内联网终端规模有望突 破百亿。
• GreenOrbs〔绿野千传〕：森林监测传感网系统，适用 于长期、大规模、自动化的环境监测任务
详见 第3章
VigilNet
Mercury
16
感知识别层技术举例： 可穿戴设备
监测运动量、睡眠质量、闹钟震动 待机30天，防水
17
感知识别层技术举例： 可穿戴设备
参考视频：机器猫-第517话 失物回来的喷雾
• 安全隐患：窃听、跟踪、中间人攻击、欺骗/重 放/克隆、物理破解、篡改信息、拒绝服务攻击 、RFID病毒…
• 保护手段：物理安全机制，密码学安全机制…
• 位置隐私
• 定义：用户对自己位置信息的掌控能力：用户能 详见 第1自1章由决定是否发布位置信息，将信息发布给谁，27
核心技术 4，综合应用 层
无线传感器
智能设备
13
感知识别层技术举例： RFID
• 基本组成：
• RFID系统分为标签，阅读器和天线三大组件。
• 工作原理：
• 阅读器通过天线发送电子信号，标签接收到信号后发射内部存 储的标识信息，阅读器再通过天线接收并识别标签发回的信息。
详见 第2章
标签
阅读器
天线
14
感知识别层技术举例： 无线传感网
详见 第9章
25
管理服务层： 数据库系统
• 关系数据库系统
• 近半个世纪历史的主流数据库。
• 为物联网的运行提供支撑。
• 新兴数据库系统〔NoSQL 数据库〕
• 物联网的新需求：海量性，多态性，关联性与语 义性
详见 第• 1不0章要求数据库具有确定的表模式
26
管理服务层： 信息安全与隐私保
护
• RFID安全
参考资料：凤凰宽频-监拍台北101大楼阻尼器受地震影响左右摇摆
应用前景
• 环境监测：传感器网络已经用于污染监测、海洋 环境，森林生态、火山活动等很重要领域。
38
物联网为何发展地这么 “龟速〞？
• 物联网发展缓慢
• 与可穿戴设备的概念相比，物联网仿佛更贴近生 活，但现实中，后者相比前者进展缓慢。
• 物联网不是一个完全新生的产业，在互联网平台 实现了“人联网〞之后，紧接着就轮到“物联网 〞了；
• 嵌入式系统
• 20世纪90年代末，无线传感器网络。
6
Q：什么是物联网？
• 物联网〔Internet of Things〕 • 这个概念实际是中国人提出的，整合了美国
CPS(Cyber-Physical Systems)、欧盟IoT 〔Internet of Things)和日本U-Japan等概念。 • 定义 • 基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能 被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。 • 三个重要特征 • 普通对象设备化 • 自治终端互联化
• 经验：从初期的百家争鸣，到三国鼎立，打破隔
40
作业
• 提出一个辩论题目 • IT领域相关〔物联网，计算机，互联网等〕 • 限时2周内提交
41
讨论
• 分组讨论〔10~15分钟〕 • 从资者〔或者职业〕角度，你最看好哪
一种物联网产品？给出理由。 • 车联网，无人机，虚拟现实 • 可穿戴设备〔健康，服装，手势〕 • 智能家居〔窗帘，安全，监控〕
快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备 位置限制的互联手段。
23
核心技术 3，管理服务 层
• 管理服务层——云计算
• 位于感知识别和网络构建层之上，综合应用层 之下，是物联网智慧的源泉。通常把物联网应 用冠以“智能〞，如智能交通、智能物流、智 能建筑等。
• 需要解决的问题
• 数据如何存储〔大数据与海量存储〕
• 我们的周围已经有的物联网：智能交通、智能物
参考资料
流等
39
物联网为何发展地这么 “龟速〞？
• 没有统一标准，没有成熟的商业模式
• 互联网之所以成功，很好的解决了标准问题。
• 目前物联网软件、传感器、传输出现大量不同的 技术标准。
• 多数企业孤军奋战，相互封闭，无法降低研发成 本，不能产生规模经济——网络初期。
2009 IBM “智慧地球”
2009 温家宝 “感知中国〞 2011年“物联网工程〞 本科专业，开始招生5 。
起源与发展： 来源多样，主线复
杂
• RFID
• 2015年，全球RFID市场规模超100亿美元。有多大？
• 普适计算
• 计算机本身从人们的视线里消失，和环境融为一体。
• 人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信 息的获取与处理。
实时路况与导航
参考资料：无人驾驶汽车视频
车联网
35
应用前景
• 智能物流：现代物流系统希望利用信息生成设备， 如RFID设备、感应器或全球定位系统等种种装置 与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，并能 够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流 管理。
36
应用前景
• 智能建筑：物联网技术为绿色建筑带来了新的力 量。通过建立以节能为目标的建筑设备监控网络， 将各种设备和系统融合在一起，形成以智能处理 为中心的物联网应用系统，有效的为建筑节能减 排提供有力的支撑。
• WiFi基站定位
详见 第4章
20
核心技术 2，网络构件 层
• 网络构建层
• 物联网最重要的基础设施之一。
• 网络构建层，具有强大的纽带作用。
• 高效、稳定、与时、安全地传输上下层的数据 。
• 物联网四层模型和OSI参考模型 有什么区别？
• 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话
21
核心技术 2，网络构建 层
• 更深入的智能
• 多传感器实现“人多力量大〞的智能
33
1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展 • 1.2 核心技术 • 1.3 主要特点 • 1.4 发展趋势
• 1.5 应用前景
34
应用前景
•智能交通：通过在基础设施和交通工具当中广泛 应用信息、通讯技术来提高交通运输系统的安全 性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对 地球环境的负面影响。
• 2〕感知识别普适化
• 无所不在的感知和识别将传统上分离的物
理世界和信息世界高度融合。
30
主要特点〔续〕
• 4〕管理处理智能化
• 运筹学，机器学习，数据挖掘，专家系统等决策 手段将广泛应用于各行各业。
• 5〕应用服务链条化
• 以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，
生产调度，节能减排，仓储物流到产品销售，售
TCP/IP
无线广域网
3G/4G
互联网
物联网的核心网络
无线个域网
Bluetooth ZigBee
无线局域网
WiFi
无线城域网
WiMax
详见 第6-8章
22
各种网络形式的比较
• 互联网： • 互联网是物联网的核心网络，提供平台和技术支
持。 • 无线宽带网： • WiFi/WiMAX等：覆盖范围较广，传输速度较
• 出 版 社：科学出版社
1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展〔了解〕
• 1.2 核心技术
• 1.3 主要特点
• 1.4 发展趋势
• 1.5 应用前景
4
起源与发展
物联网的基本思想出现于20世纪90年代
1995 Bill Gates 《未来之路》 物物互联
2005 国际电信联盟 《ITU互联网报告2005》 无所不在的“物联网〞通信时代即将来临
后服务等各个环节。
31
1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展
• 1.2 核心技术
• 1.3 主要特点
• 1.4 发展趋势〔了解〕
• 1.5 应用前景
32
发展趋势
• 更广泛的互联互通
• 互联互通的对象从人延伸到物体
• 互联互通方式的扩展〔DTN〕
• 更透彻的感知
• 通信功能使传感器能够协同工作
• 发展历程：
• 传感器→无线传感器→无线传感器网络
• 大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的无线 网络
详见 第3章
15
感知识别层技术举例： 无线传感网
• 应用举例：
• VigilNet: 美国弗吉尼亚大学研制的用于军事监测的系统。 传感节点具有自主成网、多跳传输等特点。
• Mercury:美国哈佛大学研制的可穿戴的医疗监控传感器。 传感器具有设计人性化、高精度感知、连续长期采集数 据等特点。
• 《信息规那么：网络经济的策略指 导》
• 卡尔·夏皮罗 著 • 出版社：中国人民大学出版社 • 出版时间：2000-06-01 • 已经绝版，打印电子版 • 《浪潮之巅》 第2版 上下册 • 吴军 著 • 出版社：人民邮电出版社 • 出版时间：2013-06-01
第1章 物联网 概述
• 作 者：刘云浩 著
本科课程设置
本课程设计
11
核心技术：感知识别层
• 感知识别层 • 位于四层模型的最底端，是所有上层结构的基
础。 • 让物品“开口说话、发布信息〞是融合物理世
界和信息世界的重要一环。 • 信息生成设备 • 自动生成方式：RFID、传感器、定位系统等
12
核心技术 1，感知识别 层
信息生成方式多样化是物联网最重要的特点
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物物互联：沟通物理世界与信息世界
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1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展
• 1.2 核心技术 • 1.3 主要特点 • 1.4 发展趋势 • 1.5 应用前景
9
核心技术
信息应用→ 信息处理→ 信息传输→ 信息生成→
综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层
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模物 型联
网 四 层
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物联网导论
• 教材《物联网导论》 • 作 者：刘云浩 著 • 出 版 社：科学出版社 • 出版时间：2013-08-01 • 实验软件的扫描和制作——Android • RFID读卡器——Android • 云计算软件——分布式文件系统 Hadoop
• 数据如何检索〔数据库系统〕
详见 第9-11章
24
管理服务层： 大数据与海量
存储
• 传统的网络存储体系结构：
• 直接附加存储，网络附加存储，存储区域网络
• 缺点：只能满足中等规模商业需求
• 数据中心：
• 是一大型的系统工程，包括冗余的数据设备与安
全装置，提供与时持续的，安全可靠的数据服务
，为物联网应用提供支持。
18
感知识别层技术举例： 可穿戴设备
拨打 ，接听 眨眼拍照，抬头激活
19
感知识别层技术举例： 定位系
统 • 位置信息的内涵扩展：
• 空间信息=地理位置+时间+对象
• 定位系统与技术：
• GPS卫星定位 • 蜂窝基站定位〔GSM/CDMA/3G〕
打车软件，结合了 时间，对象，位置
• 室内精确定位〔红外线/超声波/超宽带〕
• 物联网丰富的内涵催生出更加丰富的外延应用。
详见 第12-15章
28
1. 物联网概述——本 章内容
• 1.1 起源与发展
• 1.2 核心技术
• 1.3 主要特点〔了解〕
• 1.4 发展趋势
• 1.5 应用前景
29
主要特点
• 1〕联网终端规模化
• 物联网时代每一件物品均具通信功能成为 网络终端，5-10年内联网终端规模有望突 破百亿。
• GreenOrbs〔绿野千传〕：森林监测传感网系统，适用 于长期、大规模、自动化的环境监测任务
详见 第3章
VigilNet
Mercury
16
感知识别层技术举例： 可穿戴设备
监测运动量、睡眠质量、闹钟震动 待机30天，防水
17
感知识别层技术举例： 可穿戴设备
参考视频：机器猫-第517话 失物回来的喷雾
• 安全隐患：窃听、跟踪、中间人攻击、欺骗/重 放/克隆、物理破解、篡改信息、拒绝服务攻击 、RFID病毒…
• 保护手段：物理安全机制，密码学安全机制…
• 位置隐私
• 定义：用户对自己位置信息的掌控能力：用户能 详见 第1自1章由决定是否发布位置信息，将信息发布给谁，27
核心技术 4，综合应用 层