网络新技术之物联网

智慧星球
2. 物联网技术
• 2.1 物联网的概念 • 2.2 物联网的体系结构 • 2.3 物联网的关键技术 • 2.4 物联网的典型应用
物联网(传感网)典型体系架构
物联网典型体系架构分层描述
物联网应用层 物联网网络层 物联网感知层
提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标 将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的 解决方案集 关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决 方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发
物联网扩展系统架构
2. 物联网体系结构
• 硬件基础
应用层
用户界面显示设备
管理设备
支撑层 传输层
高性能并行计算平台 互联网 移动通信网
服务中心
信息管理中心
智 能 终 卫星通信网络 企业内部网 有线电视网 端
接入网关（M2M终端，传感器网关）
感知层
Sensor 摄像头 执行器
路由节点
Sink节点
2. 物联网体系结构
物联网协同感知阶段 --第二阶段3G与传感网络的融合
3G与传感器网络融合物联网体系架构设计及研究 物联网的编码体系、码号体系、地址体系研究 物联网的安全体系研究 物联网QoS体系研究 增强无线接口 物联网移动性管理技术研究 物联网协同体系架构研究 物联网信息库管理策略及关键技术研究 物联网与信息智能处理关键技术研究 物联网的计费策略及关键技术研究 物联网应用示范系统建设
• 硬件基础 • 感知层包括Sensor、摄像头、读取设备、执行器、路由节
点和Sink节点等。 • 传输层包括接入网关、互联网、移动通信网和卫星通信网
络等。 • 支撑层包括高性能计算平台、服务中心和信息管理中心等。 • 应用层包括用户界面显示设备和管理设备等。 • 智能终端可以根据实际应用需要出现在各个层次上、作为
物联网核心技术：WSN体系结构
WSN体系结构：平面拓扑结构
WSN体系结构：逻辑分层
物联网核心技术：WSN体系结构
传感器节点体系结构
传感器网络协议栈
物联网核心技术：WSN的特征
与现有无线网络的差别
• WSN是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集； • 由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障； • 环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化； • 通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的； • 传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等十分有限； • 传统无线网络的首要设计目标是提高服务质量和高效率带宽利用，其次才考虑节约能源；而WSN的首要设计目
• EPC编码 • EPC标签 • 读写器 • 中间件 • 对象名称解析服务（ONS） • EPC信息服务（EPCIS）
物联网（IOT）的定义
早在1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及物联网概念。但是，“物联网”概念的真正提出 是在1999年，由EPCglobal的Auto-ID中心提出，被定义为：把所有物品通过射频识别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。
3G与传感器网络融合
主要特征 （1）具备以事件、任务为驱动 的感知层、网络层和应用层协 同工作的更强大的信息感知和 信息处理能力 （2）3G网络为物联网业务特 性进行优化和定制，满足物联 网通信及业务的特性需求 （3）传感器网络的自组织、协 同感知功能是在物联网的整体 管理体系下实现的
泛在网络、信息聚合
• 射频标签 • 识读器 • Savant软件 • 对象名称解析服务（ONS） • 实体标记语言服务器（PML-Server）
2003年11月1日，国际物品编码组织（GS1） 出资正式接管EPC系统，并组成EPC Global 进行全球推广与维护。与此同时，原6所大 学的AUTO-ID实验室转到EPC Global下的技 术组，作为EPC实验室，继续对EPC系统的 应用提供技术支持，提出物联网系统架构：
• 弹药，枪支，物资，
人员，卡车等识别与 追踪
动物识别
图书馆
汽车
航空
军事
物联网核心技术：WSN
传感器
• 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信 号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成 。
无线传感器网络（WSN）
• 无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点通过无 线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目 的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对 象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合和 传输应用。
标是能源的高效使用，这也是WSN和传统网络最重要的区别之一。
传感器节点的限制
• 电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限。
WSN的特点
• 大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠的网络、应用相关的网络、以数据为中心的网络。
物联网核心技术：WSN通信
2005年，国际电信联盟（ITU）正式称“物联网”为“The Internet of things”，并发表了年终报告《ITU互联 网 报告2005：物联网》。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎 到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换；并描绘出“物联网”时代的图景：当司机出现操 作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要 求等等。
至今，射频识别技术的理论得到丰富和 完善。单芯片电子标签、多电子标签识 读、无线可读可写、无源电子标签的远 距离识别、适应高速移动物体的射频识 别技术与产品正在成为现实并走向应用。
1950-1960年：早期射频识别技术的探索 阶段，主要处于实验室实验研究。
1980-1990年：射频识别技术及产品进入 商业应用阶段，各种规模应用开始出现。
• 读写器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备 ； • 天线：可以内置在读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器天线
接口相连。
物联网核心技术：技术沿R革FID
1940-1950年：雷达的改进和应用催生了 射频识别技术，1948年奠定了射频识别 技术的理论基础。
1990-2000年：射频识别技术标准化问题 日趋得到重视，射频识别产品得到广泛 采用，射频识别产品逐渐成为人们生活 中的一部分。
RFID
物联网
物联网技术路线
以规模化应用为目标，分阶段实现3G与传感网的融合，实现物联网的可
运营、可管理及产业化
信息汇聚
协同感知
泛在聚合
3G与传感器网络结合
主要特征 （1）将分散的、利用多种感 知技术手段所采集的信息通过 网关设备汇聚到3G网络 （2）通过3G网络将感知信息 汇聚到应用系统 （3）由应用系统集中进行信 息的处理，并提供信息应用服 务。
广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施 是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部 分 关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网 络
感知层是实现物联网全面的感知的核心能力 是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的 部分 关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型 化和低成本的问题
进入读写器工作区域的电子标签接收此信号， 卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、 调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、 权限等进行判断。
若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取 有关信息，经加密、编码、调制后通过片上天 线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进 行解调、解码、解密后送至信息系统进行处理。
1960-1970年：射频识别技术的理论得到 了发展，开始了一些应用尝试。
1970-1980年：射频识别技术与产品研发 处于一个大发展时期，各种射频识别技 术测试得到加速。出现了一些最早的射 频识别应用。
物联网核心技术：系统工R作F原I理D
读写器将要发送的信息，经编码后加载到高频 载波信号上再经天线向外发送。
• 各类资产（贵重的或
数量大相似性高的或 危险品等)
• 高速不停车，出租车
管理，公交车枢纽管 理，铁路机车 识别等
• 水果，蔬菜，生鲜，
食品等保鲜度管理
身份识别
防伪
资产管理
交通
食品
• 训养动物，畜牧牲口，
宠物等识别管理
• 书店，图书馆，出版
社等应用
• 制造，防盗，定位，
车钥匙
• 制造，旅客机票，行
李包裹追踪
物联网核心技术：RFID
RFID定义
• RFID（Radio Frequency Identification ）即射频识别技术，俗称电 子标签，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、 登记、储存和管理。
RFID系统组成
• 电子标签：由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁 反射原理与读写器进行通信；
若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起电 子标签内部电荷泵提升工作电压，提供电压擦 写E2PROM。若经判断其对应密码和权限不符， 则返回出错信息。
物联网核心技术：RFID
RFID主要频段标准及特性
物联网核心技术：RFID
• 物流过程中的货物追
踪，信息自动采集， 仓储应用，港口应用， 邮政，快递。
1999年，由美国统一代码委员会（UCC） 吉列和宝洁等组织和企业共同出资，在美 国麻省理工大学成立Auto-ID Center，在随 后的几年中，英国、澳大利亚、日本、瑞 士、中国、韩国等国的6所著名大学相继加 入Auto-ID Center，对“物联网”相关研究 实行分工合作，开展系统化研究，提出最 初物联网系统构架：
• 商品的销售数据实时
统计，补货，防盗
物流
零售
• 生产数据的实时监控，
质量追踪，自动化生 产
• 自动化生产，仓储管
理，品牌管理，单品 管理，渠道管理
制造业
服装业
• 医疗器械管理，病人
身份识别，婴儿防盗
医疗
• 电子护照，身份证，
学生证等各种电子证 件。
• 贵重物品（烟，酒，
药品）的防伪，票证 的防伪等
现在较为普遍的理解是，物联网是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定 位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。通过装置在各类物体上的电子 标签（RFID）、传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能，可以实现人与物体的 沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。
广义的物联网涵义
利用条码、射频识别（RFID）、传感器、全球 定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的
协议，实现人与人、人与物、物与物的在任何时间、
任何地点的连接（anything、anytime、anywhere），
普适计算
从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定
传位感器、网络跟踪、监控和管泛在理网络的庞大网络系统。
主要特征 （1）基于多种组网技术融合的 无处不在的协同感知能力 （2）信息资源使用模式突破以 单一应用服务为目标，通过聚 合海量信息聚合不断衍生新的 应用
物联网市场和网络发展规划
物联网信息汇聚阶段关键技术
第一阶段3G与传感器网络结合
相关关键技术
• 传感器网络高能效通信技术 • 传感器网络组网关键技术 • 传感器网络协同体系架构 • 传感器网络专用操作系统 • 传感器网络测试验证平台 • 传感器网络低功耗技术 • 传感器网络电磁兼容技术 • 传感器网络网关设备
网络新技术之物联网
2. 物联网技术
• 2.1 物联网的概念 • 2.2 物联网的体系结构 • 2.3 物联网的关键技术 • 2.4 物联网的典型应用
物联网（IOT）的起源
1998年，美国麻省理工大学（MIT）的 Sarma、Brock、Siu创造性地提出将信息互 联网络技术与RFID技术有机地结合，即利 用全球统一的物品编码（EPC ，Electronic Product Code）作为物品标识，利用RFID 实现自动化的“物品”与Internet的联接， 无需借助特定系统，即可在任何时间、任 何地点、实现对任何物品的识别与管理。
多层次的系统设备与网络系统实行信息交互。
2. 物联网体系结构
• 软件模型
应
监控
查询
控制
扫描
用
支
撑
CORBA
云计算
SQL
数据挖掘 ONS物件命名服务
S
O
A
传Hale Waihona Puke Baidu
TCP
IP
GSM
WiMAX
WiFi
标
准
输
网络接入协议
感
条码与二维码
EPC
知
GPS
RFID
嵌入式 自组织网络
红外感应
2. 物联网技术
• 2.1 物联网的概念 • 2.2 物联网的体系结构 • 2.3 物联网的关键技术 • 2.4 物联网的典型应用