物联网及应用
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2009年1月，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”构想，其中物联网为 “智慧地球”不可或缺的一部分，而奥巴马在就职演讲后已对“智慧地球” 构想提出积极回应，并提升到国家级发展战略。
19
计算机的网络
互联网
M2M
物联网的演进路径
技术进步 社会发展 应用范围服务扩展
演进
物联网
物品的网络
M2M
定义：将通信模块植入机器，将机器联入网络 感知能力：条形码+RFID+传感器+摄像头，信息
BOSS支撑系统
移动网络（行业网关）
位置平台
二维码平台
M2M平台
RFID
GPS
RFID
GPS
GIS LBS
RFID 传感器网络
传感器网络 视频监控 船舶监控
RFID 传感器网络
GIS LBS
视频监控平台
RFID 传感器网络 视频监控
13
无线传感器网络发展的基本特征
异构互连
如何应对无线低传耗感自网 组
络内（即节点）的异构性 和网络间的异构性；如何 应对无线传感网络的可扩 展性
泛在协同
14
无线传感器网络发展的基本特征
如何建立多应用场景 异构互连
自适应模型以及多传感数
据协同处理方法；低如何耗对自组 泛在协同
多传感数据进行协同处理， 应对无线传感网络的泛在 性
15
无线传感器网络应用
无线传感网络将在新一代网络中起重要作用
智能家居
新一代网络
工业监控
环境监测
医疗监护
国防军事
智能交通
防灾减灾
16
■ 有许多尚未解决的问题 ■ 有许多尚待发现的问题 ■ 有许多尚待拓展的应用
挑战
17
物联网的概念
定义：把所有物品通过射频识别（RFID）、红外 感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感 设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯， 实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理
什么是无线传感网络？
无线传感网络是由部署在监测区域内的大量微型、 低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络
互联网
网关 用户
大规模、自组织、随机部署、网络拓扑经常变化 、 传感器节点资源有限。
1
无线传感网络
连接物理世界和数字世界
数字世界
传感数据
传感数据
传感数据
传感数据
传感数据
物理世界
传感数据 2
20
物联网的典型技术体系架构
21
水下传感器网络
水下传感器网络具有以下特点: 信道带宽窄,受具体水环境影响较大,多跳长距离传输时误码率,冲突率较高 节点位置易产生漂移,节点设备易损毁 水下传感器网络在开发海洋,保护海洋环境,监测港口海底状况以及海洋国防方面都突 显出重要的作用
22
物联网应用案例 –港口物流监控系统
2009年８月７日，温总理在无锡调研时，对微纳传感器研发中心予以 高度关注，提出了把“感知中国”中心设在无锡、辐射全国的想法。 2009年9月14日。《国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）》 和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究 领域。
18
物联网的发展
物联网概 念提出
感知环境或
目标的特性
•温度 •湿度 •噪声 •目标运动 •光照条件 •压力 •土壤购成 •……
传感器
节点之间 采用无线通信
MCU RF通信
无线信号
电池
5
■ 典型的传感器网络节点
节点结构
光学传感器 节点电路 电源电路 电池 外壳
光传感器 环境传感器
•湿度、温度、压力
6
环境监测
7
节点能量消耗
■ 节点能量消耗
1995年，比尔・盖茨在其《未来之路》一书中已提及物联网概念。
2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信 联盟（ITU）发布了《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。射频识别技术（RFID）、传 感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。
的有限感知 通信能力：移动通信技术为主，信息的有限传
送 应用场景：受网络覆盖范围、终端体积大小、
终端供电能力强弱等因素，导致应用受限
演进 演进
演进 演进
物联网
定义：将传感设备植入物体，将物体联入网络 感知能力：传感器网络+智能芯片+条形码
+RFID+传感器+摄像头，信息的全面和透彻感 知 通信能力：宽带移动通信技术+传感器网络， 信息的更自由传送 应用场景：受限范围缩小，应用极大丰富
1995 2004
U-Korea 战略
U-Japan 战略
IBM向美国政 府提出的“智 慧的地球”战 略
09年8 月感 知中国
“下一代IHub”计划
09年6月 物联 网行动计划
通信展中近三分 之一展品与物联 网概念有关
通信展中首家以 物联网为宣传语
2005 2008
2009-6
2009-8
200wk.baidu.com-9 未来
11
无线传感器网络发展的基本特征
无线传感网络
无线传感网络
异构互连
移动电话
标签
低耗自组 泛GP在S 协同 PDA
用户终端和设备
无线传感网络
无线传感网络
12
无线传感器网络发展的基本特征
异构互连
如何对大规模低成本
低耗自组 泛的电在无；协线如同传何感应网对络无节线点传供感
网络部署的随机性，网 络拓扑结构在时间和空 间上的复杂多变性
宽利用，其次才是考虑节约能源；而传感器网络的首要设 计目标是能源的高效利用，这也是传感器网络与传统网络 的最重要区别之一。
3
监控探测物理世界
嵌入式系统
小型或微型的运算，存储 ，控制单元
技术框架
各种层次任务的协调与调度
网络
自组织, 能效的通信
MEMS
低成本，低能耗的传感器与执行器
紧密联结物理世界
4
节点结构
无线传感器网络的特点
■ 传感器网络是集成了检测、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导致网络拓扑结构的变化 ■ 传感器节点具有处理能力和存储能力等都十分有限 ■ 传统无线网络设计的首要目标是提供高服务质量和高效带
■ 每个传感器节点的能量有限 ■ 节点通常不可充电 ■ 耗能途径
传感 数据处理 通信（主要耗能途径）
20
15
10
5
0
Sensing CPU TX RX IDLE SLEEP 节点在不同工作状态下的能耗
8
能量 (mW)
■ 节点移动
无线自组织网络(MESH)
9
无线自组织网络(MESH)
10
无线自组织网络(MESH)
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计算机的网络
互联网
M2M
物联网的演进路径
技术进步 社会发展 应用范围服务扩展
演进
物联网
物品的网络
M2M
定义：将通信模块植入机器，将机器联入网络 感知能力：条形码+RFID+传感器+摄像头，信息
BOSS支撑系统
移动网络（行业网关）
位置平台
二维码平台
M2M平台
RFID
GPS
RFID
GPS
GIS LBS
RFID 传感器网络
传感器网络 视频监控 船舶监控
RFID 传感器网络
GIS LBS
视频监控平台
RFID 传感器网络 视频监控
13
无线传感器网络发展的基本特征
异构互连
如何应对无线低传耗感自网 组
络内（即节点）的异构性 和网络间的异构性；如何 应对无线传感网络的可扩 展性
泛在协同
14
无线传感器网络发展的基本特征
如何建立多应用场景 异构互连
自适应模型以及多传感数
据协同处理方法；低如何耗对自组 泛在协同
多传感数据进行协同处理， 应对无线传感网络的泛在 性
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无线传感器网络应用
无线传感网络将在新一代网络中起重要作用
智能家居
新一代网络
工业监控
环境监测
医疗监护
国防军事
智能交通
防灾减灾
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■ 有许多尚未解决的问题 ■ 有许多尚待发现的问题 ■ 有许多尚待拓展的应用
挑战
17
物联网的概念
定义：把所有物品通过射频识别（RFID）、红外 感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感 设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯， 实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理
什么是无线传感网络？
无线传感网络是由部署在监测区域内的大量微型、 低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络
互联网
网关 用户
大规模、自组织、随机部署、网络拓扑经常变化 、 传感器节点资源有限。
1
无线传感网络
连接物理世界和数字世界
数字世界
传感数据
传感数据
传感数据
传感数据
传感数据
物理世界
传感数据 2
20
物联网的典型技术体系架构
21
水下传感器网络
水下传感器网络具有以下特点: 信道带宽窄,受具体水环境影响较大,多跳长距离传输时误码率,冲突率较高 节点位置易产生漂移,节点设备易损毁 水下传感器网络在开发海洋,保护海洋环境,监测港口海底状况以及海洋国防方面都突 显出重要的作用
22
物联网应用案例 –港口物流监控系统
2009年８月７日，温总理在无锡调研时，对微纳传感器研发中心予以 高度关注，提出了把“感知中国”中心设在无锡、辐射全国的想法。 2009年9月14日。《国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）》 和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究 领域。
18
物联网的发展
物联网概 念提出
感知环境或
目标的特性
•温度 •湿度 •噪声 •目标运动 •光照条件 •压力 •土壤购成 •……
传感器
节点之间 采用无线通信
MCU RF通信
无线信号
电池
5
■ 典型的传感器网络节点
节点结构
光学传感器 节点电路 电源电路 电池 外壳
光传感器 环境传感器
•湿度、温度、压力
6
环境监测
7
节点能量消耗
■ 节点能量消耗
1995年，比尔・盖茨在其《未来之路》一书中已提及物联网概念。
2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信 联盟（ITU）发布了《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。射频识别技术（RFID）、传 感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。
的有限感知 通信能力：移动通信技术为主，信息的有限传
送 应用场景：受网络覆盖范围、终端体积大小、
终端供电能力强弱等因素，导致应用受限
演进 演进
演进 演进
物联网
定义：将传感设备植入物体，将物体联入网络 感知能力：传感器网络+智能芯片+条形码
+RFID+传感器+摄像头，信息的全面和透彻感 知 通信能力：宽带移动通信技术+传感器网络， 信息的更自由传送 应用场景：受限范围缩小，应用极大丰富
1995 2004
U-Korea 战略
U-Japan 战略
IBM向美国政 府提出的“智 慧的地球”战 略
09年8 月感 知中国
“下一代IHub”计划
09年6月 物联 网行动计划
通信展中近三分 之一展品与物联 网概念有关
通信展中首家以 物联网为宣传语
2005 2008
2009-6
2009-8
200wk.baidu.com-9 未来
11
无线传感器网络发展的基本特征
无线传感网络
无线传感网络
异构互连
移动电话
标签
低耗自组 泛GP在S 协同 PDA
用户终端和设备
无线传感网络
无线传感网络
12
无线传感器网络发展的基本特征
异构互连
如何对大规模低成本
低耗自组 泛的电在无；协线如同传何感应网对络无节线点传供感
网络部署的随机性，网 络拓扑结构在时间和空 间上的复杂多变性
宽利用，其次才是考虑节约能源；而传感器网络的首要设 计目标是能源的高效利用，这也是传感器网络与传统网络 的最重要区别之一。
3
监控探测物理世界
嵌入式系统
小型或微型的运算，存储 ，控制单元
技术框架
各种层次任务的协调与调度
网络
自组织, 能效的通信
MEMS
低成本，低能耗的传感器与执行器
紧密联结物理世界
4
节点结构
无线传感器网络的特点
■ 传感器网络是集成了检测、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导致网络拓扑结构的变化 ■ 传感器节点具有处理能力和存储能力等都十分有限 ■ 传统无线网络设计的首要目标是提供高服务质量和高效带
■ 每个传感器节点的能量有限 ■ 节点通常不可充电 ■ 耗能途径
传感 数据处理 通信（主要耗能途径）
20
15
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5
0
Sensing CPU TX RX IDLE SLEEP 节点在不同工作状态下的能耗
8
能量 (mW)
■ 节点移动
无线自组织网络(MESH)
9
无线自组织网络(MESH)
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无线自组织网络(MESH)