1、第1章 物联网概述物联网导论第1页物联网来了从三部大片说起物联网前世今生智慧地球是个什么球物联网导论第2页物联网来了从三部大片说起物联网萌芽：大战皇家赌场 M 夫人让人使用貌似冲击钻大家伙在邦德手臂中植入了一枚电子芯片，并经过扫描设备将身份信息植入芯片，这枚能够识别个人身份信息芯片，关键时候成为邦德救命恩人。勒希弗斯为了除掉邦德，在他酒里下毒。当邦德历尽千辛万苦钻到车内，并使用扫描设备激活电子芯片后，一条求援消息发送到总部信息系统中。在总部教授远程指导和芙斯珀大力帮助下，邦德转危为安，从昏迷症状中恢复过来，成功赢得了最终赌局。这枚电子芯片就是射频标签射频标签，只不过在实际生活中，它是被广泛或者
2、说正逐步被应用于商品，而不是我们人类。“The names Bond，James Bond”。物联网导论第3页物联网来了从三部大片说起物联网雏形：豚鼠特工队 在影片中，每一台赛博林生产电器中都装有一个秘密芯片，比如制冷冰箱或者微波加热咖啡机，这个秘密芯片最大功效是交流，如所表示。当人们按下某个按钮后，该按钮会激活一个称为“赛博感应”无线系统，能够唤醒已存在于全部赛博林电器主板上芯片，允许咖啡机了解有多少咖啡已经被喝掉了，并与家里计算机进行交流，在您购物单中填上咖啡一项。“赛博感应”会连接每一台新旧赛博林电器，组成一个无所不在巨大网络。在该网络中，物体变得“有感觉、有思想”，物与物可进行“交流”
3、。所以，业界教授将豚鼠特工队称为物联网雏形。物联网导论第4页物联网来了从三部大片说起史上最强物联网宣传片：阿凡达 圣母化身神树实际上是潘多拉星球服务器，星球上全部纳美人和生物都是物联网传感器节点，物物通信、人机通信经过纳美人和马、龙等生物精神合体来实现，经常飘现“蒲公英”可了解为圣母监控全网传感器，如图所表示。纳美人长辫子和树木根须，是神经接触灵魂沟通主要媒介，他们经过尾巴进行连接这种独特方式，到达心灵相通。最神是他们没有经过强制标准化，就形成了能够互通接口，土著们传感器发到达能够与树连接、与天上飞翼龙连接并进行信息交换和互操作，天人合一巨大网络让全部一切变得有生命和灵性，人与自然之间相互依存
4、也变得清楚可触。这简直就是 IBM 描绘“智慧地球”神话版！“I See You”物联网技术应用将“让一切自由连通”物联网导论第5页物联网前世今生咖啡壶事件 “特洛伊”咖啡壶事件发生在 1991 年。剑桥大学特洛伊计算机试验室科学家们在工作时，要下两层楼梯到楼下看咖啡煮好了没有，但经常空手而归，这让工作人员以为很烦恼。为了处理这个麻烦，他们编写了一套程序，并在咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像机，镜头对准咖啡壶，利用计算机图像捕捉技术，以 3 帧/秒速率传递到试验室计算机上，以方便工作人员随时查看咖啡是否煮好，省去了上上下下麻烦。这么，他们就能够随时了解咖啡煮沸情况，咖啡煮好之后再下去拿。1993
5、 年，这套简单当地“咖啡观察”系统又经过其它同事更新，更是以 1 帧/秒速率经过试验室网站连接到了因特网上。没想到是，仅仅为了窥探“咖啡煮好了没有”，全世界因特网用户蜂拥而至，近 240 万人点击过这个名噪一时“咖啡壶”网站。就网络数字摄像机而言，确切地说：其市场开发、技术应用以及日后种种网络扩展都是源于这个世界上最富盛名“特洛伊咖啡壶”。“特洛伊”咖啡壶被全世界偷窥咖啡壶物联网导论第6页物联网前世今生比尔.盖茨与未来之路 盖茨在书中写道：“即使现在看来这些预测不太可能实现，甚至有些荒谬，不过我确保这是本严厉书，而决不是戏言。10 年后我观点将会得到证实。”在该书中，比尔盖茨也提到了“物联网”
6、构想，意即因特网仅仅实现了计算机联网，而未实现与万事万物联网，但迫于当初网络终端技术局限，这一构想无法真正落实。1995年未来之路您将会自行选择收看自己喜欢节目电子论坛提供丰富信息电子钱包亲自进入地图，虚拟第二人生丢失或失窃物品自动向您发送信息物联网导论第7页物联网前世今生Ashton与MIT自动识别中心 真正“物联网”概念最早由英国工程师 Kevin Ashton（如图 1-6 所表示）于 1998 年春在宝洁企业一次演讲中首次提出。当初依据美国零售连锁业联盟预计，美国几大零售业者，一年因为货物管理不良而遭受损失高达 700 亿美元。宝洁企业（P&G，Procter&Gamble）前任营销副
7、总裁 Kevin Ashton 对此有切身之痛，1997 年宝洁企业欧蕾保湿乳液上市，商品大为畅销，可是太畅销了，许多商店货架经常空掉，因为商品太多、查补速度又太慢，“我们眼睁睁地看着钱一分一秒从货架上流失。”Ashton 表示。作为“条形码退休运动”关键人物，Kevin Ashton花了两年找到了答案，就是将 RFID 取代现在商品条形码，使电子标签变成零售商品绝佳信息发射器，并由此改变出千百种应用与管理方式，来实现供给链管理透明化和自动化。物联网导论第8页物联网前世今生ITU因特网汇报：物联网 年 11 月 17 日，在突尼斯举行信息社会世界峰会（WSIS，World Summit on
8、the Information Society）上，国际电信联盟（ITU，International Telecommunications Union）公布了ITU 因特网汇报：物联网，正式提出了物联网概念。物联网导论第9页1.1 历史进程 “感知中国感知中国感知中国感知中国”IBM“智慧地球智慧地球”国际电信联盟国际电信联盟 ITU互联网汇报互联网汇报：物联网：物联网，指出无所不在，指出无所不在“物联网物联网”通信时代即未降临通信时代即未降临 1995 Bill Gates 未来之路未来之路 物物互联物物互联物联网基本思想出现于物联网基本思想出现于2020世纪世纪9090年代年代物联网导论第
9、10页什么是物联网？概念提出概念提出概念提出概念提出物联网英文说法其实更清楚，“The Internet of Things”直译过来就是“物体因特网”。其理想是让每个目标物体经过传感系统接入网络。运动中室外与室内晚上白天PC机之间人与人之间，不是用PC机人与物之间，使用普通设备物与物之间物联网导论第11页物联网其它定义物联网导论第12页物联网技术支持依据信息生成、传输、处理和应用将物联网分为感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层。物联网导论第13页物联网关键技术：感知识别层关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层物联网导论第14页物联网关键技术：感知识别层关键技术综合应用层管
10、理服务层网络构建层感知识别层经过感知识别技术，让物品“开口说话、公布信息”是融合物理世界和信息世界主要一环，是物联网区分于其它网络最独特部分。物联网“触手”是位于感知识别层大量信息生成设备，既包含采取自动生成方式RFID、传感器、定位系统等，也包含采取人工生成方式各种智能设备，比如智能手机、PDA、多媒体播放器、上网本、笔记本电脑等等。信息生成方式多样化是物联网主要特征之一。感知识别层位于物联网四层模型最底端，是全部上层结构基础。物联网导论第15页关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第2章技术举例：RFID 基本组成：基本组成：工业界经常将RFID系统分为标签，阅读器和天线三大
11、组件。工作原理：工作原理：阅读器经过天线发送电子信号，标签接收到信号后发射内部存放标识信息，阅读器再经过天线接收并识别标签发回信息，最终阅读器再将识别结果发送给主机。物联网导论第16页技术举例：传感器网络 发展历程：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、低功耗传感器节点组成多跳无线网络）应用举例：应用举例：VigilNet:美国弗吉尼亚大学研制用于军事监测系统。传感节点含有自主成网，多跳传输等特点。Mercury:美国哈佛大学研制可穿戴医疗监控传感器。传感器含有设计人性化，高精度感知，连续长久采集数据等特点。GreenOrbs（绿野千传）（绿野千传）：森林监测传感网系统，
12、适合用于长久、大规模、自动化环境监测任务关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第3章物联网导论第17页技术举例：定位系统位置信息拓展位置信息拓展：所在地理位置+处于该地理位置时间+处于该地理位置对象（人或设备）定位系统与技术：定位系统与技术：GPS，蜂窝基站定位，无线室内环境定位（红外线/.超声波/蓝牙），新兴定位系统（A-GPS/无线AP/网络定位）；距离/距离差/无线信号特征物联网环境下对定位技术挑战：物联网环境下对定位技术挑战：异构网络、多变环境下精准定位大规模应用基于位置服务（Location based Services）位置信息带来信息安全和隐私保护问题关键技术综合应
13、用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第4章物联网导论第18页技术举例：智能信息设备传统智能设备：传统智能设备：个人计算机（PC）/个人数字助理（PDA）/物联网时代新智能设备：物联网时代新智能设备：数字标牌（实时信息互动）/智能电视（含有全功效互联网，个性化体验）/智能手机/物联网环境下智能设备发展新趋势：物联网环境下智能设备发展新趋势：更深入智能化：纵向（包含传统智能设备）+纵向（融入没有计算能力简单物理对象）更透彻感知：主动感知(布署传感器)+被动感知(发出查询请求)更全方面互联互通：互联互通+信息共享关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第5章物联网导论第19页1.2 关
14、键技术：网络构建层关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第6章物联网导论第20页1.2 关键技术：网络构建层关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第6章网络是物联网最主要基础设施之一。物联网网络和现有网络有何异同？物联网是下一代互联网吗？无线网络在物联网中终究饰演了什么角色？网络构建层在物联网四层模型中连接感知识别层和管理服务层，含有强大纽带作用，高效、稳定、及时、安全地传输上下层数据。物联网导论第21页各种网络形式怎样应用于物联网？互联网互联网：IPv6扫清了可接入网络终端设备在数量上限制。互联网/电信网是物联网关键网络、平台和技术支持。无线宽带网无线宽带网：Wi
15、Fi/WiMAX等无线宽带技术覆盖范围较广，传输速度较快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制互联伎俩。无线低速网无线低速网：ZigBee/蓝牙蓝牙/红外红外等低速网络协议能够适应物联网中能力较低节点低速率、低通信半径、低计算能力和低能量起源等特征。移动通信网移动通信网：移动通信网络将成为“全方面、随时、随地”传输信息有效平台。高速、实时、高覆盖率、多元化处理多媒体数据，为“物品触网”创造条件。物联网导论第22页1.2 关键技术：管理服务层关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综合应用层之下，是物联网智慧源泉。人们通常把物联网应用冠以
16、“智能”名称，如智能电网、智能交通、智能物流等，其中智慧就来自这一层。当感知识别层生成大量信息经过网络层传输汇聚到管理服务层，假如不能有效地整合与利用，那无异于入宝山而空返，望“数据海洋”而兴叹。管理服务层处理数据怎样存放（数据库与海量存放技术）、怎样检索（搜索引擎）、怎样使用（数据挖掘与机器学习）、怎样不被滥用（数据安全与隐私保护）等问题。物联网导论第23页数据库与物联网关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第7章物联网数据特点：物联网数据特点：海量性，多态性，关联性及语义性关系数据库系统关系数据库系统作为一项有着近半个世纪历史数据处理技术，仍可在物联网中大展拳脚，为物联网运行
17、提供支撑。与此同时，结合物联网应用提出新需求，数据库技术也在进行不停更新，发展出新方向。新兴数据库系统新兴数据库系统（NoSQL数据库）针对非关系型、分布式数据存放，并不要求数据库含有确定表模式，经过防止连接操作提升数据库性能。物联网导论第24页海量信息存放与物联网关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第7章网络存放体系结构：网络存放体系结构：直接附加存放（DAS）网络附加存放（NAS）存放区域网络（SAN）困难：困难：只能满足中等规模商业需求数据中心数据中心不但包含计算机系统和配套设备（如通信/存放设备），还包含冗余数据通信连接/环境控制设备/监控设备及安全装置，是一大型系统工
18、程。经过高度安全性和可靠性提供及时连续数据服务，为物联网应用提供良好支持。经典数据中心：经典数据中心：Google/Hadoop物联网导论第25页搜索引擎与物联网关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第8章Web搜索引擎：搜索引擎：一个能够在合理响应时间内，依据用户查询关键词，返回一个包含相关信息结果列表（hits list）服务综合体。传统传统Web搜索引擎搜索引擎是基于查询关键词，对于相同关键词，会得到相同查询结果。物联网时代搜索引擎新思索物联网时代搜索引擎新思索从智能物体角度思索搜索引擎与物体之间关系，主动识别物体并提取有用信息。从用户角度上多模态信息利用，使查询结果更准确
19、，更智能，更定制化。物联网导论第26页物联网智慧决议关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第8章需求分析：需求分析：更透彻感知要求对海量数据多维度整合与分析更深入智能化需要普适性数据搜索和服务数据挖掘技术数据挖掘技术从大量数据中获取潜在有用且可被人了解模式，基本类型相关联分析，聚类分析，演化分析等。应用举例：应用举例：精准农业：实时监测环境数据，挖掘影响产量主要原因，取得产量最大化配置方式市场营销：经过数据库行销和货篮分析等方式获取用户购物取向和兴趣物联网导论第27页信息安全与隐私保护关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第9章RFID安全安全主要安全和隐私隐患：主
20、要安全和隐私隐患：窃听、跟踪、中间人攻击、坑骗/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒绝服务攻击、RFID病毒保护伎俩：保护伎俩：物理安全机制/密码学安全机制/PUF位置隐私位置隐私定义：定义：用户对自己位置信息掌控能力：用户能自由决定是否公布位置信息，将信息公布给谁，经过何种方式来公布，以及公布信息有多详细。保护伎俩：保护伎俩：制度制约、隐私方针、身份匿名、数据混同物联网导论第28页物联网关键技术：综合应用层“实践出真知”，不论任何技术，应用是决定成败关键。物联网丰富内涵催生出更加丰富外延应用。传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心转化，典型应用包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、视频点
21、播、在线游戏和社交网络等；而物联网应用以“物”或者物理世界为中心，涵盖物品追踪、环境感知、智能物流、智能交通、智能电网等等。物联网应用目前正处于快速增长久，具有多样化、规模化、行业化等特点。关键技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层物联网导论第29页主要特点物联网相对于已经有各种通信和服务网络在技术和应用层面含有哪些特点呢？物联网导论第30页物联网主要特点感知识别普适化无所不在感知和识别将传统上分离物理世界和信息世界高度融合。异构设备互联化各种异构设备利用无线通信模块和协议自组成网，异构网络经过“网关”互通互联。联网终端规模化物联网时代每一件物品均具通信功效成为网络终端，5-内联网终端规
22、模有望突破百亿。物联网导论第31页物联网主要特点（续）管理调控管理调控智能化智能化物联网高效可靠组织大规模数据，与此同时，运筹学，机器学习，数据挖掘，教授系统等决议伎俩将广泛应用于各行各业。应用服务应用服务链条化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，售后服务等各个步骤。经济发展经济发展跨越化跨越化物联网技术有望成为从劳动密集型向知识密集型，从资源浪费型向环境友好型国民经济发展过程中主要动力。物联网导论第32页物联网应用前景物联网丰富内涵催生出愈加丰富外延应用。物联网导论第33页物联网应用前景智能物流：智能物流：当代物流系统希望利用信息生成设备
23、，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一个巨大网络，并能够在这个物联化物流网络中实现智能化物流管理。智能交通：智能交通：经过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息、通讯技术来提升交通运输系统安全性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境负面影响。绿色建筑：绿色建筑：物联网技术为绿色建筑带来了新力量。经过建立以节能为目标建筑设备监控网络，将各种设备和系统融合在一起，形成以智能处理为中心物联网应用系统，有效为建筑节能减排提供有力支撑。物联网导论第34页物联网应用前景（续）智能电网：智能电网：以先进通信技术、传感器技术、信息技术为基础，以电网设备间信息交互为伎俩
24、，以实现电网运行可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全为目标先进当代化电力系统。环境监测：环境监测：经过对人类和环境有影响各种物质含量、排放量、以及各种环境状态参数检测，跟踪环境质量改变，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法指导和质量确保。物联网导论第35页风速风向测试器风速风向测试器 经过iPhone或Android智能手机在任何地方都能准确掌控风向。经过它能够看到其它用户所统计下来风速和风向，它采取高性能塑料材质，能够防水，防沙子，防泥土等等！该装置含有1米/秒到25米/秒风速选择范围，能够经过测试对风速仪进行校准。本款风速仪经过你小小测试就能够取得
25、风速，能够在小操作同时让你体验到更多乐趣。物联网应用产品物联网导论第36页该蓝牙设备是一个即插即用无线设备,连接到你车OBDII端口(方向盘右下方)。它连接一个易于安装6英尺OBDII电缆，它还配置了一个内置电源开关。一旦设备被连接,你能够从安卓市场下载汽车诊疗应用程序然后你就能够监控你车各类信息了，从而让你对你车有更全方面认识。该设备不论是轿车、卡车还是悍马等任何种类车都能够使用，而且耗能小，其消耗功率仅0.7W。汽车蓝牙诊疗设备汽车蓝牙诊疗设备http:/ 物联网导论第37页体感控制器体感控制器http:/ mobile版版http:/ From the Voice in my head物联网导论第42页http:/ 物联网导论第43页【TED】基于智能手机迷你机器人基于智能手机迷你机器人 http:/ you!物联网导论第46页
