Transcript 物联网与我们的生活
浅谈物联网及其应用 内容目录 1 物联网是什么？ 2 物联网是怎么发展的？ 3 物联网与传感器的区别 4 RFID 455 云计算 5 456 物联网能干什么？ 一、物联网是什么？ 《碟中谍4》中的物联网 车联网定位 视网膜即 摄即传 物联网的英文名称为 “IOT，Internet of Things” 。 由名称可见，物联网就是 “物物相连的互联网”。 物联网的概念 物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。 这有两层意思： 第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的 网络； 第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。 物联网的定义是：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，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换 和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 发展背景 物联网的概念是在1999年提出的。过去在中国，物联网被称之为传感网。中 科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了 一些适用的传感网。 1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个 世纪人类面临的又一个发展机遇”。 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》，正式提出了“物联 网”的概念。 2009年１月２８日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次 “圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，ＩＢＭ首席执行官彭明盛首次提出 “智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。 2009年2月24日消息，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公 布了名为“智慧的地球”的最新策略。 物联网的三个特点 一是全面感知 即通过嵌入在物品和设施中的传感器和数据采集设备，随时随地获取物质 世界的各种信息并数据化； 二是可靠传递 通过对每一件物品的识别和通讯，将数据化的虚拟事物联入网络，将物体 的信息实时准确地传送与交互； 三是智能处理 利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分 析和处理，提升对物质世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，对物体 实现智能化的决策和控制。 二、物联网是怎么发展的？ 物联网成为国家核心战略之一 中国：2009年8月 感知中国 温家宝：抢占科技制高点，培育物联网等新兴战略产业 美国：2008年底ＩＢＭ向美国政府提出的“智慧的地球”战略 强调传感器等感知技术的应用，提出建设智慧型基础设施 欧盟：2009年6月 物联网行动计划 具体而务实，强调RFID的广泛应用，注重信息安全 • 物联网上升为国家 核心战略 • 融合各种信息技术， 将物体接入信息网 络，实现“物联网” • 未来信息产业的发 展在由信息网络向 全面感知和智能应 日本：2009年8月 I-Japan战略 从“e-Japan”“U-Japan”到“I-Japan”实现三级跳 用两个方向拓展、 延伸和突破 前景预测 中国的物联网市场 三、物联网有哪些相关技术？ 物联网的架构 上层：互联网络 互联网络 服务决策 云计算 物联网的信息存储 物联网的计算决策 移动、3G网络 中层：泛在接入 局域网络 无线网络（蜂窝、WiFi等） 有线网络 WIFI、WIMAX 接入网 个域网络 下层：物物网络 智能嵌入式设备 感知、标识和通信 协同、互动 家居网络 家 居 网 络 感知网络 物物网络 物联网的实现技术 感知层 RFID、二维码、摄像头、传感器技术 传感器网络技术、蓝牙技术、ZigBee 传输层 2G/3G移动网络、互联网、广电网络、专网 应用层 数据挖掘、云计算、特定应用服务 主要介绍的技术 物联网与传感网的区别 RFID 云计算 什么是传感网 传感器网络是集计算机、通信、网络、智能计算、传感器、嵌 入式系统、微电子等多个领域交叉综合的新兴学科，它将大量 的多种类传感器节点（集传感、采集、处理、收发于一体）组 成自治的网络，实现对物理世界的动态智能协同感知。 由部署在检测区域内大量的传感器节点组成，通过无线通信方 式形成的一个多跳的自组织的网络系统，目的是协作地感知、 采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。 广泛应用于军事、国防安全、环境科学、交通管理、灾害预 测、医疗卫生、制造业、城市信息化建设等领域。在不久的将 来，传感网将给我们的生活方式带来革命性的变化。 传感网的应用 ☆军事上的应用 传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，因 此非常适合军事上的应用。通过飞机或炮弹直接将传感器节点散播到敌方 阵地内部，或者在公共隔离带部署传感网络，就能隐蔽而且近距离的准确 收集战场信息。 例:传感器网络已经成为美军事C4ISRT系统必不可少的一部分。 ☆环境观测和预报系统 可以用于检视农作物灌溉情况、土壤空气情况、牲畜和家禽的环境状况和 大面积的地表监测、气象和地理研究、洪水监测等。 例：ALERT系统中就有用于监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预 测爆发山洪的可能性。 传感网的应用 ☆医疗护理 用于人体的各种生理数据，跟踪和监控医院内医生和患者的行动，医 院的药物管理等。 例：一个可以成像的特殊发送器芯片与精巧设计的超低功率无线技术结合， 就可以实现可用于一个胃肠道诊断的微型吞服摄像胶囊。患者吞下维C片大 小的成像胶囊后，胶囊经过食道、胃和小肠时就可将图象广播出来。胶囊 由一个摄象机、LED、电池、特制芯 片和天线组成。 传感网的应用 ☆智能家居 家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连在一起。 为人提供人性化的家居环境。 例：Avaak 提供一个只有1立方英寸大小的自治产品。这个微型的无线视 频平台包含有一节电池、无线电、摄像相机、(彩色成像器加镜头)、控制 器、天线和温度传感器。 传感网的应用 ☆建筑物状态监控 利用传感器网络监控建筑物的安全状态。 例：Microstrain在佛蒙特州的一座重载桥梁上安装了一套该公司研制的 系统，将位移传感器安装在钢梁上用来测量静态和动态应力，并通过无线 网络来采集数据。该无线系统可以保留在桥梁上用于长期监测桥梁是否处 于正常受控状态 。 传感网的应用 ☆完成空间探索 借助于航天器在外星体撒播一些传感器网络节点，可以对星球表面进 行长时间监测。成本低、节点体积小，相互之间可以进行通信，也可以和 地面站进行通信。 例：NASA的JPL（Jet Propulsion Laboratory）实验室研制的 Sensor Webs就是为将来的火星探测进行技术准备。该系统已经在实施测 试和完善。 物联网与传感网的区别 一 传感网仅仅是感知到信号，并不强调对物体的标 识 传感网仅仅是感知到信号，并不强调对物体的标识。例如可以让温度传 感器感知到森林的温度，但并不一定需要标识哪一根树木。 物联网的概念相对比传感网大一些。这主要是人感知物、标识物的手段， 除了有传感网，还可以有一维码/二维码/RFID等。如用二维码/RFID 标识桌椅之后，就可以形成物联网，但二维码并不在传感网的范畴。 物联网与传感网的区别 二 从目标特征上看，物联网探测的一定是已知物品， 而传感网探测和判断的更多是未知的人或物。 传感网探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物 体的大小、速度和方向等物质现象，并不针对标识的事物。 物联网通过对物体的标识，从而实现对物体的控制，达到物和物信息互 联的目的。 物联网与传感网的区别 三 从网络架构和协议上看，物联网与传感网也存在 诸多不同。 比如：传感网节点自组织成网，没有固定的网络基础设施，也没有中心 节点。而物联网需要有固定的网络基础设施和中心节点，强调的是多个 事物通过中心节点实现互联。 物联网与传感网的区别 四 真正意义上的物联网的出现还远需要假以时日 当前，传感网已得到广泛的应用，比如说有多个温度传感器组成、通过 巡检方式工作的温控网，再比如具有多种声、光、电、机械甚至图像探 测能力的安防网等，因此，传统意义上的传感网发展得已经成熟。而目 前物联网仅仅是个概念，真正的物联网应用还需要一段时间。 RFID （射频识别） Radio Frequency Identification 一项利用射频信号、通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息 传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术。 其原理为由扫描器发射一特定频率的无线电波能量给接收器，用以 驱动接收器电路将内部的代码送出，此时扫描器便接收此代码。 RFID的意义 通过RFID，可以对任何物品附加并读取对用户有用的属性，为物品与物品 相连接提供了信息基础。 RFID系统的基本组成部分 标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物 体上标识目标对象； 阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固 定式； 天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。 RFID工作原理 RFID系统在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面，电子标签 中保存有约定格式的电子数据。阅读器可无接触地读取并识别标签中所保 存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。阅读器通过天线发送出一 定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送 出自身编码信息，被阅读器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。 射频信号的耦合方式 电感耦合：变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁 感应定律，适用于低频短距离RFID系统。 电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射， 同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律，适用于高频远距 离RFID系统。 RFID的工作频率 频段 描述 作用距离 穿透能力 125-134MHZ 低频(LF) 45cm 能穿透大部分物体 13.553~13.567MHz 高频（HF） 1~3m 勉强能穿透金属和 液体 400~1000MHz 超高频（UHF） 3~9m 穿透能力较弱 2.45GHz 微波 3m 穿透能力最弱 （Microwave） RFID标签类型 主动标签：主动标签自身带有电池供电，读/写距离较远时体积较大，与 被动标签相比成本更高，也称为有源标签，一般具有较远的阅读距离，不 足之处是电池不能长久使用，能量耗尽后需更换电池。 被动标签：无源电子标签在接收到阅读器（读出装置）发出的微波信号后， 将部分微波能量转化为直流电供自己工作，一般可做到免维护，成本很低 并具有很长的使用寿命，比主动标签更小也更轻，读写距离则较近，也称 为无源标签。相比有源系统，无源系统在阅读距离及适应物体运动速度方 面略有限制。 RFID的特点及优势 1.读取方便快捷 数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装 来进行。有效识别距离更长，采用自带电池的主动标签时，有 效识别距离可达到30米以上。 2.识别速度快 标签一进入磁场，阅读器就可以即时读取其中 的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别。 3.适用寿命长，应用范围广 其无线电通信方式，使其可以应 用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包 装使得其寿命大大超过印刷的条形码。 RFID的特点及优势 4.标签数据可动态更改 利用编程器可以向电子标签里写入数 据，从而赋予rfid标签交互式便携数据文件的功能，而且写入 时间比打印条形码更短。 5.更好的安全性 RFID电子标签可以贴（装在不同形状、类型 的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具 有更高的安全性 6.动态实时通信 标签以每秒50～100次的频率与阅读器进行通 信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别 范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。 RFID应用案例----车辆停车场管理 射频卡是目前国际最先进的智能卡，代表着一种崭新的信息处理手段；具有 防水、防磁、抗静电、无磨损、信息储存量大、使用寿命长等特点；可根 据顾客需求分别定制。 停车场卡管理模式： 1）.月租卡：面向经常、定期的顾客。 2）.预付费卡：面向经常、不定期的顾客。 3）.时租卡：面向不经常、不定期的顾 客。 4）.VIP卡：面向贵宾用户。如展览会馆等。 停车场系统工作流程 感应IC卡安装在车辆内或由车主携带，其中记 录了车辆的车牌号、通行证号、车主资料信息 记录、车辆型号等信息。 管理工作站的读写器时刻查询有效范围内的所 有感应IC卡，并通过网络将查询信息传送给信 息中心的服务器，同时启动读写器上的自动计 费程序进行收费。 停车场车辆进入流程示意图 收费值班亭 持固定卡进入 临时停车进入 读 卡 自动升闸 感应降闸 按键取卡 剩余001个 满位显示牌 入口 读卡机 入口 道闸 摄像机 感应线圈 临时来访用户 取卡 预付费卡用户 贵宾卡用户 月票卡用户 自动判断、写 卡、准许入场 读卡机读卡 摄像机启动拍 车辆图片资料 感应线圈 闸杆自动升起 入场 车过闸杆自动回落 停车场车辆出场流程示意图 持月票卡出场 读 卡 图象识别 自动升闸 临时车出场 临时停车 读卡交款 图象识别 连接入口读卡机、摄像机 车辆场管理中心 出口读卡机 出口道闸 摄像机 感应线圈 感应线圈 临时来访用户 读卡机读卡 自动判断、入 场时间 读卡机读卡 自动判断、入 场时间 预付费卡用户 贵宾卡用户 月票卡用户 按时计费语音报价 闸杆自动升起 收费确认放行 出场 摄像机启动拍 车辆图片资料 车过闸杆自动回落 云计算介绍 云计算的定义 云计算(Cloud Computing)是一种新兴的商业计算模型。它将计算任务分布在大量 计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和 各种软件服务。 云计算是并行计算(Parallel Computing)、分布式计算(Distributed Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展，或者说是这些计算机 科学概念的商业实现。云计算是虚拟化(Virtualization)、效用计算 (Utility Computing)、IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、 SaaS(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果。 对云计算而言，普通网民也许不会关注，从腾讯的QQ农场，到Facebook 云计算的例子 的农场社区；从一个国家的“农场”，到全世界的“农场”。人们似乎都在连接互联 网的计算机上寻找快乐，通过这个社交的平台，把世界各地的人们联系到一起。但是 如果我告诉你“偷菜”这种网络游戏就是使用的这种云计算技术的话，你是不是更有 兴趣去看一看呢。 其实，“农场”就是使用的云计算技术，其工作原理也非常简单。在 这里大致可以分为3步：当我们点击收获按钮时，我们的计算机就会将“收 获”这个命令发送到在“云”里面的服务器。服务器根据你发送的指令， 通过它自身的处理能力，将数据改写，保存在服务器的硬盘上。服务器再 将修改完毕的数据传回到你的计算机上面，计算机再根据数据，改变显示 内容。 当中，我们的计算机并没有参与到计算这个主要方面，它做的只是传送 数据和接收数据，这就是“云计算”。云计算，是一种基于互联网的计算 方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和 其他设备。整个运行方式很像电网。 云计算的优点 一 云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心 用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。你所有的数据都存储在云 里吗？那么它一直在云中的某个地方。 与桌面计算不同，桌面环境中硬盘崩溃会摧毁你所有宝贵的数据。而云 计算机的崩溃不会影响你的数据存储。这是因为云中的数据是自动复制 的，所以从来不会有任何损失。这也意味着，即使你的个人计算机崩溃 了，你所有的数据仍在云里，仍然可以访问。在一个只有少数台式机用 户定期备份他们的数据的世界里，云计算可以保持数据的安全性。 云计算的优点 二 云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也最 方便。 你不需要高性能的电脑来运行云计算的基于Web的应用。由于应用程序 在云中而不是在自己的个人电脑上运行，个人电脑不需要传统的桌面软 件所要求的处理能力或硬盘空间。 因此，云计算的客户电脑可以是低价的，具有较小的硬盘，更少的内存， 更高效的处理器。事实上，客户端电脑在这种情况下甚至不需要CD或 DVD驱动器，因为不需要加载软件程序，也无需保存任何文档。 云计算的优点 三 增强的计算能力 当你连接到一个云计算系统，你就拥有了可自行支配的整个云的力量。 你不再局限于单台计算机所能做的事情，利用成千上万台计算机和服务 器的能力，你能执行超级计算类的任务。换句话说，在云中，你可以尝 试比桌面上更大的任务。 四 无限的存储容量 同样，云提供了几乎无限的存储容量。设想一下，你的台式机或笔记本 电脑即将用完存储空间。与云中可以使用的数百PB(100万千兆字节) 容量相比，你的计算机的200GB的硬盘式那么的微不足道。无论你需要 保存什么，你都有足够的空间。 云计算的缺点 一 存储数据不安全性 客户通过云计算工作会使得资料安全度降低，文件也容易被越权访问， 而且会更加依赖于网络；黑客或者不法分子如果使用云服务器进行黑客 活动，会威胁到其他人的信息安全。需要持久的因特网连接，当你离线 的时候，云计算不起作用。 二 数据的延迟性 即使在一个快速的连接上给予Web的应用,有时也会在台式机上使用类 似的软件程序。这是因为有关程序的一切，从界面到你工作用的文件， 都必须在你的计算机和云中的计算机之间来回传递。如果云服务器在那 一刻恰好要备份，或者如果因为因特网哪天很慢，那么你不会得到你已 经习惯了的与使用桌面应用一样的瞬时访问。 苹果手机的icloud功能 自动备份：通过 无线网络，实现每天自动备 份。备份的内容包括音乐，照片，视频，应用 程序，书籍等。 云端文档：在 iWork 等程序上创建的文档， 可以自动同步到云端，修改记录也能同步。开 发者也能利用 iCloud API 给自己的程序 添加云同步功能。 云端照片：任何设备的照片都能自动同步到 云端。iCloud 上保存最近 30 天的照片， iOS 设备上保存最新的 1000 张照片，而 Mac 和 PC 上保存所有照片。这个功能也支 持 Apple TV 。 5 GB 空间：免费空间是 5 GB，可以保存邮 件，文档，备份数据等等。 物联网云 四、物联网能干什么？ 新发展·新应用·新科技·新智慧·新产业·新生活 第46页 物联网的应用领域 城市管理 智能家居 物联网 环境监测 国防军事 智能交通 工业监控 防灾减灾 医疗监护 “感知中国”覆盖的应用领域 车联网 人口健康 环境监测 智能电网 新能源 “感知中国” Sensing China 智能制造 精准农业 重大基础设施 要地监测 公共安全 智能城市与家居 资源勘探