Transcript 物聯網概述.ppt

An overview of the Internet of Things
for people with disabilities
Mari Carmen Domingo
Electrical Engineering, UPC-Barcelona Tech University,
Esteve Terradas, 7, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spain
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大綱
介紹
物聯網的體系結構
感知層
網絡層
應用層
應用場景
討論
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介紹
(1/3)
一、殘疾人士的概況
估計全球大約超過10億人口，其中包括
兒童，為殘疾人士。
（約佔世界人口15％的）
缺乏支持的服務讓傷殘人士難以參與
各種經濟活動和社交活動。
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介紹 (2/3)
二、物聯網 “The Internet Of Things”概述
物聯網（IOT）是一個計算和通信技術的革命.
將日常物品轉換成智能物體，能夠感知、解
釋並對環境作出反應。
這種通信技術的演變，提供了人與物，物與
物之間新的的通信方式。
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介紹 (3/3)
三、研究目的
IOT可以為殘疾人士提供協助和支持，達到一個良
好的生活質量。
本論文的目的是分析如何運用物聯網技術，讓具有
視覺，聽覺和身體障礙人們，改善生活.
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物聯網架構 (1/14)
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物聯網架構(2/14)
從技術的角度提出的物聯網架構
如此圖所示
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物聯網架構(3/14)
感知層
一、感知層的組
1. 在視覺障礙部分 ：
(1) 身體微納米傳感器
目前，研究人員正在開發一種在納米尺度的人工視網
膜。它能將自然接收到的光轉換成一個電信號，刺激
神經元，將人工視網膜接收到的圖像發送到大腦。
(2) RFID技術的輔助設備
RFID為基礎的應用主要為導航系統。它可以幫助盲人
在一個陌生的區域，找到自己的方位。
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IoT 架構 (4/14)
感知層
2. 在聽覺障礙 ：
(1)輔助設備和傳感器
◎不同類型的傳感器，可偵測到引起警報的事件或發生
故障。
◎Hand-Talk是一種低成本的無線手套設計，它可以識別
基本美國手語（ASL)手勢，並將其轉換成語音連接一
個Java功能監測站（手機或PDA），與那些不熟悉的
美國手語的人溝通。
(2)基於RFID技術的輔助設備
RFID標籤的玩具可以用來幫助聾啞孩子學習如何使用
手語。
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IoT 架構 (5/14)
3.在身體殘障的部分：
感知層
(1)身體上的傳感器，執行器和神經元芯片
◎神經安裝的傳感器，可以檢測到用戶的意圖移動某些
肌肉，執行器可以刺激這些肌肉恢復行動的能力。
◎神經肌肉微植入，名為“仿生神經元”
是模塊化無線膠囊設計，可以注射在體內的運動神經附
近的幾個地點。它們的主要功能是重新加進癱瘓的肢體.
◎華盛頓國家靈長類動物研究中心已經部署了微小的，
電池供電的植入式腦 - 機接口稱為的neurochips ，它記
錄運動皮層細胞的活性，將它轉換成可以發回的腦，
脊髓，肌肉的刺激，從而設置了一個人工的連接，連
續正常行為中的運行過程。
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IoT architecture (6/14)
Perception layer
◎ An untethered exoskeleton, eLEGS,這使得輪椅使用者
站立和行走。
(2) RFID技術的身體傳感器。
有些癱瘓患者必須穿尿布，只要它變濕，濕度傳感器能
夠立即通知護士和護理人員更換尿布。將檢測到的信號
發送向使用RFID讀取器的讀取器 。
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IoT 架構 (7/14)
網路層
為了支持全球的可管理性、互操作性和可擴展性，這一層需
要提供一個共同的溝通模式，做為每一個可能的網絡解決方
案，
(1)Useing the IPv6 protocol
(2) 6LoWPAN：
增進IPv6的低功耗無線個人區域網絡
的使用效率
(3)RPL:
IPv6低功耗和有損網絡(LLS)的路由協
議
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IoT 架構 (8/14)
網路層
（2）6LoWPAN的概述
6LoWPAN的標準是IPv6在低功率無線個人區域網
絡的縮寫
一個簡單的低吞吐量的無線網絡，包括典型的低
成本和低功耗的設備。
常見的拓撲結構包括 - 星形，網狀和星型和網狀
的組合。
PHY層和MAC層符合IEEE802.15.4-2003標準
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IoT架構 (9/14)
網路層
(3) 6LoWPAN的主要功能
1.首先這一層的主要功能是在TCP / IP的報頭壓縮。
IEEE802.15.4 的TCP/ IP報頭太大，它的最大數據包大小
為128字節，而IPv6報頭大小只有40字節。
UDP和ICMP報頭大小都是4個字節，TCP標頭的大小為
20。不壓縮的情況下，802.15.4是不能夠有效地傳送任
何有效載荷
2.第二個主要功能是處理數據包的分片和重組。
IEEE802.15.4的最大訊框大小為128字節，而IPv6要求的
最大傳輸單元（MTU）1280bytes 。 6LoWPAN負責處
理此一不一致狀態。
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IoT 架構 (10/14)
網路層
(3) 6LoWPAN的主要功能
3.第三個主要功能是路由選擇 ：
WSN的邊界節點應該能夠將外部IPv6封包路由到無線傳感器
網絡節點，並將內部封包，路由到外部IP網路。
4。還有其他像鄰居發現和支持多播的網絡相關功能。
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IoT 架構 (11/14)
網路層
(4)RPL: IPv6低功耗和有損網絡的路由協議
假設：大多數的通信流通過幾個節點
•多對一
•一到多
•基線的所有要求草案
方法：在節點中建構根節點DAG（S）
•上傳到DAG根節點：多對一
•下傳從DAG根節點：一對多
•使用DAG檢測和避免迴路
•透過點對點方式來上、下傳
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IoT 架構 (11/14)
網路層
(4)RPL: IPv6低功耗和有損網絡的路由協議
總結：
當傳輸距離越遠，也就是路由所需經過的
節點數量越多時，以封包平均傳輸率
(Delivery Ratio)和延遲率(Delay Ratio)來看，使
用RPL路由協定，封包送到目的端的成功傳
送率較佳。
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IoT 架構 (12/14)
應用層
應用層提供了一個操作支持平台，它可以由監測站
和應用程序進行存取。
它提供了重要的功能，如認證，計費，服務管理，
服務的認可和基於定義的封包路由策略。
(1.)智慧型物件的應用程序建立在具象
狀態傳輸（REST）架構之上。
(2.)受約束的應用的協議（COAP）：
一個基於REST風格的網絡傳輸協議，
用以擴展REST架構，約束物聯網設
備和網絡
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IoT 架構 (13/14)
應用層
REST風格的架構包括用戶端和伺服器。
客戶端發起請求到伺服器，伺務器處理這些請
求並回覆適當的回應。
資源的存取依據客戶端的使用方法， 如GET，
PUT，POST和DELETE超文本傳輸協議（HTTP）。
HTTP報頭往往過大，需要6LoWPAN的網路切割.
TCP是不適合的無線網絡.
的HTTP請求/響應的拉模型，在非常低的佔空比
傳感器網絡中，不能有效運作。
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IoT 架構 (14/14)
應用層
COAP的傳送模型
Transport
– CoAP is defined for UDP
Transaction
– Single message exchange
between end-points
– CON, NON, ACK, RST
REST
– Piggybacked on transaction messages
– Method, Response Code and Options (URI, content-type etc.)
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應用場景
一、購物場景
1,商店的RFID系統可以
使用軟體來引導視
障人士購物。
2.基於RFID標籤的導系
統
3.RFID標籤貼到超市產
品供應產品資料
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應用場景
二、 學校
1. 設計智能互動遊戲和學習環境
刺激多重障礙幼兒，學習語言
和溝通技巧有極大的成效
2. RFID標籤的玩具可用來幫助
年齡在三至四歲的聾啞孩子，
學習如何使用手語
3. 障兒童利用RFID技術，可以找
到專用的書籍並“閱讀”他們，
使用監控站的文本到語音模塊。
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應用場景
三、家庭環境
1.智能家居技術，是指通過家庭
網絡的整合技術和服務，提升
更好的生活品質。
2.這些家庭自動化控制設備，是
藉由在家電或家具中嵌入傳感
器和執行器所形成。
傳感器通過一個無線網絡，監
測環境，所收集的信息將由伺
服器處理，提供合適的服務給
用戶 。
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應用場景
三、 居基環境
現代傳感器嵌入的房屋或智能住宅，可以幫助
殘障人士，解決他們的社會隔離。
適合殘障人士的智能住宅包含兩種不同的方式：
(1)特定的自動化控制界面， 被設計來操作
家中各項設備。
(2)特殊的輔助設備，專門設計來改善他們
在家裡的生活條件。
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Discussion 1/3
一、適合殘疾人士使用的物聯網帶來的益處
物聯網應用到智能家居或購物場景，讓具有障礙的人很
容易進行他們的日常活動。這增加了他們的自主性和自
信心。
智能家居提供殘疾人士獨立的移動性、物體操作的人機
介面。
知覺或智能低弱的兒童，在物聯網的環境中可以使用互
動式遊戲和學習，體驗到更豐富的學習體驗，有更多的
機會習得語言，與他人的互動變得更好，從而獲得更高
的自尊.
失聰兒童能夠採取這種互動的物聯網系統，從學校到家
庭和重複練習，直到他們理解並記住最困難的美國手語.
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二、面臨的挑戰
Discussion 2/3
第一個關鍵的挑戰是為殘疾人士設計定制化服務，
由於殘疾人士有特殊需求，物聯網應適應他們的
特殊情況，給予協助。
物聯網為殘疾人士提供的另一個重大挑戰是自我
管理。
它指的是物聯網管理的過程的自己的操作，無需
人工干預。 為此，自我配置，自我修復，自我優
化和自我保護能力的支持是必需的。
標準化也是一個非常重要的挑戰，建立全球公認
的標準，以避免相互操作性問題是必要的。 26
Discussion 3/3
二、面臨的挑戰
促進殘疾人士與外界建立更深入的接觸，是具
有挑戰性的。
在未來幾年，大多數物件之間的連線一旦建立，
物聯網的通信量將成倍增加。 可擴展性是必需
的，具有非常高的節點數目，以保證物聯網的
正常運轉
安全和隱私問題是實際的，物聯網為特別容易
受到傷害的殘疾人士提供隱私的保證是必不可
少的
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報告完畢
謝謝大家
敬請指教
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Hand-Talk
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untethered exoskeleton
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Positioning of the retinal implant (left); bionic chip and its interface with the retina (right )
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