彭力-物聯網概論-第1課 緒論

1本書內容框架

一、緒論（1、10）

二、射頻識別技術（2）

三、無線傳感器網絡技術（6）

四、無線單片機技術和傳感器技術（4、5）

五、無線通信系統和遠程通信技術（3、8）

六、短距離無線通信技術（7）

七、智能信息處理技術（9）

八、本課程考試2第一課、緒論江南大學物聯網工程學院吳治海Email:wuzhihai@Phoneddress:C4232011-9-6本節課主要內容提綱定義：什么是物聯網

體系結構：物聯網的內涵

歷史與發展：物聯網的來龍去脈

典型應用：物聯網的價值所在

知識體系：如何學好物聯網41.物聯網定義定義：物聯網（InternetofThings）是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。范疇：網絡；方式：傳感設備、協議、信息交換和通訊；目的：識別、定位、跟蹤、監控和管理。

含義：物聯網是物物相連的互聯網。

一層：基礎和核心仍是互聯網，是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡；

二層：用戶端從個人電腦延伸和擴展到任何物品之間的信息交換和通訊。51.物聯網定義在這個網絡中，物品能夠彼此進行“交流”，人們能夠彼此進行“交流”，人與物能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。其實質是利用感知/無線技術，通過計算機互聯網實現物品的自動識別和信息的互聯與共享。61.物聯網定義客觀事物會說話71.物聯網定義物聯網的本質是網絡通訊，網狀網絡是關鍵。物聯網核心技術是無線技術，包括無線SOC、無線網絡標準、無線通訊的協議棧和其它相關嵌入式軟件，數據庫，中間件等。

無線網絡通訊中的主流技術的工作頻率及范圍：81.物聯網定義無線技術及其工作頻率范圍2.物聯網體系結構物聯網內在體系結構2.物聯網體系結構物聯網外在架構形式113.物聯網歷史

物聯網概念出現于比爾蓋茨1995年《未來之路》一書，在《未來之路》中，比爾蓋茨已經提及物聯網概念，只是當時受限于無線網絡、硬件及傳感設備的發展，并未引起重視。物聯網概念最早提出于1999年，來源于“InternetofThings”一詞，其定義很簡單，即把所有物品通過射頻識別和條碼等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。123.物聯網歷史

2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯盟（ITU）發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，報告指出，無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網主動進行交換。射頻識別技術（RFID）、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將到更加廣泛的應用。3.物聯網歷史2009年1月，在奧巴馬總統與美國工商界領袖舉行的一次會議上，IBM首席執行官彭明盛提出了“智慧地球”概念，并建議美國政府投資新一代智慧型基礎設施。奧巴馬對此給予積極應：“經濟刺激資金將會投入到寬帶網絡等新興技術中去，毫無疑問，這就是美國在21世紀保持和奪回競爭優勢的方式。”此后，物聯網產業引發全美工商界的高度關注，并認為"智慧地球"有望成為又一個"信息高速公路"計劃，從而在世界范圍內引起轟動。13SmartPlanet3.物聯網歷史

IBM認為建設智慧地球需要三個步驟：首先各種創新的感應科技開始被嵌入各種物體和設施中，從而令物質世界被極大程度的數據化。第二隨著網絡的高度發達，人、數據和各種事物都將以不同方式聯入網絡。第三，先進的技術和超級計算機則可以對這些堆積如山的數據進行整理、加工和分析，將生硬的數據轉化成實實在在的洞察，并幫助人們做出正確的行動決策。14SmartPlanet3.物聯網歷史15將“u-Japan”升級至“i-Japan”戰略，確保日本在信息時代的國際競爭地位。日本政府早在2004年就推出了“u-Japan”計劃，著力于發展泛在網及相關產業，并希望由此催生新一代信息科技革命，在2010年實現“無所不在的日本”。在2009年8月，日本又將“u-Japan”升級為“i-Japan”戰略，提出“智慧泛在”構想，將傳感網列為其國家重點戰略之一，致力于構建一個個性化的物聯網智能服務體系，充分調動日本電子信息企業積極性，確保日本在信息時代的國家競爭力始終位于全球第一陣營。同時，日本政府希望通過物聯網技術的產業化應用，減輕由于人口老齡化所帶來的醫療、養老等社會負擔。3.物聯網歷史16在2004年幾乎與日本同步提出了"u-Korea"戰略，并制定了詳盡的"IT839戰略"，重點支持泛在網建設。在2009年10月韓國頒布了《物聯網基礎設施構建基本規劃》，將物聯網市場確定為新增長動力，確定了構建物聯網基礎設施、發展物聯網服務、研發物聯網技術、營造物聯網擴散環境等4大領域、12項詳細課題，并提出到2012年實現"通過構建世界最先進的物聯網基礎設施，打造未來廣播通信融合領域超一流ICT（信息通信技術）強國"的目標。3.物聯網歷史17

溫家寶總理2009.8.7和2010.8.3兩次到無錫考察，建立無錫中國物聯網感知中心。感知太湖—感知中國越來越小的無線網絡節點和功耗18物聯網技術趨勢研究之一ZIGBEE傳感器網絡節點

AA電池X25X3CM20-30微安電流WIFIGS1010傳感器網絡節點

AA電池X14X3CM電池工作5年無線監控手表微型電池3X3CM平均電流10微安有源433MHZ電子標簽

CR2032鈕扣電池直徑2.2X3CM電池工作6年123456電子藥丸特殊微型電池小于直徑2.0X2CM無源EPC電子標簽無需電池直徑1.6X1.6X0.001CM總量0.002克物聯網傳感層無線網絡覆蓋范圍越來越大19物聯網技術趨勢研究之二低軌道衛星數據通訊有源RFID網絡802.11SWIFI網狀網3G/4G電信網絡無線SOC結構越來越復雜20無線單片機（無線SOC）處理器內核從8位到16位，到32位，再到多處理器，結構越來越復雜；不僅實現了系統在芯片，而且實現了無線網絡在芯片；我們從分析GS1010WI－FI無線單片機來看這個技術趨勢；GS1010WI-FI無線單片機結構物聯網技術趨勢研究之三無線網絡協議棧設計越來越難21物聯網技術趨勢研究之四低功耗藍牙協議棧224.物聯網應用物聯網的應用層構架在傳感層、網絡層上面，其應用領域將遍及智能樓宇、智能家居、路燈監控、智能醫院、智慧能源、智能交通、水質監測、智能消防、物流管理、政府工作、公共安全、資產管理、軍械管理、環境監測、工業監測、礦井安全管理、食品藥品管理、票證管理、老人護理、個人健康等諸多領域。物聯網一方面可以提高經濟的效率，大大節約成本；另一方面可以為經濟的復蘇提供技術動力，帶動所有的傳統產業部門進行結構調整和產業升級，并將推動國家整個經濟結構的調整，推動發展模式從粗放型發展轉向集約型發展。第一屆中國物聯網大會2010.10.29無錫尋找下一個金礦—物聯網產業的投資機會第二屆中國物聯網大會2011.04.27北京應用為本—物聯網戰略解析4.物聯網的應用23244.物聯網的應用25機場、電網26平安城市建設利用部署在大街小巷的全球眼監控探頭，實現圖像敏感性智能分析并與110、119、112等交互，實現探頭與探頭之間、探頭與人、探頭與報警系統之間的聯動，從而構建和諧安全的城市生活環境。27家庭自動化28數字家庭是以計算機技術和網絡技術為基礎，包括各類消費電子產品、通信產品、信息家電及智能家居等，通過不同的互連方式進行通信及數據交換,實現家庭網絡中各類電子產品之間的“互聯互通”的一種服務。數字家庭的四大功能：信息、通信、娛樂和生活。數字家庭信息通信娛樂生活未來數字家庭29智慧農業30無線葡萄園2002年，英特爾公司率先在俄勒岡建立了世界上第一個無線葡萄園。傳感器節點被分布在葡萄園的每個角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度、濕度或該區域有害物的數量，以確保葡萄可以健康生長。研究人員發現，葡萄園氣候的細微變化可極大地影響葡萄酒的質量。通過長年的數據記錄以及相關分析，便能精確的掌握葡萄酒的質地與葡萄生長過程中的日照、溫度、濕度的確切關系。這是一個典型的精準農業、智能耕種的實例。葡萄園環境監測系統示意圖無線葡萄園31環境監測32

2002年，由英特爾的研究小組和加州大學伯克利分校以及巴港大西洋大學的科學家把無線傳感器網絡技術應用于監視大鴨島海鳥的棲息情況。位于緬因州海岸大鴨島上的海燕由于環境惡劣，海燕又十分機警，研究人員無法采用通常方法進行跟蹤觀察。為此他們使用了包括光、濕度、氣壓計、紅外傳感器、攝像頭在內的近10種傳感器類型數百個節點，系統通過自組織無線網絡，將數據傳輸到300英尺外的基站計算機內，再由此經衛星傳輸至加州的服務器。在那之后，全球的研究人員都可以通過互聯網察看該地區各個節點的數據，掌握第一手的環境資料，為生態環境研究者提供了一個極為有效便利的平臺。大鴨島生態環境監測系統大鴨島生態環境監測系統33個人保健

人身上可以安裝不同的傳感器，對人的健康參數進行監控，并且實時傳送到相關的醫療保健中心，如果有異常，保健中心通過手機，提醒您去醫院檢查身體。醫院實時定位系統隨著醫院信息化，智能化的發展，醫院信息化正在經歷從數字化醫院到信息化醫院的轉變。當前的醫院信息化系統是基于PC的數據庫系統，也即是數字化醫院時代的產物。數字化醫院，是要實現醫院數據的管理，包括門診，電子病例，財務管理和醫院企業管理數字化和電腦化。34醫院實時定位系統35醫院實時定位系統

目前的數字化醫院，對醫院各個群體的管理，目前都還是靜態管理，包括醫生，病人，護士，管理人員，重要儀器設備位置等。新一代ZigBee和微功耗Wi-Fi技術，已經具備了可以對人員實時定位（搜索），人員實時呼叫，重癥病人身體狀況在移動中實時監測和報警，貴重（危險）物品（包括移動物體）實時監測和報警等全新功能。這些功能和現行的醫院HIS、LIS、PACS、

EMR相結合，就可以構成新一代物聯網智慧醫院系統。36醫院實時定位系統3738畜牧溯源給放養的牲畜中的每一只羊都貼上一個二維碼，這個二維碼會一直保持到超市出售的肉品上，消費者可通過手機閱讀二維碼，知道牲畜的成長歷史，確保食品安全。我國已有10億存欄動物貼上了這種二維碼。

畜牧溯源39水下無線傳感器網絡技術根據目前歐美各國在研項目的文獻資料，可以大致將水下傳感器網絡的組成結構可分為以下幾類：(1)基于水面浮標的(射頻+水聲通信)可任意升降的三維立體水下傳感器網絡系統。優點：布放比較容易，可利用太陽能、GPS以及水面上的無線通信，回避、降低了水下通信的困難。缺點：阻礙航道，易被發現破壞，容易隨波逐流，位置不能固定。(2)由固定在海底基站的節點構成的，可任意升降的三維立體網絡系統。通過光纜或聲通信與水面網關、節點聯結，將數據傳輸至基站。優點：不會影響航行。缺點：維護不容易。(3)基于水面浮標節點(射頻+水聲通信)、水中自主航行器（水聲通信）和水底固定節點（水聲通信）的三維立體系統。優點：覆蓋全面，配置靈活，功能強大。缺點：系統復雜，成本高。與地面無線傳感器網絡相比，水下傳感器網絡仍然存在著諸多困難：如有效帶寬非常有限、水下信道非常惡劣等等，在這個領域還有許多的困難需要解決。40

探索外部星球一直是人類夢寐以求的理想，借助于航天器布撒的傳感器節點實現對星球表面大范圍、長時期、近距離的監測和探索，是一種經濟可行的方案。NASA的JPL實驗室研制的SensorWebs就是為將來的火星探測、選定著陸場地等需求進行技術準備的。現在該項目已在佛羅里達宇航中心的環境監測項目中進行測試和完善。美國宇航局的空間探索計劃中無線傳感器網絡的應用模式示意圖空間探索41

對珍貴的古老建筑進行保護，是文物保護單位長期以來的一個工作重點。將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光照等傳感器的節點布放在重點保護對象當中，無需拉線鉆孔，便可有效地對建筑物進行長期的監測。此外，對于珍貴文物而言，在保存地點的墻角、天花板等位置，監測環境的溫度、濕度是否超過安全值，可以更妥善地保護展覽品的品質。文物保護425.物聯網技術教學