1、1物联网概述n2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，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(IOT：Internet of Things)”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信息交换。2n 智慧地球：把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，形成“物联网”。并通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。3物联网定义n物联网把所有物品通过信息传感设备,如射频识别装置、传感器、全球定位系统等种种装
2、置与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。n技术可行n感知技术：物体自身信号感知、嵌入信号感知技术n组网技术：局域、广域、有线、无线组网技术n定位技术：局域、区域、全球定位技术n人工智能技术：机器人、智能信息处理技术n云计算技术4对物联网的理解n从技术理解n物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。n从应用理解n物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。5需要联网的？无线传感器网络
3、WSN6需要联网的？数据Internet中央信息系统中央信息系统无线射频识别RFID7需要联网的？GPS8IOT基本理论模型智能卡智能卡条形码条形码二维码二维码 GPS传感器技传感器技术术网关网关设备设备近距离近距离通信通信因因特特网网跟踪定位跟踪定位高速高速数据数据网络网络910物联网三个重要特征 全面感知全面感知，利用RFID，传感器，二维码等随时随地获取物体的信息 可靠传递可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去 智能处理智能处理，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，对物体实施智能化的控制1112云计算和物联网的关系云
4、计算和物联网的关系触角和大脑的关系触角和大脑的关系云计算物联网核心技术13物联网从架构上可以分为感知层、网络层和应用层。实例：智能交通 14智能交通统智能交通统一应用平台一应用平台车辆传感网人体传感网道路传感网气象传感网人体生理监测l心跳、血压l体温l疲劳、醉酒道路监测l车速、车型l车流量l道路状况车辆状态监测l刹车l胎压l车间距局部气象监测l温度、湿度l风、雨l雪、冰前方桥下有人过马路前方桥下有人过马路!智能交通传感网应用实例：提前预警智能交通实现的前提：全面的感知，及时可靠的传送，智能应用平台的信息聚合处理和应用智能交通实现的前提：全面的感知，及时可靠的传送，智能应用平台的信息聚合处理和应
5、用1516信息采集技术亚利桑那州驾驶证-二维条码GPS动物RFID标签金门大桥-WSN条码、二维码磁卡（magnetic card）：IC卡（integrated circuit card）：也叫做智能卡（smart card机器视觉 机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。主要应用领域流水线检测、半导体制造业、PCB焊装、电子生产加工设备等。也用在指纹比对、人脸识别等特殊领域。20传感技术传感器：能够将外界的非传感器：能够将外界的非电电信号，按一信号，按一定规律转换成定规律转换成电电信号输出的器件或装置。信号输出的
6、器件或装置。温度变化温度变化 电阻值变化电阻值变化 热敏电阻热敏电阻温度传感器 热敏电阻主要是利用各种材料电阻率的温度敏感性，根据材料的不同，热敏电阻可以用于设备的过热保护，以及温控报警等等。半导体温度传感器利用半导体器件的温度敏感性来测量温度。温差电偶则是利用温差电现象，把被测端的温度转化为电压和电流的变化。温差电偶热敏电阻半导体温度传感器压力传感器常见的压力传感器在受到外部压力时会产生一定的内部结构的变形或位移，进而转化为电特性的改变，产生相应的电信号。一种车用电容式压力传感器Honeywell 24PC 压力传感器及其内部结构湿度传感器电阻式湿度传感器也成为湿敏电阻，利用氯化锂，碳，陶瓷
7、等材料的电阻率的湿度敏感性来探测湿度。电容式湿度传感器也称为湿敏电容，利用材料的介电系数的湿度敏感性来探测湿度。一种电容式湿敏传感器结构图一种电阻式陶瓷湿敏传感器结构图几种湿度传感器光传感器 光传感器可以分为光敏电阻以及光电传感器两个大类。光敏电阻主要利用各种材料的电阻率的光敏感性来进行光探测。光电传感器主要包括光敏二极管和光敏三极管，这两种器件都是利用半导体器件对光照的敏感性。光传感器的不同种类可以覆盖可见光，红外线（热辐射），以及紫外线等波长范围的传感应用。光敏电阻结构图与实物光敏三极管集成光传感器霍尔（磁性）传感器 霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁性传感器。可以通过测量霍尔传感器所产
8、生的电压的大小来计算磁场的强度。霍尔效应霍尔传感器霍尔传感器结合不同的结构，能够间接测量电流，振动，位移，速度，加速度，转速等等，具有广泛的应用价值。基于霍尔器件的精密电流传感器霍尔转速传感器霍尔液位传感器霍尔流速传感器位移传感器红外传感器天线压力、温湿度传感器负荷传感器电流传感器28传感器的微型化随着微电子技术的进步，微处理器、存随着微电子技术的进步，微处理器、存储器等电子器件日益微型化，而传感器、储器等电子器件日益微型化，而传感器、执行器的微型化程度却远远落后，成了信执行器的微型化程度却远远落后，成了信息系统微型化的息系统微型化的“瓶颈瓶颈”。将传感器、微处理器、执行器合为一体，将传感器、
9、微处理器、执行器合为一体，构成微电子机械系统，是人们很久的愿望。构成微电子机械系统，是人们很久的愿望。29Micro Electro Mechanical System MEMS是是“微机械电子系统微机械电子系统”的英文缩写。的英文缩写。微机电系统是采用微机械加工技术，将微型微机电系统是采用微机械加工技术，将微型传感器、微型执行器、微型机构和相应的处理传感器、微型执行器、微型机构和相应的处理电路集成在一起的微型器件或微型系统。电路集成在一起的微型器件或微型系统。30微型飞机微型飞机31MEMS 微型传感器压强传感器压强传感器压力传感器压力传感器微传感器的尺寸大多为毫米级，甚至更小。微传感器的尺
10、寸大多为毫米级，甚至更小。例如：压力微传感器可以放在注射针头内，例如：压力微传感器可以放在注射针头内，送入血管测量血液流动情况。送入血管测量血液流动情况。加速度传感器加速度传感器三轴陀螺仪三轴陀螺仪32为了提高命中精度，将惯性导航系统（陀螺仪）为了提高命中精度，将惯性导航系统（陀螺仪）和和GPS复合后作为制导技术。复合后作为制导技术。GPS提供时间和定位数据，并校准陀螺仪；而提供时间和定位数据，并校准陀螺仪；而陀螺仪提供飞行参数，在陀螺仪提供飞行参数，在GPS信号中断期间进行导信号中断期间进行导航。二者取长补短，提高导航精度。航。二者取长补短，提高导航精度。MEMS微型陀螺仪微型陀螺仪MEMS
11、 与“精确打击”33 利用无线电测距交会确定点位的方法，利用3颗以上卫星的已知空间位置交会出地面位置点（用户接收机）的位置。GPS定位的基本原理34美国美国GPS欧盟伽利略欧盟伽利略俄罗斯俄罗斯GLONASSGLONASS中国北斗中国北斗全球卫星导航系统35制制 导导 炸炸 弹弹JDAM导弹导弹导弹采用导弹采用GPS定位和定位和微型陀螺仪微型陀螺仪制导，导制导，导弹发射后无需人工干预，可以自主飞行，具弹发射后无需人工干预，可以自主飞行，具有多目标攻击能力。有多目标攻击能力。36GPS卫星导航卫星导航因建筑物和植被等原因因建筑物和植被等原因，GPS信号会出现信号会出现中断。此时，中断。此时，由由
12、微型陀螺仪微型陀螺仪提供移动提供移动角度，角度，結合結合车辆移动车辆移动的的时间时间及速度，可及速度，可计算出计算出方向方向和和距离距离，以以此此检查移动车辆检查移动车辆的的行进路线行进路线，作作为为 GPS 的的辅助导航，直到辅助导航，直到GPS信号恢复正常。信号恢复正常。MEMSMEMS陀螺仪陀螺仪 37 GPS车辆跟踪电子地图是GPS定位导航的基础，它以经纬度，道路，地物，地貌，图示 icon 等构成。导航时，由GPS接收的经纬度信息可显示在图上，透过覆盖其上的道路资料，可得知车辆位置。38通信技术 电信网 例：固定电话，移动电话 广播网 例：声音广播，电视广播 计算机网 例：Inter
13、net39GSM 定位追踪BTS 基站基站控制器移动交换中心公共交换电话网络两圆相交为2点，三圆相交为1点。41WiFi(IEEE802.11)42蓝牙Bluetooth(802.15.1)43移动Ad-Hoc自组网44无线 Mesh 网802.11s L2 SwitchL3 RouterPortal任何无线设备节点都可以任何无线设备节点都可以同时作为同时作为AP和路由器和路由器45卫星通信公共数据网公共交换电话网络46 SURVEILLANCE MISSION SURVEILLANCE MISSIONAIR-TO-AIR MISSIONSTRIKE MISSIONFRIENDLY GROUN
14、D CONTROL(MOBILE)RESUPPLY MISSIONSATELLITE COMMSUnmanned Control PlatformCOMM/TASKINGCOMM/TASKINGMannedControl PlatformCOMM/TASKINGUAV-UAV NETWORKUAV-UGV NETWORK美国海军 MINUTEMAN (UCLA,20002005)农业大棚中实时采集温室内温度、湿度、光照、土壤温度、二氧化碳浓度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。智能粮库系统，通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证量粮库内的温湿度平衡。
15、物联网在农业上的应用物联网在农业上的应用47 工业监测 产品跟踪 生产作业过程的流水化 减少产品的失窃 产品存放位置检测物联网在工业上的应用物联网在工业上的应用48 电力安全监控。远程电力抄表 电力输送的动态调度 物联网在电力上的应用物联网在电力上的应用49 车辆定位调度 高速公路收费 门禁监控 公交行业无线 视频监控平台 电子票务 公交手机一卡通 地铁等公交电子收费管理 航空行李跟踪 汽车监测应用物联网在交通上的应用物联网在交通上的应用50 物品跟踪与定位 物品目录管理 物品的自动接收和装运 EPC（电子产品编码）物流全球供应链物联网在物流上的应用物联网在物流上的应用51 实时病员管理 医疗
16、设备监测 病人安全 药品信息 家庭健康看护物联网在医疗上的应用物联网在医疗上的应用52 环境监测物联网在环保上的应用物联网在环保上的应用53 及时收集火灾信息 智能无线消防呼救 森林监测物联网在消防上的应用物联网在消防上的应用54 查找货架上的货品更容易 自动结账 货物补充更新及时 改善商店与顾客的交互物联网在销售业上的应用物联网在销售业上的应用55 家用电器的远程操控 节能 自动维护 生活起居 远程对访客、环境、灾害等进行监控报警 老人健康监测 物联网在家居生活上的应用物联网在家居生活上的应用56 假如，城市所有路口的红绿灯是用物联网技术统一控制的，如果有安全漏洞，被利用的话，那么可能会突然
17、把所有的灯都变成绿灯，导致瞬间发生上千起撞车、撞人事故,所有的十字路口瞬间堵塞,动弹不得。假如，心脏起搏器、心脏检测器、静脉滴注设备、喂药器、诊断设备存在漏洞被利用，是有可能杀死病人的。假如，厂里的设备智能化生产，存在漏洞被利用的话，轻则停产损失经济,重则发生爆炸等重大安全事故。物联网风险物联网风险5758各类垂直应用领域威胁n智慧城市领域，2014年西班牙三大主要供电服务商超过30%的智能电表被检测发现存在严重安全漏洞，入侵者可利用该漏洞进行电费欺诈，甚至关闭电路系统。n医疗健康领域，早在2007年时任美国副总统迪克切尼心脏病发作，调查部门怀疑缘于他的心脏除颤器无线连接功能遭暗杀者利用n工业
18、物联网领域，安全攻击事件则危害更大，2018年台积电生产基地被攻击事件、2017年的勒索病毒事件、2015年的乌克兰大规模停电事件。59隐私泄露将会直接影响终端用户n通过对燃气表、电表用量计算，可以精准计算出房屋内是否有人居住，居住人数n通过观察智能电表的细粒度的仪表读数来推断出住户的特定的活动或行为模式n在手机终端中，通过公共 WIFI 可以判断用户位置，也可以窃取密码和隐私信息n2015至今国内外发生多起智能玩具、智能手表等漏洞攻击事件，超百万家庭和儿童信息、对话录音信息、行动轨迹信息等被泄露60可远程控制的智能设备风险n智能家居设备中摄像头的不当配置(缺省密码)与设备固件层面的安全漏洞可
19、能导致摄像头被入侵，进而引发摄像头采集的视频隐私遭到泄露。n2017 年 8 月，浙江某地警方破获一个在网上制作和传播家庭摄像头破解入侵软件的犯罪团伙，查获被破解入侵家庭摄像头 IP 近万个61攻击ATM等物联网设备n2010年的时候，西雅图IOActive公司的安全测试总监Barnaby Jack演示了如何破解ATM取款机。让取款机自动吐出一堆钞票的演示62智能家居系统威胁人身安全n窃贼可以通过控制智能门锁进行盗窃活动n纵火犯可以通过控制智能烤箱致使受害者遭受火灾威胁n攻击智能灯泡可以窃取用户隐私n控制智能灯泡发光的颜色、强度和频率，诱发患有光敏性癫痫病的人癫痫发作n便携式胰岛素泵被黑客远程
20、控制，黑客可以通过控制注射计量威胁使用者的生命安全；n针对智能电视的勒索病毒事件；获取敏感视频敲诈。63认证机制的缺失会对用户安全与隐私造成极大危害n电视里播放的汉堡王广告可以触发Google Home音箱的语音控制指令，使其访问维基百科网页；n卡通动画南方公园可以触发AmazonEcho，使其访问Amazon商城并自动填满用户购物车；n甚至，攻击者可以通过将恶意语音命令嵌入歌曲中完全控制用户的语音助手或智能音箱64人们与智能音箱进行语音交互n可以点播歌曲、上网购物，还可以对智能家居设备进行控制，比如打开窗帘、打开电灯、设置冰箱温度等，其已经成为与移动App并驾齐驱的智能家居控制中心n一旦攻破
21、智能音箱，攻击者可以完全控制家庭中所有智能家居设备65语音识别以及智能音箱的安全与隐私问题n使用人耳无法听到的超声波指令攻击智能音箱的语音识别系统，从而能够使用任意命令完全控制音箱；n将控制指令嵌入到歌曲中，构造成恶意的对抗样本欺骗语音识别系统，从而控制智能音箱66声音攻击nBlack Hat上，阿里巴巴安全部门的研究人员展示了如何用声音攻击智能设备。这个盒子能够发出超声波，将这个盒子靠近电子设备，就能让其停止工作处于瘫痪状态，其中就包括大疆无人机、iPhone、小米平衡车等67“GPS欺骗”可攻击自动驾驶汽车n“GPS欺骗”扰乱自动驾驶汽车定位，通过对搭载GPS传感器的终端发送虚假信号的攻击
22、方式在智能手机、无人机、游艇、特斯拉汽车上68仅凭贴纸就能扰乱自动驾驶汽车n识别错误，将停止的路标误判为限速标志。69可穿戴设备中传感器n传感器收集的身体活动水平信息与无线信道的变化密切相关，而无线信道的变化恰好可以通过测量被窃听帧的信号强度来捕获，因而佩戴者的身体活动信息通过物理层泄露给窃听者。n通过分析 Nest恒温器及烟雾二氧化碳检测器的网络流量信息获取家中的敏感信息。n攻击者可以根据加密视频流的流量大小数据来容易地推断用户的日常生活的基本活动。70IoT僵尸网络n发动DDoS攻击、发送垃圾邮件、让物联网设备成为“比特币挖矿奴隶”n如黑客曾利用Mirai的僵尸网络发动了规模巨大的DDoS攻击，让包括Twitter和CNN在内的许多网站都陷入了瘫痪。71感知终端或节点处于不安全物理环境n有可能被偷盗，非法位置移动、人为破坏以及自然环境引发的威胁，可能造成感知终端或节点的丢失、位置移动或无法工作72执行冲突n智能家居场景中部署了 2 条服务，分别为“如果检测到烟雾，则打开水阀”和“如果检测到漏水，则关闭水阀”，当厨房发生火灾时，烟雾传感器命令水阀打开，同时开启屋顶喷水器（第一条服务生效），但是漏水传感器检测到水流后命令水阀关闭（第二条服务生效），最终这种冲突将导致自动灭火的规则失效，引起人身财产损失。
