物联网应用开发第1章-概述课件.ppt

1、目录目录物联网简介应用领域及应用案例关键技术2嵌入式系统应用13就业前景41.1 物联网简介物联网简介v 物联网（The Internet of things）就是物物相连的互联网。v 有两层意思：其一，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；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。v 物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。1.1.1 物联网的发展物联网的发展v物联网三个发展阶段2000年后，美国、年后，美国、日本、韩国、中

2、日本、韩国、中国、欧盟都先后国、欧盟都先后确定了自己国家确定了自己国家发展物联网的计发展物联网的计划，让民众可以划，让民众可以随时随地享有科随时随地享有科技智慧的服务。技智慧的服务。今天，物联网被今天，物联网被称为称为世界信息产世界信息产业的第三次浪潮业的第三次浪潮，融合了各个行业融合了各个行业的新型技术，成的新型技术，成为了经济发展的为了经济发展的重要驱动力。重要驱动力。20世纪世纪90年代，年代，美国提出物联网美国提出物联网的概念，但早期的概念，但早期的物联网仅仅是的物联网仅仅是依托射频识别依托射频识别（RFID）技术）技术的物流网络。的物流网络。1.1.2 物联网的定义物联网的定义1、最

3、初定义 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，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络即“物物相连的互联网”。2、校企联盟观点 一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。1.1.2 物联网的定义物联网的定义3、国际电信联盟观点 对物联网所做定义同最初定义相同，认为物联网主要解决物品与物品(Thing to Thing，T2T)，人与物品(Human to Thing,H2T)，人与人(Human to Human,H2H)之间的互连

4、。4、两化（信息化与工业化）融合角度 物联网是信息化的深化应用，可以应用在不同工业行业中促进工业化和信息化的融合，主要体现在信息技术与工业技术融合，提高工业水平；与工业研发生产融合，提升产品创新能力；与经营管理融合，优化企业核心竞争力；工业化也将带动支持信息化，与基于物联网的信息产业融合催生现代产业体系。5、物联网智库观点 物联网就是各行各业的智能化。1.1.3 物联网的特点物联网的特点和传统的互联网相比，物联网的特征：v是各种感知技术的广泛应用 物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源v是一种建立在互联网上的泛在网络 物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和

5、无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。v能够对物体实施智能控制 从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。v不受限时间和场合 提供不拘泥于任何场合，任何时间的应用场景与用户的自由互动1.1.3 物联网的特点物联网的特点其应用有如下特点：v 实时性其前端感知设备获取实时产生的信息，这些信息及时通过网络层 传输至用户控制终端，从而完成相应的实时监测及反馈控制操作。v 精细化感知设备获取的过程信息（温、湿度等慢量变化，结构应力等可能发生突变的物理量等）可以确保信息的准确性；也可以为进一步进行精细的数据分析处理提供良好

6、的基础，有助于进行相应有效的改善。v 智能化可实现自动采集、处理信息、自动控制的功能。v 多样化应用领域多样化、应用构架多样化。v 包容性将众多行业及领域整合在一起，为众多行业及企业提供了巨大的市场和无限机会。v 创新性是一次颠覆性、创新性的信息技术革命。1.1.3 物联网的特点物联网的特点“物”的涵义这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：要有数据传输通路；要有一定的存储功能；要有CPU；要有操作系统；要有专门的应用程序；遵循物联网的通信协议；在世界网络中有可被识别的唯一编号。1.1.4 物联网的分类物联网的分类目前物联网还没有严格定型的分类标准。出现了以下一些分类：v私有物

7、联网：一般面向单一机构内部提供服务；v公有物联网：基于互联网向公众或大型用户群体提供服务；v社区物联网：向一个关联的“社区”或机构群体（如一个城市政府下属的各委办局：如公安局、交通局、环保局、城管局等）提供服务；v混合物联网：是上述的两种或以上的物联网的组合，但后台有统一运维实体；v医学物联网：是将物联网技术应用于医疗、健康管理、老年健康照护等领域；v建筑物联网：是将物联网技术应用于路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控等领域。1.1.5 物联网体系结构物联网体系结构v物联网大致被公认为有三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面内容则是应用层。1物

8、联网体系架构1.1.5 物联网体系结构物联网体系结构1、感知层感知层是物联网发展和应用的基础，RFID 技术、传感和控制技术、短距离无线通讯技术是感知层涉及的主要技术。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。对于目前关注和应用较多的RFID 网络来说，张贴安装在设备上的RFID 标签和用来识别RFID 信息的扫描仪、感应器属于物联网的感知层。在这一类物联网中被检测的信息是RFID 标签内容，高速公路不停车收费系统、超市仓储管理系统等都是基于这一类结构的物联网。物联网感知层结构 R

9、FID 感应方式1.1.5 物联网体系结构物联网体系结构用于战场环境信息收集的智能微尘（Smart Dust）网络，感知层由智能传感节点和接入网关组成，智能节点感知信息（温度、湿度、图像等），并自行组网传递到上层网关接入点，由网关将收集到的感应信息通过网络层提交到后台处理。环境监控、污染监控等应用是基于这一类结构的物联网。物联网感知层结构 自组网多跳方式1.1.5 物联网体系结构物联网体系结构2、网络层物联网的网络层将建立在现有的移动通讯网和互联网基础上。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢

10、和大脑。物联网通过各种接入设备与移动通讯网和互联网相连，如手机付费系统中由刷卡设备将内置手机的RFID信息采集上传到互联网，网络层完成后台鉴权认证并从银行网络划帐。网络层也包括信息存储查询，网络管理等功能。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术。云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台，将是物联网网络层的重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。1.1.5 物联网体系结构物联网体系结构3、应用层应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层

11、是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。物联网应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。应用层是物联网发展的目的，软件开发、智能控制技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。各种行业和家庭应用的开发将会推动物联网的普及，也给整个物联网产业链带来利润。物联网应用监控型控制型查询型扫描型物流监控污染监控智能检索远程抄表智能交通智能家居路灯控制手机钱包高速公路不停车收费1.1.5 物联网体系结构物联网体系结构目前已经有不少物联网范畴的应用，譬如通过一种感应器感应到某个物体触发信息，然后按设定通过网络完成一系列动作。当你

12、早上拿车钥匙出门上班，在电脑旁待命的感应器检测到之后就会通过互联网络自动发起一系列事件：通过短信或者喇叭自动报今天的天气，在电脑上显示快捷通畅的开车路径并估算路上所花时间，同时通过短信或者即时聊天工具告知你的同事你将马上到达.（violet 公司的Mir:ror 就是类似于上述应用的产品）。又譬如已经投入试点运营的高速公路不停车收费系统，基于RFID 的手机钱包付费应用等。1.2 应用领域及应用案例应用领域及应用案例物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面，因此，“物联网”被称为是继计算机和互联网之后的第三次信息技术革命。信息时代，物联网无处不在。由于物联网具有实时性和交互性的特点，因此

13、，物联网的应用领域主要有如下：例子物流管理：通过在物流商品中植入传感芯片（节点），供应链上的购买、生产制造、包装装卸、堆栈、运输、配送分销、出售、服务每个环节都能无误地被感知和掌握。这些感知信息与后台的GISGPS数据库无缝结合，成为强大的物流信息网络。1.2 应用领域及应用案例应用领域及应用案例 应用 案例1.安防入侵系统2.路灯控制系统3.手机物联4.门禁系统5.与云计算的结合6.与TD结合7.与移动互联结合8.与指挥中心的结合9.溯源系统例子1、上海浦东国际机场防入侵系统：系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。2、与移动互

14、联结合：物联网的应用在与移动互联相结合后，发挥了巨大的作用。智能家居使得物联网的应用更加生活化，具有网络远程控制、摇控器控制、触摸开关控制、自动报警和自动定时等功能，普通电工即可安装，变更扩展和维护非常容易，开关面板颜色多样，图案个性，给每一个家庭带来不一样的生活体验。1.3 关键技术关键技术v 在物联网应用中主要有八项关键技术：1.传感器技术传感器技术2.RFID标签标签3.嵌入式系统技术嵌入式系统技术4.计算机网络技术计算机网络技术5.移动通信技术移动通信技术6.智能控制和智能数据处理技术智能控制和智能数据处理技术7.位置服务技术位置服务技术8.信息安全技术信息安全技术 1.3.1 传感器

15、技术传感器技术到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号，因此，计算机需要传感器把模拟信号转换成数字信号才能处理。具体地说，传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。传感器种类及品种繁多，原理也各式各样。实际应用中，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性

16、能稳定，数据可靠，经久耐用。1.3.2 RFID标签标签射频识别，RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID也是一种传感器技术，融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，是一种非接触式的自动识别技术。标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个RFID标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，俗称电子标签或智能标签。RFID工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片

17、中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。1.3.2 RFID标签标签RFID在自动识别、物品物流管理方面有着广阔的应用前景，RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签。短距离射频识别产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距射频识别产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。1在零售业中，条形码技术的运用使得数以万计的商品种类、价格、产地、批次、货架、库存、

18、销售等各环节被管理得井然有序2采用车辆自动识别技术，使得路桥、停车场等收费场所避免了车辆排队通关现象，减少了时间浪费，从而极大地提高了交通运输效率及交通运输设施的通行能力3在自动化的生产流水线上，整个产品生产流程的各个环节均被置于严密的监控和管理之下4在粉尘、污染、寒冷、炎热等恶劣环境中，远距离射频识别技术的运用改善了卡车司机必须下车办理手续的不便5在公交车的运行管理中，自动识别系统准确地记录着车辆在沿线各站点的到发站时刻，为车辆调度及全程运行管理提供实时可靠的信息。6.在设备管理中，RFID自动识别系统可以将设备的具体位置与RFID读取器做绑定，当设备移动出了指定读取器的位置时，记录其过程。

19、例子1.3.3 嵌入式系统技术嵌入式系统技术物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制，这就是嵌入式系统所能做到的。如果把物联网和人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。嵌入式系统技术嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见，小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。随着医疗电子、智能家居、物

20、流管理和电力控制等方面的不断风靡，嵌入式系统在已经成熟的平台和产品基础上与应用传感单元的结合，扩展物联和感知的支持能力，发掘某种领域物联网应用。1.3.4 计算机网络技术计算机网络技术计算机网络技术是通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机网络是指将地理位置不同的多台自治计算机系统及其外部网络，通过通信介质互联，在网络操作系统和网络管理软件及通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的系统。它是按照网络协议，将地球上分散的、独立的计算机相互连接的集合。连接介质可以是电缆、双绞线、光纤、微波、载波或通信卫星。计算机网络具有共享硬件、软件和数据资源的功能，具有对共享数据资源集中处理及管理和维护

21、的能力。1.3.5 移动通信技术移动通信技术移动通信(Mobile communication)是通信双方有一方或两方处于运动中的通信。包括陆、海、空移动通信。即：移动通信是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人，也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。移动通信采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频。移动通信系统由移动台、基台、移动交换局组成。若要同某移动台通信，移动交换局通过各基台向全网发出呼叫，被叫台收到后发出应答信号，移动交换局收到应答后分配一个信道给该移动台并从此话路信道中传送一信令使其振铃。20年前，我国开始引入移动通信技术；20年间，我国

22、的移动通信产业经历了从无到有、从小到大、从弱到强的艰苦历程。在经过这飞速发展的20年后，我国移动通信已经形成了完整的产业链，成为世界上移动用户最多的国家。而推动这一切的，正是移动通信技术FreeEIM不断的发展。纵观我国移动通信技术的演进，可以分为三个时期：模拟时期、数字时期和数据时期。1.3.6 智能控制和智能数据处理技术智能控制和智能数据处理技术智能控制（Intelligent controls）是在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。控制理论发展至今已有100多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”

23、阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。1.3.6 智能控制和智能数据处理技术智能控制和智能数据处理技术智能数据处理（Intelligent data processing）以数据分析为主线，旨在利用模糊集、粗糙集、遗传算法和机器学习等不确定人工智能方法分析数据间的依赖关系、概率因果关系、数据分类与聚类，并用于决策、对策及融合分析。智能数据处理包含的方面很多，比如数据格式与标准化、信息融合技术、中间件与应用

24、软件编程技术、海量数据存储与搜索技术、数据挖掘与知识发现算法等等。这些技术在物联网的发展中起着极其重要的作用。1.3.7 位置服务技术位置服务技术位置服务（LBS，Location Based Services）又称定位服务，LBS是由移动通信网络和卫星定位系统结合在一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术获得移动终端的位置信息（如经纬度坐标数据），提供给移动用户本人或他人以及通信系统，实现各种与位置相关的业务。关于位置服务的定义有很多：1994年，美国学者Schilit首先提出了位置服务的三大目标，你在哪里(空间信息)、你和谁在一起(社会信息)、附近有什么资源(信息查询)，这也成为了LBS最

25、基础的内容；2004年，学者Reichenbacher将用户使用LBS的服务归纳为五类，定位(个人位置定位)、导航(路径导航)、查询(查询某个人或某个对象)、识别(识别某个人或对象)、事件检查(当出现特殊情况下向相关机构发送带求救或查询的个人位置信息)。由此可见，位置服务实质上是一种概念较为宽泛且与空间位置有关的新型服务业务。1.3.8 信息安全技术信息安全技术随着信息技术的快速发展，信息安全的内涵也在不断延伸。在互联网与物联网发展的大背景下，我们可将信息安全信息安全理解为：在既定的安全密级的条件下，信息系统抵御意外事件或恶意行为的能力，这些事件和行为将危及所存储、处理或传输的数据，以及经由这

26、些系统所提供服务的可用性、机密性、完整性、不可否认性和可控性。1.3.8 信息安全技术信息安全技术v 可用性：指尽管存在可能的突发事件（如停电、自然灾害、事故或攻击等），计算机网络仍然可以处于正常运转状态，用户可以使用各种网络服务。v 机密性：指保证网络中的数据不被非法截获或被非授权用户访问，保护敏感数据和涉及个人隐私信息的安全。v 完整性：指保证在网络中传输、存储的完整，数据没有被修改、插入或删除。v 不可否认性：指确认通信参与者的身份真实性，防止对已发送或已接收的信息否认现象的出现。v 可控性：指能够控制与限定网络用户对主机系统、网络服务与网络信息资源的访问和使用，防止非授权用户读取、写入

27、、删除数据。1.4 就业前景就业前景“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。物联网注定要催化中国乃至世界生产力的变革。在信息产业的发展过程中，前信息产业主要应用在媒体、游戏、娱乐、电子商务领域等第三产业中，而物联网作为最新的网络技术，将会进一步对农业、工业这样的第一产业、第二产业发展发挥重大的推动作用。即互联网时代带动更多的是第三产业的发展，而物联网的兴起将联动第一、第二产业。现阶段物联网有希望成为加快转变经济发展方式的突破口。如果我国能够在三网融合、物联网、云计算等方面加快发展，将带来以信息化为标志的新一次战略机遇通过信息化带动工业、农业、医疗、安全等基础产业发生翻天覆地的变化。1.4 就业前景就业前景业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。物联网产业的迅速发展，使得相关产业人才备受关注。Thank You!