物联网初步认识与关键技术研究.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Company Logo,*,单击此处编辑母版标题样式,智慧生活无处不在,感知“物联网”,XXX,计算机应用技术,绪论,“每一次大危机，都会催生一些新技术，而新技术也是使经济，特别是工业走出危机的巨大推动力。”工业和信息化部总工程师,朱宏任,8,月,26,日在中国工业经济运行,2009,年夏季报告会上如是表示。,物联网,正是这样一种新技术，掀起了继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业新浪潮，,近来受到业界的广泛关注,。,Company Logo,课题概要,5,展望,4,物联网存在的问题分析,3,物联网发展前景及应用,2,物联网关键技术分析,1,物联网概述,Company Logo,1,物联网概述,如果说互联网缩短了人与人之间的距离，那么即将到来的,物联网,的时代更将逐渐消除人与物之间的隔阂,，,人与物,、,物与物,的对话将得以实现。,Company Logo,1.1,物联网的提出,1995,年比尔盖茨在其,未来之路,一书中已提及物联网概念。,“EPC,物联网”：,1999,年由美国麻省理工学院,(,MIT,)Auto _ ID,中心提出了,EPC(,Electronic Product Code,电子产品码,),的概念。人们将按照特定的数据格式,将每一件物品赋予一个惟一的编号,这个编号就是,EPC,。而电子标签是这一编号的载体。基于互联网和射频技术的,EPC,系统,即,实物物联网,(,简称,物联网,),是在计算机互联网的基础上,利用,RFID(,射频识别,),、无线数据通信等技术,构造了一个实现全球物品信息实时共享的“,Internet of things,”,。,Company Logo,1.2,物联网的概念,“物联网概念”是在“,互联网,概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。,物联网到现在为止还没有约定俗成的公认的概念，,但目前用的最广的一个定义是：,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，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。,Company Logo,中科院软件所研究员、中国计算机学会传感器网络专业委员副主任,孙利民,也给出了自己的理解：,全面信息感知和获取、无缝互联与协同、高度智能化的新型网络形态。,Company Logo,早期的物联网（,EPC,物联网）,=,射频识别（,RFID,等）,+Internet,目前的物联网,=,传感网,+,通信网,+,应用系统,理想（将来）的物联网,=,带,IP,的任何物,+Internet,Company Logo,1.3,物联网的特征,全面感知,利用RFID传感器、,二维码,等能够随时随地采集物体的动态信息。,可靠传递,通过网络将感知的各种信息进行实时传送,。,智能处理,利用计算机技术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通。,Company Logo,2,物联网关键技术分析,物联网是多学科性质的,物联网,感知层：得到状态信号（模拟信号或数字信号），涉及到传感器芯片及技术、射频识别（,RFID,）技术、二维码、条形码、,MEMS,（,Micro-Electro-Mechanical Systems,，微机电系统,）等。,网络层：连接感知信号与应用系统桥梁，涉及到通信技术（有线通信和无线通信）、互联网技术等。,应用层：,普遍与感知终端关系密切，主导应用层的解决方案，往往是由感应终端厂商提供的，涉及到中间件系统、人工智能、数据处理与分析、智能算法等。,Company Logo,物联网架构示意图,Company Logo,本章重点,2.1,传感器简介,2.2,通信方式综述,2.3 RFID,技术,2.4 EPC,物联网系统,2.5 M2M,简述,2.6,其他技术,Company Logo,2.1,传感器简介,传感器定义,能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成,。,传感器组成,敏感元件,转换元件,信号调节与转换电路,中间量,电量,被测量,电信号,Company Logo,2.2,通信方式综述,有线通信,总线技术通信，如,RS485,总线、,USB,总线、现场总线、,CAN,总线等；,RJ45,（网口）接口通信，如双绞线；,同轴电缆通信,光纤通信,有线电话网通信,有线电视网通信,Company Logo,无线通信,短距离无线通信，如,NFC,（,Near Field Communication,）、,RFID,、,WAPI(,无线局域网鉴别和保密基础结构,),、,WiFi,、,WiGig,、,802.15,系列（蓝牙、,HomeRF,、,IRDA,、,UWB,、,ZigBee,）、,DSRC,（,Dedicated,ShortRange,Communication,，专用短程通信）、,IEEE 1451,（网络化智能传感器标准）等；,移动通信，如,GSM,、,GPRS,、,USSD,(,非结构化补充数据业务，如,*,125*100#,),、,CDMA,、,EDGE,、,3G,（,TD-SCDMA,、,CDMA2000,、,WCDMA,）、,4G,（,TD-LTE,）等；,卫星通信,其他通信方式，如,WiMax(802.16,，全球微波互联接入,),Company Logo,Global Wireless Standards,IEEE 802.15 Bluetooth,、,Zigbee,、,UWB,HomeRF,、,IRDA,WMAN,20 km,WLAN,100 m,WPAN,10 m,ETSI,HiperPAN,IEEE 802.11 Wireless LAN,ETSI,HiperLAN,IEEE 802.16,WirelessMAN,ETSI,HiperMAN,HIPERACCESS,IEEE 802.20,(proposed),3GPP,GSM/EDGE,WCDMA,TD-SCDMA,3GPP2,CDMA2000,1xEV/DO/DV,Company Logo,2.3 RFID,技术,RFID,定义,RFID,（,Radio Frequency Identification,）即射频识别技术，俗称电子标签，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、登记、储存和管理。,RFID,系统组成,电子标签：由芯片和标签天线或线圈组成，通过,电感耦合,或,电磁反射原理,与读写器进行通信；,读写器：读取,(,在读写卡中还可以写入,),标签信息的设备；,天线：可以内置在读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器天线接口相连。,Company Logo,RFID,标签工作原理,电感耦合,电磁反向散射耦合,Company Logo,RFID,系统工作原理,读写器,通过,发射,天线发送一定频率的,射频信号,；,当,电子标签,进入发射天线工作区域时,产生感应电流,，它获得能量被,激活,，并将,自身编码,等信息通过卡内置发送天线,发送,出去；,系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，,读写器,对接收的信号进行,解调和解码,然后送到,后台主系统,进行相关处理；,主系统根据逻辑运算判断该卡的,合法性,，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制,执行,机构动作。,Company Logo,RFID,电子标签容量,一维条形码的容量常为十几字节，最大可达,50B,，二维条形码最大容量达,3000B,，,RFID,电子标签使用集成电路存储器，最大可达,数兆,字节，一般为,256B2KB,。,RFID,系统防碰撞方法,信道竞争问题；,传统的解决方法：空分多址（,SDMA,）、频分多址（,FDMA,）、码分多址（,CDMA,）和时分多址（,TDMA,）。,在,RFID,无源标签,系统中，目前广泛使用的防碰撞算法大都是基于,TDMA,，比较经典的两类基本方法是：基于,Aloha,算法,（纯,Aloha,和时隙,Aloha,）和基于,树形防碰撞算法,（二进制搜索（,BS,）算法和询问树（,QT,）算法）。,Company Logo,RFID,的典型应用有：第二代身份证、非接触式,IC,卡等。,Company Logo,2.4 EPC,物联网系统,EPC,物联网系统的思想,是为每一个商品提供惟一的号码,EPC,（电子产品码）。,EPC,采用一组编号来代表制造商及产品，不同的是,EPC,还用另外一组数字来惟一标识单品。,EPC,是惟一存储在,RFID,标签微型芯片中的信息，这样可使得,RFID,标签能够维持低廉的成本并保持灵活性，使在数据库中无数的动态数据能够与,EPC,标签相连接。,Company Logo,EPC,系统结构,EPC,系统是一个非常先进的、综合性的复杂系统，其最终目标是为每一单品建立全球的、开放的标识,标准,。它由全球产品电子代码（,EPC,）的编码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分组成，主要包括,六个方面,，如下所示。,Company Logo,EPC,编码类型,目前，,EPC,代码有,64,位、,96,位和,256,位,3,种。为了保证所有物品都有一个,EPC,代码并使其载体,标签成本尽可能降低，建议采用,96,位，这样其数目可以为,2.68,亿个公司提供惟一标识，每个生产厂商可以有,1600,万个对象种类并且每个对象种类可以有,680,亿,个序列号，这对未来世界所有产品已经非常够用了。,EPC-96,编码规范,Company Logo,EPC,编码标准,目前全球主要有,EPCglobal,、,ISO/IEC,、,UID,、,AIM,、,IP-X,五大,标准组织，分别代表了国际上不同组织或国家的利益，其中,EPCglobal,势力最为强大，它采用的是,EPC-96,型编码规范。,对象名称解析服务,(ONS),ONS,是一个自动的网络服务系统，类似于域名解析服务,(DNS),ONS,给,EPC,中间件指明了存储产品相关信息的服务器。,因此，可以使整个,EPC,网络以因特网为依托，迅速架构并顺利延伸到世界各地。,Company Logo,EPC,中间件,EPC,中间件具有一系列特定属性的“,程序模块,”或“,服务,”，并被用户集成以满足他们的特定需求，,EPC,中间件以前被称为,SAVANT,。,EPC,中间件是加工和处理来自读写器的所有信息和事件流的软件，,是连接读写器和企业应用程序的纽带，主要任务是在将数据送往企业应用程序之前进行标签数据校对、读写器协调、数据传送、数据存储和任务管理。,EPC,信息服务,(EPC IS),EPC IS,提供了一个模块化、可扩展的数据和服务的,接口,，使得,EPC,的相关数据可以在企业内部或者企业之间共享。,Company Logo,EPC,中间件及其应用程序通讯,Company Logo,EPC,系统工作流程,PML,：,Physical Markup Language,，物理标示语言，,PML,核心,提供通用的标准词汇,表来分配直接由,Auto-ID,的基础结构获得的信息，如位置、组成以及其他遥感勘测的信息。,Company Logo,2.5 M2M,简述,M2M,相关概念,在通信行业，有一种类似物联网性质的技术,M2M,技术；,狭义的,M2M,是指：,机器与机器,(Machine to Machine),之间的通信；,广义的,M2M,是指：,机器与机器,(Machine to Machine),、,人与人,(Man to Man),、人与机器,(Man to Machine),之间的通信；,M2M,是一种理念，也是所有增强机器设备通信和网络能力的技术的总称。,M2M,技术的目标就是使所有机器设备都具备连网和通信能力，,其,核心理念,就是,网络一切,（,Network Everything,）。,Company Logo,M2M,技术重点,目前,M2M,主要基于成熟的移动通信网络，通过,GPRS,、,EDGE,、,3G/HSPA,分组数据方式或者,SMS,（,Short Messaging Service,）、,USSD,等基础链路方式进行数据传输和交换；,M2M,平台与终端接口规范，即,WMMP,协议，是为实现行业终端与,M2M,平台数据通信过程而设计。协议建立在,UDP,协议之上，效率高，流量小，节省网络带宽资源；,M2M,涉及到,5,个重要的技术部分：机器、,M2M,硬件、通信网络、中间件、应用。,Company Logo,M2M,技术发展情况,当前,M2M,技术已经在欧洲、韩国和日本,实现商用,，主要应用在,安全监测,、机械服务和维修业务、公共交通系统、车队管理、,工业自动化,、城市信息化等领域；,中国政府已将,M2M,相关产业正式纳入国家,信息产业科技发展十一五规划及,2020,年中长期规划纲要十一五规划,重点扶持项目；,国内三大运营商充分利用其优势，纷纷推出自己的,M2M,产品。,中国移动部分,M2M,产品,Company Logo,2.6,其他技术,云计算,广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是,IT,和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务；,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；,云计算在物联网的大型数据数量上发挥着非常重要的作用。,Company Logo,2.6,其他技术,手机二维码,手机二维码是,二维码技术,在手机上的应用。手机二维码的应用有两种：一种为,被读,，称为条码凭证或者电子回执；一种为,主读,，称为条码识别。,Company Logo,网达网,“网达网”是连接货源与运力的公共平台，它基于互联网的设计思路、通过对短信平台、,GPS,定位、智能配对、网上支付、网上保险等技术的全面整合和创新，从而实现了,公路物流资源,有效整合和自动化管理。,2009,年,8,月,11,日,Company Logo,3,物联网发展前景及应用,发展前景,物联网已经进入实践和发展阶段；,2008,年,11,月,IBM,提出“智慧地球”；,2009,年,1,月美国总统,奥巴马,将“智慧地球”提升到国家战略的高度；,2009,年,8,月,7,日,温家宝,总理在无锡考察时提出要尽快建立中国的传感信息中心或者叫“感知中国”中心；,2009,年,10,月,中国的第一颗,物联网的中国芯,“,唐芯一号,”芯片研制成功，中国已经攻克了物联网的核心技术。,中国,与,德国,、,美国,、,韩国,一起，成为国际标准制定的主导国之一，旨在掌握“物联网”的世界话语权；,国内三大运营商都高调进军物联网市场；,政府大力支持，各省均有投重资发展物联网；,各个物联网研究中心纷纷与高校加强研究合作；,物联网的前景就如同几十年前刚刚兴起局域网一样，谁也不敢肯定之后局域网会发展成现在的互联网。,Company Logo,应用,深入各行各业,智能交通,智能电网,智能监控,远程医疗,智能城市,环境保护,政府工作,公共安全,追踪与物品管理（,GPSONE,）,Company Logo,4,物联网存在的问题分析,标准不统一,安全（设备、通信、云计算）,政策和法律,寻址问题,芯片,功耗,成本,环境污染,数据挖掘技术,协议众多及兼容问题,运营模式,不清晰，,整合困难,Company Logo,展望,理性对待,自主标准,发展技术,形成产业,Company Logo,附录,有关物联网技术的网站,EPCglobal,China,Logo,superww058,Thank You!,