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物联网概述 物联网导论本章内容“起源与发展1.2 核心技术1.3 主要特点1.4 应用前景什么是物联网?1历史进程智慧地球”;1995剧p&a物联网的基本思想出现于20世纪90年代tes未来之路物物互联 I biiU短1电信联盟ITU互联网报告2005：物联网，指出 物联网”通信时代即将来临ROAD pThe Internet of Thingsf感知中，L1历史进程：主线复杂，来源不单一RFID1999年，美国麻省理工学院(MIT)Auto-ID中心，提出EPC系统及物联 网概念普适计算(Pervasive Computing)感知与互联嵌入式系统20世纪90年代末，传感网起步 _2006年，NSF workshop on CPS(Cyber-Physical Systems)信息-物理融合系 统q什么是物联网？概念的提出In computing,the Internet of Things refers to a network of objects,such as household appliances.It is often a self-configuring wireless network.The concept of the internet of things is attributed to the original Auto-ID Center;founded in 1999 and based at the time in MIT.物联网实际是中国人的发明，整合了美国CPS(Cyber-Physical Systems)欧盟loT(Internet of Things)和日本U-Japan等概念。是一个基于互联网、传统电信网等信息载体,让所有能被独立寻址的普通物理对象实现互联 互通的网络。普通对象设备化,自治终端互联化和普适服务智能 化是其三个重要特征。本章内容1.1起源与发展1.2核心技术1.3主要特点1.4应用前景根据信息生成、传输、识别层、网络构建层、L2核心技术：感知识别层 核心技术L2核心技术：感知识别层,让物品“开口说话、发布信息”信息世界的重要一环，是物联网o物联网的“触手”是位于感知识别层的大量信息 生成设备,既包括采用自动生成方式的RFID、传蹙群N定惇系纨等左更包指采用人工生感互或电各 林智能设备，例如智能手机、PDA、多媒体播放器、上网本、笔记本电脑等等。信息生成方式多样化是物联网的重要特征之一。摩知识别屋僮于物联网四层模型的最底端，是所有 上层结构的基础。核心技术Z宗合用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层G技术举例：RFID基本组成：工业界经常将RFID系统分为标签，阅读器 和天线三大组件。工作原理：阅读器通过天线发送电子信号，标签接 收到信号后发射内部存储的标识信息，阅读器再通过 天线接收并识别标签发回的信息，最后阅读器再将识 别结果发送给主机。核心技术Z宗合用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层G 技术举例：传感器网络WSN发展历程：传感器玲无线传感器玲无线传感器网络（大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多 跳无线网络）应用举例：VigilNet:美国弗吉尼亚大学研制的用于军事监测 的系统。传感节点具有自主成网,多跳传输等特点。Mercury:美国哈佛大学研制的可穿戴的医疗监控 传感器。传感器具有设计人性化，高精度感知,连 续长期采集数据等特点。GreenOrbs（绿野千传）：森林监测传感网系统，适用于长期、大规模、自动化的环境监测任务核心技术 名宗合用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层G技术举例：定位系统位置信息拓展：所在地理位置+处在该地理位置的 时间+处在该地理位置的对象（人或设备）定位系统与技术：GPS,蜂窝基站定位，无线室内 环境定位（红外线/.超声波/蓝牙），新兴定位系统（A-GPS/无线AP/网络定位）；距离/距离差/无线信号特征物联网环境下对定位技术的挑战:/异构网络、多变环境下的精准定位,大规模应用/基于位置的服务（Location based Services）/位置信息带来的信息安全和隐私保护问题核心技术Z宗合用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层1.2核心技术：6无线广域网卜,互3G/4G 物联网无线局域网）WiFi庭1绍/勾核心技术Z宗合用层管理服务层月ZigBee Alliance 网络构建层Wireless Control That Simply Works感知识别层.联网、的核心网络厂/ZigBee/1 产.二；&线城域磷 会.专Mq 各种网络形式如何应用于物联网？互联网：IPv6扫?青了可接入网络的终端设备在数量上的限制。互联网/电信网是物联网的核心网络、平台和技术支持。无线宽带网：WiFi/WiMAX等无线色带技术覆盖范围较广，传输速度较快,为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互联手段。无线低速网：ZigBee/蓝牙/红外等低速网络协议能够适应物联网中能力 较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源等特征。移动通信网：移动通信网络将成为“全面、随时、随地”传输信息的 有效平台。高速、实时、高覆盖率、多元化处理多媒体数据，为“物品触 网”创造条件。L2核心技术：管理服务层 核心技术管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综合应用层之下，是物联网智慧的源泉。人们通常把物联网应用冠以“智能”的名称，如智能电网、智 能交通、智能物流等，其中的智慧就来自这一层。当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇聚 到管理服务层，如果不能有效地整合与利用，那无 异于入宝山而空返，望“数据的海洋”而兴叹。管理服务层网络构建层名宗合用层管理服务层解决数据如何存储（数据库与海量营保 技术）、如何检索（搜索引擎）、如何使用:数 据挖掘与机器学习）、如何不被滥用（数据安全 与隐私保护）等问题。G海量信息存储与物联网网络存储体系结构:直接附加存储（DAS）网络附加存储（NAS）.存储区域网络（SAN）困难：只能满足中等规模商业需求数据中口不仅包括计算机系统和配套设备（如通信/存储设备），还包括冗余的数据通信连接/环境控制 设备/监控设备及安全装置，是一大型的系统工程。通 过高度的安全性和可靠性提供及时持续的数据服务，为物联网应用提供良好的支持。典型的数据中心：Google/Hadoop核心技术 名宗合用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层G物联网的智慧决策核心技术需求分析：更透彻的感知要求对海量数据多维度整合与分析更深入的智能化需要普适性的数据搜索和服务名宗合用层 管理服务层 网络构建层数据挖掘技术从大量数据中获取潜在有用的且可用 人理解的模式，基本类型有关联分析，聚类分析，演化 分析等。大数据：提取潜规则应用举例:精准农业:实时监测环境数据，挖掘影响产量的重 要因素，获得产量最大化配置方式市场营销:通过数据库行销和货篮分析等方式获取 顾客购物取向和兴趣本章内容L1起源与发展L2核心技术L3主要特点1.4应用前景物联网相对于已有的各种通信和服务 用层面具有哪些特点呢？1.3物联网的主要特点感知识别普适化无所不在的感知和识别将传统上分离的物理世界和信息世界高度融合。异构设备互联化各种异构设备利用无线通信模块和协议自组成网，异构网络通过“网关”互 通互联。联网终端规模化物联网时代每一件物品均具通信功能成为网络终端，5-10年内联网终端规模 有望突破百亿。1.3物联网的主要特点（续）管理调控智能化物联网高效可靠组织大规模数据，与此同时，运筹学，机器学习，数据挖掘,专家系统等决策手段将广泛应用于各行各业。应用服务链条化以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，生产调度，节能减排，仓 储物流到产品销售，售后服务等各个环节。经济发展跨越化物联网技术有望成为从劳动密集型向知识密集型，从资源浪费型向环境友好 型国民经济发展过程中的重要动力。本章内容L1起源与发展L2核心技术1.3主要特点L4应用前景物联网丰富的内涵催生 出更加丰富的外延应用 本篇将介绍物联网的 综合应用层，通过五个典型的应用领 域呈现物联网应用多样 化、规模化和行业化的 特点。内容提要本篇内容工5智能电网16智能交通17智能物流18智能绿色建筑19环境监测智能电网有哪些特征？国家发展智能电网的方向是什 么？L F典型的电力系统组成部分智能电网的起源与发展什么是智能电网？电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生 产与消费系统。电力网络为电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分（输电、变 电和配电）O智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互 动化,具有电网自愈,用户交互,设备兼容,质量管理,系统 安全,信息集成,管理优化,资产优化,市场协调9大特征。欧美智能电网的特征美国智能电网特征凿:靠设有效也梃的预测,并做纤充份,而不仅仅是被动也反映导用户和电力 市埼具有艮好 的交互能力优化文互的调考理婚越地理协同 和姐姐边界分布的贵酬设各.信息系烧笑成电网时数修旦 有b适应与帙 艮的能力应时电网欢去4 有更高的安如H安全要测、控制、保广、推妙、谒度、后台于岳毓的全面臬成欧美智能电网的特征（续）欧洲智能电网特征/L-i、智能电网最新发展美国的智能电网主要在配网层,特别强调的是用电智能化，智能电表 系统的构建是重中之重。欧洲的智能电网主要强调分布式能源的接入,包括新能源和储能系统的使用，电力电子技术的发展是关键。中国的智能电网覆盖面更为全面，是调度、发电、输电、变电、配电、用电六大环节的整体升级。新能源发展与应用：离网应用建筑包括前述的BIPV,地源热泵,光热建筑 一体化以及节能材料在建筑领域的应用汽车主要指新能源汽车及其相关的充电站设 备市政包括太阳能照明设备，太阳能交通设施 等市政应用农业利用太阳能和风能发电采暖的离网系统利用生物质燃料的燃烧设备消费品种类繁多,包括充电器,消费电器,家 具等新能源替代设备智能电网与物联网：输变电检测与控制 长期以来我国电力系统采用定期检修方式。状态检修,即根据设备运行状态决定检修时机，可以克服定期维修的局 限性，提高检修的针对性。在线监测技术（实时检测设备运行状态）是物联网在电网系统中的重 要应用，是状态检修的基础。油色谱在线监测系统是集控制、测量分析技术于一体的精密设备。智能电网与物联网：实时电力调度 实时电网调度自动化系统是一个总称,由于各个电网的具体情况 不同，可以采用不同规格、不同档次、不同功能的电网调度自动化系 统。智能调度是物联网技术的又一重要应用。理想的智能调度与现有的调 度自动化相比有六大特点：数字化、集成化、网络化、标准化、市场化、智能化。智能电网与物联网：电网安全传感器网络作为智能电网末梢信息感知不可或缺的基础环节,在电力系统中有广阔的应用空间。传感器网络在安全监控领域的应用可以更高效的保护电网的安全。如在部署杆塔和防护线路解决线路故障问题的同时，通过在线路上配 置传感设备检测线路的实时情况保证设备安全和电到位等。15.3智能电网的未来前景更加深入的环境感知：设备嵌入包含其信息的可识别智能芯片,并利用无线/有线技术，对各设备进行联网，从而实现全面的在线监控。更加全面的信息互通：物联网技术可将供电方、输配电管理方及电 力用户有效连结，并通过互联网技术，实现电网系统中各参与者间的 信息交换与共享，使分布式电网系统成为可能。更加智能的电网建设：基于互联网技术而建设的智能电网体系，可 实现从能源接入、输配电管理、安全监控、继电保护到用户计费计量 的全过程智化网络化控制。智能电网的未来前景2010 年2015 年2020年“两纵两横”特高 压交流后续工程开 工建设，跨区直流 工程投产规模达到 1290万千瓦,配电 网建设加大投入，智能化试点工程按 期建成，关键技术 研究、设备研制和 标准制定取得新进 展以特身压为核心的 坚强国家电网初步 形成，电网的信息 化、自动化、互动 化水平明显提升，满足大规模可再生 能源接入和输送智能电能表广泛应 用，电动汽车充放 电站布局基本满足 需要形成以“三华”特 高压同步电网为受 端，东北特高压、西北750千伏电网 为送端，联接各大 煤、水、核电、大 型可再生能源基地 的电网结构特高压及跨区电网 输送能力满足各大 能源基地接入和负 荷中心用电需求本篇内容15智能电网16智能交通工7智能物流18智能绿色建筑19环境监测物流的发展历程如何？智能物流运用了哪些物联网技 术？什么是物流?物流（Logistics）是满足顾客需要为目的，从物品的源点到最终消费点,为有效的物品流通和存储，服务及相关信息而进行企划、执行和控制的 过程。物流发展阶段粗放型物流（20世纪50 70年代）系统化物流（20世纪70 80年代）电子化物流（20世纪80年代 20世纪末）物联化物流（21世纪初）粗放型物流背景：二战后世界经济迅速复苏特点：大型零售企业涌现大量生产、大量消费缺点：库存量大、效率低下、缺乏部门间配合物流发展阶段粗放型物流 系统化物流 电子化物流 物联化物流CarrefourWalmart系统化物流物流发展阶段粗放型物流起因:物流成为一门综合型科学系统化物流 电子化物流 物联化物流企业开始注重物流的成本和效益新型物流技术实时生产系统 集装箱技术新型物流业务航空快递图片来源：http:/&AWe started out with 8 planes and we covered something like 35 or 40 cities and we added each month.-Fred Smith,founder of FedEx电子化物流现代物流的开始关键技术/EDI/条形码物流发展阶段粗放型物流 系统化物流 电子化物流 物联化物流典型应用/UPS 世界港(World Port)物流发展阶段 粗放型物流电子数据交换（EDI）需求背景,统一的计算机数据格式系统化物流 电子化物流 物联化物流/无纸贸易初期标准/X12/UN/EDI FACT关键支撑/互联网仓储企业运输企业物流发展阶段 粗放型物流物联化物流现代物流面临的问题 互联互通不充分/标准难以统一、发展滞后/网络与设备的异构、信息共享不充分 感知不及时、不彻底,缺少实时感知手段/信息采集手段单一、采集的信息种类有限 缺少智慧型计算支持与服务/应用程度低/协同性不足系统化物流 电子化物流 物联化物流物流发展阶段 粗放型物流物联化物流智能物流发展契机/物联网特点系统化物流 电子化物流 物联化物流/精准化：成本最小化，零浪费/智能化：软件智能化，设备及网络智能化/协同化：资金流、物流、信息流三流合一智能物流典型应用：EPC商品物流首先需要解决的问题：我是谁？(Tagging)电子产品码 Electronic Product Code/目标：“互联网地址系统”每个物体或电子设备都有一个独立唯一的EPC Code对象名称解析系统(Object Naming Service,ONS)整个物流领域连成EPC物联网E PC物联网架构/Z Secure Internet ExchangeSelf contained Interoperability Global Track&EPC Intranets between Trace overIntranets Internet智能物流典型应用：美军的RF-ITV系统海湾战争中美军后勤部门的问题,缺乏有效准确的物流管理，效率低下/物资堆放无序，浪费严重解决方案：在运物资可视化In-Transit Asset Visibility/准确定位，减少堆积，及时递送/帮助决策，把握态势/合理供应，优化采购配给方案RF-ITV关键技术：RFID技术联合全资产可视化系统(JTAV)/RFID标签,大量运用主动式标签、传感器标签全球化读写识别设备部署架构(Global Inteirogato门nfrastructure)国际运输信息跟踪系统(International Transportation Information Tracking)本篇内容15智能电网16智能交通17智能物流18智能绿色建筑19环境监测什么是环境监测传感网？什么是环境监测物联网?环境监测的才既念环境监测宗旨:检测状态参数，跟踪质量变化，确定质量水平环境监测目标:为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法指引和质量保证。环境监测的对象:自然因素，人为因素，污染危害环境的其他因素,以及生物、生态的变化。环境监测的不同阶段:系统工程角度U.现场调查 监测计划设计 优化布点 样品采集 运送保存 分析测试 数据处理 综合评价信息技术角度-一 获取 传递 分析 综合评价环境监测的发展 基于经验的观察,由自然因素认识自然规律；/反映自然规律不全面、不准确、不客观。系统科学的监测，50年代，对污染严重地点的被动监测；，70年代，监测范围延伸为包含其他物理因素的离散测量。自动监测/电子计算机控制和辅助处理；,监测环境有广度、有频度、有深度。无线传感器网络环境监测传感网：典型应用系统部署 加州大学伯克利分校 2002年 美国大鸭岛(Great Duck Island)32个MICA节点 数据采集内容：温度、湿度、光照和大 气压力 监测目的：持续监测海燕在繁殖季节的 习性，收集相关环境数据供动物学家分 析。大鸭岛传感器网络节点和部署环境环境监测传感网：典型应用系统部署 哈佛大学 2004年 厄瓜多尔活火山周围 16个节点 19天捕捉229次地震、火山爆发和其他 地震波事件。数据采集内容：100赫兹频率持续采集 地震波和声波强度等。监测目的：对高频数据采集过程中传输 可靠性、数据验证和校准等问题的探索厄瓜多尔火山监控传感网部署环境O环境监测传感网：典型应用系统部署 瑞士巴塞尔大学、苏黎世大学与苏黎世 联邦理工学院 2006年 瑞士阿尔卑斯山 数据采集内容：气候状况、地质结构和 地表环境。监测目的：研究气候对环境造成的影响,提前预测雪崩、山体滑坡等自然灾害PermaSense系统部署环境监测传感网：模式和特征 监测过程：单向的、一维的；可完成局部的、有针对性的采集和测量；不满足深度监控、全面测量和智能化利用。环境监测传感网的基本模式和特征环境监测物联网：应用动机应用动机更透彻的感知更全面的互连互通更深入的智能化环境监测任务、作用和目标范围 扩展到更多领域，需要监测设备、感知功能、以及 信息存储和传递I方式多样化。J/X在监测的空间和时 间跨度方面，单个 独立监测系统无法 满足需求，需要更 加全面的机制来保 证信息收集的效率。_ _/分布式的网络环境 下，海量、异构、多维、动态的环境 数据需要更深入的 智能化信息管理系 统和处理机制。环境监测物联网应用：森林生态物联网 应用目标：对以森林生态为中心的地球环境进行长期大规模监测 单位：/清华大学,香港科技大学,西安交通大学,浙江农林大学 组成：,无线传感器网络/车载网/移动3G/互联网森林生态物联网：典型应用场景森林生态物联网：典型应用场景森林生态安全监测 森林生物量采样监测系统森林生态旅游导航与安全保障林业生产智能管理和城市森林规划环境监测物联网应用：Planetary Skin发起单位：思科（CISCO）公司和美国国家航空航天局 项目宗旨：应对全球气候变化的挑战，为人类提供环境信息量化评估和决策支持系统。Planetary Skin项目示意图环境监测物联网应用：Planetary Skin应用背景：资源紧缺和信息富集主导当今世界发展和社会进步 节能减排的责任和义务难以界定典型应用场景：陆上碳汇经营 食品安全 水资源管理 燃料、食品、纤维制品和饲料生产用地的冲突协调陆上碳汇经营为达到监测目标，Planetary Skin提出了一个开放式的网络平台，对碳 存储和碳流进行远程感知、测量、风险预测和持续监控，获得实时精 确数据，促进碳减排进程各方的信任与合作。监测的过程融合了从太 空到地面的多种监测系统和技术，包括地球同步卫展、无人航空器、公共监测网络以及为数众多的地面传感网监测平台。各种土地使用方式都会对水资源、土壤、生物地球化学和能源平衡、生态系统服务、食品和纤维制品供应等造成影响，Planetary Skin利用 其遍布全球的监测物联网对上述影响进行监控和量化，研究充分开发 生物可再生资源的方法，提高社会生产力的同时协调土地的不同用途 以实现可持续发展，对上述过程给予决策支持和辅助管理。工业4.0MijontLujcicrM.-物联网在工业生产上的运用！智能化原材料输送（基于RFID的溯源、定位、流程 指导）国际生产网络系统（基于云计算的标准化管理）流水线操作状况监控和支持系统（基于实时系 统的保养、更换、生产一体化）远程技术支持（基于行业专家的大数据）高效设备管理系统（最优化资源配置）工业40自动化-信息物理系统(CPS)信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)强调物 理过程与值患间的反馈 2008年美国加利福尼亚大学的LpE在其技术报告信息 物理系统：设计挑战中指出：信息物理系统是计算和 物理过程的修合集成嵌入式计算机和网络对物理过程 进行监测和控制 从自动化技术的观点,CPS是一种工程系统.由一个 嵌入在物体中的计，和通信的内核以及物理环境中的 结构所般测和控制(Karl Henrik Johansson.2011)以倍息物理生产系统CPS为模型构睢智工厂，或者依 字化工厂工业4.0工业4.0自动化信息物理系统（CPS）rs：系统中的物肝对1和相应的总税对 软通过泛在信息X雄谱行浦体%lxr：算法和时光.膘%的动态，成 和努次供商.并跨越边界避行亿总交流lwr:包括3”校缱.仿校生.文档.美系.工作条件再数据SE移通过可变值总 网络在任何地方和任何时向进行搜集算法文档 三绛模35 工艺致据CPS系统触发了工业自动化模式转变Phxscial:在生产系统中的人和自动化校收 具看自我绢释、自我W识、自我论幅.交互 评估能力工业4.0工业4.0i/工业4.0下的多模式交互 I/*Ml，体联体动作智慧工厂中的锂能装配I 2研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和智能产晶装1c工业4.0通过价值链实现横向集成工业4.0自动化-信息物理系统(CPS)生产计*1 产品，at工业4.0MijontLujcicrM.多品种、小批量、智能化产品的高精度生产是未 来经济的发展趋势 80%的制造创新基于信息通信技术 第四次工业革命将产生大量的数据流，能够被搜 集和分析用于指导高效高品质生产 基于CPS的工业辅助系统能够支持、培训智慧工厂 的下一代工人 多通道增强现实能够允许个性化的工作流程和快 速学习新产品工艺工业4.0MijontLujcicrM.不久的将来：我们吃的药是根据每个人的基因来配方的 我们的早餐可以根据个人的口味及营养需 求来调配生产 工厂生产线可以按照工人希望的时间开工 生产车间里是机器告诉机器下一步做什么如何打造一个成功的物联网应用-以新加坡eCitizen门户网站为例:相关方会议3、确立技术平台的功能二共享机制优先4、用户分类5、6、逋级焦点小组7、Iwwww二用户体验优先8、创建用户角色9、概念模型匹f,创建范例二服务质量优先交付品范例、网页、设计指南和研究报告 项目期限：四个月HaierHaier1.Why为什么？为什么一定要颠覆传统模式，并创建 互联网模式1.1 商业模式的颠覆：从分工式到分布式1.2 制造模式的颠覆：从大规模制造到大规模定制1.3 消费模式的颠覆：从产品经济琳验经济Haier1.1商业模式的颠覆：从分工式到分布式分工式亚当斯密在“国富论”中的“论分工”奠定了传统经济基础分布式互联网的零短商形成了去中心化、去中介化科层制 流水线J雄由用 资源分布分布式梅源海尔：从传统科层制到共创共嬴生态圈，从自成体系到互联网分布中的节点Haie(1.2 制造模式的颠覆：从大规模制造到大规模定制大规模制造 大规模定制以英国经 济学家李 嘉图的比 较优势理 论为基础全球化的下 一个趋势是 洲际化回迁8!为了电好地漏出用户个性化需求Haier1.3 消费模式的筋覆：从产品经济到体验经济产品经济 体验经济廖客被动接受以用户为 中心的产 消合一 用户体鸵 的迭代Haier2.How怎么做？海尔以企业“三化”的再造为转型铺路2.1 企业平台化2.2 用户个性化2.3 员工创客化了株分的I用户个性化企业平台化 7层制鬻7员工创客化Haier2.1企业平台化科展制 海尔创业生魏 并联生态圈+用户留 共瞅X生赧Haier2.2用户个性化Haier2.3员工创客化造商用留合伙人动态合伙人制自演进Haier3.3目标：自产自销到产消合一天的空闽众窃定制案例体验的可视化：产消合一,用户个性化需求在其手机上可视4Haier结束语：离开跑步机融入互联网