物联网技术与应用.ppt
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1、物联网技术与应用物联网技术与应用主 讲 人:李 玲吉林大学通信工程学院1第1章 物联网的发展2 本章教学内容1.11.1什么是物联网什么是物联网1.21.2物联网发展物联网发展现状现状1.31.3物联网前景展望物联网前景展望展现虚拟世界与现实世界发生冲突和分裂人和信息技术的关系 黑客帝国里的人们生活在计算机网络,他们的世界实际是虚拟的世界。虽然这个故事本身也是“虚拟”的,但它的背后是人们对未来计算机与网络世界的不可预知的深深的忧虑。从网络爆炸式的发展速度来看,像影片里那样“黑客帝国”式的生活也许终将到来,但不管结局如何,不可否认的是未来的发展,将几乎无一不与信息技术相关。虚拟世界来自现实世界,
2、虚拟世界本质是数字化信息空间,其目的在于服务于现实世界现实世界与虚拟世界的融合物联网的目标物联网的出现体现了虚拟世界和现实世界融合的趋势,寄托着人们利用信息技术进一步改造现实世界的希望。1.1 什么是物联网 物联网概念不是凭空杜撰出来的,也不是某物联网概念不是凭空杜撰出来的,也不是某单项新技术突破引申出来的。物联网的发展有坚单项新技术突破引申出来的。物联网的发展有坚实基础,是现代信息技术发展到一定阶段的必然实基础,是现代信息技术发展到一定阶段的必然产物,是多项现代信息技术的产物,是多项现代信息技术的殊途同归与殊途同归与聚合应聚合应用,是信息技术系统性的创新与革命。用,是信息技术系统性的创新与革
3、命。早期认识:早期认识:被认为是将每个物品打上电子标签,被认为是将每个物品打上电子标签,然后通过然后通过射频识别技术射频识别技术RFID和通信技术形成信息和通信技术形成信息网络,实现物品的网络,实现物品的智能识别、定位和监控智能识别、定位和监控。当代认识:无统一定义。当代认识:无统一定义。物联网的基本含义就物联网的基本含义就是一种虚拟数字世界和现实物理世界的融合。是一种虚拟数字世界和现实物理世界的融合。注意:注意:这种融合是这种融合是“双向的双向的”2020世纪世纪9090年代,互联网的兴起大大加强了信息的传播能力,年代,互联网的兴起大大加强了信息的传播能力,交流交流的形式不断多样化的形式不断
4、多样化,地球成为一个村落,地球成为一个村落,传统的障碍和壁垒被不传统的障碍和壁垒被不断打破断打破,空间和时间的尺度都被大大缩短。空间和时间的尺度都被大大缩短。今天,互联网包含着今天,互联网包含着海量信息,连接着数以十亿计的网络用户。海量信息,连接着数以十亿计的网络用户。然而目前,然而目前,虚拟世界的入口虚拟世界的入口主要是计算机终端,虚拟世界的活动主要是计算机终端,虚拟世界的活动方式以人为的浏览网页、收发邮件、聊天等为主。虚拟世界只是方式以人为的浏览网页、收发邮件、聊天等为主。虚拟世界只是现实世界的一个镜像,一个现实世界的一个镜像,一个存放数据的仓库存放数据的仓库。随着互联网业务的。随着互联网
5、业务的发展、通信能力的不断增强、现代社会寻找创新动力的需求出现,发展、通信能力的不断增强、现代社会寻找创新动力的需求出现,人们开始希望能够人们开始希望能够随时随地进入这个信息畅通的虚拟世界随时随地进入这个信息畅通的虚拟世界,同时,同时希望能在虚拟世界中从事更多现实世界中的活动。这种更深度的希望能在虚拟世界中从事更多现实世界中的活动。这种更深度的融合趋势催生了物联网。融合趋势催生了物联网。物联网正是因为代表了这种融合的趋势,蕴含着融合所带来的巨物联网正是因为代表了这种融合的趋势,蕴含着融合所带来的巨大创新空间,以及融合后产生的巨大价值,才成为了当下的热点,大创新空间,以及融合后产生的巨大价值,才
6、成为了当下的热点,成为了包括我国在内的多个国家的重大科技战略。成为了包括我国在内的多个国家的重大科技战略。双向是指:双向是指:第一个方向是现实世界向虚拟世界的融入第一个方向是现实世界向虚拟世界的融入通过移动通信、嵌入式等技术使得通过移动通信、嵌入式等技术使得现实世界现实世界中处处可以产中处处可以产生数字信息,生数字信息,接入接入通信通信网络网络,进入虚拟世界进入虚拟世界,完成信息的,完成信息的产生、存储、复制、共享等,使得虚拟数字世界无处无时产生、存储、复制、共享等,使得虚拟数字世界无处无时不在,我们可以称之为不在,我们可以称之为“数字世界泛在化数字世界泛在化”;第二个方向是虚拟世界向现实世界
7、的融入第二个方向是虚拟世界向现实世界的融入包括通过包括通过传感器网络、传感器网络、RFIDRFID等等技术使得现实物理世界中技术使得现实物理世界中的物体能够的物体能够可感知、可识别、可控制可感知、可识别、可控制,从而形成对物理,从而形成对物理世界的自动识别、控制、监控、管理等,为人类创造一世界的自动识别、控制、监控、管理等,为人类创造一个智能的环境,我们称之为个智能的环境,我们称之为“物理世界智能化物理世界智能化”。在在“数字世界泛在化数字世界泛在化”和和“物理世界智能化物理世界智能化”的融合过程中,物联网被赋予的融合过程中,物联网被赋予多个维度多个维度的内涵,的内涵,具有多重含义。具有多重含
8、义。为了全面了解物联网,我们从为了全面了解物联网,我们从领域领域(横向)(横向)和和层次层次(纵向)两个维度来探讨物联网的概念和(纵向)两个维度来探讨物联网的概念和定义。定义。从从领域领域的维度的维度u 物联网覆盖了信息技术和通信技术的众多领域物联网覆盖了信息技术和通信技术的众多领域包括包括RFIDRFID、传感器、互联网、嵌入式、移动通信等,、传感器、互联网、嵌入式、移动通信等,每个领域都能够从领域自身的视角给出物联网的定义。例如每个领域都能够从领域自身的视角给出物联网的定义。例如对对RFIDRFID领域来说,每一个物品上都贴电子标签,通过后台信领域来说,每一个物品上都贴电子标签,通过后台信
9、息系统构成一个借助于互联网,所有物品都能互相联系起来息系统构成一个借助于互联网,所有物品都能互相联系起来的网络就称为物联网。的网络就称为物联网。u 对互联网领域来说,物联网就是互联网的延伸,对互联网领域来说,物联网就是互联网的延伸,就是物物相连的互联网就是物物相连的互联网。u 对无线传感器网络领域来说,物联网就是一个对无线传感器网络领域来说,物联网就是一个广域的传感网广域的传感网业务和应用网络业务和应用网络:把感知网络和传输网络获取的信息进行分析和处理把感知网络和传输网络获取的信息进行分析和处理作出正确控制和决策,实现智能化管理应用和服务。作出正确控制和决策,实现智能化管理应用和服务。感知网络
10、感知网络:利用利用RFID、摄像头、传感器、摄像头、传感器、GPS等识别物体、采集信息等识别物体、采集信息传输网络传输网络:利用移动通信系统、互联网将感知层获取信息进行处理传递利用移动通信系统、互联网将感知层获取信息进行处理传递从从层次层次的维度的维度通过物联网与传感网、互联网、泛在网等相似概念的通过物联网与传感网、互联网、泛在网等相似概念的辨析进一步明晰物联网的辨析进一步明晰物联网的基本特征基本特征1 1物联网与传感网物联网与传感网传感网是物联网传感网是物联网的组成部分的组成部分u传感网传感网指由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小指由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通
11、信单元的微小节点,通过自组织方式构成的网络。一般指节点,通过自组织方式构成的网络。一般指无线传感网无线传感网WSNWSN。uWSNWSN可以使人们可以使人们在任何时间、地点和任何环境在任何时间、地点和任何环境条件下,获取大量翔实可条件下,获取大量翔实可靠的物理世界的信息。这种具有智能获取、传输和处理信息功能的无线靠的物理世界的信息。这种具有智能获取、传输和处理信息功能的无线传感器网,可以广泛应用于军事、科研、环境、交通、医疗、制造、抗传感器网,可以广泛应用于军事、科研、环境、交通、医疗、制造、抗灾、家居等领域。灾、家居等领域。u传感网的概念传感网的概念缺乏了人、物之间的相联、沟通与互动缺乏了人
12、、物之间的相联、沟通与互动,而且传感网主要,而且传感网主要采用采用“传感器传感器+近距离无线通信近距离无线通信”方式,不包含基础网络即互联网。方式,不包含基础网络即互联网。u物联网如果仅仅作为传感网,物在联网之后,只需服从控制中心的指令,物联网如果仅仅作为传感网,物在联网之后,只需服从控制中心的指令,而各系统的控制中心则是互相分离的;如果作为互联网的延伸,则可以而各系统的控制中心则是互相分离的;如果作为互联网的延伸,则可以将所有联网的系统与节点有机地连成一个整体,起到互相协同的作用。将所有联网的系统与节点有机地连成一个整体,起到互相协同的作用。2 2物联网与互联网物联网与互联网物联网是互联网的
13、延伸物联网是互联网的延伸物联网不是互联网的翻版,也不是互联网的一个接口,而是物联网不是互联网的翻版,也不是互联网的一个接口,而是互联网的一种延伸,是虚拟世界向现实世界的进一步延伸。互联网的一种延伸,是虚拟世界向现实世界的进一步延伸。物联网作为互联网的扩展,具物联网作为互联网的扩展,具备了互联网的特性备了互联网的特性,但是又进,但是又进一步地一步地增强了互联网的能力增强了互联网的能力。虚拟世界的信息量在物联网时。虚拟世界的信息量在物联网时代会急速增加,人人通信会扩展到人人、物物、人物通信。代会急速增加,人人通信会扩展到人人、物物、人物通信。互联网带动的不仅是技术革新,还有新的经济模式的出现。互联
14、网带动的不仅是技术革新,还有新的经济模式的出现。对物联网来说,可以通过对环境的感知和自动识别增加人与对物联网来说,可以通过对环境的感知和自动识别增加人与人之间的接触,从中获得更多的价值和商业机会。物联网的人之间的接触,从中获得更多的价值和商业机会。物联网的普及,不仅能够产生出新的需求,而且还能够产生新的供给,普及,不仅能够产生出新的需求,而且还能够产生新的供给,更可以让整个网络获得进一步的扩展和提高,从而创造出更更可以让整个网络获得进一步的扩展和提高,从而创造出更多更丰富的业务应用。多更丰富的业务应用。3 3物联网与泛在网物联网与泛在网泛在网是物联网发展的愿景泛在网是物联网发展的愿景物联网物联
15、网是指通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力的各种是指通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力的各种设备,获得物理世界的信息,通过网络实现信息的传输、协同和处理,设备,获得物理世界的信息,通过网络实现信息的传输、协同和处理,从而实现广域的人与物、物与物之间信息交换的互联的网络。物联网从而实现广域的人与物、物与物之间信息交换的互联的网络。物联网的几个关键环节为的几个关键环节为“感知、传输、处理感知、传输、处理”。泛在网络泛在网络也被称作无所不在的网络也被称作无所不在的网络,是为了是为了打破地域限制,打破地域限制,实现人与实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知
16、、人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务。人们可以在不意识到网络存在的情况下,随时随决策、使用等服务。人们可以在不意识到网络存在的情况下,随时随地通过适合的终端设备上网并享受服务。地通过适合的终端设备上网并享受服务。泛在网络要求尽量不改变或泛在网络要求尽量不改变或少改变现有设备及技术,通过异构网络之间的融合协同作用来实现。少改变现有设备及技术,通过异构网络之间的融合协同作用来实现。从二者的定义上来看,物联网和泛在网有很多重合的地方,都从二者的定义上来看,物联网和泛在网有很多重合的地方,都强调物强调物物之间、人物之间的通信物之间、人物之间的通信,物联网的应用
17、也有泛在化的需求和特征物联网的应用也有泛在化的需求和特征。但是从广度上来说,但是从广度上来说,泛在网络的概念反映了信息社会发展的远景和蓝泛在网络的概念反映了信息社会发展的远景和蓝图图,具有,具有比物联网更广泛的内涵比物联网更广泛的内涵。泛在网络可以认为是一个大而全的。泛在网络可以认为是一个大而全的蓝图,而物联网是目前该蓝图实施中的物联阶段。蓝图,而物联网是目前该蓝图实施中的物联阶段。综上所述,传感网是物联网的组成部分,物联网是互联网的延伸,泛综上所述,传感网是物联网的组成部分,物联网是互联网的延伸,泛在网是物联网发展的愿景。在网是物联网发展的愿景。1.2 物联网发展现状 1.2.1 物联网的起
18、源u 物联网的概念最早是从射频识别(物联网的概念最早是从射频识别(RFIDRFID)这个领域来的,)这个领域来的,在在19991999年由专门研究年由专门研究RFIDRFID技术的美国麻省理工大学技术的美国麻省理工大学Auto-IDAuto-ID中中心提出。心提出。u 2005 2005年年1111月,在突尼斯举行的信息社会世界峰会上,国月,在突尼斯举行的信息社会世界峰会上,国际电信联盟发布了际电信联盟发布了ITUITU互联网报告互联网报告20052005:物联网,提出:物联网,提出了了“物联网物联网”的概念的概念,通过包括通信技术、通过包括通信技术、RFIDRFID、传感器、传感器、机器人技
19、术、嵌入式技术和纳米技术等关键技术,用互联网机器人技术、嵌入式技术和纳米技术等关键技术,用互联网将世界上的物体都连接在一起,使世界万物都可以上网。将世界上的物体都连接在一起,使世界万物都可以上网。u 2008 2008年年1111月月IBMIBM公司从商业角度提出所谓公司从商业角度提出所谓“智慧的地球智慧的地球”(Smarter Smarter PlanetPlanet),即运用先进的信息技术构建这个新,即运用先进的信息技术构建这个新的世界运行模型的一个愿望。的世界运行模型的一个愿望。1.2.2 物联网产业发展概况1日本的“U-Japan”计划u20042004年,日本信息通信产业主管机关总务
20、省提出年,日本信息通信产业主管机关总务省提出20062006 20102010年年ITIT发展任务发展任务 u-Japanu-Japan战略。战略。u该战略该战略将将实现实现人与人人与人、物与物物与物、人与物人与物之间的连接,即之间的连接,即4U 4U(Ubiquitous(Ubiquitous,UniversalUniversal,User-orientedUser-oriented,Unique)Unique),在,在20102010年将日本建设成一个年将日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人实现随时、随地、任何物体、任何人(Anytime(Anytime,AnywhereAny
21、where,AnythingAnything,Anyone)Anyone)均可连接的均可连接的泛在网络泛在网络社会社会”。u为实现为实现u-Japanu-Japan战略,日本政府以基础设施建设和利用为核战略,日本政府以基础设施建设和利用为核心在心在3 3个方面展开部署。个方面展开部署。u一是一是泛在社会网络的基础建设泛在社会网络的基础建设,希望实现从有线到无线、,希望实现从有线到无线、从网络到终端,包括认证、数据交换在内的无缝链接泛在从网络到终端,包括认证、数据交换在内的无缝链接泛在网络环境,网络环境,100100的国民可以利用高速或超高速网络。的国民可以利用高速或超高速网络。u二是二是ICT
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