物联网-初步认识与关键技术.ppt

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感知感知“物联网物联网”智慧生活的典型缩影智慧生活的典型缩影绪绪论论v“每一次大危机，都会催生一些新技术，而新技术也是每一次大危机，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。

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工业和信息化部总工程师朱宏任朱宏任8月月26日在中日在中国工业经济运行国工业经济运行2009年夏季报告会上如是表示。

年夏季报告会上如是表示。

物联物联网网正是这样一种新技术，掀起了继计算机、互联网与移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，动通信网之后的世界信息产业新浪潮，受到国家关注受到国家关注。

主要内容主要内容4物联网存在的主要问题物联网存在的主要问题3物联网发展前景及应用物联网发展前景及应用2物联网关键技术分析物联网关键技术分析1物联网概念物联网概念1物联网概述物联网概述v如果说互联网缩短了人与人之间的距离，那么即如果说互联网缩短了人与人之间的距离，那么即将到来的将到来的物联网物联网的时代更将逐渐消除人与物之间的时代更将逐渐消除人与物之间的隔阂：

的隔阂：

人与物人与物、物与物物与物的对话将得以实现。

的对话将得以实现。

1.1物联网的提出物联网的提出v1995年比尔盖茨在其年比尔盖茨在其未来之路未来之路一书中已提及物联网概念。

一书中已提及物联网概念。

v“EPC物联网物联网”：

1999年由美国麻省理工学院年由美国麻省理工学院（MIT）Auto_ID中心中心提出了提出了EPC（ElectronicProductCode,电电子子产产品品码码）的概念。

人的概念。

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。

而电子标签是这一编号的载体。

基于互联网和射频技术的频技术的EPC系统，即系统，即实物物联网实物物联网（简称简称物联网物联网）是在互联网的基础是在互联网的基础上，利用上，利用RFID（射频识别射频识别）、无线数据通信等技术，构造一个能实无线数据通信等技术，构造一个能实现全球物品信息实时共享的现全球物品信息实时共享的“Internetofthings”。

起源说：

1990年，美国在对伊拉克发动的“沙漠风暴”战争中，暴露出许多后勤支持方面的问题：

成堆成堆的军用物资拥挤在各个货栈或仓库之中，或者没有标记，不知集装箱或货柜中所装之为何物；或者没有人认领，不知这些货物是发给谁的，或者是谁要的。

要搞清楚集装箱内所装何物，有时甚至要打开包装箱才知道。

因此，有些军需物资重复投递，造成人力物力的巨大浪费，令美军后勤部门的官员们头痛不已。

为此，美国国防部和国防后勤局提出了一个新的后勤管理方法，目的是“一切资产能见化”。

1.2物联网的概念物联网的概念v“物联网概念物联网概念”是在是在“互联网互联网概念概念”的基础上，将其的基础上，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新型网络。

交换和通信的一种新型网络。

v物联网到现在为止还没有约定俗成的公认的概念，但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：

目前用的最广的一个定义是：

通过射频识别（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红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，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系统。

踪、监控和管理的一种网络系统。

v中国科学院软件所研究员、中中国科学院软件所研究员、中国计算机学会传感器网络专业国计算机学会传感器网络专业委员副主任委员副主任孙利民教授孙利民教授也给出也给出了自己的理解：

了自己的理解：

全面信息感知全面信息感知和获取、无缝互联与协同、高和获取、无缝互联与协同、高度智能化的新型网络形态。

度智能化的新型网络形态。

v早期的物联网（早期的物联网（EPC物联网）物联网）=射频识别（射频识别（RFID等）等）+Internetv目前的物联网目前的物联网=传感网传感网+通信网通信网+应用系统应用系统v未来（理想）的物联网未来（理想）的物联网=带带IP的任何物的任何物+Internet1.3物联网的特征物联网的特征v全面感知全面感知利用RFID传感器、二维码等技术，能够随时随地采集物体的动态信息。

v可靠传递可靠传递通过计算机网络将感知的各种信息进行实时传送。

v智能处理智能处理利用计算机技术，及时地对海量级数据海量级数据进行信息的有效控制，真正达到了人与物、物与物之间的沟通。

2物联网关键技术分析物联网关键技术分析v物联网体系结构的核心：

物联网体系结构的核心：

多学科的支撑多学科的支撑物联网物联网感知层：

感知层：

获取状态信号（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-MechanicalSystems，微机电系统）等。

网络层：

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：

应用层：

普遍与感知终端密切联系，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。

物联网平台层IT能力CT能力数据中心物联网网络层固定网移动网互联网物联网的物联网的技术技术体系架构体系架构物联网的关键技术物联网的关键技术v传感器技术传感器技术v通信方式综述通信方式综述vRFID技术技术vEPC物联网系统物联网系统vM2M简述简述v其他技术其他技术2.1传感器简介传感器简介v传感器定义传感器定义能感受规定的被测量信息，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。

v传感器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2.2主要通信方式主要通信方式v有线通信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等v无线通信无线通信短距离无线通信，如NFC（NearFieldCommunication）、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（DedicatedShortRangeCommunication，专用短程通信）、IEEE1451（网络化智能传感器标准）、IEEE802.11、IEEE802.15、IEEE802.16、IEEE802.20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）等2.3RFID技术技术vRFID定义定义RFID（RadioFrequencyIdentification）即射频识别技射频识别技术术，又称电子标签电子标签，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。

vRFID系统组成系统组成电子标签：

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：

读写器：

读取（在读写卡中还可写入）标签信息的设备；天线：

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。

vRFID标签工作原理标签工作原理电感耦合电磁反向散射耦合vRFID系统工作原理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，并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。

vRFID电子标签容量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。

vRFID系统防碰撞方法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）。

vRFID的典型应用有：

的典型应用有：

第二代身份证、非接触式第二代身份证、非接触式IC卡等。

卡等。

2.4EPC物联网系统物联网系统vEPC物联网系统的核心思想：

为每一个商品提供物联网系统的核心思想：

为每一个商品提供惟一的号码惟一的号码EPC（电子产品码）。

（电子产品码）。

vEPC除采用一组编号来代表制造商及产品，还用除采用一组编号来代表制造商及产品，还用另外一组数字来惟一标识单品。

另外一组数字来惟一标识单品。

vEPC是惟一存储在是惟一存储在RFID标签微型芯片中的信息，标签微型芯片中的信息，这样可使得这样可使得RFID标签能够维持低廉的成本并保持标签能够维持低廉的成本并保持灵活性，从而使数据库中无数的动态数据能够与灵活性，从而使数据库中无数的动态数据能够与EPC标签相连接。

标签相连接。

EPC系统结构系统结构vEPC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、开放的标识一单品建立全球的、开放的标识标准标准。

它由。

它由全球产品电子代码全球产品电子代码（EPC）的编码体系、射频识别系统及信息网络系统三个部分组成，）的编码体系、射频识别系统及信息网络系统三个部分组成，主要包括主要包括六个方面六个方面，如下所示。

，如下所示。

vEPC（产品电子代码产品电子代码）编码类型）编码类型目前，EPC代码有64位、96位和256位三种。

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：

vEPC（产品电子代码产品电子代码）编码标准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。

v对象名称解析服务对象名称解析服务（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。

vEPC（产品电子代码产品电子代码）中间件中间件EPC中间件是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中间件的作用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等。

vEPC信息服务信息服务（EPCIS）EPCIS提供了一个模块化、可扩展的数据