物联网技术发展及其应用PPT课件

物联网技术发展及应用,2015.10于郑州,目录,天成信宇,物联网概念什么是物联网为什么需要物联网物联网技术物联网传感技术物体标识传感网络物联网传输层物联网应用层业界巨头的物联网动作物联网在各行业应用,一、物联网概念,世界为什么要联网？,加强人与人之间的沟通更好的感知世界不断提高生产效率为了更好的用户体验,早期的世界哪些被连入网络？,通信系统,计算机系统,工业自动化设备,专业数据采集系统,物联网物物相连的互联网,IOT,物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、新型传感器、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。在这个网络中，物品之间、人与物之间能够彼此进行“交流”，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。,另一个常用缩写：M2M,MachinetoMachine,MantoMachine,MantoMan,为什么需要物联网,物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网被视为互联网的应用拓展，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。“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。,物联网起源与发展历程,1991年，美国麻省理工学院(MIT)的KevinAsh-ton教授首次提出物联网的概念。1995年，比尔盖茨在未来之路中，提及物互联这一概念。1999年，MIT建立了自动识别中心(Auto-ID)，提出万物皆可通过网络互联，阐明了物联网的基本含义。2003年，美国技术评论提出传感网技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2004年，日本提出u-Japan计划，希望将日本建设成一个泛在网络社会。2005年，国际电信联盟(ITU)发布ITU互联网报告2005:物联网。2006年，韩国制订u-Korea计划，该计划旨在建立泛在社会(ubiquitoussociety)，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。2009年欧盟委员会颁布：物联网:欧洲行动计划温家宝总理视察无锡，提出感知中国计划，拉开中国物联网发展的帷幕IBM提出“智慧地球”概念；美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。2011年，工业和信息化部印发物联网“十二五”发展规划，明确了我国物联网发展原则、发展目标，主要任务，重点工程，保障措施等。2014年1月，谷歌32亿美金收购Nest，正式吹响物联网进军家庭号角。国内互联网巨头纷纷跟风投入智能家居大潮。,二、物联网技术详解,物联网应用三个层次,应用层,传输层,感知层,RFID,条码/二维码,传感器,智能终端,数据卡,无线传感网络,泛在网络,接入网,核心网,业务网,大数据,自动化,智能化,GPS/北斗,iBeacon,信息化,物联网感知层,感知层是由大量的具有感知、通信、识别（或执行）能力的智能物体与感知网络组成，如同人类的五官和皮肤。,标识特定的物体,感应物体各种状态,无线通信技术,执行特定的操作,互联网,2.1物联网传感器,传感器（Sensor）,定义：是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。,按感知状态分类：热、光、气、力、味、磁、湿、声、放射线、速度、位移、距离、位置,按感知技术分类：光电传感器、生物传感、混合传感器、MEMS（MicroelectroMechanicalSystems）传感器,常见的温度传感器包括热敏电阻，半导体温度传感器，以及温差电偶。热敏电阻主要是利用各种材料电阻率的温度敏感性，根据材料的不同，热敏电阻可以用于设备的过热保护，以及温控报警等等。半导体温度传感器利用半导体器件的温度敏感性来测量温度，具有成本低廉，线性度好等优点。温差电偶则是利用温差电现象，把被测端的温度转化为电压和电流的变化；由不同金属材料构成的温差电偶，能够在比较大的范围内测量温度，例如-2002000。,温差电偶,热敏电阻,半导体温度传感器,温度传感器,半导体温度传感器,常见的压力传感器在受到外部压力时会产生一定的内部结构的变形或位移，进而转化为电特性的改变，产生相应的电信号。,一种电容式压力传感器,压力传感器,湿度传感器主要包括电阻式和电容式两类：电阻式湿度传感器也称之为湿敏电阻，利用氯化锂，碳，陶瓷等材料的电阻率的湿度敏感性来探测湿度。电容式湿度传感器又叫湿敏电容，利用材料的介电系数的湿度敏感性来探测湿度。,电容式湿敏传感器结构图,电阻式陶瓷湿敏传感器结构图,几种湿度传感器,湿度传感器,光传感器可以分为光敏电阻以及光电传感器两个大类：光敏电阻主要利用各种材料的电阻率的光敏感性来进行光探测。光电传感器是利用半导体器件对光照的敏感性。光敏二极管的反向饱和电流在光照的作用下会显著变大，而光敏三极管在光照时其集电极、发射极导通，类似于受光照控制的开关。,光敏电阻结构图与实物,光敏三极管,集成光传感器,光传感器,霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁性传感器。霍尔效应是指：把一个金属或者半导体材料薄片置于磁场中，当有电流流过时，由于形成电流的电子在磁场中运动而收到磁场的作用力，会使得材料中产生与电流方向垂直的电压差。可以通过测量霍尔传感器所产生的电压的大小来计算磁场的强度。霍尔传感器结合不同的结构，能够间接测量电流，振动，位移，速度，加速度，转速等等，具有广泛的应用价值。,霍尔精密电流传感器,霍尔转速传感器,霍尔液位传感器,霍尔流速传感器,霍尔传感器,微机电系统的英文名称是Micro-Electro-MechanicalSystems，简称MEMS，是一种由微电子、微机械部件构成的微型器件，多采用半导体工艺加工。目前已经出现的微机电器件包括压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等等。微机电系统的出现体现了当前的器件微型化发展趋势。,MEMS压力传感器,微机电（MEMS）传感器,MEMS加速度传感器,MEMS气体流速传感器,2.2物体标识,条形码或者条码（barcode）是将宽度不等的多个黑条和空白，按一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的条形码是由黑条（简称条）和白条（简称空）排成平行线图案。条码字符集最大所能表示的字符个数为128个ASCII字符。它可以标识某一类或某一个物体，通过条码扫描器识别读出字符串后交由后台联网处理。,条形码,二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。它的优点是信息容量大，译码可靠性高，纠错能力强，制作成本低，保密与防伪性能好。以常用的二维条形码PDF417码为例，可以表示字母、数字、ASCII字符与二进制数；该编码可以表示1850个字符/数字，1108个字节的二进制数，2710个压缩的数字；PDF417码还具有纠错能力。,二维码,磁卡,也叫做智能卡（smartcard），它是通过在集成电路芯片上写的数据来进行识别的。IC卡与IC卡读写器，以及后台计算机管理系统组成了IC卡应用系统。,接触式IC卡（integratedcircuitcard）,RFID的全称为RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，主要用来为各种物品建立唯一的身份标识，是物联网的重要支持技术。电子标签中包含RFID芯片和天线，如下图所示。,RFID,每个RFID芯片中都有一个全球唯一的编码；在为物品贴上RFID标签后，需要在系统服务器中建立该物品的相关描述信息，与RFID编码相对应。当用户使用RFID阅读器对物品上的标签进行操作时，阅读器天线向标签发出电磁信号，与标签进行通信对话，标签中的RFID编码被传输回阅读器，阅读器再与系统服务器进行对话，根据编码查询该物品的描述信息。,RFID系统原理,RFID标准,目前，世界一些知名公司各自推出了自己的很多标准，这些标准互不兼容，表现在频段和数据格式上的差异。目前全球有两大RFID标准阵营：欧美的Auto-IDCenter与日本的UbiquitousIDCenter（UID）。欧美的EPC标准采用UHF频段，为860MHz930MHz，日本RFID标准采用的频段为2.45GHz和13.56MHz；日本标准电子标签的信息位数为128位，EPC标准的位数则为96位。,位置感知,2.3传感网络,传统互联网的通信模式和协议，与各类传感器和物体标识器件是无法直连的。需要专门的传感网络通信技术进行处理后接入互联网。,广义传感网络,NFC,RF315,RF433,BLUE,ZigBee,Z-Wave,声波,Wifi,声波支付,声波支付是利用声波的传输，完成两个设备的近场识别。其具体过程是，在第三方支付产品的手机客户端里，内置有“声波支付”功能，用户打开此功能后，用手机麦克风对准收款方的麦克风，手机会播放一段人无法听清楚的高频声波，实际上是一串交易号，用来实现手机与购物设备之间的握手。,近场通信NFC(NearFieldCommunication),该技术由RFID演变而来，其基础是RFID及互连技术。NFC是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IECIS18092国际标准、ECMA-340标准与ETSITS102190标准。NFC手机是指带有NFC模块的手机。NFC采用读写器模式（主动式）和卡模式（被动式）以及点对点三种模式通信。,电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。,RF315,433（RF即RadioFrequency-射频）,蓝牙通信是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.42.485GHz的ISM波段的UHF无线电波），该协议在物联网领域获得了广泛的应用，至今已发展到V4.2版本。蓝牙由蓝牙技术联盟（BluetoothSpecialInterestGroup，简称SIG）管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25,000家成员公司，它们分布在电信、计算机、网络、和消费电子等多重领域。IEEE将蓝牙技术列为IEEE802.15.1，但如今已不再维持该标准。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发，管理认证项目，并维护商标权益。制造商的设备必须符合蓝牙技术联盟的标准才能以“蓝牙设备”的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络，可发放给符合标准的设备。Blue4.0BLE前身是NOKIA开发的Wibree技术，主要用于实现移动智能终端与周边配件之间的持续连接，是功耗极低的短距离无线通信技术，并且有效传输距离被提升到了100米以上，同时只需要一颗纽扣电池就可以工作数年之久，以上诸多技术优势使得BLE的发展前景相当可观。,蓝牙通信Bluetooth,iBeacon是苹果公司2013年9月发布的移动设备用OS(iOS7)上配备的新功能。其工作方式是，配备有低功耗蓝牙(BLE)通信功能的设备使用BLE技术向周围发送自己特有的ID，接收到该ID的应用软件会根据该ID采取一些行动。比如，在店铺里设置iBeacon通信模块的话，便可让iPhone和iPad上运行一资讯告知服务器，或者由服务器向顾客发送折扣券及进店积分。此外，还可以在家电发生故障或停止工作时使用iBeacon向应用软件发送资讯。,iBeacon,SENSORO推出的云子单品，一颗纽扣电池可工作1年多,WIFI-WIreless-FIdelity无线连接,无线网络是一种能够将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance)所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。有人把使用IEEE802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把无线保真等同于无线网际网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）其发展方向为：更高的速度；单点更大的接入能力智能化配置低功耗,传感器网络是一种由传感器节点组成的网络，其中每个传感器节点都具有传感器，微处理器，以及通信单元，节点之间通过通信联络组成网络，共同协作来监测各种物理量和事件。目前已经出现的传感器网络使用各种不同的通信技术，其中又以无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，简称WSN）发展最为迅速，被列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一，受到了普遍的重视。,无线传感器网络,几种传感器节点,无线传感器网络,低成本、低功耗、低速率、短距离节点能量有限节点通信能力有限节点计算能力有限传感器节点数量大且分布范围广网络动态性强自组织网络感知数据流量大以数据为中心应用相关,无线传感器网络应用领域特点,2.4物联网传输层,传输层,接入网,核心网,业务网,指骨干网络到用户终端之间的所有设备。被形象地称为最后一公里。接入网的接入方式包括铜线（普通电话线）接入、光纤接入、光纤同轴电缆（有线电视电缆）混合接入、无线接入和以太网接入等几种方式。,将接入网与其他接入网连接在一起的网络。通常指除接入网和用户驻地网之外的网络部分,servicenetwork，为接入用户提供一种或数种业务的网络。,泛在网络,泛在网络来源于拉丁语Ubiquitous，从字面上看就是广泛存在、无所不在的网络。人和万物置身于无所不在的网络之中，实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息交换，基于个人和社会的需求，利用现有网络技术和新的网络技术，为个人和社会提供泛在的，无所不含的信息服务和应用。,2.5物联网应用层,应用层技术,物联网的应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用相结合。应用层包括以下三个部分：1.物联网中间件物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序，中间件将许多可以公用的能力进行统一封装，提供给物联网应用使用。2.物联网应用物联网应用就是用户直接使用的各种应用，如智能操控、安防、电力抄表、远程医疗、智能农业等等。3.云计算云计算将助力物联网海量数据的存储和分析。依据云计算的服务类型可以将云分为3层：基础架构即服务(IaaS)、平台即服务（PaaS)、服务和软件即服务（SaaS).,物联网普遍应用架构,Gateway,智能云,可穿戴设备,智能云,感知我们自身,分享-社交,带来隐私问题,BLE,2.6业界巨头的物联网动作,物联网技术面临的挑战,标准,能量,大数据,安全,AllSeen是一套基于开源项目AllJoyn的物联网协议，不同的设备通过不同的频道（例如WiFi、以太网等）可以利用此协议达到互联互通。AllSeen面向家庭生活、工业生产中的设备，今后逐步往教育、汽车、企业等领域发展。,高通、微软、思科、海尔、乐视、松下、TPLINK,ARM、SiliconLabs、Freescale、Samsung、Qualcomm等160多家芯片及软硬件系统厂商,ThreadGroup,OpenInterconnectConsortium,SamsungIntel、Dell,淘享平台,开发者平台,云计算平台,数据平台,互联平台,$1.2B,OpenCloudFabric,LiteOs操作系统具有能耗最低，体积最小、响应最快的特点，已推出全开放开源社区，提供芯片、模块和开源硬件板,OCF基于SDN（SoftWareDefinedNetwork）架构思想，将传统的封闭网络解耦成数据平面、控制平面和业务平面，三个平面通过标准协议进行互通，同时高度兼容第三方产品,华为将在5年内投入10亿美金实施“沃土开发者使能计划”，打造面向开发者伙伴的开发使能平台和联合创新，包括“创新基金”、“开发支持”、“华为认证”、“人才培训”以及“销售基金”,三、物联网在各行业应用,物联网应用领域,物联网应用今后会与互联网一样无孔不入，我国在物联网“十二五”发展规划圈定9大领域重点示范工程，分别是智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智慧环保、智能安防、智能医疗、智能家居。,工业领域应用,智能工业:是将具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能化的新阶段。物联网技术可用于工业生产过程控制、生产环境监测、制造供应链跟踪、产品全生命周期监测，促进安全生产和节能减排。,智能农业应用,智能农业产品通过物联网技术实时采集温室内各种环境参数，智能化开启或者关闭指定设备。还可为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供技术支撑。智能农业还包括智能粮库系统，通过监测粮库内环境温湿度及储粮状态，保证粮食长存储期限。,智能物流应用,利用条形码、射频识别技术、传感器、全球定位系统等先进的物联网技术通过信息处理和网络通信技术平台广泛应用于物流业运输、仓储、配送、包装、装卸等基本活动环节，实现货物运输过程的自动化运作和高效率优化管理，提高物流行业的服务水平，降低成本，减少自然资源和社会资源消耗。,智能交通应用,智能交通系统采用车联网、RFID等技术，通过人、车、路的和谐、密切配合提高交通运输效率，缓解交通阻塞，提高路网通过能力，减少交通事故，降低能源消耗，减轻环境污染。,互联网企业纷纷造车！,智能电网应用,智能电网就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。,智慧环保应用,智慧环保：借助物联网技术，把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象（物体）中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的智慧。,智慧安防,采用物联网技术的红外感应、数字摄像、烟雾、燃气泄漏等无线传感网络技术，针对各类场所场所，建立从整个城市到具体某一房间的全方位立体防护。兼顾了整体城市管理系统、环保监测系统、交通管理系统、应急指挥系统等应用的综合体系。,智能医疗,智能医疗利用最先进的物联网技术，实现患者与医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，逐步达到信息化。并采用更多人工智慧、传感技术等高科技，使医疗服务走向真正意义的远程化、智能化，推动医疗事业的繁荣发展。在中国新医改的大背景下，智能医疗正在走进寻常百姓的生活。,智能楼宇,在大楼内布设多种智能传感器，与楼宇自控系统相连，采用先进的计算机控制技术，管理软件和节能系统程序，使建筑物机电或建筑群内的设备有条不紊、综合协调、科学地运行，从而达到有效地保证建筑物内有舒适的工作环境、实现节能、节省维护管理工作量和运行费用的目的。,智能家居,智能