物联网技术概论：第1章

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1.1 物联网的起源

物联网概念的起源可以追溯到1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中对信息技术未来的发展进行了预测：

(1) 用户遗失或遭窃的照相机将自动发回信息，告诉用户所处的具体位置，甚至当它已经身处不同的城市。
(2) 如果您的孩子需要零花钱，您可以从电脑钱包中给他转帐5美元。此外，当您驾车驶过机场大门时，电脑钱包将会与机场购票系统连接，检验您是否购买了机票。
(3) 未来人们在观看电影《 飘》时，可以用自己的面孔替换片中的嘉宝等知名演员，实实在在体会一下当明星的感觉。
(4) 可以亲自进入地图之中，方便的找到每一条街道或每一座建筑。
(5) 如果您计划购买一台冰箱，您将不用再听那些喋喋不休的推销员唠叨，因为电子公告板上有各种正式和非正式的评价信息。
(6) 音乐销售将出现新的模式。那些对光盘和磁带等耗材产品感到头疼的用户将不会再受到磨损的困扰，未来的音乐将存储在一台服务器上，供用户通过互联网下载。
(7) 一对邻居在各自家中收看同一部电视剧，然而在中间插播电视广告的时段，两家电视中却出现完全不同的节目。中年夫妻家中的电视广告节目是退休理财服务广告，而年轻夫妇的电视
中播放的是假期旅行广告。
(8) 未来您将可以选择收看自己喜欢的节目，而不是被动的等着电视台播放。

总结：《未来之路》通俗易懂，然而充满睿智、远见。它成为1996年度全球最畅销书，书中涉及的内容与我们生活休戚相关。

1.2 物联网的发展

1.2.1 国外发展

• 1、1998年，麻省理工学院（MIT）提出基于RFID技术的唯一编号方案，即产品电子代码（Electronic Product Code，EPC），并以EPC为基础，研究从网络上获取物品信息的自动识别技术。
• 2、1999年，美国自动识别技术（AUTO-ID）实验室首先提出“物联网”的概念。
• 3、物联网概念的正式提出是在国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：“The Internet of Things”》报告中。

该报告对物联网的概念进行了扩展，提出物品的3A化互联，即任何时刻（Any Time）、任何地点（Any Where）、任何物体（Any Thing）之间的互联，这极大地丰富了物联网所包含的内容，涉及的技术领域也从RFID技术扩展到了传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术、智能控制技术、泛在通信技术等。

• 4、2007年，美国率先在马萨诸塞州剑桥城打造全球第一个全城无线传感网。2009年1月IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”的概念。
• 5、2009年6月，欧盟委员会正式提出了《欧盟物联网行动计划》。
• 6、2009年8月，日本提出了 i - Japan 战略，强调电子政务和社会信息服务应用。

国外发展的共同点：
（1）融合各自信息技术，突破互联网的限制，将物体接入信息网络，实现 “物联网” 。
（2）在网络泛在的基础上，将信息技术应用到各个领域，从而影响到国民经济和经济生活的方方面面。
（3）未来信息产业的发展在由信息网络向全面感知和智能应用两个方面拓展、延伸和突破。

1.2.2 国内发展

• 1、1999年，中科院就启动了传感网的研究。
• 2、2009年8月7日，温家宝总理在无锡微纳传感网工程技术研发中心视察并发表重要讲话，提出了“感知中国”的理念。
• 3、2010年，教育部设立物联网工程本科新专业。
• 4、2011年3月，《物联网 “十二五” 发展规划》正式出台，明确指出物联网发展的九大领域，目标到2015年，我国要初步完成物联网产业体系构建。
• 5、2014年6月，工业和信息化部印发《工业和信息化部2014年物联网工作要点》，为物联网的发展提供了有序指引。
• 6、2015年3月5日，李克强总理在全国两会上作《政府工作报告》时首次提出 “中国制造2025” 的宏大计划，加快推进制造产业升级。

总结：
1、物联网是在国际一体化、工业自动化和信息化不断发展和相互融合的背景下产生的。业内专家普遍认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本，另一方面可以为全球的经济复苏提供技术动力。
2、由此可见，以计算为核心的第一次信息产业浪涌推动了信息技术进入智能化时代，以网络为核心的第二次信息产业浪涌推动了信息技术进入网络化时代，在以感知为核心的第三次信息产业浪涌中，物联网将推动信息技术进入社会化时代，实现物理世界与信息网络的无缝连接。

1.3 物联网支撑第四次工业革命

1.3.1 四次工业革命

• 第一次工业革命：蒸汽机动力机械设备应用于生产（工业 1.0）；
• 第二次工业革命：电机发明和电能使用，大规模流水线生产（工业 2.0）；
• 第三次工业革命：应用IT技术实现自动化生产（工业 3.0）；
• 第四次工业革命：实现智能制造（工业 4.0）。

2022年4月的汉诺威工业博览会上，德国政府提出了 工业 4.0（Industry 4.0）战略。
工业 4.0 的核心就是物联网，又称为第4次工业革命，其目标就是实现虚拟生产与现实生产环境的有效融合，提高企业生产率。

1.3.2 四次工业革命的发展历程

1、 蒸汽时代

• 1760 – 1840年开创的 “蒸汽时代” ，标志着农耕文明向工业文明的过渡，是人类发展史上的一个伟大奇迹。
  
• 工业革命首先出现于棉纺织业。1733年，机械师凯伊发明了 “飞梭” ，大大提高了织布的速度。
  
• 1765年，织工哈格里斯发明了 “珍妮纺织机” ，揭开了工业革命的序幕。
  
  从此，在棉纺织业中出现了螺机、水力织布机等先进机器。
• 1785年，瓦特制成的改良型蒸汽机的投入使用，提供了更加便利的动力，得到了迅速推广，大大推动了机器的普及和发展。人类社会由此进入了 “蒸汽时代”。
  
• 1807年，美国人富尔顿制成的以蒸汽为动力的汽船试航成功。
  
• 1814年，英国人史蒂芬.孙发明了 “蒸汽机车”。
  
• 1825年，史蒂芬.孙亲自驾驶着一列托有34节小车厢的火车试车成功。从此人类的交通运输进入一个以蒸汽为动力的时代。
  
• 1840年前后，英国的大机器生产基本上取代了传统的工厂手工业，工业革命基本完成。英国成为世界上第一个工业国家。

此后，工业革命逐渐从英国向西欧大陆和北美传播。后来，扩展到世界其他地区。
第一次工业革命是技术发展史上的一次巨大革命，它开创了以机器代替手工劳动的时代。

2、 电气时代

电力的发明开创了第二次工业革命。

• 1840 – 1950年进入了 “电气时代”，使得电力、钢铁、铁路、化工、汽车等重工业兴起，石油成为新能源，并促使交通的迅速发展，世界各国的交流更为频繁，并逐渐形成一个全球化的国际政治、经济体系。
  
• 1866年，德国工程师西门子发明了世界上第一台大功率发电机，这标志着第二次工业革命的开始。
  
• 电器开始用于代替机器，成为补充和取代以蒸汽机为动力的新能源。
• 随后，电灯、电车、电影放映机相继问世，人类进入了 “电气时代”。
• 以煤气和汽油为燃料的内燃机发明和使用，是第二次工业革命另一个标志。
• 1862年，法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环。
• 1876年，德国发明家奥托（Otto）运用罗沙的原理，创制成功第一台以煤气为燃料的往复活塞式四冲程内燃机。
  
  3、 信息时代

计算机的发明开创了第三次工业革命。

• 两次世界大战之后的第三次工业革命开创了 “信息时代”。

• 全球信息和资源交流变得更为迅速，大多数国家和地区被卷入到全球化进程中，世界政治经济格局进一步确立，人类文明的发达程度也达到空前的高度。

• 第三次信息革命方兴未艾，还在全球扩散和传播。
  
  4、 智能化时代

• 物联网技术的出现开创了第四次工业革命。

• 第四次工业革命的核心是 “人 – 机 – 物”深度融合。
  

1.4 物联网支撑中国制造2025

• 借鉴德国版工业4.0计划，我国推出了“中国制造2025”。
  
• “中国制造2025”的基本思路是，借助两个IT的结合（Industry Technology & Information Technology，工业技术和信息技术），改变中国制造业现状，令中国到2025年跻身现代工业强国之列。

“中国制造2025” 发展历程：

• 2014年12月，“中国制造2025” 这一概念被首次提出。
• 2015年3月5日，李克强在全国良好上作 《政府工作报告》 时首次提出 “中国制造2025” 的宏大计划。
• 2015年3月25日，李克强组织召开国务院常务会议，部署加快推进实施 “中国制造2025” ，实现制造业升级。这次国务院常务会议，审议通过了 《中国制造2025》。
• 2015年5月19日，国务院正式印发 《中国制造2025》。

中国制造2025，是中国政府实施制造强国战略的第一个十年行动纲领。

• 围绕实现制造强国的战略目标，《中国制造2025》明确了9项战略任务和重点，提出了8个方面的战略支撑和保障。
• 《中国制造2025》提出：坚持 “创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本” 的基本方针，坚持 “市场主导、政府引导、立足当前、着眼长远、整体推进、重点突破、自主发展、开放合作” 的基本原则，通过 “三步走” 实现制造强国的战略目标。
• 第一步，到2025年迈入制造强国行列；
• 第二步，到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；
• 第三步，到新中国成立一百年时，综合实力进入世界制造强国前列。

1.5 物联网促进云计算、大数据和人工智能发展

1、物联网

• 物联网产生海量数据
• 海量数据需要高效存储（云计算）
• 数据具有4V或5V特征，需要深度分析（大数据）
• 通过数据分析，实现人机物高效融合（智能控制）
• 物联网 → 云计算 → 大数据 → 人工智能，一脉相承
  
  2、云计算
• 从技术角度来看，云计算有两大支撑技术，其一是虚拟化技术，其二是并行计算技术。

云计算的三种服务：

• （1）基础设施即服务IaaS（Infrastructure as a service）
• （2）平台即服务PaaS（Platform as a service）
• （3）软件即服务SaaS（Software as a service）

云计算有三种部署形式：公有云、私有云、混合云。

• 公有云即为多个客户共享一个服务商提供的计算资源，客户按照自己的实际需要，通过租赁的方式来获取这些资源。
• 私有云即为计算资源由一家企业专用并由该企业掌握，私有云一般部署在企业的数据中心，由企业的内部人员管理，实力雄厚的大公司趋向于构建自己的私有云。
• 混合云即为公有云和私有云的混合。混合云的策略是在私有云部分保持那些相对隐私的操作，在公有云部分部署相对开放的运算。

3、大数据和人工智能

• 大数据（big data） 是指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合。
• 大数据的5V特点，即 Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多样）、Value（低价值密度）、Veracity（真实性）。

总结：

• 世界各国都在大力推进智能硬件、可穿戴计算设备、智能机器人在物联网中的应用。
• 智能人机交互技术，增强现实与机器学习技术的应用，能够提升人类对于环境感知的深度，增强对现实世界感知的效果，提高处理外部世界问题的能力。
• 人工智能与IoT有机融合，称为AIoT。它是人工智能技术与物联网在实际应用中的落地融合，它并不是新技术，而是一种新的IoT应用形态，从而与传统IoT区分开来。
• 如果物联网是将所有可以行使独立功能的普通物体实现互联互通，用于网络连接万物，那AIoT则是在此基础上赋予其智能化的特性，做到真正意义上的万物互联。

知识拓展：

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参考图书