《物联网技术》课程笔记——第一章 物联网概述

第一章：物联网概述

什么是物联网？

• 共享单车
• 共享充电宝
• 共享汽车
• 共享住房

举例：共享单车

关键步骤

• 找车、开锁、计费、还车、预约
开锁
• 小黄车：机械锁
• 摩拜：智能锁 –SIM卡短信指令 –GPRS数据网络 –手机数据网络 ＋ 蓝牙 –公共WiFi –NB-IoT，LoRa

相关技术

• 感知层：标识、定位、传感、嵌入式（智能锁） • 传输层：通信
• 应用层：APP、移动支付、电子地图、云计算、大数据
• 电源：充电、电源管理

问题

• 找车难
• 潮汐现象：调度
• 车辆损坏，维护
• 车辆丢失
• 乱停乱放：电子围栏
• 二维码诈骗
• 安全
• 城市空间资源
• 交通管理协调

解决措施之一：

“拟投入的共享单车必须具备带有智能通讯控制模块的智能锁，能够实现对车辆的定位和精确查找，以及利用电子围栏技术引导用户到指定区域停放。”

1.1 物联网的概念

物联网是什么？在回答这个问题之前，首先需要认识

1.1.1 互联网的诞生

• 1969年，美国国防部高级研究项目局（ARPA）制定协定将美国西南部四所大学的四台主要的计算机连接起来成为最原始的计算机网络（ ARPAnet阿帕网） 。
• 1983年，美国国防部将阿帕网分为军网和民网，渐渐扩大为今天的互联网。
• 1989年，第一个检索互联网由Peter Deutsch等人在Montreal的McFill University发明出来。

1.1.2 互联网的发展

• 1986年8月25日或者1987年9月14日，中国向欧洲发出了中国第一封国际电子邮件。
• 1994年，中国正式接入互联网。 • 截至2020年12月,我国网民规模达9.89亿，互联网普及率达到70.4 %。 • 互联网已渗透到经济与社会活动的各个领域，推动了全球信息化进程。

1.1.3 互联网的用途：以服务器为媒介实现人与人之间连接

• 电子邮件：E—Mail

• 即时通信：QQ、MSN

• 万维网: 浏览网页、检索资料

1.1.4 互联网与物联网之间的关系：

1.1.5 关于物联网

1.1.6多种网络形式

1、互联网：全球最大的计算机网络，提供了一个相互交流，相互沟通，相互参与的互动平台。
2、无线宽带网：WiFi等无线宽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。
3、移动通信网：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。
4、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。

1.1.7 物联网的技术基础

• 信息获取技术的成熟（识别、定位及传感）
• 信息传输技术及设施的发展（网络）
• 信息处理、存储能力的提升（嵌入式系统、计算云、存储云）

1.1.8 物联网的定义

• 定义1∶由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的网络，这些标识和个性运行在智能空间，使用智慧的接口与用户、社会和环境的上下文进行连接和通信。——2008年5月，欧洲智能系统集成技术平台(EPoSS)《Internet of Things in 2020》
• 定义2:物联网是未来互联网的整合部分，它是以标准、互通的通讯协议为基础,具有自我配置能力的全球性动态网络设施。在这个网络中，所有实质和虚拟的物品都有特定的编码和物理特性，通过智能界面无缝链接，实现信息共享。——2009年9月，欧盟第七框架RFID和互联网项目组报告
• 定义3∶指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。——2010年3月，我国政府工作报告所附的注释中物联网定义
• 定义4：物联网是按照约定的协议，将具有“感知、通信、计算”功能的智能物体、系统、信息资源互联起来，实现对物理世界“泛在感知、可靠传输、智慧处理”的智能服务系统。——《物联网工程导论》机械工业出版社，2018

1.1.9 物联网、互联网 、互联网、传感网与泛在网之间的关系

1.2 物联网的发展历程

1.2.1 物联网的提出

• 1999年美国麻省理工学院“自动识别中心（Auto-ID）” 的Kevin Ash-ton教授，提出在物品编码、RFID、无线数据通信和互联网等技术的基础上，构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”，最早给出了物联网的基本含义。
• 2005年国际电信联盟（ITU）发布《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。 指出无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体都可以通过网络主动进行交换。识别技术、定位技术、传感器技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。
• 早期的物联网是依托射频识别（RFID）技术的物流网络，随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大变化，不再只是指基于RFID技术的物联网。

1.2.2国内外发展状况

• 2009年，美国将“智慧地球”提升为国家发展战略。
• 2009年，日本提出i-Japan战略2015。
• 2009年，韩国制定u-Korea计划。
• 2009年，欧盟启动物联网产业发展规划。
• 2011年，中国发布《物联网“十二五”发展规划》。

1.3 物联网的技术特征

1.3.1 物联网智能物体具有感知、通信与计算能力

“智能物体”是对连接到物联网中的人与物的一种抽象

• 现实社会物理世界的人或物——物体(thing)/对象（object)
• 物联网中具有“感知”、“通信”与“计算”能力的人或物——智能物体(Smart Thing)/智能对象(SmartObject)

1.3.2 物联网可以提供所有对象在任何时间、任何地 、任何地点的互联

实现物联网在任何时候、任何地点与任何一个物体通信的要求，需要研究和解决以下几个基本的问题:

• 如何连接不同的物体?
• 如何实现不同物体之间的通信?
• 如何保证物联网的服务质量?
• 如何实现物联网中物体的命名、编码、识别与寻址?
• 如何保护物联网的信息安全与个人隐私?

1.3.3 物联网可以实现物理世界与信息世界的融合

• 物联网应用涵盖了小到家庭网络，大到工业控制系统、智能交通系统,甚至是国家级、世界级的应用;
• 将催生很多具有“计算、通信、控制、协同和自治”特点的智能设备与智能信息系统;
• 帮助人类对物理世界具有“全面的感知能力、透彻的认知能力和智慧的处理能力”;
• 这种新的计算模式可以帮助人类在提高劳动生产力、生产效率的同时,进一步改善人类社会发展与地球生态和谐、可持续发展的关系。

工业4.0与物联网

• 工业1.0–机械化，以蒸汽机为标志，用蒸汽动力驱动机器取代人力。
• 工业2.0–电气化，以电力的广泛应用为标志，用电力驱动机器取代蒸汽动力。
• 工业3.0–自动化，以PLC（可编程逻辑控制器）和PC的应用为标志，从此机器不但接管了人的大部分体力劳动，同时也接管了一部分脑力劳动。
• 工业4.0–信息化，以网络（物联网）的应用为标志，旨在通过协同工作提升制造全过程的智能化水平。

数字地球与智慧地球

• “数字地球”是美国副总统戈尔于1998年提出，指用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。
• “智慧地球”是IBM公司首席执行官彭明盛2008年提出，即把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”。并通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，从而达到“智慧”状态。

1.4 物联网的应用

1.4.1 车联网

1.4.2 智能家居

1.4.3 智能物流

现代物流系统希望利用信息生成设备，如RFID设备、感应器或全球定位系统等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，并能够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理。

1.4.4 智能交通

通过在基础设施和交通工具中广泛应用信息、通讯技术来提高交通运输系统的安全性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的负面影响。

1.4.5 智能建筑

物联网技术为绿色建筑带来了新的力量。通过建立以节能为目标的建筑设备监控网络，将各种设备和系统融合在一起，形成以智能处理为中心的物联网应用系统，有效的为建筑节能减排提供有力的支撑。

1.4.6 智能电网

以先进的通信技术、传感器技术、信息技术为基础，以电网设备间的信息交互为手段，以实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全为目的的先进的现代化电力系统。

1.4.7 环境监测

通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量、以及各种环境状态参数的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，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。

1.4.8 智慧机场

飞常准：飞机进出港人工上报-》电子轮挡

1.4.9 RFID智能图书馆

练习与思考

• 人们是怎样对物联网进行定义的？
• 什么是物联网中的“物”？
• 物联网的基本特征是什么？
• 简要介绍物联网的主要应用领域。
• 简述互联网与物联网的关系。

课题（供参考）

• 共享单车：问题？技术手段加强管理
• 旅游景区自主捡垃圾的无人机
• 旌德县：绿道上的自动驾驶汽车
• 刷脸测温闸机
• 刷脸门禁公寓管理

课题（供参考方向）

• ……
• 建筑：结构健康监测系统
• 汽车：自动驾驶
• 矿山：矿井机车无人驾驶系统
• 工业：设备、环境、能源监控系统
• 电力：输电线路在线监测系统
• 农业：农业物联网
• 家电：智能家居
• 交通：智能公交