Overview of IoT

Overview of IoT

Outline

1.1 Background of IoT
1.2 Concepts and characteristics of IoT
1.3 Architecture of IoT
1.4 Key technologies of IoT
1.5 Development of IoT in academia and industry

1.1 Background of IoT

• Computing model involtion: 2010 IoT Pervasive（遍布的） & senser Computing
  计算模型involtion: 2010物联网无处不在&传感器计算
• The term Internet of Things was first used by Kevin Ashton in 1999
  物联网一词最早由凯文·阿什顿在1999年使用
• The very first definition of IoT derives from a “Things oriented” perspective;
  物联网的第一个定义源于“面向事物”的视角;

1.2 Concepts and characteristics of IoT

Some Concept connect with IoT

WSN: wireless sensor network，无线传感网络

WSN网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个自组织网络。
传感器网络将能扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。无线传感器网络能够实时监测和采集网络分布区域内的各种监测对象的信息，以实现复杂的制定范围内目标监测和跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点。

WSN网络构成

M2M: Machine-To-Machine, 机器对机器

M2M重点在于机器对机器的无线通信，存在以下三种方式：机器对机器，机器对移动电话（如用户远程监视），移动电话对机器（如用户远程控制）。
M2M的潜在市场不仅限于通信业。由于M2M是无线通信和信息技术的整合，它可用于双向通信，如远距离收集信息、设置参数和发送指令，因此M2M技术可有不同的应用方案，如安全监测、自动售货机、货物跟踪等

CPS: Cyber-Physical Systems，信息物理系统。

• 信息物理系统(cyber physical systems,简称CPS)作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。
• 信息物理系统包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，主要用于一些智能系统上如设备互联，物联传感，智能家居，机器人，智能导航等。

Defination of IoT

• an integrated part of Future Internet and could be defined as a dynamic global network infrastructure with self configuring capabilities based on standard and interoperable communication protocols where physical and virtual ‘things’ have identities, physical attributes, and virtual personalities and use intelligent interfaces, and are seamlessly integrated into the information network.
  未来互联网的一个集成部分,可能被定义为一个动态的全球网络基础设施具有自我配置功能基于标准和互操作通信协议在物理和虚拟的东西有身份,物理属性,和虚拟的个性和使用智能接口,并无缝地集成到信息网络。

Characteristics of IoT

• Functionalize ordinary objects 使普通对象功能化
• Interconnect autonomic terminals 相互关联的自助终端

Three important characteristics

• instrumented (仪表化的)
• interconnected
• intelligent

1.3 Architecture of IoT 物联网架构

TCP/IP Layered Architectural Model

TCP/IP Layered Architectural Model

此处可以了解OSI七层进行系统学习

• Application 应用层
  a user process cooperating with another process
  on the same or a different host.
  • TELNET: a protocol for remote terminal connections. 远程终端连接协议
  • FTP: File Transfer Protocol 文件传输协议
  • SMTP: Simple Mail Transfer Protocol 邮件传输协议
• Transport 传输层
  • TCP 有保障连接
  • UDP 无保障连接
• Internetwork 网络层
  • IP Internet Protocol 互联网协议
• Network Interface（link layer） 网络接口，（数据）链路层
  the interface to the actual network hardware 硬件接口协议层

Four-layer architecture model of IoT

![Four-layer architecture model of IoT

• Object sensing layer 对象感知层
  感知物理对象并获取数据
• Data exchange layer 数据交换层
  数据透明传输
• Information integration layer 信息集成层
  负责重组、清理和不确定信息的融合，将不确定信息整合到网络中或有用的部分。
• Application service layer 应用服务层
  为不同用户提供服务。

Three-layer architecture model of IoT

Three-layer architecture model of IoT

• Application Layer 应用层
• Network Layer 网络层
• Sensor Layer 感知层

Objectives of IoT 物联网的目的

• More Extensive Interconnection 更广泛的互联
  物联网扩展了信息设备之间的互连，电脑和手机，要互联互通，智能或非智能物理对象。
• More Intensive Information Perception 更密集的信息感知
  物联网扩展了传统单传感器感知局部的范例
  环境自主向新范式转变，多传感器协作实现全球环境意识。
• More Comprehensive Intelligent Service 更全面的智能服务
  基于普通物理对象与网络的广泛互联
  物联网可以提供对物理世界的深入感知，综合智能服务

Key technologies of IoT 物联网关键技术

on Object sensing layer 对象感知层相关技术

• Barcode 条形码

  
  
  Barcode 条形码

• Two-dimensional code or QR Code 二维码

• IC card IC卡

  
  
  IC card

any pocket-sized card with embedded integrated circuits
智能卡可以提供身份识别，认证、数据存储和应用程序处理

• Radio Frequency Identification (RFID) 射频识别

• Sensor 传感器

  
  
  Sensor

• Sensor node（mote）传感器节点

一个节点能够执行的无线传感器网络一些处理，收集感官信息和其他连接节点进行通信

Sensor node

• GPS
• Smart Device

on Data exchanger layer 数据交换层相关技术

• Internet 互联网
• WiFi

• WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) 全球微波互操作性

  
  
  WiMAX

IEEE802.16标准，又称WiMAX，或广带无线接入(Broadband Wireless Access，BWA)标准。它是一项无线城域网(WMAN)技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。它用于将802.11a无线接入热点连接到互联网，也可连结公司与家庭等环境至有线骨干线路。它可作为线缆和DSL的无线扩展技术，从而实现无线宽带接入。

• GSM (Global System for Mobile Communications) 全球移动通信系统

由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。GSM标准的无处不在使得在移动电话运营商之间签署"漫游协定"后用户的国际漫游变得很平常。 GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代 (2G)移动电话系统 。

• 3G 第三代移动通信标准
  3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息。3G是将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的一代移动通信系统。

• 4G 第四代移动通信标准
  将WLAN技术和3G通信技术进行了很好的结合，使图像的传输速度更快，让传输图像的质量和图像看起来更加清晰。在智能通信设备中应用4G通信技术让用户的上网速度更加迅速，速度可以高达100M。
  商业部署移动WiMAX标准，并首次公映长期演进(LTE)标准。

• Bluetooth 蓝牙

  
  
  bluetooth

单模式面向高度集成、紧凑的设备，使用一个轻量级连接层(Link Layer)提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点数据传输，还能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序，同时还有高级节能和安全加密连接。

• ZigBee

  
  
  Zigbee

一套使用小型、低功耗数字的通信协议的高级规范。

• 6LoWPAN

  
  
  6LoWPAN

6LoWPAN是低功率无线个人区域网络IPv6的首字母缩写。6lowpan组定义了封装和报头压缩机制，允许IPv6数据包通过基于IEEE 802.15.4的网络发送和接收。

on Information integration layer 信息集成层相关技术

• Database 数据库
  数据库是有组织的数据集合。数据通常以支持需要此信息的流程的方式组织起来，以对现实的相关方面建模。
• Intelligent Information Processing 智能信息处理
  智能信息处理是研究信息处理的基础理论。在这种情况下，人工智能（Artificial intelligence）技术可以成为有用的工具。智能系统可以应用于互联网搜索和数据挖掘（data-mining）、互联网衍生材料的解释（interpreting
  Internet-derived material）、人机界面（ human Web interface）、远程状态监控（remote condition monitoringremote condition monitoring）等诸多领域。
• Cloud computing 云计算
  云计算是指通过网络(通常是Internet)将计算资源(硬件和软件)作为服务交付。
• Network management 网络管理
  Network management refers to the activities, methods, procedures, and tools that pertain to the operation, administration, maintenance, and provisioning of networked systems.
  网络管理是指与网络系统的操作、管理、维护和供应相关的活动、方法、过程和工具。
• Information security 信息安全
  Information security means protecting information and information systems from unauthorized access, use,disclosure, disruption, modification, perusal, inspection, recording or destruction.
  信息安全是指保护信息和信息系统不受未经授权的访问、使用、泄露、破坏、修改、浏览、检查、记录或销毁。

1.5 Development of IoT in academia and industry 物联网在学术界和工业界的发展

• Planetary Skin 行星皮肤
  相关领域:水资源管理、食品安全、能源、保护
  生物多样性，燃料，气候变化等。
• GreenOrbs
  GreenOrbs实现了对森林的全年生态监测，采集各种感官数据，包括温度、湿度、光照、二氧化碳滴度等。
• CitySee
  无锡市城市二氧化碳传感器监测
• Logistics Management 物流管理
• Smart grid 智能电网
• Intelligent video surveillance 智能视频监控技术
• Intelligent traffic 智能交通
• Intelligent medical 智能制药
• Smart home 智能家居