物联网概论

1.1 物联网发展趋势

物联网历史演变

1999年，MIT的Auto-ID中心首先提出"Internet of Things"：依托射频识别（R-FID）技术的物流网络

2005年，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，指出无所不在的“物联网”通信时代即将来临。

• 物联网的定义和范围发生了重大变化
• 分析了市场前景和影响市场发展的因素
• 思考了阻止物联网发展和推广的多方面障碍
• 讨论了物联网在发展中国家和发达国家不同的战略需求
• 展望了物联网的美好前景与未来人类社会的物联新生态系统

2009，IBM提出“智慧地球"概念，“物联网的概念在全球范围内迅速被认可
当年美国振兴经济的两大重点：物联网、新能源产业

2009年，温家宝总理提出“感知中国”战略构想，物联网概念深入人心

2016年，国家“十三五”规划纲要明确提出“发展物联网开环应用”
NB-loT的主要标准冻结，意味着NB-loT可以开始大规模的推广应用

2017，工业和信息化部发布《关于全面推进移动物联网（NB-loT）建设发展的通知》：建设广覆盖、大连接、低功耗移动物联网（NB-loT）基础设施、发展基于NB-loT技术的应用。
国家发布《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》：以先导性应用为引领，组织开展创新应用示范，逐渐探索工业物联网的实施路径和应用模式

2018年，中国印发：《工业互联网发展行动计划（2018-2020年）》

2018年阿里巴巴云栖大会
阿里巴巴将全面进军物联网领域，loT是阿里巴巴集团继电商、金融、物流、云计算后新的主赛道
阿里云loT的定位是物联网基础设施的搭建者，阿里云计划在未来5年内连接100亿台设备

2019年，国家电网建设“泛在电力物联网"，加快推进“三型两网、世界一流”战略落地实施
到2024年全面建成泛在电力物联网

新浪潮背后的推手

低功耗广域物联技术（LPWA）

• NB-loT技术
• Lora技术行业应用
• 工业领域
• 电力系统领域

1.2 物联网内涵与体系架构

物联网的核心内涵

由物主动发起传送、物物相连的互联网

物联网的基本内涵

万物互联开启智能+时代
智慧物流、安全、能源、公共事业、车联网、智能制造 等

开启人物相连的新时代
智能可穿戴、移动医疗 等

物联网的四个要素

感：多感知器协同感知物理世界状态

联：连接信息世界与物理世界的各种对象，实现数据交换，支持协同感知和协同控制

知：通过感知数据的认知计算和推理，正确、挨家深入认知物理世界

控：根据认知结果，确定控制策略，发送控制指令，指挥各执行器协同控制物理世界

物联网技术体系架构

image.png

物联网云平台

image.png

image.png

1.3 物联网通讯与组网

整体概况

image.png

RFID射频识别技术

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合（电感或电磁耦合）的传输特性，实现对静止或移动物品的自动识别。射频识别常称为感应式电子芯片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等

image.png

一个简单的RFID系统由阅读器（Reader）、和电子标签（Tag）组成，其原理是由读写器发射特定频率的无线电波能量给应答器，用以驱动应答器电路，读取应答器内部的ID码。应答器的形式有卡、纽扣、标签等多种类型，可以贴在或安装在不同物品上，再由读写器读取存储于标签中的数据，实现对物体的自动识别

特点

• 数据的读写功能：只要通过RFID读写器即可直接读取卡内数据到数据库，也可以将处理的数据状态写入电子标签
• 电子标签的小型化和多样化：RFID在读取上并不受尺寸大小与形状的限制，RFID电子标签可向小型化发展
• 耐环境性：RFID对水、油和药品等物质具有较强的抗污性，可以在黑暗或赃污的环境之中读取数据。
• 穿透强：RFID即使被纸张、木材和塑料等非金属、非透明材质包覆，也可以进行穿透性通信，但不能穿过金属物体
• 系统安全性：由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造

局限性

• RFID的局限性：只能读固定的一个ID信息，不能实时的感知一些环境变量

蓝牙技术

蓝牙（Bluetooth）是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的短距离无线连接为基础，可为固定的或移动的终端设备（如掌上电脑、笔记本电脑和手机等）提供廉价的接入服务。它可以为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，实现设备之间近距离范围内相互通信或操作

蓝牙由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称SIG）管理，SIG在全球拥有超过25000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

5.0 Bluetooth

• 传输速度将是4.2LE版本的2倍，速度上限24Mbps
• 蓝牙5.0支持室内定位导航功能，可以作为室内导航信标或类似定位设备使用，结合wifi可以实现精度小于1米的室内定位
• 蓝牙5.0针对物联网进行了很多底层优化，力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务

WiFi技术

Wi-Fi技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的无需申请的ISM无线频段

与蓝牙相比WiF主要的优势

• 数据速率比蓝牙要快
• 传输距离比目前市面
• 上已有的这个蓝牙的标准的距离要远

WiFi跟蓝牙相比的一个弱点

• 功耗高

ZigBee技术

ZigBee可以说是蓝牙的同族兄弟，与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是250kbps，当降低到28kbps时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。另外，它可与254个节点连网。可以比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。此外，人们期望能在工业控制、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域扩展ZigBee的应用

1.4 物联网设计的趋势和挑战

物联网主干架构的普及

NB-iot、Lora

云服务器广泛使用

image.png

物联OS功能丰富化

平台综合能力提升

互联网应用开发的挑战：终端碎片化

• 传感器类型与接口的多样化
• 通信网络接入类型的多样化
• 平台管理终端应用的多样化

碎片化解决模型

image.png

物联网操作系统不容小觑

• 解决碎片化问题
• 通过设备认证、服务认证、安全加密算法等技术手段，为物联网终端设备带来安全保障
• 通过提供完善的操作系统组件和通用的开发环境，降低应用开发的成本和时间
• 通过提供多种通讯协议连接管理平台的能力，为物联网终端统一管理提供技术支撑
• 通过建立产业上下游连接，为物联网应用形成积极健康的行业生态

物联网操作系统Alios Things

image.png

阿里物联网套件

物联网套件是专门为物联网领域的开发人员推出的设备管理平台，帮助搭建安全且性能强大的数据通道，方便终端和云端双向通信，支撑亿级设备长连接，百万消息并发

image.png

云端融合开发模式

image.png

物联网技术发展新特征

image.png

1.5 新型物联网应用示例

物联网典型应用：NB-iot充电桩物联改造

image.png

联网典型应用：NB-iot龙井溯源

“西湖龙井”农产品溯源项目，物联网+区块链解决方案

联网典型应用：物联网水表与云平台

image.png

物联网典型应用：LoRa智慧园区

image.png

• 智慧停车：车位状态实时监测；信息透明，杜绝城市停车管理混乱
• 智能井盖：实时监控城市井盖位置信息对于井盖异常丢失、异常开启、破损等状态信息实时传输用于数据分析和预警
• 路灯监测：远距离路灯控制、故障、线路监测，实现动态照明，节能管理

物联网典型应用：LoRa智能工业

工厂机器的运行需要实时的监控，不仅可以保证生产效率而且通过远程监控可以提高人工效率。在工厂的自动化制造和生产中，有许多不同类型的传感器和设备。一些场景需要低成本的传感器配以低功耗和长寿命的电池来追踪设备、监控状态

image.png

物联网典型应用：LoRa智慧农业

对农业来说，低功耗低成本的传感器是迫切需要的。温湿度、二氧化碳、盐碱度等传感器的应用对于农业提高产量、减少水资源的消耗等有重要的意义，这些传感器需要定期地上传数据，而且很多偏远的农场或者耕地并没有覆盖蜂窝网络，更不用说4G/LTE7，而LoRat分适用于这样的场景

image.png