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1、,物联网的关键技术及其应用,北京邮电大学广东省数字广东研究院物联网工程中心,物联网基本概念,一、物联网基本概念,物联网(The Internet of things)的概念是在1999年提出的，又名传感网，它的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。,物联网基本概念,国际电信联盟曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。,全面感知：利用RFID、传感器、二维码，及其它各种的感知设备随时随地的采集各种动态对象，全面感知世界。可靠的传送：利用以太网、无线
2、网、移动网将感知的信息进行实时的传送。智能服务：对物体实现智能化的控制和管理，真正达到了人与物的沟通。,物联网基本特点,物联网基本概念,一、物联网基本概念,1995年，比尔盖茨在其未来之路一书中已提及物联网概念。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，无所不在的“物联网”通信时代即将来临。2009年1月，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”构想，其中物联网为“智慧地球”不可或缺的一部分，而奥巴马在就职演讲后已对“智慧地球”构想提出积极回应，并提升到国家级发展战略。欧盟2009年6月制定物联网行动方案，
3、推出物联网标准战略，确保物联网的可信度、接受度和安全性。,国外物联网现状,日本现状日本u-Japan战略，希望实现从有线到无线、从网络到终端、包括认证、数据交换在内的无缝链接泛在网络环境，100的国民可以利用高速或超高速网络。韩国现状韩国出台了物联网基础设施构建基本规划，提出“通过构建世界最先进的物联网基础设施，到2012年打造信息通信融合的超一流ICT强国”的目标，并制定了四大战略和12个重点项目。,国外物联网现状,国内物联网现状,中科院10年前就启动了传感网研究。2004年初，全球产品电子代码管理中心授权中国物品编码中心为国内代表机构，负责在中国推广EPC与物联网技术。4月，北京建立了第一
4、个EPC与物联网概念演示中心2005年，国家烟草专卖局的卷烟生产经营决策管理系统实现用RFID出库扫描，商业企业到货扫描。许多制造业也开始在自动化物流系统中尝试应用RFID技术。2009年月日，温总理在无锡调研时，对微纳传感器研发中心予以高度关注，提出了把“感知中国”中心设在无锡、辐射全国的想法。,2009年10月，中国研发出首颗物联网核心芯片“唐芯一号”。2009年11月7日，总投资超过2.76亿元的11个物联网项目在无锡成功签约。2010年3月5日，温家宝总理在政府工作报告中，将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴。代表着中国传感网、物联网的“感知中国”已成为国家的信息产业发展战略
5、。2010年工信部和发改委将出台系列政策支持物联网产业化发展,2020年之前我国已经规划了3.86万亿的资金用于物联网产业化的发展。,国内物联网现状,部分省市物联网发展现状,北京市近年在园林、水务、环保、交通、交管、农业卫生、应急安全等领域大力发展物联网。2010年3月2日，上海物联网中心正式揭牌成立，落户上海市嘉定区。2010年，广东省在RFID的技术研发和应用领域，一直走在全国前列，也在抢占未来物联网产业发展的高端领地。2010年5月日，关于广东物联网发展的“智慧广东”计划在广州启动，广东将在年实现联网设备制造业产值超亿元等“五个”目标。2010年3月以来，海南省政府计划将物联网应用与“海
6、南省国际旅游岛”战略相结合，建立面向游客的旅游融合平台。无锡市推出九大示范工程，通过3年时间逐步建成感知工业、感知安保、感知交通、感知环保、感知园区、感知医疗、感知电力、感知物流、感知农业等行业应用示范工程。,对于物联网在国内市场空间，权威机构预测，仅“产业排头兵”RFID领域，今年国内市场规模就将达50亿元，年复合增长率为33%，其中电子标签超过 38亿元、读写器接近7亿元、软件和服务达到5亿元的市场格局。而业内人士估计，中国物联网产业链今年就能创造约1000亿元产值,并成为下一个万亿级信息产业引擎。美国权威咨询机构FORRESTER预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业
7、务相比，将达到30比，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。,物联网的发展,物联网发展阶段,欧洲智能系统集成技术平台组织（EPoSS）在Internet of Things in 2020中预测，物联网的发展将经历四个阶段：2010年之前广泛应用于物流、零售和制药等领域20102015年实现物与物之间的互联；20152020年进入半智能化；2020年之后实现全智能化物联网被称为是下一个万亿元级的通信业务，具有广阔的发展前景,1、基础物联网多系统集成问题2、技术标准问题：网络层互联网:有TCP/IP协议；接入层面协议类别多:GPRS、传感器、TD-SCDMA、有线等多种通道；物联网是基
8、于网络的多种技术的结合，应该有相关协议标准做支撑。3、地址问题：每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要解决地址问题。4、多种技术融合问题：传感器技术，射频识别技术，通信技术，控制技术，智能技术等技术的融合问题。,物联网现存问题,物联网基本概念,一、物联网基本概念,物联网架构分层架构图,分层架构图：考虑地区现有子系统的整合考虑地区基础物联网的结合考虑新系统的添加考虑行业的特性-添加三种方式,物联网架构功能架构图,功能架构图：考虑系统的反馈闭环性考虑系统的智能性考虑系统的扩展性考虑信息的共享性,开放平台,接入终端、接入系统：包含信息源终端。RFID事件、传感器事件、二维码事件等，通过因特网、无线网
9、、移动网实现通信。开放平台：体系架构中有个重要的开放平台，提供这样的功能：第一，终端管理，可以实时监控网络和终端的运营状况，精确表述故障原因；接入系统的管理，对接入系统的开放问题、接入问题、资源共享问题进行管理。第二，数据中心，进行数据采集、数据处理、数据存储、数据共享、信息智能交互。第三，跟开发中间件结合，提供一个面向应用的开放的环境，开发人员只需要调API就可以进行开发，最终降低开发的难度，提高开发的效率。这个平台还可以起到网关的作用，来简化终端和应用的接入。,功能架构图说明,因特网：系统联系的桥梁。智能、自学习中心：控制系统的上、下层及中间环节的智能联系，使得物物联接具有人人联接的特性，
10、保证物联网的智能特性。上层应用：物联网本着服务政府、社会、行业和公众的目的，把整个社会以物联网的形式组织起来。,功能架构图说明,物联网架构功能模块图,物联网基本概念,一、物联网基本概念,物联网(传感网)应用领域,传感网,生活习性监测,地震监测,仓储监控,目标定位与跟踪,小区安全监控,精细农业,森林火灾监控,矿井安全,无线传感网应用实例展示,物联网应用实例,农业园林,2,医疗保健,3,智能楼宇,4,交通运输,5,其它项目建议,6,城市市政管理应用,1,城市市政管理,城市市政管理,城市市政管理,城市市政管理,城市市政管理,城市市政管理,现代公共服务业的运行体系城市功能123模型,上报,公示,服务,
11、规划,监管,特许,反馈,协同,请求,调查,运营,服务,监管,投诉,咨询,求援,行业管理城市运行,区域管理城市运行,公共设施,公共产品(P),城市环境,服务,公务创新（GBCP）：现代公共服务业新模式,一个目标两条主线三类主体,城市市政管理,现代公共服务业的运行体系,应急,指挥,协调,管理,服务,自助,个人、家庭,公共服务企业,区级政府机构,市级政府机构,市主管领导,设施、环境、服务,市长,处置,监督,网格化,个人躯体需要无价值交换,需要他人帮助但需价值交换,制定行业规则保证良性竞争,多部门综合处置,重大非紧急决策处置,突发重大紧急决策处置,需求,功能,机构,非常态,常态,集中,分散,紧急,非紧
12、急,城市运行,城市市政管理,创建以现代公共服务业为基石的和谐城市,构筑以现代公共服务业为基石的和谐城市，必须立足于三区联动的资源共享、三区联动的责任共担、和三区联动的利益共赢，完善全面覆盖科技创新、经济驱动、社会良治、资源集约和环境友好在内的五大支撑系统。以科学发展观指导下构建现代公共服务业的规范标识为准则，体现区位优势的代表性、发展前景的带动性和示范价值的全局性。,城市市政管理,城市应急联动指挥管理系统总体结构,视频接入,SMS,Internet接入,无线接入,电话机,电视,手持设备、手机,计算机,笔记本电脑,语音接入,统一的接入平台,应急联动指挥门户,应急联动综合资源库,信息共享互联互动平
13、台,辅助决策,业务协调,专业指挥系统,语音处理,视频处理,GIS平台,统一的应用支撑平台,统一的安 全支撑平台,公安,建委,卫生,气象,交通,城市市政管理,完整的应急通信过程,评估和测试,备份技术,智能电话路由技术,计算机电话集成技术,Real-timeGIS,信息安全与数字加密技术,视频监视/视频会议技术,公 众,应急联动指挥现场,网络定位(PSTN/PLMN/NGN及Internet),SMS/MMS等点对多点通信技术,卫星定位(如GIS),信息安全与数字加密技术,集群通信技术,微波通信技术,卫星通信技术,无线光通信技术,自组织组网技术(Adhoc),传感器网络技术,Mesh网络技术,评估
14、和测试,评估和测试,应急联动指挥中心,视频监视/视频会议技术,公众传媒网络,政府到公众：通知、安抚,公众到政府：报告,政府到政府：指挥、调度,电视广播,视频广播,纸质媒体,PSTN/PLMN支持应急通信的能力,NGN支持应急通信的能力,Internet支持应急通信的能力,网络故障恢复，故障定位，网络优化,完整的应急通信过程,研究开放式的、共享的电子政务物联网架构体系，建立物联网公共服务平台，实现多行业多业务的数据共享、协同，为政府、企业和公众提供一个城市运行和商业服务的信息交流的平台，带动物联网行业发展。,项目建议：城市物联网公共服务平台,关键技术：（1）开放式的、共享的物联网架构体系设计（2
15、）物联网物品编码、数据共享交换机制、共享数据管理标准研究（3）物联网海量数据挖掘技术（4）物联网数据安全与认证技术,城市物联网公共服务平台,实现城市公共设施供应链的全程追踪溯源及对已建设部署设施的追踪监控，保证城市公共安全，最终实现政府的数字化的政务管理与城市运行职能。城市公共设施重要物资的准确标识，实现管理的透明化，为公共安全、公共设施建设质量监管提供法律依据。实现公共设施、及相关供应链的追踪，提高突发事件防控能力和水平，促进城市规划、建设持续健康发展。,项目建议：基于物联网的公共设施监管 关键技术与示范,关键技术：（1）基于射频识别的溯源技术；（2）基于射频识别的追踪技术；（3）基于传感器
16、网络的监控技术；（4）海量数据索引与存储技术；（5）物联网数据安全与保密技术；（6）面向公共设施安全保障的物联网数据共享机制；（7）服务于政府的数据监管机制,基于物联网的公共设施监管关键技术与示范,无线传感网应用实例展示,物联网应用实例,农业园林,2,医疗保健,3,智能楼宇,4,交通运输,5,其它项目建议,6,城市市政管理应用,1,精细农业,将无线传感器网络布设于农田、园林、温室等目标区域，网络节点大量实时地收集温度、湿度、光照、气体浓度等物理量，精准地获取土壤水分、压实程度、电导率、pH值、氮素等土壤信息。无线传感器网络有助于实现农业生产的标准化、数字化、网络化。将从三个方面有效促进农业的发
17、展：增产增收、节约能源，相当于露地栽培产量10倍以上,精细农业,“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，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经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。,精细农业,农场监控中心实时监控农场信息，耕作者及时了解农场温度、光照度、土壤酸碱度等，以便对农作物的生长情况进行控制。,研究基于农田、园林、温室等目标区域的射频技术与无线传感
18、器网络架构，实现大量实时地收集温度、湿度、光照、气体浓度等物理量，精准地获取土壤水分、压实程度、电导率、pH值、氮素等土壤信息。,基于物联网的精细农业,由于边远山区网络难以覆盖，现有的监控手段成本过高，严重影响了园林绿化的动态监测活动，本项目拟采用低成本、低功耗无线传感器网络动态监测造林营林、林木采伐、林地征占、城市绿地等多方面园林资源变化，建立园林绿化的评价模型和园林绿化信息管理服务平台,促进园林绿化的信息化和现代化,提高园林绿化的经济效益、社会效益和生态效益。,基于物联网的园林绿化信息管理服务,关键技术：（1）面向园林绿化的物联网的组网与最优覆盖技术；（2）面向园林监控的无线传感器网络低功
19、耗技术；（3）面向园林监控的无线传感器网络数据融合算法；（4）基于GIS的园林灾害预测预报模型；（5）面向园林绿化的统一监测技术标准和规范。,基于物联网的园林绿化信息管理服务平台研究与示范,实现食品供应链的全程追踪和溯源，保证食品的安全，最终实现政府的数字化的政务管理与城市运行职能。实现食品重要物资的准确标识，实现管理的透明化，为食品安全、防伪打假提供法律依据。实现食品、物流供应链的追踪，提高重大疫病防控能力和水平，促进行业持续健康发展。,项目建议：基于物联网的食品溯源关键技术与示范,无线传感网应用实例展示,物联网应用实例,农业园林,2,医疗保健,3,智能楼宇,4,交通运输,5,其它项目建议,
20、6,城市市政管理应用,1,物联网(The Internet of things)的概念是在1999年提出的，它的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。国际电信联盟2005年一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。,医院病房电子巡检,物联网(The Internet of things)的概念是在1999年提出的，它的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。国际电信联盟2005年一份报告曾描绘
21、“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。,医院病房电子巡检,在病人身上安装带有射频标签的微型无线传感器，动态感知病人信息。,物联网(The Internet of things)的概念是在1999年提出的，它的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。国际电信联盟2005年一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。,医院病房电子巡检,病房外的医生携带P
22、DA等通讯设施。,“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，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经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。,医院病房电子巡检,得知病人病情后，医生将通知值勤护士或者急救人员前往病房救助。,由于缺乏资金和管理不当，中国医疗保健体系矛盾突出。通过建立医疗保健信息交换平台，实现医疗保健信息资源共享，降低药品库存和成本并提高效率；增加
23、医生对患者以往病史和治疗记录的了解，提高诊断质量和服务质量；同时，推动各医院之间的服务共享和灵活转账，形成一种新的管理系统，使开支和流程更加透明化。,项目建议：基于物联网的医疗保健信息交换平台 研究与示范,关键技术：（1）基于射频识别的药品溯源技术；（2）基于传感器网络的药品库存监控技术；（3）海量数据索引与存储技术；（4）物联网数据安全与隐私保密技术；（5）面向医疗保障的物联网数据共享机制,基于物联网的医疗保健信息交换平台研究与示范,实现药品供应链的全程追踪和溯源，保证药品的安全。实现药品重要物资的准确标识，实现管理的透明化，为药品安全、防伪打假提供法律依据。实现药品、物流供应链的追踪，提高
24、重大疫病防控能力和水平，促进行业持续健康发展。,基于物联网的药品溯源关键技术与示范,无线传感网应用实例展示,物联网应用实例展示,农业园林,2,医疗保健,3,智能楼宇,4,交通运输,5,其它项目建议,6,城市市政管理应用,1,1,物联网(The Internet of things)的概念是在1999年提出的，它的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。国际电信联盟2005年一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。,智能家居,监测节点,穿戴有
25、感知设备的人体感知到人体状况异常时，会向房间内的节点发出信号。,目前，国内剧院场馆、体育场馆、会展中心、地铁站等大型公共建筑越来越多，这些公共建筑规模大、结构复杂、人员密集、内部设备庞杂，紧急情况的预警以及疏散依靠传统的人工管理难以应对。本项目面向大型公共建筑监控与应急管理的重大需求，研究大型公共建筑复杂环境监控与应急管理系统关键技术，建立产业化应用示范，为大型建筑监控与应急管理的产业化提供技术支撑与应用示范。,基于无线感知的大型公共建筑监控应急,大型建筑物复杂环境室内定位系统关键技术与示范,监控中心,手持终端,监控终端,RFID读卡器,通信网络,采用无线传感器网络和无线局域网技术，实现对灯、
26、空调设备的远程监控，同时为工作人员配备手持终端，方便工作人员现场处理设备故障。,大型建筑物复杂环境室内定位系统关键技术与示范,信息上传,异常判断,处理反馈,反馈判断,三段式闭环式运行工作流程,异常处理,统计评价,任务派遣,监控指挥中心,相关责任部门,场馆现场,大型建筑物复杂环境室内定位系统关键技术与示范,无线传感网应用实例展示,物联网应用实例,农业园林,2,医疗保健,3,智能楼宇,4,交通运输,5,其它项目建议,6,城市市政管理应用,1,实现公共交通工具全程追踪和溯源，保证运输的安全，最终实现政府的数字化的调度管理与城市交通资源优化配置运行职能。实现城市公共交通、轨道交通等重要设备的准确标识，
27、实现管理的透明化，为运输安全、保障交通设施设备安全提供法律依据。实现车辆、列车等运营全程的追踪，提高事故防控能力和水平，增强实时调度监控和应急事件处理能力，促进交通运输持续健康发展。,项目建议：物联网的公共交通监管关键技术与示范,关键技术：（1）基于射频识别的溯源技术；（2）基于射频识别的追踪技术；（3）基于传感器网络的监控技术；（4）海量数据索引与存储技术；（5）物联网数据安全与保密技术；（6）面向交通运输安全保障的物联网数据共享机制；（7）服务于政府的数据监管机制,物联网的公共交通监管关键技术与示范,物联网基本概念,一、物联网基本概念,防碰撞问题的研究中间件技术的研究安全架构及安全算法的研
28、究与其它网络的融合的研究天线的研究基于RFID的城市集约化管理模式与架构的研究基于食品安全及物流供应链的研究RFID与无线传感器研究,北邮RFID相关研究,提出一种基于序列号对时隙运算的排序算法通过对数据通信协议，传输前侦听的“载波检测协议”的改进,有效的防碰撞对MCU 编程实现更为复杂的防碰撞算法,防碰撞相关问题研究,RFID中间件是支撑应用软件的重要部分，是衔接硬件设备和企业应用软件的桥梁。RFID中间件的功能是解决分布式计算的通信问题，和进行大规模系统开发。RFID中间件的研究：屏蔽下层异构，淡化上层应用-扩展性，包容性研究-数据过滤与分配规则研究-考虑数据共享服务-中间件的分布服务特性研究,中间件技术研究,中间件技术研究,安全架构及安全算法研究,安全问题：标签中数据的安全 通信链路上的安全 阅读器协议的安全问题,研究内容：轻量级安全算法的研究 安全算法中密钥的更新问题 RFID系统的安全架构问题,数据共享与信息交换平台研究,谢谢！,北京邮电大学电子工程学院,广东省数字广东研究院物联网工程中心,
