物聯(lián)網(wǎng)控制基礎_緒論第一頁，共103頁。課程目標課程重點：1物聯(lián)網(wǎng)基礎知識2現(xiàn)場總線技術(shù)3物聯(lián)網(wǎng)控制理論與方法4PID控制技術(shù)5網(wǎng)絡控制系統(tǒng)第二頁，共103頁。課程目標課程難點：1物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2CAN總線技術(shù)3系統(tǒng)時域/頻域分析法4PID控制技術(shù)第三頁，共103頁。課程安排共18周，54個課時；15周理論課+3周實驗課；考試70%+平時分30%；第四頁，共103頁。1緒論

物聯(lián)網(wǎng)控制基礎

InternetofThing第五頁，共103頁。1緒論§1.1物聯(lián)網(wǎng)的應用領域§1.2

物聯(lián)網(wǎng)的基礎知識§1.3

物聯(lián)網(wǎng)的建模探究§1.4

物聯(lián)網(wǎng)的控制理論基礎第六頁，共103頁。衣

未來，也許您只需坐在電腦前，就可以體驗到真實的購物享受，不必再詢問淘寶店主尺碼是否合身，如果喜歡，就試穿一下吧！第七頁，共103頁。食

未來，也許您把蔬菜的標簽在儀器前輕輕一刷，就可以了解它的產(chǎn)地，農(nóng)藥殘留量和營養(yǎng)成分。第八頁，共103頁。農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)讓您買著順心，吃著放心!第九頁，共103頁。住

未來，也許您只需一部手機，就可以遙控家中一切電器，坐在辦公室，就可以打開空調(diào)，并且泡上一壺濃茶!第十頁，共103頁。第十一頁，共103頁。行

未來，開車不再是焦急的等待，而是自由的馳騁；不再會發(fā)生交通事故，安全駕駛將得以實現(xiàn)。第十二頁，共103頁。第十三頁，共103頁。隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用，這些技術(shù)都將成為現(xiàn)實！第十四頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀

日本:“物聯(lián)日本”戰(zhàn)略，希望能夠?qū)崿F(xiàn)從有線到無線、從網(wǎng)絡到終端、包括認證、數(shù)據(jù)交換在內(nèi)的無縫鏈接泛在網(wǎng)絡環(huán)境，100%的國民可以使用高速或超高速網(wǎng)絡。韓國:“智能韓國”戰(zhàn)略，作為韓國的u-IT839八大創(chuàng)新服務之一。最終能夠讓韓國民眾能通過有線或無線的方式遠程控制家電設備，并能在家享受高質(zhì)量的雙向與互動多媒體服務。第十五頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2009年8月7日，溫家寶總理在考察中國科學院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心時，對該中心正在對繼互聯(lián)網(wǎng)、移動通信之后的全新技術(shù)領域傳感網(wǎng)進行攻關(guān)，立志開辟“感知中國”(又稱“智慧中國”)的創(chuàng)新之舉，做出高度評價?！霸趥鞲芯W(wǎng)發(fā)展中，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術(shù)”“在國家重大科技專項中，加快推進傳感網(wǎng)發(fā)展”盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫‘感知中國’中心”。第十六頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)概念的提出1999年2005年2008年2009年

MIT的KevinAshton第一次提出:把RFID技術(shù)與

傳感器技術(shù)應用于日常物品中形成一個“物聯(lián)網(wǎng)”

ITU報告:物聯(lián)網(wǎng)是通過RFID和智能計算等技術(shù)實現(xiàn)全世界設備互連的網(wǎng)絡

IBM提出:把傳感器設備安裝到各種物體中，并且普遍連接形成網(wǎng)絡，即“物聯(lián)網(wǎng)”，進而在此基礎上形成“智慧地球”

歐洲物聯(lián)網(wǎng)研究項目工作組制訂《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》，介紹傳感網(wǎng)/RFID等前端技術(shù)和20年發(fā)展趨勢第十七頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)概念的演進物聯(lián)網(wǎng)-AutoID1999年

●RFID標簽存儲著規(guī)范信息●通過無線通信自動采集到中央信息系統(tǒng)，

實現(xiàn)物品(商品)的識別●通過互聯(lián)網(wǎng)絡實現(xiàn)信息交換和共享，實現(xiàn)

對物品的“透明”管理第十八頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)概念的演進物聯(lián)網(wǎng)一ITU

2005年●定義

信息與通信技術(shù)的目標已經(jīng)從任何時間、任何地點連接任何人，發(fā)展到連接任何物品的階段，萬物的連接就形成了物聯(lián)網(wǎng)。除RFID技術(shù)外，傳感器、智能、納米等技術(shù)被廣泛應用?！衽e例

世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過互聯(lián)網(wǎng)主動進行交換。第十九頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)概念的演進物聯(lián)網(wǎng)一IBM

2008年●定義

把感應器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，然后將它與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合。在這個整合的網(wǎng)絡當中，能力超級強大的中心計算機群，對網(wǎng)絡中的人員、機器、設備和基礎設施進行實時的管理和控制。

●目的

人類可以更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然的關(guān)系。第二十頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)概念的演進物聯(lián)網(wǎng)一歐盟

2009年●定義

將現(xiàn)有的互聯(lián)的計算機網(wǎng)絡擴展到互聯(lián)的物品網(wǎng)絡，便形成了物聯(lián)網(wǎng)。它是動態(tài)的全球網(wǎng)絡框架，基于標準通信協(xié)議，具有自組織能力。其中，物理和虛擬的“物”具有身份標識、物理屬性、虛擬特性和智能接口，并與信息網(wǎng)絡無縫聯(lián)接。

第二十一頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)概念的演進物聯(lián)網(wǎng)一中國

2010年●定義

溫總理在十一屆全國人大三次會議上對物聯(lián)網(wǎng)做出如下定：物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡。

第二十二頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)定義●在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力和執(zhí)行能力的嵌入式芯片和軟件，使之成為智能物體●通過網(wǎng)絡設施實現(xiàn)信息傳輸、協(xié)同、信息處理、態(tài)勢判斷和決策執(zhí)行●實現(xiàn)物與物、物與人之間的互聯(lián)，達到智能化識別、管理、控制的目的

第二十三頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)定義“物”的條件①相應信息接收器②數(shù)據(jù)傳輸通路③數(shù)據(jù)發(fā)送器④一定的存儲功能⑤處理運算單元(CPU)⑥操作系統(tǒng)⑦專門的應用程序⑧遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議⑨在世界網(wǎng)絡中可被識別的唯一編號

第二十四頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的特征●全面感知利用射頻識別、二維碼、傳感器等感知、捕獲、測量技術(shù)隨時隨地對物體進行信息采集和獲取?！窨煽總魉蛯⑽矬w接入信息網(wǎng)絡，并依托各種通信網(wǎng)絡，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享。●智能處理利用各種智能計算技術(shù)，對海量的感知數(shù)據(jù)進行分析和處理，實現(xiàn)智能化的決策和控制。第二十五頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的體系框架物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)軟件應用子部分支撐子部分基于TCP/IP通信協(xié)議硬件網(wǎng)絡傳輸層感知控制層傳輸子部分感知子部分基于GPRS、傳感器通信協(xié)議應用服務層第二十六頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的體系框架第二十七頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的體系框架感知層是物聯(lián)網(wǎng)全面感知的基礎第二十八頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的體系框架網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)無處不在的前提第二十九頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的體系框架應用層是物聯(lián)網(wǎng)智能處理的中樞第三十頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)●RFID和EPC技術(shù)●傳感控制技術(shù)●無線網(wǎng)絡技術(shù)●組網(wǎng)技術(shù)●人工智能技術(shù)第三十一頁，共103頁。射頻識別技術(shù)RFID●射頻識別是無線電頻率識別的簡稱，即通過無線電波進

行識別?！馬FID系統(tǒng)中，識別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子

數(shù)據(jù)載體稱為應答器?！駪鹌髦写娣诺淖R別信息由閱讀器讀出?！耖喿x器不僅可以讀出存放的信息，而且可以對其進行寫

入，讀寫過程是通過雙方之間的無線通信來實現(xiàn)的。第三十二頁，共103頁。射頻識別技術(shù)RFIDRFID的基本原理框圖第三十三頁，共103頁。射頻識別技術(shù)RFID射頻識別的應用系統(tǒng)架構(gòu)高層閱讀器1閱讀器2閱讀器3應答器1-1應答器1-N…應答器2-1應答器2-N…應答器3-1應答器3-N…1、最簡單的應用系統(tǒng)只有單個閱讀器，它一次對一個應答器進行操作，如公交汽車上的票務操作。2、較復雜的應用需要一個閱讀器可同時對多個應答器進行操作，即要具有防碰撞(亦稱防沖突)的能力。3、更復雜的應用系統(tǒng)要解決閱讀器的高層處理問題，包括多閱讀器的網(wǎng)絡連接。第三十四頁，共103頁。RFID—應答器●應答器的主要性能參數(shù)?工作頻率?讀/寫能力?編碼調(diào)制方式?數(shù)據(jù)傳輸速率?信息數(shù)據(jù)存儲容量?工作距離?多應答器識讀能力(亦稱防碰撞或防沖突能力)?安全性能(密鑰、認證)等。第三十五頁，共103頁。RFID—應答器●控制器?控制器是應答器系統(tǒng)的核心部分，對于可讀可寫應答器，需要內(nèi)部邏輯控制對讀寫的使能，讀寫的操作的支持，對于有密碼的應答器，要求控制器能進行數(shù)字驗證操作。?RFID的應答器的存儲容量一般在幾字節(jié)到幾千字節(jié)之間，存儲器存儲的數(shù)據(jù)量一般為產(chǎn)品的序列號，如EPC編碼。●存儲器第三十六頁，共103頁。RFID—應答器●無源、半無源與有源應答器?無源應答器:不附有電池，從閱讀器發(fā)出射頻能量中提取工作所需的電能，稱為被動式應答器。?半無源應答器:內(nèi)裝有電池，起輔助作用，對維持數(shù)據(jù)的電路

供電或?qū)鹌餍酒ぷ魉璧碾妷鹤鬏o助支持，用于傳輸

通信的射頻能量源自閱讀器，為半被動式應答器。?有源應答器:工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時內(nèi)部電池能

量也部分地轉(zhuǎn)換為應答器與閱讀器通信所需的射頻能量，這種應答器會主動與閱讀器進行信息傳輸，稱為主動應答器。第三十七頁，共103頁。RFID—閱讀器●功能1、以射頻方式向應答器傳輸能量；2、從應答器中讀出數(shù)據(jù)或向應答器寫入數(shù)據(jù);3、完成對讀取數(shù)據(jù)的信息處理并實現(xiàn)應用操作;4、若有需要，應能和高層處理交互信息?！窠M成

?典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元、振蕩電路以及閱讀器天線幾部分。第三十八頁，共103頁。RFID—閱讀器

RFID閱讀器是以一定的頻率、特定的通信協(xié)議完成對應答器中信息的讀取，閱讀器基本組成模塊如圖所示：第三十九頁，共103頁。RFID—閱讀器

閱讀器和應答器耦合的方式有多種，應用較為典型的是電感耦合，閱讀器和應答器天線部分的電感線圈通過電磁場進行信息傳輸。第四十頁，共103頁。RFID—天線天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號功率接收或輻射出去的裝置，是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導線波與自由空間波能量的轉(zhuǎn)化。天線的目標是取得最大的能量傳輸效果。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔接收能量和發(fā)射能量的作用。在應答器中，天線和應答器芯片封裝在一起。RFID系統(tǒng)所用的天線類型主要有近場天線、遠場天線、偶極子天線、微帶貼片天線、線圈天線等。當前的RFID系統(tǒng)主要集中在LF、HF、UHF和微波頻段。第四十一頁，共103頁。RFID—中間件RFID中間件(RFIDMiddleware)，是用來加工和處理來自讀寫器的所有信息和事件流的軟件，是連接讀寫器與企業(yè)應用的紐帶。應用程序使用中間件提供的一組通用的應用程序接口(API)，即能連接到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數(shù)據(jù)。(a)中間件基本構(gòu)成第四十二頁，共103頁。RFID—中間件

1、中間件獨立并介于RFID讀寫器與后端應用程序之間，能夠與多個RFID讀寫器以及多個后端應用程序連接，以減輕架構(gòu)與維護的復雜性。2、中間件具有數(shù)據(jù)的搜索、過濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的信息傳遞到企業(yè)后端的應用系統(tǒng)。3、中間件采用程序邏輯及存儲再轉(zhuǎn)換的功能來提供順序的信息流，具有數(shù)據(jù)流設計與管理的能力。

中間件特征第四十三頁，共103頁。RFID—應用領域?RFID應用領域廣泛，且每種應用的實現(xiàn)，都會形成一個龐大的市場，因此可以說射頻識別是一個重要的新的經(jīng)濟增長點。?目前，RFID在票務系統(tǒng)(城市公交車、高速公路收費、門票等)、收費卡、城市交通管理、安檢門禁、物流、家政、食品安全追溯、藥品、礦井生產(chǎn)安全、防盜、防偽、證件、集裝箱識別、動物追蹤、運動計時、生產(chǎn)自動化、商業(yè)供應鏈等眾多領域獲得廣泛重視和應用。●RFID的應用第四十四頁，共103頁。電子代碼技術(shù)EPC●電子產(chǎn)品代碼(ElectronicProductCode)●EPC最終目標是為每一個商品建立全球的、開放的編碼

標準。●EPC統(tǒng)一了對世界范圍內(nèi)的商品的編碼的規(guī)則，并通過

應用于RFID系統(tǒng)中，聯(lián)合網(wǎng)絡技術(shù)而組成了EPC系統(tǒng)?！馝PC規(guī)定了用數(shù)字信息的形式存儲于和具體的商品實物固

定在一起的RFID應答器中。第四十五頁，共103頁。EPC—編碼協(xié)議●EPC編碼由版本號、產(chǎn)品域名管理、產(chǎn)品分類部分和序列號四個字段組成?！衲壳暗腅PC系統(tǒng)中應用的編碼類型主要有三種:64位、96位和256位。

第四十六頁，共103頁。EPC—編碼協(xié)議目前主要的三種EPC編碼EPC-64編碼類型，分為typeI、typeII和typeⅢ三種類型；64位目前只有一種typeI型，版本號字段占8位，域名管理占28位，序列號為36位；96位EPC-256編碼類型，分為typeI、typeII和typeIII三種類型，它的域名管理分別占32位、64位和128位。256位第四十七頁，共103頁。EPC—編碼協(xié)議●EPC編碼結(jié)構(gòu)第四十八頁，共103頁。EPC—編碼協(xié)議●Ⅰ型EPC-64編碼I型EPC-64編碼提供的占有兩個數(shù)字位的版本號編碼。

21位被分配給了具體的EPC域名管理編碼，17位被用于標識產(chǎn)品具體的分類信息，最后的24位序列具體地標識了具體的產(chǎn)品的個體。第四十九頁，共103頁。EPC—編碼協(xié)議●Ⅱ型EPC-64編碼

當I型EPC-64無法滿足需要時可以采用II型EPC-64來滿足大量產(chǎn)品和對價格反應敏感的消費品生產(chǎn)者的要求。

Ⅱ型EPC-64編碼采用34位的產(chǎn)品序列號，與13位對象分類區(qū)結(jié)合(允許多達8192庫存單元)，遠遠超過了世界上最大的消費品生產(chǎn)商的生產(chǎn)能力。第五十頁，共103頁。EPC—編碼協(xié)議●Ⅰ型EPC-96編碼

I型EPC-96的設計目的是成為一個公開的物品標識代碼。它的應用類似于目前的統(tǒng)一產(chǎn)品代碼，具體的字段含義如下：第五十一頁，共103頁。EPC—編碼協(xié)議●EPC-256編碼

EPC的64位編碼和96位編碼版本已經(jīng)不足以長期使用。更長的EPC編碼規(guī)則一直以來就廣受

期待并醞釀已久。EPC的256位編碼標準就走在這種情況下應運而生的。第五十二頁，共103頁。EPC—系統(tǒng)結(jié)構(gòu)●系統(tǒng)組成EPC系統(tǒng)由載體、讀寫器、產(chǎn)品管理中間件、網(wǎng)絡、ONS服務器、PML服務器以及數(shù)據(jù)庫組成。EPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如右圖所示：第五十三頁，共103頁。EPC—系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?ONS(ObjectNamingService，對象名稱解服務器)，它用來把EPC轉(zhuǎn)化成IP地址，用來定位相應的計算機和完成相應的信息交互服務。?PML(PhysicalMarkupLanguage，實體標識語言)服務器中，存儲用PML語言描述的實物信息，如實物名稱、種類、性質(zhì)、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家信息、實物存放位置、實物的使用說明等。第五十四頁，共103頁。EPC—條形碼標簽

條形碼技術(shù)：是集編碼、印刷、識別、數(shù)據(jù)采集和處理于一身的技術(shù)。條形碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用來表達信息的圖形標識符。

一維條形碼：一維條碼是由一組寬度不同、反射率不同的平行相鄰的線條和空白，按照一定的編碼規(guī)則和技術(shù)標準組合而成，用來表示某種數(shù)據(jù)信息的符號。

二維條形碼：在EPC條形碼的編碼方式中在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條碼，稱為二維條碼，可直接顯示英文、中文、數(shù)字、符號、圖型。第五十五頁，共103頁。RFID與條形碼的區(qū)別條形碼RFIDEPC

條形碼是應用了不同寬度的黑白條碼反射光來編碼，具體成本低廉，使用方便，缺點是編碼容量不足。

RFID標簽是存儲了具體的EPC標準的產(chǎn)品編碼信息的產(chǎn)品標簽，它會因不同應用場合的具體要求而表現(xiàn)出不同的封裝形式，擊紐扣類、IC卡類以及條形碼形式等等。EPC是編碼標準，規(guī)定了對具體不同商品產(chǎn)品唯一的編碼格式，完成RFID產(chǎn)品信息編碼。第五十六頁，共103頁。RFID與條形碼的區(qū)別

RFID與條形碼比較第五十七頁，共103頁。傳感控制技術(shù)●傳感器

感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。?傳感器式測量裝置，能完成檢測任務；?它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等；?它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電物理量，但主要是電信號；?輸出輸入有對應關(guān)系，且應有一定的精確程度。第五十八頁，共103頁。傳感控制技術(shù)●傳感控制技術(shù)?在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感技術(shù)主要負責接收物品“講話”的內(nèi)容。從仿生學觀點，如果把計算機看成處理和識別信息的“大腦”，把通信系統(tǒng)看成傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”的話，那么傳感器就是“感覺器官”。?傳感控制技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信息，并對之進行處理（變換）和識別的一門多學科交叉的現(xiàn)代科學與工程技術(shù)，它涉及傳感器、信息處理和識別的規(guī)劃設計、開發(fā)、建造、測試、應用及評價改進等活動。第五十九頁，共103頁。傳感控制技術(shù)?按照信息論的凸性定理，傳感器的功能與品質(zhì)決定了傳感系統(tǒng)獲取自然信息的信息量和信息質(zhì)量，是高品質(zhì)傳感技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)造第一個關(guān)鍵。?信息處理包括信號的預處理、后置處理、特征提取與選擇等。?識別的主要任務是對經(jīng)過處理的信息進行辨識與分類。它利用被識別（或診斷）對象與特征信息間的關(guān)聯(lián)關(guān)系模型對輸入的特征信息集進行辨識、比較、分類和判斷。第六十頁，共103頁。無線網(wǎng)絡技術(shù)

什么是無線網(wǎng)絡？

所謂無線網(wǎng)絡，既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，也包括為近距離無線連接進行優(yōu)化的紅外線技術(shù)及射頻技術(shù)，與有線網(wǎng)絡的用途十分類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，利用無線電技術(shù)取代網(wǎng)線，可以和有線網(wǎng)絡互為備份。第六十一頁，共103頁。無線網(wǎng)絡技術(shù)

無線網(wǎng)絡的優(yōu)越性?可移動性:工作終端的移動，整個網(wǎng)絡的移動；?低成本:不需無線介質(zhì)，不需假設，不需維護；?特殊環(huán)境應用:移動辦公，緊急救災，跨越障礙，建筑保護等。?無線網(wǎng)絡技術(shù)是實現(xiàn)移動計算/普適計算的核心技術(shù)。第六十二頁，共103頁。組網(wǎng)技術(shù)

什么是組網(wǎng)技術(shù)？

組網(wǎng)技術(shù)也稱網(wǎng)絡組建技術(shù)，分為以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)和ATM局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，也可分為有線、無線組網(wǎng)。?在物聯(lián)網(wǎng)中，組網(wǎng)技術(shù)起到“橋梁”的作用，其中應用最多的是無線自組網(wǎng)技術(shù)，它能將分散的節(jié)點在一定的范圍內(nèi)自動組成一個網(wǎng)絡，來增加各采集節(jié)點獲取信息的渠道。第六十三頁，共103頁。組網(wǎng)技術(shù)

什么是組網(wǎng)技術(shù)？?通過組網(wǎng)，各節(jié)點除了獲取自身采集到的信息，還能獲取一定范圍內(nèi)的其他節(jié)點采集到的信息。在該范圍內(nèi)節(jié)點采集到的信息可以統(tǒng)一處理、統(tǒng)一傳送，也可經(jīng)過節(jié)點之間的相互“聯(lián)系”后，協(xié)商傳送各自的部分信息。第六十四頁，共103頁。人工智能技術(shù)

人工智能是研究使計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為(如學習、推理、思考、規(guī)劃等）的技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技術(shù)主要負責將物品“講話”的內(nèi)容進行分析，從而實現(xiàn)計算機自動處理。第六十五頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及應用難點

技術(shù)標準問題

數(shù)據(jù)安全問題

IP地址問題

物聯(lián)網(wǎng)終端問題第六十六頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及應用難點

技術(shù)標準問題數(shù)據(jù)安全問題世界各國存在不同的標準，因此所形成的物聯(lián)網(wǎng)也各不相同。無線電接入層面標準化問題；語義層面標準化問題；語義互通標準化問題。數(shù)據(jù)的安全問題幾乎涉及物聯(lián)網(wǎng)體系的每一個層面，無線安全、網(wǎng)絡安全、中間件安全均與應用息息相關(guān)。因此，如何在每個環(huán)節(jié)嚴防死守，保障整個體系的數(shù)據(jù)安全成為物聯(lián)網(wǎng)正常運行基礎。第六十七頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及應用難點

IP地址問題物聯(lián)網(wǎng)終端問題每個物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址，因此，它們均需要唯一的物理地址，從而在物聯(lián)網(wǎng)中需要更多的IP地址，IPv4資源即將耗盡，那就需要IPv6來支撐。物聯(lián)網(wǎng)終端除具有自身獨立的功能外，還需要具備傳感器和網(wǎng)絡接入的能力。。而行業(yè)的需要千差萬別，如何滿足終端產(chǎn)品的多樣化要求，對運營商來說也是一大挑戰(zhàn)。第六十八頁，共103頁。

物聯(lián)網(wǎng)的應用領域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應用于整個電力系統(tǒng)，從電廠、大壩、變電站、高壓輸電線路直至用戶終端，全面打造智能化電力運行平臺。其中包括對電力系統(tǒng)運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和自動故障處理、監(jiān)測電網(wǎng)的整體健康水平、觸發(fā)可能導致電網(wǎng)故障的預警機制并判斷是否需要即刻檢查或采取相應的措施、分析電網(wǎng)的系統(tǒng)故障以及電壓降低、電能質(zhì)量差、過載等不良系統(tǒng)狀態(tài)，生成自適應的控制方案等。智能電網(wǎng)第六十九頁，共103頁。

物聯(lián)網(wǎng)的應用領域智能快遞是指在物聯(lián)網(wǎng)廣泛應用的基礎上，利用先進的信息采集、信息處理、信息流通和信息管理技術(shù)，在需要寄遞的信件和包裹上嵌入電子標簽、條形碼等能夠存儲物品信息的標識，通過無線網(wǎng)絡的方式將相關(guān)信息及時發(fā)送到后臺信息處理系統(tǒng)中，各子信息系統(tǒng)可互聯(lián)形成一個龐大的網(wǎng)絡，從而達到對物品快速收寄、分發(fā)、運輸、投遞以及實施跟蹤、監(jiān)控等智能化管理的目的，并最終依照承諾時限遞送到收件人或指定地點獲得簽收的新型寄遞服務。智能物流第七十頁，共103頁。

物聯(lián)網(wǎng)的應用領域

物聯(lián)網(wǎng)的誕生將商務延伸到所有物品上，真正地實現(xiàn)了突破空間和時間束縛的金融構(gòu)想，使商務活動的參與主體可以在任何時間、任何地點實時獲取和采集商業(yè)信息，擺脫了單一的設備和網(wǎng)絡環(huán)境束縛，使得“移動支付”、“移動購物”、“手機錢包”、“手機銀行”、“電子機票”等方便快捷的應用形式層出不窮。金融與服務業(yè)第七十一頁，共103頁。

物聯(lián)網(wǎng)的應用領域

把物聯(lián)網(wǎng)應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，根據(jù)用戶的需求，實時監(jiān)控環(huán)境溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、二氧化碳濃度、葉面濕度、露點溫度、蟲害情況等環(huán)境參數(shù)，在生畜體內(nèi)植入傳感芯片跟蹤放牧情況，并采用無線信號收發(fā)模塊傳輸數(shù)據(jù)，開關(guān)或調(diào)節(jié)指定設備，降低人力成本、量化農(nóng)副業(yè)產(chǎn)品生長環(huán)境、打造食品溯源體系，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生長環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，為實施農(nóng)牧業(yè)綜合生態(tài)信息自動監(jiān)測以及農(nóng)牧業(yè)智能化管理提供科學依據(jù)。智能農(nóng)業(yè)第七十二頁，共103頁。

物聯(lián)網(wǎng)的應用領域

智能醫(yī)療是通過打造健康檔案區(qū)域醫(yī)療信息平臺，利用最先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)患者與醫(yī)務人員、醫(yī)療機構(gòu)、醫(yī)療設備之間的互動，逐步達到信息化。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于醫(yī)療健康領域，可以解決醫(yī)療資源緊張、醫(yī)療費用昂貴、老齡化壓力增大等各種社會問題。智能醫(yī)療第七十三頁，共103頁。

物聯(lián)網(wǎng)的應用領域

以感知和智能為代表的新興技術(shù)使得未來信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展由以人類信息為主導的互聯(lián)網(wǎng)，向物與物互聯(lián)以信息為主導的物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型。面向工業(yè)與自動化領域的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以泛在網(wǎng)絡為基礎、以泛在感知為核心、以泛在服務為目的、以泛在智能拓展和提升為目標的綜合性一體化信息處理技術(shù)，它是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分。物聯(lián)網(wǎng)大大的加快了工業(yè)化的進程，顯著的提高了人類的物質(zhì)生活水平，并且在推進我國的工業(yè)和制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、促進工業(yè)企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品品質(zhì)、提高企業(yè)經(jīng)濟效益等方面發(fā)揮了巨大的推動作用。工業(yè)與自動化控制第七十四頁，共103頁。

物聯(lián)網(wǎng)的應用領域

在國防科研、軍工企業(yè)及武器平臺等各個環(huán)節(jié)中設置標簽讀取裝置信息，并通過無線和有線網(wǎng)絡將其聯(lián)接起來，那么每個國防要素及作戰(zhàn)單元甚至整個國家軍事力量都將處于全信息和全數(shù)字化狀態(tài)。大到衛(wèi)星、導彈、飛機、艦船、坦克、火炮等軍事裝備，小到單兵作戰(zhàn)器械，從通信技偵系統(tǒng)到后勤保障系統(tǒng)，從軍事科學試驗到軍事裝備工程，其應用遍及戰(zhàn)爭準備、戰(zhàn)爭實施的每一個環(huán)節(jié)。國防軍事第七十五頁，共103頁。1.3物聯(lián)網(wǎng)的建模探究●物聯(lián)網(wǎng)基本原理

物聯(lián)網(wǎng)是在能量的支持下實現(xiàn)物質(zhì)與信息聯(lián)合運動的物質(zhì)形態(tài)，是研究信息流、物質(zhì)流和能量流彼此作用、相互轉(zhuǎn)換的方法和技術(shù)。

能量是物質(zhì)與信息聯(lián)合運動的支持者。物聯(lián)網(wǎng)在建立物物聯(lián)系網(wǎng)絡的過程中消耗能量，感知物流和信息流的同時也將感知能量流，如圖所示，可以認為物聯(lián)網(wǎng)空間溝通了物質(zhì)空間、信息空間和能量空間，并在這三個空間中相互轉(zhuǎn)換。信息空間能量空間物質(zhì)空間第七十六頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的科學問題物聯(lián)網(wǎng)應用的科學問題大規(guī)模異質(zhì)網(wǎng)元的數(shù)據(jù)交換問題不確定信息的有效整合與交互適配問題動態(tài)系統(tǒng)環(huán)境中服務自適應問題我國物聯(lián)網(wǎng)在交通、電力、醫(yī)療等領域已經(jīng)有了較為成功的應用，但依然面臨著可信技術(shù)缺乏的“硬”問題第七十七頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的科學問題1、大規(guī)模異質(zhì)網(wǎng)元的數(shù)據(jù)交換問題

物聯(lián)網(wǎng)借助互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等主流平臺實現(xiàn)子網(wǎng)連接和網(wǎng)絡融合，進而提供信息共享和協(xié)同服務；在局部緊耦合區(qū)域內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)表現(xiàn)出很強的動態(tài)自治需求，局部區(qū)域的各種網(wǎng)元為了執(zhí)行特定的網(wǎng)絡任務，動態(tài)地自我組織，實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作，綜合利用局部自治域內(nèi)的信息來提高網(wǎng)絡服務的效率。物聯(lián)網(wǎng)的首要難題：如何解決物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模性、多元異構(gòu)性、系統(tǒng)動態(tài)性與高效數(shù)據(jù)交換之間的矛盾。第七十八頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的科學問題2、不確定信息的有效整合與交互適配問題物聯(lián)網(wǎng)通過智能化設備對物理世界進行全面的感知，所感知的信息具有顯著的不確定性，這種不確定性需要確定的表達方式，并且信息需要通過重組、清洗、融合等網(wǎng)內(nèi)要求才能整合為可用的信息服務。其中，網(wǎng)元之間的信息融合要根據(jù)網(wǎng)絡任務的信息，隨時隨地進行網(wǎng)元之間的信息交互，實現(xiàn)信息高效共享。如何對感知信息進行標識、整合與利用，解決網(wǎng)元在信息交互過程中存在的信息表達、效能平衡和權(quán)限保護等適配問題。

問題2第七十九頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的科學問題3、動態(tài)系統(tǒng)環(huán)境中服務自適應問題?在動態(tài)的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，需要有針對性地處理交互對象實體的不確定性、與環(huán)境交互的隨機性，以及滿足變化的運行平臺約束等問題。并研究新型的軟件開發(fā)理論體系和支撐技術(shù)，使物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)具有更強的環(huán)境感知能力和動態(tài)調(diào)配能力，以此提升物聯(lián)網(wǎng)服務的環(huán)境適配性。?同時還需要建立能夠提供靈活時變服務的物聯(lián)網(wǎng)軟件結(jié)構(gòu)，使物聯(lián)網(wǎng)軟件具備自主性和演化性，實現(xiàn)用戶需求域、信息空間域和物理空間域三者的協(xié)同，靈活的適應不斷變化的環(huán)境。第八十頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的建模

物聯(lián)網(wǎng)復雜非線性多變量系統(tǒng)即包含虛擬的網(wǎng)絡，也包含真實的物理世界即有連續(xù)變量，也有離散變量即有線性問題，也有非線性問題即蘊含對稱性，也蘊含非對稱性第八十一頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的建模

物聯(lián)網(wǎng)空間中存在信息流、物質(zhì)流和能量流三種流體，它們彼此間可以相互轉(zhuǎn)換、相互制約。如何表述它們?nèi)叩年P(guān)系從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的控制功能就集中體現(xiàn)為對物體的四個確定原則，即定性、定質(zhì)、定位、定量。對“四定”進行描述和分析需要建立一個統(tǒng)一的純數(shù)學特征空間，并在此空間中對信息流、物質(zhì)流和能量流三種流體進行統(tǒng)一的分析和優(yōu)化。第八十二頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)的建模

?M2M、P2P環(huán)境下的控制問題，這里雙滑?？刂颇Ｐ涂赡苁且环N有效的控制方法；?對物聯(lián)網(wǎng)大網(wǎng)絡進行管理、控制和優(yōu)化的問題；?提升物聯(lián)網(wǎng)控制安全性的問題。建模的最終目標第八十三頁，共103頁。3物聯(lián)網(wǎng)的控制理論基礎

●控制理論?控制理論是研究如何對工程對象或系統(tǒng)施加控制信號使其達到預期目標的一門技術(shù)學科。?所謂控制(control)，是指為了改善系統(tǒng)的性能或達到某個特定的目的，對系統(tǒng)輸出信號進行采集和加工，并將由此產(chǎn)生的控制信號施加到系統(tǒng)中的過程。第八十四頁，共103頁。3物聯(lián)網(wǎng)的控制理論基礎

?系統(tǒng)分為可控系統(tǒng)和不可控系統(tǒng)兩大類，可控系統(tǒng)是指可以進行人工控制、干預的系統(tǒng)，后者指無法進行人工控制、干預的系統(tǒng)。?一般討論的系統(tǒng)為可控系統(tǒng)，它由控制部分和被控對象組成。●控制理論第八十五頁，共103頁。3物聯(lián)網(wǎng)的控制理論基礎

控制系統(tǒng)的控制部分一般由傳感器(Sensor)、控制器(Controller)和執(zhí)行器(Actuator)組成。

圖1

控制系統(tǒng)的簡單結(jié)構(gòu)圖第八十六頁，共103頁。3物聯(lián)網(wǎng)的控制理論基礎

?伺服控制：控制系統(tǒng)的輸出稱為系統(tǒng)響應，如果控制的目的是使得系統(tǒng)響應跟隨某個設定的輸入信號變化，則稱其為伺服控制。

?調(diào)節(jié)（Regulation）：如果要求系統(tǒng)輸出信號保持在某個設定的固定值附近，則稱其為調(diào)節(jié)控制,簡稱為調(diào)節(jié)。第八十七頁，共103頁。3物聯(lián)網(wǎng)的控制理論基礎

經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論比較第八十八頁，共103頁。物聯(lián)網(wǎng)與“三論”

?三論，即系統(tǒng)論、信息論和控制論。?

二十世紀四十年代末，隨著科技的發(fā)展，各個科學研究領域的分支日益細化，但與此同時，各學科之間相互滲透的現(xiàn)象越來越明顯。適應這一趨勢，系統(tǒng)論、控制論、信息論這三門邊緣學科幾乎同時產(chǎn)生。它們的出現(xiàn)對科學技術(shù)和思維的發(fā)展起到了巨大的推動作用，為現(xiàn)代多門新學科的出現(xiàn)奠定了堅實的基礎。第八十九頁，共103頁?！叭摗薄到y(tǒng)論

系統(tǒng)——有相互作用的元素的綜合體。要素——系統(tǒng)中的原子系統(tǒng)即系統(tǒng)的基本組成部分。結(jié)構(gòu)——是系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間相互聯(lián)系和相互作用的方式。

它表現(xiàn)為各要素在時間和空間上的組合形式。功能——是系統(tǒng)在與外部環(huán)境相互聯(lián)系和相互作用過程中所

具有的行為、能力和功效。是系統(tǒng)對外的表現(xiàn)。●系統(tǒng)的基本概念第九十頁，共103頁?！叭摗薄到y(tǒng)論

—要素不變時，結(jié)構(gòu)決定功能。如種類無數(shù)的有機物幾乎都主要是碳、氫、氧、氮組成。常常是組成結(jié)構(gòu)不同。又如電子元件不同的組合可以形成各種家電。(反過來，結(jié)構(gòu)相同，要素不同，功能不同)—結(jié)構(gòu)、要素都不同則可以有相同的功能。如人腦系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)在部分功能上相似。利用這一原則，可以設計各種仿真系統(tǒng)?！唤Y(jié)構(gòu)可能有多種功能。如一副中藥可能有多種療效?！裣到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能第九十一頁，共103頁?！叭摗薄到y(tǒng)論

●系統(tǒng)分類按系統(tǒng)的規(guī)模分:小型系統(tǒng)、中型系統(tǒng)、大型系統(tǒng)和巨型系統(tǒng)。按學科領域分:自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)和思維系統(tǒng)。按狀態(tài)劃分:有靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)。還有平衡系統(tǒng)、非平衡系統(tǒng)、近平衡系統(tǒng)、遠平衡系統(tǒng)等等。另外:實體系統(tǒng)和抽象(概念)系統(tǒng);宏觀系統(tǒng)、微觀系統(tǒng)。第九十二頁，共103頁?！叭摗薄到y(tǒng)論

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系統(tǒng)論是研究系統(tǒng)的一般模式、結(jié)構(gòu)和規(guī)律的一門學

科，主要研究各種系統(tǒng)的共同特征，用數(shù)學方法定