第1章物聯(lián)網(wǎng)編程概述物聯(lián)網(wǎng)編程概述第1頁本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2關(guān)鍵技術(shù)1.3

應(yīng)用前景什么是物聯(lián)網(wǎng)？物聯(lián)網(wǎng)概念是怎樣產(chǎn)生？物聯(lián)網(wǎng)編程概述第2頁1.1歷史進(jìn)程

“感知中國”IBM“智慧地球”

國際電信聯(lián)盟《ITU互聯(lián)網(wǎng)匯報(bào)：物聯(lián)網(wǎng)》，指出無所不在“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即未降臨

1995BillGates《未來之路》物物互聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)基本思想出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代物聯(lián)網(wǎng)編程概述第3頁1.1歷史進(jìn)程：根本復(fù)雜，起源不單一RFID1999年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）Auto-ID中心，提出EPC系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)概念普適計(jì)算（PervasiveComputing）感知與互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)20世紀(jì)90年代末，傳感網(wǎng)起步，NSFworkshoponCPS(Cyber-PhysicalSystems)信息-物理融合系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)編程概述第4頁什么是物聯(lián)網(wǎng)？概念提出Incomputing,theInternetofThingsreferstoanetworkofobjects,suchashouseholdappliances.Itisoftenaself-configuringwirelessnetwork.TheconceptoftheinternetofthingsisattributedtotheoriginalAuto-IDCenter,foundedin1999andbasedatthetimeinMIT.物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際是中國人創(chuàng)造，整合了美國CPS(Cyber-PhysicalSystems)、歐盟IoT（InternetofThings)和日本U-Japan等概念。是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息載體，讓全部能被獨(dú)立尋址普通物理對象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)。普通對象設(shè)備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化是其三個(gè)主要特征。物聯(lián)網(wǎng)編程概述第5頁本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2關(guān)鍵技術(shù)1.3應(yīng)用前景依據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用將物聯(lián)網(wǎng)分為感知識別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層。物聯(lián)網(wǎng)編程概述第6頁1.2關(guān)鍵技術(shù)：感知識別層關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層物聯(lián)網(wǎng)編程概述第7頁1.2關(guān)鍵技術(shù)：感知識別層關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層經(jīng)過感知識別技術(shù)，讓物品“開口說話、公布信息”是融合物理世界和信息世界主要一環(huán)，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)分于其它網(wǎng)絡(luò)最獨(dú)特部分。物聯(lián)網(wǎng)“觸手”是位于感知識別層大量信息生成設(shè)備，既包含采取自動生成方式RFID、傳感器、定位系統(tǒng)等，也包含采取人工生成方式各種智能設(shè)備，比如智能手機(jī)、PDA、多媒體播放器、上網(wǎng)本、筆記本電腦等等。信息生成方式多樣化是物聯(lián)網(wǎng)主要特征之一。感知識別層位于物聯(lián)網(wǎng)四層模型最底端，是全部上層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)編程概述第8頁關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層技術(shù)舉例：RFID基本組成：工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為標(biāo)簽，閱讀器和天線三大組件。工作原理：閱讀器經(jīng)過天線發(fā)送電子信號，標(biāo)簽接收到信號后發(fā)射內(nèi)部存放標(biāo)識信息，閱讀器再經(jīng)過天線接收并識別標(biāo)簽發(fā)回信息，最終閱讀器再將識別結(jié)果發(fā)送給主機(jī)。物聯(lián)網(wǎng)編程概述第9頁技術(shù)舉例：傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程：傳感器→無線傳感器→無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（大量微型、低成本、低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)組成多跳無線網(wǎng)絡(luò)）應(yīng)用舉例：VigilNet:美國弗吉尼亞大學(xué)研制用于軍事監(jiān)測系統(tǒng)。傳感節(jié)點(diǎn)含有自主成網(wǎng)，多跳傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。Mercury:美國哈佛大學(xué)研制可穿戴醫(yī)療監(jiān)控傳感器。傳感器含有設(shè)計(jì)人性化，高精度感知，連續(xù)長久采集數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。GreenOrbs（綠野千傳）：森林監(jiān)測傳感網(wǎng)系統(tǒng)，適合用于長久、大規(guī)模、自動化環(huán)境監(jiān)測任務(wù)關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層物聯(lián)網(wǎng)編程概述第10頁物聯(lián)網(wǎng)編程概述第11頁技術(shù)舉例：定位系統(tǒng)位置信息拓展：所在地理位置+處于該地理位置時(shí)間+處于該地理位置對象（人或設(shè)備）定位系統(tǒng)與技術(shù)：GPS，蜂窩基站定位，無線室內(nèi)環(huán)境定位（紅外線/.超聲波/藍(lán)牙），新興定位系統(tǒng)（A-GPS/無線AP/網(wǎng)絡(luò)定位）；距離/距離差/無線信號特征物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對定位技術(shù)挑戰(zhàn)：異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、多變環(huán)境下精準(zhǔn)定位大規(guī)模應(yīng)用基于位置服務(wù)（LocationbasedServices）位置信息帶來信息安全和隱私保護(hù)問題關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層物聯(lián)網(wǎng)編程概述第12頁技術(shù)舉例：智能信息設(shè)備傳統(tǒng)智能設(shè)備：個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）/個(gè)人數(shù)字助理（PDA）/…物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代新智能設(shè)備：數(shù)字標(biāo)牌（實(shí)時(shí)信息互動）/智能電視（含有全功效互聯(lián)網(wǎng)，個(gè)性化體驗(yàn)）/智能手機(jī)/…物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能設(shè)備發(fā)展新趨勢：更深入智能化：縱向（包含傳統(tǒng)智能設(shè)備）+縱向（融入沒有計(jì)算能力簡單物理對象）更透徹感知：主動感知(布署傳感器)+被動感知(發(fā)出查詢請求)更全方面互聯(lián)互通：互聯(lián)互通+信息共享關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層物聯(lián)網(wǎng)編程概述第13頁1.2關(guān)鍵技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層物聯(lián)網(wǎng)編程概述第14頁1.2關(guān)鍵技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)最主要基礎(chǔ)設(shè)施之一。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)有何異同？物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)嗎？無線網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)中終究飾演了什么角色？網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層在物聯(lián)網(wǎng)四層模型中連接感知識別層和管理服務(wù)層，含有強(qiáng)大紐帶作用，高效、穩(wěn)定、及時(shí)、安全地傳輸上下層數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)編程概述第15頁各種網(wǎng)絡(luò)形式怎樣應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)？互聯(lián)網(wǎng)：IPv6掃清了可接入網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備在數(shù)量上限制。互聯(lián)網(wǎng)/電信網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)、平臺和技術(shù)支持。無線寬帶網(wǎng)：WiFi/WiMAX等無線寬帶技術(shù)覆蓋范圍較廣，傳輸速度較快，為物聯(lián)網(wǎng)提供高速可靠廉價(jià)且不受接入設(shè)備位置限制互聯(lián)伎倆。無線低速網(wǎng)：ZigBee/藍(lán)牙/紅外等低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能夠適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)中能力較低節(jié)點(diǎn)低速率、低通信半徑、低計(jì)算能力和低能量起源等特征。移動通信網(wǎng)：移動通信網(wǎng)絡(luò)將成為“全方面、隨時(shí)、隨地”傳輸信息有效平臺。高速、實(shí)時(shí)、高覆蓋率、多元化處理多媒體數(shù)據(jù)，為“物品觸網(wǎng)”創(chuàng)造條件。物聯(lián)網(wǎng)編程概述第16頁1.2關(guān)鍵技術(shù)：管理服務(wù)層關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層管理服務(wù)層位于感知識別和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層之上，綜合應(yīng)用層之下，是物聯(lián)網(wǎng)智慧源泉。人們通常把物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用冠以“智能”名稱，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流等，其中智慧就來自這一層。當(dāng)感知識別層生成大量信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層傳輸匯聚到管理服務(wù)層，假如不能有效地整合與利用，那無異于入寶山而空返，望“數(shù)據(jù)海洋”而興嘆。管理服務(wù)層處理數(shù)據(jù)怎樣存放（數(shù)據(jù)庫與海量存放技術(shù)）、怎樣檢索（搜索引擎）、怎樣使用（數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)）、怎樣不被濫用（數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)）等問題。(大數(shù)據(jù)、云計(jì)算！)物聯(lián)網(wǎng)編程概述第17頁海量信息存放與物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層網(wǎng)絡(luò)存放體系結(jié)構(gòu)：直接附加存放（DAS）網(wǎng)絡(luò)附加存放（NAS）存放區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）困難：只能滿足中等規(guī)模商業(yè)需求數(shù)據(jù)中心不但包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和配套設(shè)備（如通信/存放設(shè)備），還包含冗余數(shù)據(jù)通信連接/環(huán)境控制設(shè)備/監(jiān)控設(shè)備及安全裝置，是一大型系統(tǒng)工程。經(jīng)過高度安全性和可靠性提供及時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)服務(wù)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供良好支持。經(jīng)典數(shù)據(jù)中心：Google/Hadoop物聯(lián)網(wǎng)編程概述第18頁搜索引擎與物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層情景（Context）搜索：一個(gè)能夠在合理響應(yīng)時(shí)間內(nèi)，依據(jù)用戶查詢關(guān)鍵詞和用戶所在情景，返回包含相關(guān)信息結(jié)果列表（hitslist）。傳統(tǒng)搜索引擎是基于查詢關(guān)鍵詞，對于相同關(guān)鍵詞，會得到相同查詢結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代搜索引擎新思索從智能物體角度思索搜索引擎與物體之間關(guān)系，主動識別物體并提取有用信息。從用戶角度上多模態(tài)信息利用，使查詢結(jié)果更準(zhǔn)確，更智能，更定制化。物聯(lián)網(wǎng)編程概述第19頁物聯(lián)網(wǎng)智慧決議關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層需求分析：更透徹感知要求對海量數(shù)據(jù)多維度整合與分析更深入智能化需要普適性數(shù)據(jù)搜索和服務(wù)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從大量數(shù)據(jù)中獲取潛在有用且可被人了解模式，基本類型相關(guān)聯(lián)分析，聚類分析，演化分析等。應(yīng)用舉例：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)：實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)，挖掘影響產(chǎn)量主要原因，取得產(chǎn)量最大化配置方式市場營銷：經(jīng)過數(shù)據(jù)庫行銷和貨籃分析等方式獲取用戶購物取向和興趣物聯(lián)網(wǎng)編程概述第20頁信息安全與隱私保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層RFID安全主要安全和隱私隱患：竊聽、跟蹤、中間人攻擊、坑騙/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒絕服務(wù)攻擊、RFID病毒…保護(hù)伎倆：物理安全機(jī)制/密碼學(xué)安全機(jī)制/PUF…位置隱私定義：用戶對自己位置信息掌控能力：用戶能自由決定是否公布位置信息，將信息公布給誰，經(jīng)過何種方式來公布，以及公布信息有多詳細(xì)。保護(hù)伎倆：制度制約、隱私方針、身份匿名、數(shù)據(jù)混同物聯(lián)網(wǎng)編程概述第21頁1.2關(guān)鍵技術(shù)：綜合應(yīng)用層“實(shí)踐出真知”，不論任何技術(shù)，應(yīng)用是決定成敗關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)豐富內(nèi)涵催生出更加豐富外延應(yīng)用。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了以數(shù)據(jù)為中心到以人為中心轉(zhuǎn)化，典型應(yīng)用包括文件傳輸、電子郵件、萬維網(wǎng)、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播、在線游戲和社交網(wǎng)絡(luò)等；而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以“物”或者物理世界為中心，涵蓋物品追蹤、環(huán)境感知、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)等等。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用目前正處于快速增長久，具有多樣化、規(guī)?；⑿袠I(yè)化等特點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層物聯(lián)網(wǎng)編程概述第22頁本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2關(guān)鍵技術(shù)1.3

應(yīng)用前景物聯(lián)網(wǎng)豐富內(nèi)涵催生出愈加豐富外延應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)編程概述第23頁1.3

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景智能物流：當(dāng)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設(shè)備，如RFID設(shè)備、感應(yīng)器或全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，并能夠在這個(gè)物聯(lián)化物流網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)智能化物流管理。智能交通：經(jīng)過在基礎(chǔ)設(shè)施和交通工具當(dāng)中廣泛應(yīng)用信息、通訊技術(shù)來提升交通運(yùn)輸系統(tǒng)安全性、可管理性、運(yùn)輸效能同時(shí)降低能源消耗和對地球環(huán)境負(fù)面影響。綠色建筑：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為綠色建筑帶來了新力量。經(jīng)過建立以節(jié)能為目標(biāo)建筑設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將各種設(shè)備和系統(tǒng)融合在一起，形成以智能處理為中心物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，有效為建筑節(jié)能減排提供有力支撐。物聯(lián)網(wǎng)編程概述第24頁1.3

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景（續(xù)）智能電網(wǎng)：以先進(jìn)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以電網(wǎng)設(shè)備間信息交互為伎倆，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全為目標(biāo)先進(jìn)當(dāng)代化電力系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)測：經(jīng)