第8章物物互聯(lián)技術(shù)2導(dǎo)入案例小“燈條”解決大問題對于科技產(chǎn)品的需求，農(nóng)村地區(qū)與城市有所不同。首先，農(nóng)村地區(qū)快遞成本壓力更大，驛站經(jīng)營者對成本更為敏感；其次，文化水平、智能手機的普及程度的不同，大量留守老人的存在，一個取件碼未必能使消費者找到包裹，因此取件流程需要再做優(yōu)化。為此，菜鳥技術(shù)團(tuán)隊用六個月左右的時間，研發(fā)出了IoT產(chǎn)品“燈條”。包裹上架時，工作人員根據(jù)系統(tǒng)推薦將“燈條”與包裹關(guān)聯(lián)在一起。之后，不必像以前一樣整理貨位，而只需將包裹放到貨架上的空閑之處。取件的消費者，只需要告知工作人員手機號，系統(tǒng)就會自動觸發(fā)“燈條”，通過“燈條”的聲光引導(dǎo)，包裹即可被快速找到。在這一過程中，工作人員與消費者不需要識別任何文字，甚至不需要看面單。3導(dǎo)入案例小“燈條”解決大問題從成本上看，“燈條”在設(shè)計之初，產(chǎn)品構(gòu)造就更為簡單；在部署上也極為簡便，插上電源與網(wǎng)線即可應(yīng)用，這也使得相關(guān)成本大大降低。與此同時，“燈條”簡化管理的理念也帶來了效率的提升。數(shù)據(jù)顯示，“燈條”的應(yīng)用使包裹上架效率提升了2倍，取件時間從160s降低至40s。據(jù)菜鳥物流科技的研發(fā)負(fù)責(zé)人許?。ɑm博）介紹，如今應(yīng)用“燈條”的農(nóng)村站點已達(dá)數(shù)百個，近百萬包裹通過“燈條”完成取件，接下來“燈條”的滲透將進(jìn)一步加快。（資料來源：物流指聞（節(jié)選），2022-8-3）4教學(xué)目標(biāo)掌握物聯(lián)網(wǎng)的概念和特征；熟悉物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)；熟悉LPWAN的特點及主流技術(shù)；掌握車聯(lián)網(wǎng)的概念和作用；了解車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)及構(gòu)成；掌握信息物理系統(tǒng)的概念和特征；了解信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)；初步形成三種技術(shù)在物流中的應(yīng)用思維。5教學(xué)內(nèi)容8.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)8.2車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)8.3信息物理系統(tǒng)重難點：IoT的體系架構(gòu)、LPWAN主流技術(shù)、IoT在物流中的應(yīng)用、

IoV的體系架構(gòu)、IoV在物流中的應(yīng)用、CPS的概念、CPS的特征、CPS的體系架構(gòu)、

CPS在物流中的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)8.1.1物聯(lián)網(wǎng)概述8.1.2物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)8.1.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流中的應(yīng)用68.18.1.1物聯(lián)網(wǎng)概述71概念2特征3體系架構(gòu)81.物聯(lián)網(wǎng)的概念物物相連的互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)；其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。91.物聯(lián)網(wǎng)的概念M2M，狹義指MachinetoMachine，即機器與機器之間的對話，側(cè)重于末端設(shè)備的互聯(lián)和集控管理。101.物聯(lián)網(wǎng)的概念兩化融合是信息化和工業(yè)化的高層次的深度結(jié)合，是指以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走新型工業(yè)化道路，其核心是信息化支撐，追求可持續(xù)發(fā)展模式。112.物聯(lián)網(wǎng)的特征（1）全面感知利用RFID、傳感器、定位器和二維碼等手段隨時隨地對物體進(jìn)行信息采集和獲取。包括傳感器的信息采集、協(xié)同處理、智能組網(wǎng)，甚至信息服務(wù)，以達(dá)到控制、指揮的目的。（2）可靠傳輸通過各種電信網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)融合，對接收到的感知信息進(jìn)行實時遠(yuǎn)程傳送，實現(xiàn)信息的交互和共享，并進(jìn)行各種有效的處理。122.物聯(lián)網(wǎng)的特征（3）智能處理利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對隨時接受到的跨地域、跨行業(yè)、跨部門的海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析處理，提升對物理世界、經(jīng)濟社會各種活動和變化的洞察力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。133.物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)8.1.2物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)14LPWAN（Low-PowerWide-AreaNetwork，低功耗廣域網(wǎng)），也稱為LPWA或LPN，是一種用于物聯(lián)網(wǎng)（例如，以電池為電源的傳感器），能夠以低比特率進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的無線網(wǎng)絡(luò)。151.LPWAN的特點遠(yuǎn)距離、低功耗、低運維162.LPWAN主流技術(shù)基于授權(quán)頻譜NB-IoTeMTCEC-GSM基于非授權(quán)頻譜LoRaSigfoxRPMA17（1）NB-IoTNB-IoT是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，支持廣域網(wǎng)中低功耗設(shè)備的蜂窩數(shù)據(jù)連接。18（1）NB-IoT強連接提供相當(dāng)于現(xiàn)有無線技術(shù)50~100倍的接入數(shù)，一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。超低功耗設(shè)備續(xù)航時間可以從過去的幾個月大幅提升到幾年甚至十年以上。深度覆蓋能實現(xiàn)比GSM高20dB的覆蓋增益，相當(dāng)于提升了100倍區(qū)域覆蓋能力。19（1）NB-IoT低成本可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級；同時，低速率、低功耗、低帶寬同樣給NB-IoT芯片以及模塊帶來低成本優(yōu)勢。安全性支持雙向鑒權(quán)以及空口嚴(yán)格加密，確保用戶數(shù)據(jù)的安全性。穩(wěn)定可靠能提供電信級的可靠性接入，有效支撐IoT應(yīng)用和智慧城市解決方案。20（2）eMTC傳輸速率更快，更低延時，支持移動性、FDD、定位、VoLTE語音通信等。21（3）LoRaLoRa是目前應(yīng)用最為廣泛的LPWAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一，這一協(xié)議源于SemTech公司。通信距離為1~20km支持節(jié)點數(shù)為萬級甚至百萬級電池壽命為3~10年數(shù)據(jù)速率0.3~50Kbit/s。8.1.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流中的應(yīng)用22典型場景貨物倉儲運輸監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品溯源智能快遞終端231.貨物倉儲242.運輸監(jiān)測253.農(nóng)產(chǎn)品溯源264.智能快遞終端車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)8.2.1車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述8.2.2車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)及構(gòu)成8.2.3車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流中的應(yīng)用278.28.2.1車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述281概念2發(fā)展3作用291.車聯(lián)網(wǎng)的概念301.車聯(lián)網(wǎng)的概念311.車聯(lián)網(wǎng)的概念321.車聯(lián)網(wǎng)的概念332.車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展20世紀(jì)60年代，日本就開始研究車間通信。2000年左右，歐洲和美國也相繼啟動多個車聯(lián)網(wǎng)項目，旨在推動車間網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展。2007年，歐洲6家汽車制造商（包括BMW等）成立了Car2Car通信聯(lián)盟，積極推動建立開放的歐洲通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)不同廠家汽車之間的相互溝通。2009年，日本的VICS車機裝載率已達(dá)到90%。2010年，美國交通部發(fā)布了《智能交通戰(zhàn)略研究計劃》，內(nèi)容包括美國車輛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的詳細(xì)規(guī)劃和部署。342.車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起步階段（2009-2013）手機互聯(lián)階段（2013-2016）車載娛樂階段（2016-2019）5G+車聯(lián)網(wǎng)（2019至今）352.車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起步階段（2009-2013）手機互聯(lián)階段（2013-2016）車載娛樂階段（2016-2019）5G+車聯(lián)網(wǎng)（2019至今）2G/GPRS+GPS安吉星進(jìn)入中國市場與中國電信合作，中國車聯(lián)網(wǎng)市場正式打開車聯(lián)網(wǎng)作為全新汽車產(chǎn)品出現(xiàn)，產(chǎn)品形態(tài)主要內(nèi)容以后裝市場為主362.車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起步階段（2009-2013）手機互聯(lián)階段（2013-2016）車載娛樂階段（2016-2019）5G+車聯(lián)網(wǎng)（2019至今）2G/3G/4G+GPS前裝車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)無法滿足時代需求，手機與車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用逐漸成為主流372.車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起步階段（2009-2013）手機互聯(lián)階段（2013-2016）車載娛樂階段（2016-2019）5G+車聯(lián)網(wǎng)（2019至今）4G+WiFi+GPS前裝車聯(lián)網(wǎng)市場快速發(fā)展，跨界融合趨勢明顯，技術(shù)不斷完善，生態(tài)服務(wù)愈加豐富，造車新勢力興起382.車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起步階段（2009-2013）手機互聯(lián)階段（2013-2016）車載娛樂階段（2016-2019）5G+車聯(lián)網(wǎng)（2019至今）5G/C-V2X提升各類車載信息服務(wù)體驗，逐步實現(xiàn)自動加強和滿足智慧交通業(yè)務(wù)需求基于5G網(wǎng)絡(luò)低延時及高速率等特點，極大推動車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展393.車聯(lián)網(wǎng)的作用車輛安全、交通控制、信息服務(wù)、智慧城市與智能交通8.2.2車聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)及構(gòu)成401系統(tǒng)架構(gòu)2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3系統(tǒng)構(gòu)成411.車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)422.車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)433.車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成IoV車輛/車載系統(tǒng)車輛標(biāo)識系統(tǒng)路邊設(shè)備系統(tǒng)信息通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)443.車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成8.2.3車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流中的應(yīng)用45典型場景運輸監(jiān)控智能調(diào)度智能配載無人化運輸46G7安全云信息物理系統(tǒng)8.3.1信息物理系統(tǒng)概述8.3.2信息物理系統(tǒng)的體系架構(gòu)8.3.3信息物理系統(tǒng)在物流中的應(yīng)用478.38.3.1信息物理系統(tǒng)概述481概念2層次3特征491.CPS的概念CPS通過集成先進(jìn)的感知、計算、通信、控制等信息技術(shù)和自動控制技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與信息空間中人、機、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運行的按需響應(yīng)、快速迭代、動態(tài)優(yōu)化。信息物理系統(tǒng)白皮書（2016）501.CPS的概念511.CPS的概念狀態(tài)感知是對外界狀態(tài)的數(shù)據(jù)獲取通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等一些數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將這些蘊含在物理實體背后的數(shù)據(jù)不斷地傳遞到信息空間，使得數(shù)據(jù)不斷“可見”，變?yōu)轱@性數(shù)據(jù)。實時分析是對顯性數(shù)據(jù)的進(jìn)一步理解經(jīng)過實時分析環(huán)節(jié)，利用數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)、聚類分析等數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析估計使得數(shù)據(jù)不斷“透明”，將顯性化的數(shù)據(jù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為直觀可理解的信息。521.CPS的概念科學(xué)決策是對信息的綜合處理權(quán)衡判斷當(dāng)前時刻獲取的所有來自不同系統(tǒng)或不同環(huán)境下的信息，形成最優(yōu)決策來對物理空間實體進(jìn)行控制。精準(zhǔn)執(zhí)行是對決策的精準(zhǔn)物理實現(xiàn)執(zhí)行的本質(zhì)是將信息空間產(chǎn)生的決策轉(zhuǎn)換成物理實體可以執(zhí)行的命令，進(jìn)行物理層面的實現(xiàn)。輸出更為優(yōu)化的數(shù)據(jù)，使得物理空間設(shè)備運行的更加可靠，資源調(diào)度更加合理，實現(xiàn)企業(yè)高效運營，各環(huán)節(jié)智能協(xié)同效果逐步優(yōu)化。531.CPS的概念數(shù)據(jù)自動流動應(yīng)是以資源優(yōu)化為最終目標(biāo)“螺旋式”上升的過程。541.CPS的概念物聯(lián)網(wǎng)以及傳感網(wǎng)，最擅長的是基于無線連接，主要實現(xiàn)的是感知，控制的成分很少。CPS在實現(xiàn)信息傳遞之外，協(xié)調(diào)能力，計算能力更加強大，從而實現(xiàn)自治。552.CPS的層次一個智能部件、一臺智能設(shè)備、一條智能產(chǎn)線、一個智能工廠都可能成為一個CPS。56（1）單元級CPS單元級CPS能夠通過物理硬件、自身嵌入式軟件系統(tǒng)及通信模塊，構(gòu)成含有“感知-分析-決策-執(zhí)行”數(shù)據(jù)自動流動基本的閉環(huán)，實現(xiàn)在設(shè)備工作能力范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。感知和自動控制硬件、工業(yè)軟件及基礎(chǔ)通信模塊主要支撐和定義產(chǎn)品的功能。57（2）系統(tǒng)級CPS多個單元級CPS及非CPS單元設(shè)備的集成構(gòu)成系統(tǒng)級CPS。多個單元級CPS匯聚到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)內(nèi)部的多個單元級CPS進(jìn)行統(tǒng)一指揮，實體管理進(jìn)而提高各設(shè)備間協(xié)作效率，實現(xiàn)生產(chǎn)線范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通（CPS總線）至關(guān)重要，確保多個單元級CPS能夠交互協(xié)作。58（3）SoS級CPS在系統(tǒng)級CPS的基礎(chǔ)上，可以通過構(gòu)建CPS智能服務(wù)平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)級CPS之間的協(xié)同優(yōu)化。59（3）SoS級CPSCPS智能服務(wù)平臺能夠?qū)⒍鄠€系統(tǒng)級CPS工作狀態(tài)統(tǒng)一監(jiān)測，實時分析，集中管控。利用數(shù)據(jù)融合、分布式計算、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對多個系統(tǒng)級CPS的生產(chǎn)計劃、運行狀態(tài)、壽命估計統(tǒng)一監(jiān)管，實現(xiàn)企業(yè)級遠(yuǎn)程監(jiān)測診、供應(yīng)鏈協(xié)同、預(yù)防性維護(hù)。實現(xiàn)更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，避免資源浪費。603.CPS的特征數(shù)據(jù)驅(qū)動軟件定義泛在連接虛實映射異構(gòu)集成系統(tǒng)自治61（1）數(shù)據(jù)驅(qū)動CPS通過構(gòu)建“狀態(tài)感知、實時分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行”數(shù)據(jù)的自動流動的閉環(huán)賦能體系，能夠?qū)?shù)據(jù)源源不斷地從物理空間中的隱性形態(tài)轉(zhuǎn)化為信息空間的顯性形態(tài)，并不斷迭代優(yōu)化形成知識庫。62（2）軟件定義從生產(chǎn)流程的角度看，CPS會全面應(yīng)用到研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、管理服務(wù)等方方面面，通過對人、機、物、法、環(huán)全面的感知和控制，實現(xiàn)各類資源的優(yōu)化配置。這一過程需要依靠對工業(yè)技術(shù)模塊化、代碼化、數(shù)字化并不斷軟件化被廣泛利用。從產(chǎn)品裝備的角度看，一些產(chǎn)品和裝備本身就是CPS。軟件不但可以控制產(chǎn)品和裝備運行，而且可以把產(chǎn)品和裝備運行的狀態(tài)實時展現(xiàn)出來，通過分析、優(yōu)化，作用到產(chǎn)品、裝備的運行，甚至是設(shè)計環(huán)節(jié)，實現(xiàn)迭代優(yōu)化。軟件是成為實現(xiàn)CPS功能的核心載體之一63（3）泛在連接構(gòu)成CPS的各器件、模塊、單元、企業(yè)等實體都要具備泛在連接能力，并實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)、跨行業(yè)、異構(gòu)多技術(shù)的融合與協(xié)同，以保障數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)的自由流動。泛在連接通過對物理世界狀態(tài)的實時采集、傳輸，以及信息世界控制指令的實時反饋下達(dá)，提供無處不在的優(yōu)化決策和智能服務(wù)。64（4）虛實映射以物理實體建模產(chǎn)生的靜態(tài)模型為基礎(chǔ)，通過實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成和監(jiān)控，動態(tài)跟蹤物理實體的工作狀態(tài)和工作進(jìn)展，將物理空間中的物理實體在信息空間進(jìn)行全要素重建，形成具有感知、分析、決策、執(zhí)行能力的數(shù)字孿生。借助信息空間對數(shù)據(jù)綜合分析處理的能力，形成對外部復(fù)雜環(huán)境變化的有效決策，并通過以虛控實的方式作用到物理實體。65（5）異構(gòu)集成在高層次的CPS，如SoS級CPS中，往往會存在大量不同類型的硬件、軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)。CPS能夠?qū)⑦@些異構(gòu)硬件、異構(gòu)軟件、異構(gòu)數(shù)據(jù)及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)集成起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在信息空間與物理空間不同環(huán)節(jié)的自動流動，實現(xiàn)信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的深度融合，因此，CPS必定是一個對多方異構(gòu)環(huán)節(jié)集成的綜合體。66（6）系統(tǒng)自治CPS能夠根據(jù)感知到的環(huán)境變化信息，在信息空間進(jìn)行處理分析，自適應(yīng)的對外部變化做出有效響應(yīng)。在更高層級的CPS中多個CPS之間通過網(wǎng)絡(luò)平臺互聯(lián)實現(xiàn)CPS之間的自組織。多個單元級CPS統(tǒng)一調(diào)度，編組協(xié)作，在生產(chǎn)與設(shè)備運行、原材料配送、訂單變化之間的自組織、自配置、自優(yōu)化，實現(xiàn)生產(chǎn)運行效率的提升，訂單需求的快速響應(yīng)等；多個系統(tǒng)級CPS通過統(tǒng)一的智能服務(wù)平臺連接在一起，在企業(yè)級層面實現(xiàn)生產(chǎn)運營能力調(diào)配，企業(yè)經(jīng)營高效管理、供應(yīng)鏈變化響應(yīng)等更大范圍的系統(tǒng)自治。8.3.2信息物流系統(tǒng)的體系架構(gòu)67單元級系統(tǒng)級SOS級681.單元級的體系架構(gòu)通過軟件對物理實體及環(huán)境進(jìn)行狀態(tài)感知、計算分析，并最終控制到物理實體，構(gòu)建最基本的數(shù)據(jù)自動流動的閉環(huán)，形成物理世界和信息世界的融合交互。692.系統(tǒng)級的體系架構(gòu)系統(tǒng)級CPS基于多個單元級CPS的狀態(tài)感知、信息交互、實時分析，實現(xiàn)了局部制造資源的自組織、自配置、自決策、自優(yōu)化。703.SoS級的體系架構(gòu)SoS級CPS主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚，從而對內(nèi)進(jìn)行資產(chǎn)的優(yōu)化和