第6章

物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)（Internetofthings，IoT）是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是基于互聯(lián)網(wǎng)之上，使不可交流的物體與物體之間能進(jìn)行交流通信物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)特點傳輸感知處理利用射頻識別、二維碼、智能傳感器等感知設(shè)備感知獲取物體的各類信息通過互聯(lián)網(wǎng)，將物體的信息實時準(zhǔn)確地傳遞出去物聯(lián)網(wǎng)本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實施智能控制

物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)主要由四個層次組成：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、處理層和應(yīng)用層。各個層次所用的公共技術(shù)包括編碼技術(shù)、標(biāo)識技術(shù)、解析技術(shù)、安全技術(shù)和中間件技術(shù)。值得注意的是：某些物聯(lián)網(wǎng)體系也可由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層架構(gòu)組成。例如，在智能電網(wǎng)中的遠(yuǎn)程電力抄表應(yīng)用了物理網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)：安置于用戶家中的讀表器就是感知層中的傳感器，這些傳感器在收集到用戶用電的信息后，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送并匯總到發(fā)電廠的處理器上。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的主要硬件終端，如在感知層中常見的硬件終端是通訊模組，在網(wǎng)絡(luò)層中常見的硬件終端是通信基站，而在應(yīng)用層中常見的硬件終端是物聯(lián)網(wǎng)管理平臺。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)

傳感器技術(shù)目前，傳感器在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵，傳感器成為整個產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢環(huán)節(jié)，也代表了企業(yè)的核心競爭力。傳感器，是由一種敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成的檢測裝置，能感受到被測量，并能將檢測和感受到的信息按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號（電壓、電流、頻率或者是相位等）的形式輸出，最終為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)分析、人工智能提供數(shù)據(jù)來源。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)理電路三部分組成，有時還需外加輔助電源電路提供轉(zhuǎn)換能量。傳感器的分類（1）距離傳感器（2）光傳感器。（3）溫度傳感器。（4）煙霧傳感器。（5）壓力傳感器。（6）接近傳感器。（7）加速度傳感器。（8）磁傳感器。（9）心律傳感器。傳感器的應(yīng)用場景（1）智能手機(jī)。（2）智能機(jī)器人（3）虛擬現(xiàn)實（4）智能家居（5）智慧工業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，傳感器是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的根源，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全生態(tài)構(gòu)建提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。識別技術(shù)條碼技術(shù)生物識別RFID條碼技術(shù)是信息數(shù)據(jù)自動識別、輸入的重要方法和手段，由于計算機(jī)的普及，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于自動化管理的各個領(lǐng)域生物識別技術(shù)就是利用人體固有的生理特征（如人臉、虹膜、靜脈等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）通過計算機(jī)和高科技手段如光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物測定原理的緊密結(jié)合來進(jìn)行個人識別。RFID（RadioFrequencyIdentification），又稱射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸定位技術(shù)條碼技術(shù)生物識別物聯(lián)網(wǎng)可以利用射頻識別、二維碼、智能傳感器等感知設(shè)備感知獲取物體的各類信息?？梢酝ㄟ^對互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)的融合，將物體的信息實時、準(zhǔn)確地傳送，以便信息交流、分享。衛(wèi)星定位即是通過接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信號來進(jìn)行定位，衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有：美國全球定位系(GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)、歐洲伽利略(GALILEO)系統(tǒng)、中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航（北斗）系統(tǒng)室外定位衛(wèi)星定位基站定位基站定位一般應(yīng)用于手機(jī)用戶，手機(jī)基站定位服務(wù)又叫作移動位置服務(wù)（LBS，LocationBasedService），它是通過電信移動運營商的網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)）獲取移動終端用戶的位置信息目前應(yīng)用于室外定位的主流技術(shù)主要有衛(wèi)星定位和基站定位兩種。定位技術(shù)條碼技術(shù)生物識別物聯(lián)網(wǎng)可以利用射頻識別、二維碼、智能傳感器等感知設(shè)備感知獲取物體的各類信息。可以通過對互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)的融合，將物體的信息實時、準(zhǔn)確地傳送，以便信息交流、分享。目前Wi-Fi是相對成熟且應(yīng)用較多的技術(shù)，由于Wi-Fi已普及，因此不需要再鋪設(shè)專門的設(shè)備用于定位。Wi-Fi定位技術(shù)具有便于擴(kuò)展、可自動更新數(shù)據(jù)、成本低的優(yōu)勢，因此最先實現(xiàn)了規(guī)?；覂?nèi)定位室內(nèi)定位即通過技術(shù)手段獲知人們在室內(nèi)所處的實時位置或者行動軌跡，基于這些信息能夠?qū)崿F(xiàn)多種應(yīng)用Wi-Fi超聲波超聲波定位目前大多數(shù)采用反射式測距法。系統(tǒng)由一個主測距器和若干個電子標(biāo)簽組成，主測距器可放置于移動機(jī)器人本體上，各個電子標(biāo)簽放置于室內(nèi)空間的固定位置定位技術(shù)條碼技術(shù)生物識別物聯(lián)網(wǎng)可以利用射頻識別、二維碼、智能傳感器等感知設(shè)備感知獲取物體的各類信息?？梢酝ㄟ^對互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)的融合，將物體的信息實時、準(zhǔn)確地傳送，以便信息交流、分享。紅外線是一種波長在無線電波和可見光波之間的電磁波。紅外定位主要有兩種具體實現(xiàn)方法，一種是將定位對象附上一個會發(fā)射紅外線的電子標(biāo)簽，通過室內(nèi)安放的多個紅外傳感器測量信號源的距離或角度，從而計算出對象所在的位置。這種方法在空曠的室內(nèi)容易實現(xiàn)較高精度，可實現(xiàn)對紅外輻射源的被動定位室內(nèi)定位室內(nèi)定位即通過技術(shù)手段獲知人們在室內(nèi)所處的實時位置或者行動軌跡，基于這些信息能夠?qū)崿F(xiàn)多種應(yīng)用紅外定位藍(lán)牙定位藍(lán)牙定位基于RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication，信號場強(qiáng)指示)定位原理，實現(xiàn)過程如下：由傳輸數(shù)據(jù)包中加入接收信號強(qiáng)度機(jī)制，由Beacon（建立在低功耗藍(lán)牙協(xié)議基礎(chǔ)上的一種廣播協(xié)議）每隔一定的時間廣播一個數(shù)據(jù)包到周圍，作為獨立的藍(lán)牙主機(jī)（設(shè)備），比如手機(jī)等在執(zhí)行掃描動作時，會間隔地接收到Beacon廣播出來的數(shù)據(jù)包并反饋，當(dāng)設(shè)備進(jìn)入范圍內(nèi)時，估算系統(tǒng)中各藍(lán)牙設(shè)備之間的距離工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（簡稱IIoT，IndustrialInternetofThings），指的是物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)的應(yīng)用。具體來說，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的交叉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時也是自動化與信息化深度融合的突破口。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是通過工業(yè)資源的網(wǎng)絡(luò)互連、數(shù)據(jù)互通和系統(tǒng)互操作，實現(xiàn)制造原料的靈活配置、制造過程的按需執(zhí)行、制造工藝的合理優(yōu)化和制造環(huán)境的快速適應(yīng)，達(dá)到資源的高效利用，從而構(gòu)建服務(wù)驅(qū)動型的新工業(yè)生態(tài)體系。其實，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)都是在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段，隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)需求，產(chǎn)生的解決工業(yè)領(lǐng)域中相關(guān)問題的網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的子集，內(nèi)涵更注重“物”之間的連接與通信，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅包括工業(yè)過程中的“物聯(lián)”，還包括工業(yè)過程中的信息系統(tǒng)、業(yè)務(wù)流程和人等要素。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市智慧城市是數(shù)字化的智能場景，也是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要場景，其中工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作為重要的組成部分，影響著智慧城市的發(fā)展。智慧城市是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和空間地理等智能技術(shù)打造的新型城市，使得城市管理、交通運輸、醫(yī)療和公眾安全等基礎(chǔ)設(shè)備管理更加高效智能，從而區(qū)域內(nèi)的市民、企業(yè)、政府都能獲得實在的便利和好處。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智慧工廠智慧工廠代表了高度互聯(lián)和智能化的數(shù)字時代，工廠的智能化通過互聯(lián)互通、數(shù)字化、大數(shù)據(jù)、智能裝備與智能供應(yīng)鏈五大關(guān)鍵領(lǐng)域得以體現(xiàn)。智慧工廠首當(dāng)其沖面臨要解決的問題就是智能的感知控制，通過隨時隨地的進(jìn)行工業(yè)數(shù)據(jù)的采集來獲取關(guān)鍵的工業(yè)數(shù)據(jù)第二個需要解決的問題是設(shè)備與數(shù)據(jù)的全面互聯(lián)互通，如何將采集到的數(shù)據(jù)實時準(zhǔn)確的傳遞出去，并保證信號傳輸?shù)陌踩煽恳约凹嫒莶煌O(shè)備是非常重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。有了數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)傳輸，智慧工廠