第一章

智能物聯(lián)網(wǎng)概述01智能物聯(lián)網(wǎng)的概念本章內(nèi)容04智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)02智能物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)05智能物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)03智能物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用IOTAIOT智能物聯(lián)網(wǎng)的概念1.1物聯(lián)網(wǎng)是指借助各種信息傳感器裝備、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、定位技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品進(jìn)行智能操控和管理的互連互通的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用于智能家居、智能交通、智能醫(yī)療等領(lǐng)域，為人們的生活和工作帶來(lái)極大便利。物聯(lián)網(wǎng)定義三層物聯(lián)網(wǎng)模型三層物聯(lián)網(wǎng)模型自下而上劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)層提供接入和傳輸網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)的高效傳輸，是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)與客戶(hù)交互，為用戶(hù)提供智能化服務(wù)，是物聯(lián)網(wǎng)與用戶(hù)的接口。感知層負(fù)責(zé)信息采集和信號(hào)處理，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，相當(dāng)于人的感官，收集環(huán)境數(shù)據(jù)。感知層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層010203四層物聯(lián)網(wǎng)模型三層物聯(lián)網(wǎng)模型VS四層物聯(lián)網(wǎng)模型比三層物聯(lián)網(wǎng)模型多了平臺(tái)層，可以認(rèn)為四層物聯(lián)網(wǎng)模型中的平臺(tái)層和應(yīng)用層就是三層物聯(lián)網(wǎng)模型中的應(yīng)用層。平臺(tái)層功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)底層終端設(shè)備的“管、控、營(yíng)”一體化，為上層提供應(yīng)用開(kāi)發(fā)和統(tǒng)一接口。組成部分包括CMP、DMP、AEP和BAP四個(gè)部分，分別負(fù)責(zé)連接管理、設(shè)備管理、應(yīng)用使能和業(yè)務(wù)分析。作用為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供支持，提升產(chǎn)業(yè)整體價(jià)值，是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)模型各層講解平臺(tái)層各平臺(tái)組成關(guān)系智能物聯(lián)網(wǎng)是人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同應(yīng)用，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)信息采集，在終端、邊緣或云中進(jìn)行數(shù)據(jù)智能分析，形成智能化生態(tài)體系。（摘自《2020年中國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）白皮書(shū)》）智能物聯(lián)網(wǎng)定義智能物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵融合共生AI賦能IoTIoT支撐AI人工智能幫助物聯(lián)網(wǎng)智能化處理數(shù)據(jù)、提升決策指揮、改善交互體驗(yàn)、開(kāi)發(fā)高層次應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)提供海量傳感器數(shù)據(jù)、拓展AI研究場(chǎng)景，推動(dòng)人工智能落地應(yīng)用。AI賦予物聯(lián)網(wǎng)“大腦”，IoT給予AI“沃土”智能物聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)智能感知大數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化控制智能交互多傳感器\識(shí)別\定位技術(shù)，如智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)云計(jì)算/數(shù)據(jù)挖掘，如智能交通擁堵預(yù)測(cè)自主協(xié)同控制，如智能工廠生產(chǎn)線調(diào)整人機(jī)交互技術(shù)，如智能音箱語(yǔ)音控制智能物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)1.2國(guó)家傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組給出的物聯(lián)網(wǎng)定義：在物理世界的實(shí)體中部署具有一定感知能力、計(jì)算能力的各種信息傳感設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實(shí)現(xiàn)信息獲取、傳輸和處理，從而實(shí)現(xiàn)廣域或大范圍的人與人、人與物、物與物之間信息交換需求的互連。傳感器：物理量、化學(xué)量、生物量→數(shù)字信號(hào)執(zhí)行器：響應(yīng)從傳輸層轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)→模擬信號(hào)物聯(lián)網(wǎng)感知和識(shí)別技術(shù)識(shí)別技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的一門(mén)綜合性科學(xué)技術(shù)，是數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化手段。包括條碼識(shí)別技術(shù)、RFID技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、生物特征識(shí)別技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、光學(xué)字符識(shí)別（OCR）技術(shù)、磁識(shí)別技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)感知和識(shí)別技術(shù)要素：標(biāo)識(shí)和識(shí)讀人工智能技術(shù)人工智能核心技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互生物特征識(shí)別計(jì)算機(jī)視覺(jué)自然語(yǔ)言處理知識(shí)圖譜機(jī)器學(xué)習(xí)定義：計(jì)算機(jī)科學(xué)分支，算法模擬人類(lèi)智能。邊緣計(jì)算指在靠近物體或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用等核心能力的開(kāi)放平臺(tái)。關(guān)鍵需求：敏捷連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)。邊緣計(jì)算技術(shù)智能邊緣計(jì)算是一種新興的計(jì)算模式，旨在解決云計(jì)算無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、隱私保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)帶寬等方面需求的問(wèn)題。數(shù)字孿生技術(shù)數(shù)字模型層AI分析層數(shù)據(jù)整合層傳感器層物理實(shí)體傳感技術(shù)AI/機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)階段-模擬優(yōu)化維護(hù)階段-故障預(yù)警運(yùn)行階段-狀態(tài)監(jiān)測(cè)03制造階段-虛擬調(diào)試020104貫穿產(chǎn)品全生命周期情景感知是指計(jì)算機(jī)或智能系統(tǒng)具有識(shí)別和理解用戶(hù)、環(huán)境和任務(wù)等上下文信息的能力，以此來(lái)提供更智能、更自適應(yīng)、更人性化的服務(wù)和體驗(yàn)。情景感知技術(shù)（SA）應(yīng)用場(chǎng)景協(xié)同技術(shù)（CollaborativeTechnology）是指通過(guò)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和軟件工具，支持多終端、多系統(tǒng)或跨群體間高效協(xié)作與資源共享的技術(shù)。協(xié)同技術(shù)資源共享任務(wù)分配90%信息處理智能物聯(lián)網(wǎng)的概念1.3智能物聯(lián)網(wǎng)定義與核心特征智能物聯(lián)網(wǎng)定義智能物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)，將物聯(lián)網(wǎng)與人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)更高效、更智能化、更自動(dòng)化的生產(chǎn)和服務(wù)。連接海量設(shè)備智能物聯(lián)網(wǎng)能夠連接大量的智能化設(shè)備，如傳感器、機(jī)器人等，實(shí)現(xiàn)海量設(shè)備的互連互通，為智能化生產(chǎn)和服務(wù)提供基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)處理與分析通過(guò)云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，智能物聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)海量設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，從而提高數(shù)據(jù)利用效率，為決策提供支持。安全保障智能物聯(lián)網(wǎng)采用加密和身份認(rèn)證等安全機(jī)制，確保設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全與可靠，為智能化應(yīng)用提供保障。智能工業(yè)定義與內(nèi)涵01智能工業(yè)定義智能工業(yè)，又稱(chēng)工業(yè)4.0，是利用新一代信息技術(shù)將傳統(tǒng)工業(yè)制造與數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合的現(xiàn)代化工業(yè)模式。02管理智能化智能工業(yè)實(shí)現(xiàn)管理智能化，通過(guò)信息技術(shù)提升管理效率和決策科學(xué)性。03產(chǎn)品智能化智能工業(yè)推動(dòng)產(chǎn)品智能化，使產(chǎn)品具備更高的附加值和用戶(hù)體驗(yàn)。智能工業(yè)定義與內(nèi)涵智能工業(yè)定義與內(nèi)涵裝備智能化智能工業(yè)實(shí)現(xiàn)裝備智能化，提升生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化和智能化水平。生產(chǎn)智能化智能工業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。智能工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)列表泛在感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)泛在感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全面感知，為智能工業(yè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。泛在制造信息處理技術(shù)泛在制造信息處理技術(shù)提升信息處理效率，支持智能決策。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為智能工業(yè)提供沉浸式設(shè)計(jì)和培訓(xùn)體驗(yàn)。人機(jī)交互技術(shù)人機(jī)交互技術(shù)提升人機(jī)協(xié)同效率，優(yōu)化生產(chǎn)流程。智能農(nóng)業(yè)定義與地位智能農(nóng)業(yè)定義智能農(nóng)業(yè)是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)形態(tài)，屬于農(nóng)業(yè)信息化范疇。重要性智能農(nóng)業(yè)通過(guò)融合人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)革命性變革，提升生產(chǎn)效率和資源利用效率。智能農(nóng)業(yè)四大應(yīng)用要點(diǎn)01環(huán)境監(jiān)測(cè)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、溫度等環(huán)境參數(shù)，結(jié)合人工智能算法分析作物生長(zhǎng)狀況。02病蟲(chóng)害識(shí)別利用無(wú)人機(jī)或衛(wèi)星遙感技術(shù)收集農(nóng)田圖像，結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)精準(zhǔn)識(shí)別病蟲(chóng)害早期跡象。03精準(zhǔn)管理根據(jù)作物需求和土壤條件，制定精準(zhǔn)施肥和灌溉計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)水肥精確管理。04自動(dòng)化作業(yè)推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人和無(wú)人駕駛農(nóng)機(jī)發(fā)展，完成播種、除草、收割等作業(yè)任務(wù)，提高生產(chǎn)效率。智能交通定義與升級(jí)路徑智能交通定義智能交通是一種新的城市交通體系，集成多種信息技術(shù)，提升交通效率和安全性。傳統(tǒng)交通問(wèn)題傳統(tǒng)交通體系已無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展需求，交通擁堵和事故頻發(fā)成為突出問(wèn)題。智能化升級(jí)智能物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)融合人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的智能化升級(jí)，提升運(yùn)行效率。智能交通三大落地場(chǎng)景01交通信號(hào)優(yōu)化交通管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路交通狀況，自動(dòng)調(diào)整信號(hào)燈配時(shí)，提高道路通行能力。02異常行為識(shí)別智能攝像頭和傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通狀況，結(jié)合人工智能算法自動(dòng)識(shí)別異常行為并發(fā)出預(yù)警。03公共交通優(yōu)化公共交通系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛位置和乘客數(shù)量，自動(dòng)調(diào)整發(fā)車(chē)間隔和行駛路線，提升服務(wù)品質(zhì)。智能電網(wǎng)定義與挑戰(zhàn)來(lái)源智能電網(wǎng)定義智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)。傳統(tǒng)電網(wǎng)挑戰(zhàn)電力負(fù)荷快速增長(zhǎng)和間歇性供電接入比例高，使傳統(tǒng)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)。技術(shù)融合智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將先進(jìn)通信、信息和控制技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)，解決源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)的問(wèn)題。智能電網(wǎng)四大應(yīng)用方向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)連接智能電網(wǎng)中的各種傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，確保安全穩(wěn)定運(yùn)行。智能調(diào)度利用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源的智能調(diào)度和優(yōu)化，預(yù)測(cè)能源需求趨勢(shì)并優(yōu)化儲(chǔ)能設(shè)備充放電計(jì)劃。故障預(yù)測(cè)運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)潛在設(shè)備故障并提前采取預(yù)防措施。自動(dòng)化運(yùn)維實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)維，結(jié)合人工智能算法深度分析設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)潛在性能問(wèn)題。智能環(huán)保定義與轉(zhuǎn)型目標(biāo)01智能環(huán)保定義智能環(huán)保是將智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)相融合的環(huán)保形式，通過(guò)數(shù)字化和智能化手段優(yōu)化環(huán)保過(guò)程。02轉(zhuǎn)型目標(biāo)智能環(huán)保有助于建設(shè)全面的環(huán)境保護(hù)治理體系，加快環(huán)保信息化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)從“數(shù)字環(huán)?！毕颉爸悄墉h(huán)?！钡霓D(zhuǎn)變。03提升效率智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠提高環(huán)保效率和降低環(huán)保成本，同時(shí)提升環(huán)境監(jiān)測(cè)、預(yù)警和響應(yīng)的能力。智能環(huán)保四大落地場(chǎng)景空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)通過(guò)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)采集污染物數(shù)據(jù)，結(jié)合人工智能算法分析數(shù)據(jù)趨勢(shì)，預(yù)測(cè)空氣質(zhì)量變化并發(fā)布預(yù)警。排污監(jiān)測(cè)應(yīng)用于企業(yè)排污口的在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集排污數(shù)據(jù)并與環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)排放即發(fā)出預(yù)警。能源管理應(yīng)用于能源生產(chǎn)和消費(fèi)的全過(guò)程管理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能源使用情況，優(yōu)化能源分配和調(diào)度，提高利用效率。垃圾分類(lèi)回收通過(guò)智能垃圾桶和回收站實(shí)現(xiàn)垃圾的自動(dòng)分類(lèi)和回收，結(jié)合人工智能算法提高分類(lèi)準(zhǔn)確率，促進(jìn)資源循環(huán)利用。智能醫(yī)療定義與核心目標(biāo)智能醫(yī)療定義智能醫(yī)療是一種利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備之間互動(dòng)的醫(yī)療模式。核心目標(biāo)其核心是通過(guò)信息化手段提升醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量和效率，滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的健康需求。智能醫(yī)療四大應(yīng)用要點(diǎn)設(shè)備維護(hù)預(yù)測(cè)通過(guò)連接醫(yī)療設(shè)備上的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，利用人工智能算法預(yù)測(cè)設(shè)備維護(hù)需求。生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)通過(guò)可穿戴設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者生理指標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)異常即向患者和醫(yī)生發(fā)出預(yù)警。智能分診應(yīng)用于醫(yī)院的智能分診系統(tǒng)，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理技術(shù)為患者提供分診建議。藥品追溯與管理對(duì)藥品的生產(chǎn)、流通、使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行全程追溯，確保藥品質(zhì)量和安全，同時(shí)實(shí)現(xiàn)藥品庫(kù)存的智能化管理。智能安防定義與發(fā)展方向智能安防定義智能安防是把智能物聯(lián)網(wǎng)及其產(chǎn)品與安防產(chǎn)品結(jié)合，使安防產(chǎn)品智能化，起到智能安全防護(hù)的作用。發(fā)展方向隨著人們對(duì)安防需求的增加，智能安防將向高度人性化、多種服務(wù)集成的方向發(fā)展。智能安防兩大核心功能實(shí)時(shí)監(jiān)控與異常檢測(cè)智能攝像頭實(shí)時(shí)捕捉視頻畫(huà)面，通過(guò)內(nèi)置人工智能算法對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行智能分析，自動(dòng)識(shí)別異常行為并發(fā)出警報(bào)。安全威脅預(yù)警系統(tǒng)能夠檢測(cè)到潛在的安全威脅，如可疑人員的異常行為、非法入侵等，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。智能家居定義與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀智能家居定義智能家居是一個(gè)包含通信網(wǎng)絡(luò)、連接主要電器和服務(wù)，并允許它們被遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控或訪問(wèn)的住宅。標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀目前我國(guó)智能家居尚缺乏一套通用標(biāo)準(zhǔn)和接口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)智能家居還需大量研究工作。智能家居三大典型應(yīng)用遠(yuǎn)程控制用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)App等遠(yuǎn)程控制工具，隨時(shí)隨地查看和控制家中的智能設(shè)備。安全監(jiān)控智能家居中的攝像頭可以實(shí)時(shí)監(jiān)控家庭環(huán)境，并通過(guò)人工智能算法識(shí)別異常行為。智能溫控智能溫控系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)外溫度和用戶(hù)習(xí)慣自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)等設(shè)備的工作狀態(tài)。智能物流定義與目標(biāo)智能物流定義智能物流是利用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物流過(guò)程的自動(dòng)化運(yùn)作和高效率優(yōu)化管理。目標(biāo)智能物流的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)信息的同步和共享，確保信息的準(zhǔn)確和及時(shí)。運(yùn)作模式智能物流強(qiáng)調(diào)物流過(guò)程數(shù)據(jù)智慧化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化和決策智慧化。智能物流三大落地場(chǎng)景庫(kù)存管理智能貨架與庫(kù)存管理，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)貨物存儲(chǔ)狀態(tài)和數(shù)量變化。自動(dòng)化搬運(yùn)與分揀利用無(wú)人搬運(yùn)車(chē)和自動(dòng)化分揀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)化搬運(yùn)和分揀。智能調(diào)度與路徑規(guī)劃對(duì)運(yùn)輸資源進(jìn)行智能調(diào)度和路徑規(guī)劃，降低空載率和運(yùn)輸成本。水下物聯(lián)網(wǎng)定義與適用范圍01水下物聯(lián)網(wǎng)定義水下物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)水下傳感器、通信和控制技術(shù)，將水下設(shè)備、機(jī)器人、感知設(shè)備等互相連接。02適用范圍水下物聯(lián)網(wǎng)可應(yīng)用于海洋、湖泊、河流等水域環(huán)境，以及海底油氣勘探、水下管線巡檢、水下生態(tài)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。03功能水下物聯(lián)網(wǎng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水下環(huán)境，有效保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，提高水下勘探、工程建設(shè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等行業(yè)的效率和安全性。水下物聯(lián)網(wǎng)三大技術(shù)支撐水質(zhì)監(jiān)測(cè)通過(guò)水下傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)，分析水質(zhì)變化趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)污染問(wèn)題。通信技術(shù)引入水聲通信、光通信等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水下設(shè)備之間的可靠通信。智能機(jī)器人為水下機(jī)器人提供智能支持，使其能夠自主完成水下作業(yè)任務(wù)，結(jié)合人工智能算法實(shí)現(xiàn)自主避障和路徑規(guī)劃。天空地海一體化物聯(lián)網(wǎng)定義與組成定義天空地海一體化物聯(lián)網(wǎng)由具備通信、導(dǎo)航、氣象等多種功能的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、深空網(wǎng)絡(luò)、空間飛行器以及地面有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施組成。組成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)大量數(shù)據(jù)的獲取、傳輸和分發(fā)工作。作用該物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)天空、地面和海洋等不同網(wǎng)絡(luò)之間的互連互通和互操作。天空地海一體化三大應(yīng)用方向01數(shù)據(jù)采集利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)、海洋、高山等難以覆蓋區(qū)域的數(shù)據(jù)采集和傳輸。02跨域協(xié)同實(shí)現(xiàn)跨域協(xié)同，將天空、地面、海洋的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，為決策提供更全面準(zhǔn)確的信息支持。03應(yīng)急響應(yīng)在自然災(zāi)害、海洋事故等緊急情況下，快速響應(yīng)，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和智能決策支持。智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)1.4智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈八環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層四層模型構(gòu)成，涵蓋芯片、傳感器、無(wú)線模組等八大環(huán)節(jié)，形成完整復(fù)雜系統(tǒng)。產(chǎn)業(yè)與鏈條關(guān)系智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)業(yè)鏈相輔相成，產(chǎn)業(yè)發(fā)展需產(chǎn)業(yè)鏈支持保障，鏈條優(yōu)化推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。產(chǎn)業(yè)鏈重要性智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)智能物聯(lián)網(wǎng)功能的關(guān)鍵，各環(huán)節(jié)緊密協(xié)作，確保智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)智能物聯(lián)網(wǎng)功能的關(guān)鍵，各環(huán)節(jié)緊密協(xié)作，確保智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。芯片：智能物聯(lián)網(wǎng)的“大腦”芯片定義低功耗、高可靠的半導(dǎo)體芯片是智能物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵部件，既是傳感器、無(wú)線模組的功能核心，也是終端設(shè)備的“大腦”。芯片供應(yīng)商國(guó)際芯片巨頭包括ARM、英特爾、高通等，國(guó)內(nèi)主要供應(yīng)商有華為海思、展訊、北京君正等。傳感器：塑造“五官”01傳感器定義傳感器是檢測(cè)裝置，用于采集身份標(biāo)識(shí)、壓力、溫度、濕度等信息并轉(zhuǎn)換為特定信號(hào)，是智能物聯(lián)網(wǎng)的“五官”。02傳感器分類(lèi)傳感器分為物理類(lèi)、化學(xué)類(lèi)、生物類(lèi)三大類(lèi)，涵蓋多種信息采集功能。03傳感器市場(chǎng)傳感器行業(yè)由美、日、德公司主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)代表企業(yè)有漢威電子、歌爾股份等。無(wú)線模組：連網(wǎng)與定位關(guān)鍵無(wú)線模組分類(lèi)無(wú)線模組分為通信模組和定位模組，涵蓋多種通信技術(shù)。通信技術(shù)局域網(wǎng)技術(shù)有WiFi、藍(lán)牙、ZigBee等，廣域網(wǎng)技術(shù)有2G/3G/4G/5G、NB-IoT等。無(wú)線模組供應(yīng)商國(guó)外主導(dǎo)廠商有Telit、SierraWireless等，國(guó)內(nèi)成熟供應(yīng)商有華為、中興等。模組作用無(wú)線模組是實(shí)現(xiàn)智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和定位的關(guān)鍵部件，支持多種通信協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)：掌控通道網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)定義網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)是智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中最成熟的環(huán)節(jié)，涉及通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、SIM卡制造等。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)核心智能物聯(lián)網(wǎng)可復(fù)用現(xiàn)有電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，三大運(yùn)營(yíng)商及SIM卡制造商是核心力量。平臺(tái)服務(wù)：完善管理平臺(tái)服務(wù)定義物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是設(shè)備匯聚、應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)分析的重要環(huán)節(jié)，提供向下管理和向上服務(wù)的功能。平臺(tái)分類(lèi)平臺(tái)分為設(shè)備管理平臺(tái)、連接管理平臺(tái)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)三種類(lèi)型。平臺(tái)服務(wù)商國(guó)內(nèi)平臺(tái)服務(wù)商包括三大運(yùn)營(yíng)商、BATJ互聯(lián)網(wǎng)廠商及細(xì)分領(lǐng)域平臺(tái)商。系統(tǒng)及軟件：打造“動(dòng)脈”系統(tǒng)及軟件定義系統(tǒng)及軟件包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，是智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)。系統(tǒng)及軟件供應(yīng)商主要供應(yīng)商包括谷歌、微軟、蘋(píng)果等IT廠商，應(yīng)用開(kāi)發(fā)集中在特定領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)智能終端：智能硬件智能終端定義智能硬件是集傳感器件和通信功能于一體的設(shè)備，可接入智能物聯(lián)網(wǎng)并提供服務(wù)。智能終端分類(lèi)分為2B類(lèi)（如表計(jì)、監(jiān)控）和2C類(lèi)（如消費(fèi)電子、智能家居）。智能終端供應(yīng)商2B類(lèi)代表有三川智慧等，2C類(lèi)代表有蘋(píng)果、三星等。系統(tǒng)集成及應(yīng)用服務(wù)：落地實(shí)施者系統(tǒng)集成定義系統(tǒng)集成是將多種產(chǎn)品技術(shù)整合為完整解決方案的過(guò)程，分為設(shè)備系統(tǒng)集成和應(yīng)用系統(tǒng)集成。系統(tǒng)集成作用系統(tǒng)集成商幫助客戶(hù)解決設(shè)備、協(xié)議、平臺(tái)等問(wèn)題，確保智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用落地。四大區(qū)域集聚格局形成區(qū)域分布特點(diǎn)我國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已初步形成環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三角、中西部四大區(qū)域集聚格局。區(qū)域獨(dú)立性各產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)相互獨(dú)立、各有特色，推動(dòng)智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。我國(guó)各地區(qū)智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)地區(qū)發(fā)展重點(diǎn)江蘇、上海、北京、四川、重慶、廣東芯片制造上海、北京、廣東、福建、湖北傳感器設(shè)備制造北京、廣東、福建、湖北標(biāo)簽成品制造江蘇、北京、廣東、福建讀寫(xiě)器制造北京、江蘇、廣東、四川、浙江系統(tǒng)集成北京、上海、廣東、江蘇、山東網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)北京、上海、廣東、江蘇、福建、重慶、湖北、山東應(yīng)用示范環(huán)渤海：研發(fā)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成高地環(huán)渤海地區(qū)特點(diǎn)環(huán)渤海地區(qū)是我國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)重要的研發(fā)、設(shè)計(jì)、設(shè)備制造及系統(tǒng)集成基地。環(huán)渤海地區(qū)優(yōu)勢(shì)該地區(qū)技術(shù)研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁，感知節(jié)點(diǎn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用與普及程度高，網(wǎng)絡(luò)傳輸方式多樣。長(zhǎng)三角：高端環(huán)節(jié)龍頭集聚長(zhǎng)三角地區(qū)特點(diǎn)長(zhǎng)三角是我國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的起源地，擁有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)三角地區(qū)定位產(chǎn)業(yè)定位于產(chǎn)業(yè)鏈高端，從軟硬件核心產(chǎn)品與技術(shù)兩環(huán)節(jié)入手。長(zhǎng)三角地區(qū)成果形成全國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)核心與龍頭企業(yè)集聚中心。珠三角：整機(jī)制造+創(chuàng)新突破珠三角地區(qū)特點(diǎn)珠三角是我國(guó)電子整機(jī)重要生產(chǎn)基地，圍繞設(shè)備制造、軟件及系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)服務(wù)及應(yīng)用示范，重點(diǎn)突破核心技術(shù)與創(chuàng)新。中西部：科研教育驅(qū)動(dòng)完整產(chǎn)業(yè)鏈01中西部地區(qū)特點(diǎn)中西部發(fā)展迅速，重點(diǎn)省市結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)布局智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。02中西部地區(qū)優(yōu)勢(shì)依托科研教育與人力資源優(yōu)勢(shì)及較好產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈和體系。03中西部地區(qū)目標(biāo)重點(diǎn)培育智能物聯(lián)網(wǎng)龍頭企業(yè)，大力推廣智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程。04中西部地區(qū)成果湖北、四川、陜西、重慶、云南等省市在智能物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展。智能物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)1.5智能物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值定位戰(zhàn)略?xún)r(jià)值智能物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息通信技術(shù)的核心，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)轉(zhuǎn)型和升級(jí)具有重大價(jià)值。它能夠助力行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能互連，推動(dòng)智慧城市、智能交通、智能家居的快速建設(shè)，進(jìn)而加速新興市場(chǎng)的崛起。共享平臺(tái)應(yīng)用機(jī)制與信息體系共享平臺(tái)核心共享平臺(tái)以應(yīng)用為核心，通過(guò)獲取各領(lǐng)域的共享要素并按技術(shù)特點(diǎn)分類(lèi)處理，形成完整的信息體系。它能滿(mǎn)足各行業(yè)的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與提取，避免信息孤島現(xiàn)象。平臺(tái)功能共享平臺(tái)支持行業(yè)用戶(hù)協(xié)同計(jì)算，統(tǒng)一管理共享設(shè)備，融合軟硬件共享功能，提供專(zhuān)業(yè)化信息服務(wù)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定發(fā)展。軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用與開(kāi)源環(huán)境需求軟件開(kāi)發(fā)重要性信息化軟件開(kāi)發(fā)是技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，需要突破原始硬件設(shè)施，提供開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境，以適應(yīng)智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展需求。開(kāi)源軟件應(yīng)用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)依賴(lài)開(kāi)源軟件，通過(guò)數(shù)字化處理收集的信息，實(shí)現(xiàn)信息的提取與傳遞，推動(dòng)技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展。硬件與網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)現(xiàn)智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目標(biāo)需性能齊全且低成本的硬件支持，以及突破時(shí)空限制的通信網(wǎng)絡(luò)，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、穩(wěn)定性與安全性。安全威脅與多層面風(fēng)險(xiǎn)安全威脅智能物聯(lián)網(wǎng)連接大量設(shè)備，為惡意軟件提供分散入口，使廉價(jià)物理設(shè)備易被篡改。軟件、集成中間件、API及機(jī)器對(duì)機(jī)器通信均引入新的復(fù)雜性與安全風(fēng)險(xiǎn)。信任與隱私保護(hù)難題01隱私問(wèn)題突出遙感與監(jiān)測(cè)用例提升對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)與所有權(quán)的敏感性，智能物聯(lián)網(wǎng)隱私問(wèn)題較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更突出，信息多含用戶(hù)隱私。02管理對(duì)象與層次倍增物、服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)融合使管理對(duì)象與層次倍增，現(xiàn)有安全架構(gòu)易阻塞物間邏輯關(guān)系，亟需適合智能物聯(lián)網(wǎng)的安全架構(gòu)。03密碼算法與硬件需求智能物聯(lián)網(wǎng)需低成本、低時(shí)延、高能效密碼算法及靈活硬件，保障隱私與安全成為傳感器或設(shè)備必備條件。復(fù)雜性混亂與整合障礙復(fù)雜性體現(xiàn)智能物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜性體現(xiàn)在設(shè)備技術(shù)海量且異構(gòu)、跨領(lǐng)域行業(yè)眾多、系統(tǒng)持續(xù)更新，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致難互操作、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、資源共享受阻。數(shù)據(jù)整合與分析難題智能物聯(lián)網(wǎng)需整合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全隱私需求高，使數(shù)據(jù)整合與分析難度倍增。體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)沖突體系結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)智能物聯(lián)網(wǎng)涵蓋廣泛技術(shù)與隱形智能設(shè)備，通信隨時(shí)空自發(fā)進(jìn)行，服務(wù)移動(dòng)分散，跨環(huán)境數(shù)據(jù)集成困難。單一參考體系局限單一參考體系無(wú)法適配所有應(yīng)用，異構(gòu)體系須共存且開(kāi)放、靈活，以支持RFID等識(shí)別技術(shù)。多協(xié)議沖突多協(xié)議WiFi、藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave、Thread性能功耗安全各異，互操作沖突，給用戶(hù)帶來(lái)不便。競(jìng)爭(zhēng)性標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題oneM2M、IoTivity、AllJoyn等競(jìng)爭(zhēng)性標(biāo)準(zhǔn)增加不確定性，亟需共同協(xié)議確保互操作。智能物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化面臨的問(wèn)題標(biāo)準(zhǔn)化四大難題分類(lèi)平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)前市場(chǎng)上存在多種不同的智能物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，它們之間存在互相競(jìng)爭(zhēng)和不兼容的問(wèn)題，增加了開(kāi)發(fā)和部署成本。連通性問(wèn)題隨著智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的種類(lèi)和數(shù)量不斷增加，設(shè)備之間的連接方式和通信協(xié)議也在不斷變化，互連互通、安全穩(wěn)定待解。殺手級(jí)應(yīng)用需求需針對(duì)控制事物、收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)三功能打造殺手級(jí)應(yīng)用，推動(dòng)統(tǒng)一平臺(tái)商業(yè)模式。業(yè)務(wù)模型復(fù)雜智能家居、城市、制造等多元業(yè)務(wù)模型令標(biāo)準(zhǔn)制定更復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化工作需考慮不同行業(yè)的特殊需求。挑戰(zhàn)催生的新商機(jī)

新商機(jī)智能物聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)為技術(shù)公司、中間件與工具開(kāi)發(fā)商、系統(tǒng)集成及應(yīng)用服務(wù)商、設(shè)備制造商、跨平臺(tái)集成商提供了新的商機(jī)。我國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)短板核心技術(shù)差距我國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，但核心技術(shù)與高端產(chǎn)品與國(guó)外仍有差距，高端綜合集成服務(wù)能力不強(qiáng)。缺乏龍頭企業(yè)我國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域缺乏龍頭企業(yè)，應(yīng)用水平較低且規(guī)模化應(yīng)用較少，影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展。應(yīng)用水平不足我國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平較低，規(guī)模化應(yīng)用較少，限制了產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。產(chǎn)業(yè)生態(tài)不完善我國(guó)智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚不完善，需要進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的協(xié)同發(fā)展。政策標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)商業(yè)模式政策法規(guī)我國(guó)需完善政策法規(guī)，為跨行業(yè)整合提供保障，確保智能物聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與平臺(tái)建立統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)調(diào)機(jī)制，確保物聯(lián)網(wǎng)、AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算深度融合，避免接口割裂與重復(fù)研發(fā)。云邊協(xié)同與顆粒度細(xì)化云邊協(xié)同未來(lái)智能物聯(lián)網(wǎng)將利用云、大數(shù)據(jù)、個(gè)人/移動(dòng)設(shè)備與社交網(wǎng)絡(luò)，提供更接近“邊緣”的顆粒度傳感器，催生全新應(yīng)用與用例，推動(dòng)新商業(yè)模式與盈利機(jī)會(huì)。長(zhǎng)尾延伸與新共享場(chǎng)景共享經(jīng)濟(jì)加速智能物聯(lián)網(wǎng)將加速共享經(jīng)濟(jì)，使房屋、飛機(jī)、汽車(chē)、自行車(chē)之外的更小更廉價(jià)物品可被跟蹤管理，實(shí)現(xiàn)共享。長(zhǎng)尾理論延伸智能物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)是“長(zhǎng)尾理論”延伸：設(shè)備粒度更細(xì)，支持創(chuàng)建以往經(jīng)濟(jì)上不可行的新用途、新應(yīng)用、新服務(wù)與新商業(yè)模式。商業(yè)邏輯智能物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)降低邊際成本激活長(zhǎng)尾市場(chǎng)，為共享經(jīng)濟(jì)提供更廣闊的發(fā)展空間。規(guī)?；瘏f(xié)同智能化愿景未來(lái)趨勢(shì)隨著技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)成熟，智能物聯(lián)網(wǎng)將呈現(xiàn)規(guī)模化、協(xié)同化、智能化趨勢(shì)，擴(kuò)大各行業(yè)應(yīng)用規(guī)模，吸引更多企業(yè)參與。產(chǎn)業(yè)生態(tài)與社會(huì)貢獻(xiàn)智能物聯(lián)網(wǎng)將形成強(qiáng)大產(chǎn)業(yè)生態(tài)，在社會(huì)治理現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與民生消費(fèi)升級(jí)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。課后習(xí)題END1．什么是智能物聯(lián)網(wǎng)？2．智能物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)是什么？3．目前全球還沒(méi)有對(duì)物聯(lián)網(wǎng)概念統(tǒng)一定義，你如何理解物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵？4．簡(jiǎn)述四層物聯(lián)網(wǎng)模型。5．簡(jiǎn)述智能物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展可能面臨的挑戰(zhàn)。6．簡(jiǎn)述你知道的智能物聯(lián)網(wǎng)在生活中的應(yīng)用。謝謝！THANKS!第二章

物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)01智能物聯(lián)網(wǎng)的概念上章回顧04智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)02智能物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)05智能物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)03智能物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用IOTAIOT01物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)基本概念本章內(nèi)容04定位技術(shù)02RFID技術(shù)03傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)基本概念2.1感知技術(shù)利用傳感器和多跳自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)，依附于敏感機(jī)理、敏感材料、工藝設(shè)備和計(jì)測(cè)技術(shù)，對(duì)基礎(chǔ)技術(shù)和綜合技術(shù)要求非常高。感知和識(shí)別技術(shù)技術(shù)瓶頸傳感技術(shù)AI/機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理識(shí)別技術(shù)涵蓋物體識(shí)別、位置識(shí)別和地理識(shí)別，物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別技術(shù)是以二維碼、RFID標(biāo)識(shí)為基礎(chǔ)的，對(duì)象標(biāo)識(shí)體系是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要技術(shù)點(diǎn)。RFID技術(shù)2.2RFID技術(shù)簡(jiǎn)介RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象、獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。技術(shù)核心與原理：核心部件是標(biāo)簽。閱讀器在幾厘米到幾米內(nèi)發(fā)射無(wú)線電波，讀取標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息。核心優(yōu)勢(shì)：無(wú)需接觸環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)高效識(shí)別標(biāo)識(shí)能力強(qiáng)（標(biāo)簽可存儲(chǔ)96位EPC碼，使每個(gè)物品擁有??獨(dú)一無(wú)二??的標(biāo)識(shí)。）RFID技術(shù)其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)VS系統(tǒng)參數(shù)條碼圖像識(shí)別磁卡智能卡RFID信息載體紙或物質(zhì)表面—磁條EEPROMEEPROM讀寫(xiě)性能讀讀讀/寫(xiě)讀/寫(xiě)讀/寫(xiě)讀取方式CCD或激光束掃描機(jī)器識(shí)讀電磁轉(zhuǎn)換電擦寫(xiě)無(wú)線通信讀取距離近很近接觸接觸遠(yuǎn)識(shí)別速度慢很慢慢慢很快環(huán)境適應(yīng)性不好不好一般一般很好多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別不能不能不能不能能RFID技術(shù)發(fā)展歷史第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期英國(guó)開(kāi)發(fā)出戰(zhàn)斗機(jī)的敵我識(shí)別系統(tǒng)（IFF），實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗機(jī)自動(dòng)識(shí)別，成為早期的主動(dòng)式RFID系統(tǒng)。20世紀(jì)40年代射頻技術(shù)改進(jìn)推動(dòng)RFID發(fā)展。1948年哈利斯·托克曼發(fā)表關(guān)鍵論文，奠定RFID理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代為早期RFID技術(shù)的探索階段，主要處于實(shí)驗(yàn)室研究狀態(tài)。20世紀(jì)60年代集成電路與微處理器推動(dòng)理論發(fā)展，IFF系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于空中交通管制。20世紀(jì)70年代RFID技術(shù)快速發(fā)展，出現(xiàn)首批實(shí)際應(yīng)用。1975年被動(dòng)式標(biāo)簽原型論文發(fā)表，標(biāo)志技術(shù)突破。20世紀(jì)80年代進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，專(zhuān)利數(shù)量增多，應(yīng)用于動(dòng)物識(shí)別、電子收費(fèi)等領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)小型化促進(jìn)RFID普及，標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程啟動(dòng)，產(chǎn)品逐步融入日常生活。至今標(biāo)簽類(lèi)型豐富（有源/無(wú)源/半無(wú)源），成本降低，應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)展。物聯(lián)網(wǎng)興起推動(dòng)RFID成為關(guān)鍵技術(shù)之一。RFID技術(shù)工作原理RFID系統(tǒng)包括閱讀器、天線和標(biāo)簽，其工作原理是閱讀器通過(guò)天線發(fā)出交流連續(xù)波，標(biāo)簽收到信號(hào)后，從信號(hào)中獲取直流電源和時(shí)鐘，再通過(guò)自身天線發(fā)送標(biāo)簽內(nèi)部存儲(chǔ)信息，最后閱讀器通過(guò)天線接收標(biāo)簽發(fā)送的信息。后向散射（Backscatter）RFID系統(tǒng)架構(gòu)定義：閱讀器是用于讀取（或?qū)懭耄?biāo)簽信息的設(shè)備。構(gòu)成：由傳送器、接收器、微處理器、電源和時(shí)鐘模塊組成。工作流程：從后臺(tái)計(jì)算機(jī)接收命令→ISO標(biāo)準(zhǔn)編碼調(diào)制→通過(guò)天線發(fā)射→標(biāo)簽接收并響應(yīng)→通過(guò)天線接收響應(yīng)→解調(diào)解碼→傳給上位機(jī)做進(jìn)一步處理。分類(lèi)：按工作方式（全/半雙工）、通信方式（閱讀器/標(biāo)簽先發(fā)言）、應(yīng)用方式（固定/便攜/一體式）。工作頻率：低頻（30kHz～300kHz）、高頻（3MHz～30MHz）和超高頻（300MHz～3GHz）。RFID系統(tǒng)核心組件——閱讀器、天線天線內(nèi)置于閱讀器，用于在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào)。RFID系統(tǒng)通過(guò)天線來(lái)發(fā)射能量，進(jìn)而形成電磁場(chǎng)，從而對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別。天線形成的電磁場(chǎng)的范圍就是閱讀器的可讀區(qū)域。定義：一般附著在物體表面，用于標(biāo)識(shí)目標(biāo)。構(gòu)成：由存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的RFID芯片、射頻天線以及相關(guān)電路組成。核心標(biāo)識(shí)??：每個(gè)標(biāo)簽內(nèi)有全球唯一的電子編碼，也就是用戶(hù)身份證明（UID），UID無(wú)法改造、無(wú)法偽造；標(biāo)簽內(nèi)還有一個(gè)電子標(biāo)簽和一個(gè)身份標(biāo)識(shí)。特征：RFID系統(tǒng)核心組件——標(biāo)簽（射頻卡）非接觸體積小多標(biāo)簽識(shí)別耐環(huán)境可重復(fù)使用安全可批量生產(chǎn)標(biāo)簽的分類(lèi)??被動(dòng)式（無(wú)源）標(biāo)簽??：無(wú)內(nèi)置電源，由閱讀器供電；成本低、體積小、壽命長(zhǎng)，但讀寫(xiě)距離短。??主動(dòng)式（有源）標(biāo)簽??：有內(nèi)置電池；讀寫(xiě)距離遠(yuǎn)、存儲(chǔ)大，但成本高、壽命有限，工作模式分為主動(dòng)模式和喚醒模式。??半自動(dòng)式標(biāo)簽??：電池僅供內(nèi)部計(jì)算，通信能量來(lái)自閱讀器。低頻??：讀寫(xiě)距離<1m，數(shù)據(jù)量少，成本較高（如門(mén)禁、身份證）。??高頻??：讀寫(xiě)距離>1m，數(shù)據(jù)量大，成本較低（如校園卡）。??超高頻??：讀寫(xiě)距離>10m，速率高，但抗干擾差。按讀寫(xiě)功能（只讀/一次寫(xiě)入/可讀寫(xiě)）按形狀（信用卡形、圓形等）。010203是否內(nèi)置電源工作頻率范圍其他分類(lèi)ISO制定了ISO14443、ISO15693、ISO18000等系列標(biāo)準(zhǔn)，覆蓋從低頻125kHz到微波頻段5.8GHz的全頻段。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了通信數(shù)據(jù)幀格式，還著重對(duì)工作距離、頻率、耦合方式等與天線物理特性相關(guān)的技術(shù)規(guī)格進(jìn)行了規(guī)范，確保不同頻段的RFID系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。EPCglobal以96位EPC編碼為核心，負(fù)責(zé)全球EPC號(hào)碼的注冊(cè)管理，推動(dòng)了超高頻RFID紙箱標(biāo)簽等產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，為全球供應(yīng)鏈管理提供了高效的信息標(biāo)識(shí)解決方案。RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系在相同的頻率下，存在多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)采用不同的無(wú)線調(diào)制方式、基帶編碼格式、傳輸協(xié)議和傳輸距離，導(dǎo)致不同標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽和閱讀器無(wú)法互通，帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系頻率關(guān)鍵應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)125kHz低價(jià)的無(wú)源射頻標(biāo)簽，用于識(shí)別動(dòng)物ISO1800-213.56MHz低價(jià)的無(wú)源射頻標(biāo)簽，用于識(shí)別物體，如書(shū)籍、衣服等ISO14443400MHz用于汽車(chē)中控系統(tǒng)ISO18000-7868MHz、915MHz、922MHz有源和無(wú)源的射頻標(biāo)簽，用于歐洲、美國(guó)、澳大利亞的物流Auto-IDClass0、Auto-IDClass1、ISO18000-62.45GHz（微波）是一個(gè)ISM頻段頻率，采用有源和無(wú)源的射頻標(biāo)簽，用于溫度傳感器和衛(wèi)星定位等ISO18000-45.8GHz（微波）用于長(zhǎng)距離讀取無(wú)源和有源射頻標(biāo)簽，如車(chē)輛識(shí)別和高速公路收費(fèi)ISO18000-5RFID技術(shù)應(yīng)用智能制造領(lǐng)域：RFID無(wú)線作業(yè)管理、超高頻RFID生產(chǎn)線管理、RFID工廠庫(kù)存管理、海馬RFID系統(tǒng)等3支付領(lǐng)域：數(shù)字化校園一卡通、城市一卡通應(yīng)用等大多都屬于RFID技術(shù)應(yīng)用5物流領(lǐng)域：超市使用RFID物流跟蹤和通信信息系統(tǒng)，使供應(yīng)鏈的透明度大大提高，物品能在供應(yīng)鏈的任何地方被實(shí)時(shí)追蹤，同時(shí)消除以往各環(huán)節(jié)上的人工差錯(cuò)。基于RFID技術(shù)的物流配送中心信息系統(tǒng)可以通過(guò)安裝在工廠、配送中心、倉(cāng)庫(kù)及商場(chǎng)貨架上的閱讀器自動(dòng)記錄物品從生產(chǎn)線到最終消費(fèi)者的整個(gè)供應(yīng)鏈上的流動(dòng)。7零食領(lǐng)域：RFID新零售智能零售柜、二維碼門(mén)禁無(wú)人超市、RFID智慧門(mén)店及倉(cāng)庫(kù)管理、電子標(biāo)簽揀貨系統(tǒng)等2食品溯源領(lǐng)域：食品溯源系統(tǒng)4安保領(lǐng)域：應(yīng)用RFID技術(shù)的門(mén)禁管理系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、上下班管理系統(tǒng)等6交通領(lǐng)域：不停車(chē)高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)1傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.3定義：傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科交叉的技術(shù)，涉及從自然信源??獲取信息??并對(duì)信息進(jìn)行??處理、變換、識(shí)別??的系列活動(dòng)。核心價(jià)值：對(duì)物品的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建具有信息收集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理功能的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)跟蹤、監(jiān)控和決策支持等的基礎(chǔ)。突出特點(diǎn)：傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述自組織微型化對(duì)外界具有感知能力感知信息智能化網(wǎng)絡(luò)化地位：傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”，是信息獲取的終端模塊，傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的核心，主要解決信息感知問(wèn)題。面臨的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：種類(lèi)繁多：物體千差萬(wàn)別，導(dǎo)致傳感器種類(lèi)繁多；編址的數(shù)量巨大：IPv4地址已經(jīng)枯竭，而IPv6地址對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)過(guò)于復(fù)雜；成本與功耗要求苛刻：傳感器數(shù)量巨大。傳感器的地位&不足傳感器??：??基本單元??，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)??初步采集??（硬件）。??傳感器網(wǎng)絡(luò)??：由傳感器節(jié)點(diǎn)組成的??系統(tǒng)??，實(shí)現(xiàn)廣泛的數(shù)據(jù)??收集和處理??（集合與平臺(tái)）。??傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)??：支撐網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的??技術(shù)集合??（軟件與協(xié)議）。關(guān)系辨析傳感器傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集合共同工作以收集和傳輸數(shù)據(jù)技術(shù)保障傳感器節(jié)點(diǎn)包括4個(gè)基本單元：傳感單元（傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊）處理單元（由嵌入式模塊組成，包括CPU、存儲(chǔ)單元、嵌入式操作系統(tǒng)等）通信單元（由無(wú)線通信模塊組成）電源模塊可以選擇的其他功能單元包括執(zhí)行器、定位系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)及發(fā)電裝置等傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器工作原理監(jiān)測(cè)物理、化學(xué)等非電量參數(shù)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳感單元為各單元提供電能電源模塊有線（Profibus、LonWorks、CAN）與無(wú)線通信通信單元實(shí)現(xiàn)決策信息的環(huán)境反饋控制執(zhí)行器核心單元，運(yùn)行程序處理感知數(shù)據(jù)處理單元4類(lèi)存儲(chǔ)器（RAM、ROM、EEPROM、Flash）存儲(chǔ)單元傳感器優(yōu)點(diǎn)1低功耗僅需較少能力即可工作2微型化體積小、集成度高，便于設(shè)備集成3高可靠性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行4多樣性可檢測(cè)溫度、濕度、壓力等多參數(shù)5通信能力支持無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸6自適應(yīng)集成微處理器，支持自校準(zhǔn)診斷傳感器三大技術(shù)瓶頸電池容量有限，更換成本高昂能耗分布：發(fā)送信號(hào)>接收>空閑>睡眠部署環(huán)境復(fù)雜，充電困難電池能量有限量消耗與距離關(guān)系：??E=k×d???(2<n<4)關(guān)鍵結(jié)論：??距離增加

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能耗劇烈增加??解決方案：采用多跳路由傳輸機(jī)制通信能力有限嵌入式微處理器，處理能力有限存儲(chǔ)空間小，僅支持臨時(shí)緩存數(shù)據(jù)處理限于基礎(chǔ)操作（濾波、閾值判斷）計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限定義：由大量微小傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織構(gòu)成的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能自主完成指定任務(wù)且實(shí)現(xiàn)“無(wú)處不在的計(jì)算”理念。技術(shù)融合：融合傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)等。體系結(jié)構(gòu)：傳感器節(jié)點(diǎn)

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匯聚節(jié)點(diǎn)

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互聯(lián)網(wǎng)/衛(wèi)星

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用戶(hù)中心多跳中繼傳輸方式。傳感器網(wǎng)絡(luò)概述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)（1）分布式、自組織性由對(duì)等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，不存在中心控制；自我協(xié)調(diào)、自動(dòng)組網(wǎng)，不依賴(lài)固定的基礎(chǔ)設(shè)施；每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由功能。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)（2）網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、節(jié)點(diǎn)分布密度高部署大量的節(jié)點(diǎn)保證監(jiān)測(cè)完整度；分布式采集提高精確度；大量冗余節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，以提高系統(tǒng)容錯(cuò)率和覆蓋率，減少監(jiān)測(cè)盲區(qū)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)（3）可擴(kuò)展性新增節(jié)點(diǎn)自動(dòng)融入網(wǎng)絡(luò)無(wú)需外界條件即可擴(kuò)展無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)計(jì)算存儲(chǔ)資源有限（嵌入式微處理器）電池能量有限（紐扣電池供電）網(wǎng)絡(luò)壽命受能量限制04資源有限性調(diào)挑戰(zhàn)關(guān)注動(dòng)態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)而非單個(gè)節(jié)點(diǎn)快速有效融合多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)提取有效信息給用戶(hù)05以數(shù)據(jù)為中心無(wú)統(tǒng)一通信平臺(tái)軟硬件平臺(tái)和協(xié)議差異大設(shè)計(jì)需貼近具體應(yīng)用06相關(guān)實(shí)用性定位技術(shù)2.4情景感知技術(shù)（SA）位置信息對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至關(guān)重要。衛(wèi)星定位（如GPS）在室外應(yīng)用受限：能耗高、體積大、成本高、需基礎(chǔ)設(shè)施。定位技術(shù)的重要性針對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)，需采用底層感知網(wǎng)絡(luò)，以低成本方式解決目標(biāo)發(fā)現(xiàn)與定位難題。傳感器節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的定位需求定位技術(shù)基礎(chǔ)：術(shù)語(yǔ)錨節(jié)點(diǎn)（AnchorNode）：也稱(chēng)為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，是可通過(guò)某種手段自主獲取自身位置的節(jié)點(diǎn)。普通節(jié)點(diǎn)（NormalNode）：也稱(chēng)為未知節(jié)點(diǎn)或待定節(jié)點(diǎn)，是預(yù)先不知道自身位置，需要使用錨節(jié)點(diǎn)的位置信息并運(yùn)用算法得到估計(jì)位置的節(jié)點(diǎn)。鄰居節(jié)點(diǎn)（NeighborNode）：傳感器節(jié)點(diǎn)通信半徑以?xún)?nèi)的其他節(jié)點(diǎn)。定位技術(shù)基礎(chǔ)：術(shù)語(yǔ)跳數(shù)（HopCount）：兩節(jié)點(diǎn)間的跳段總數(shù)。跳段距離（HopDistance）：兩節(jié)點(diǎn)之間的每一跳距離之和。連通度（Connectivity）：一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)?；A(chǔ)設(shè)施（Infrastructure）：協(xié)助節(jié)點(diǎn)定位且已知自身位置的固定設(shè)備，如衛(wèi)星基站、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。定位技術(shù)基礎(chǔ)：評(píng)價(jià)指標(biāo)定位精度：定位技術(shù)首要的評(píng)價(jià)指標(biāo)就是定位精度，其可分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度。絕對(duì)精度是測(cè)量坐標(biāo)與真實(shí)坐標(biāo)的偏差，一般用長(zhǎng)度計(jì)量單位表示；相對(duì)精度一般用誤差值與節(jié)點(diǎn)無(wú)線覆蓋范圍的比例表示，定位誤差越小則定位精度越高。規(guī)模：不同的定位系統(tǒng)或算法應(yīng)用范圍不同，其中包括樓房?jī)?nèi)部、房間內(nèi)部等。同時(shí)，單次定位過(guò)程能夠跟蹤的目標(biāo)數(shù)量也是一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。定位技術(shù)基礎(chǔ)：評(píng)價(jià)指標(biāo)錨節(jié)點(diǎn)密度：錨節(jié)點(diǎn)定位依賴(lài)人工部署或使用衛(wèi)星定位系統(tǒng)兩種方式實(shí)現(xiàn)。錨節(jié)點(diǎn)密度影響定位精度和網(wǎng)絡(luò)成本。節(jié)點(diǎn)密度：節(jié)點(diǎn)密度通常以網(wǎng)絡(luò)的平均連通度來(lái)表示，節(jié)點(diǎn)密度增大不僅意味著網(wǎng)絡(luò)部署費(fèi)用的增加，還意味著節(jié)點(diǎn)間的通信沖突會(huì)帶來(lái)有限帶寬的阻塞問(wèn)題。功耗：與傳感器節(jié)點(diǎn)有限的電池能量直接相關(guān)。與功耗密切相關(guān)的定位所需的計(jì)算量、通信開(kāi)銷(xiāo)、存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)、時(shí)間復(fù)雜度是一組關(guān)鍵指標(biāo)。定位技術(shù)基礎(chǔ)：評(píng)價(jià)指標(biāo)容錯(cuò)性和自適應(yīng)性：應(yīng)對(duì)復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的能力，能夠通過(guò)自動(dòng)調(diào)整或重構(gòu)來(lái)糾正錯(cuò)誤，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障管理，減小各種誤差的影響。代價(jià)：包括時(shí)間、空間、資金成本。例如，時(shí)間代價(jià)包括一個(gè)系統(tǒng)的安裝時(shí)間、配置時(shí)間、定位所需時(shí)間等；空間代價(jià)包括一個(gè)定位系統(tǒng)或算法所需的基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量、硬件尺寸等；資金代價(jià)包括實(shí)現(xiàn)一種定位系統(tǒng)或算法的基礎(chǔ)設(shè)施、節(jié)點(diǎn)設(shè)備所需的總費(fèi)用。定位算法分類(lèi)依據(jù)信息處理的方式分為集中式算法和分布式算法。集中式算法精度高，但通信量較大。分布式算法網(wǎng)絡(luò)通信量，但節(jié)點(diǎn)資源有限。依據(jù)是否測(cè)量距離可分為基于測(cè)距的算法和無(wú)須測(cè)距的算法?；跍y(cè)距的算法精度高，但對(duì)節(jié)點(diǎn)本身硬件要求高。當(dāng)待定位節(jié)點(diǎn)無(wú)法與足夠多的錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信測(cè)距時(shí)，就需要考慮用無(wú)須測(cè)距的算法來(lái)估計(jì)節(jié)點(diǎn)之間的距離。依據(jù)節(jié)點(diǎn)連通度和拓?fù)浞诸?lèi)分為單跳算法和多跳算法。單跳算法簡(jiǎn)便，但可測(cè)量范圍過(guò)??；多跳算法可解決測(cè)量范圍較大時(shí)節(jié)點(diǎn)之間無(wú)法直接通信的情況?；跍y(cè)距的算法基于測(cè)距的算法通常分為兩個(gè)步驟：先利用某種測(cè)量方法測(cè)量距離（或角度），接著利用測(cè)得的相關(guān)結(jié)果計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。第一個(gè)步驟中有3種測(cè)量距離的主流方法：第一種基于時(shí)間的方法：第二種：第三種：基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間（TOA）基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA）基于信號(hào)到達(dá)角度（AOA）基于信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間（TOA）??原理??：通過(guò)測(cè)量信號(hào)的傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算距離。分為??單程測(cè)距??（需嚴(yán)格時(shí)間同步）和??雙程測(cè)距??（無(wú)需同步但受時(shí)鐘誤差影響）。??特點(diǎn)??：方法簡(jiǎn)單，在??視距（LOS）傳播??條件下可獲得較高精度（如ActiveBat系統(tǒng)精度達(dá)厘米級(jí)）。??局限??：在??非視距（NLOS）??環(huán)境下，測(cè)量誤差會(huì)顯著增大?；谛盘?hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA）原理??：利用不同類(lèi)型信號(hào)（如超聲波與電磁波）傳播速度的差異，通過(guò)計(jì)算其到達(dá)時(shí)間差來(lái)測(cè)距。??特點(diǎn)??：在視距條件下能實(shí)現(xiàn)??高精度定位??（如Calamari系統(tǒng)平均誤差0.78米）。??改進(jìn)??：通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)（如多傳感器陣列、金屬圓錐）解決信號(hào)方向性問(wèn)題，并可結(jié)合時(shí)間同步協(xié)議實(shí)現(xiàn)混合測(cè)距。基于信號(hào)到達(dá)角度（AOA）??原理??：AOA定位核心在于，接收節(jié)點(diǎn)利用??天線陣列??捕獲來(lái)自發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，通過(guò)分析信號(hào)到達(dá)的??相位差??，計(jì)算出信號(hào)的入射方向，從而形成一條從接收節(jié)點(diǎn)指向發(fā)送節(jié)點(diǎn)的??方位線??。主要優(yōu)勢(shì)：??理論精度高顯著局限性：??硬件要求高??（??專(zhuān)用的天線陣列??或??有向天線）、??應(yīng)用擴(kuò)展受限??（高昂的成本和復(fù)雜的硬件）?；谛盘?hào)到達(dá)時(shí)間（TOA）-Cricket室內(nèi)定位系統(tǒng)

基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示的方法（RSSI）??原理??：在已知發(fā)射節(jié)點(diǎn)信號(hào)功率的前提下，接收節(jié)點(diǎn)測(cè)量到達(dá)信號(hào)的功率強(qiáng)度，計(jì)算出信號(hào)在傳播路徑上的損耗，然后根據(jù)特定的無(wú)線電信號(hào)傳播模型，將功率損耗轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的距離估值。優(yōu)勢(shì)：??低成本與易實(shí)現(xiàn)性，由于現(xiàn)代無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)（如Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee模塊）本身都具備測(cè)量接收信號(hào)強(qiáng)度的能力，因此無(wú)需增加任何額外的專(zhuān)用硬件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能。局限性：??精度易受環(huán)境影響??，無(wú)線電信號(hào)傳播會(huì)遭遇??衰減、繞射等多種因素的影響，從而影響定位精度。定位計(jì)算法-三邊測(cè)量法??已知3個(gè)錨節(jié)點(diǎn)A、B、C的坐標(biāo)及3個(gè)節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)D的距離，就可以通過(guò)以下式子：估算出該未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

定位計(jì)算法-三邊測(cè)量法??經(jīng)過(guò)線性化，可得到線性方程，如式:(N是由于存在測(cè)距誤差而引入的參數(shù))定位計(jì)算法-三角測(cè)量法

定位計(jì)算法-三角測(cè)量法

定位計(jì)算法-極大似然估計(jì)法

定位計(jì)算法-極大似然估計(jì)法從第一個(gè)方程開(kāi)始，每個(gè)方程均減去最后一個(gè)方程，得到n-1個(gè)方程組成的線性方程組，如式:用線性方程組表示為AX=b，得到式:定位計(jì)算法-極大似然估計(jì)法最后采用最小二乘估計(jì)法可以得到未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，如式:定位計(jì)算法-極小極大定位算法

定位計(jì)算法-極小極大定位算法包圍盒的交集通過(guò)式計(jì)算:未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為交集的質(zhì)心。當(dāng)未知節(jié)點(diǎn)可利用的錨節(jié)點(diǎn)多于3個(gè)時(shí)，可將其轉(zhuǎn)化為組分別計(jì)算并取平均值。針對(duì)極小極大定位算法對(duì)錨節(jié)點(diǎn)密度依賴(lài)過(guò)高的問(wèn)題，該算法在只利用適量錨節(jié)點(diǎn)的情況下可達(dá)到較高的定位精度。無(wú)需測(cè)距的算法-質(zhì)心法

無(wú)需測(cè)距的算法-質(zhì)心法

無(wú)需測(cè)距的算法-APIT算法??原理??：通過(guò)測(cè)試未知節(jié)點(diǎn)是否位于多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)組成的三角形內(nèi)來(lái)定位。使用鄰節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度模擬移動(dòng)，判斷節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離或靠近錨節(jié)點(diǎn)，最終取三角形交集的質(zhì)心作為位置。??優(yōu)點(diǎn)??：適用于高密度網(wǎng)絡(luò)，定位精度約40%。??缺點(diǎn)??：需要高錨節(jié)點(diǎn)密度，計(jì)算組合多，復(fù)雜度高。無(wú)需測(cè)距的算法-DV-Hop定位算法原理??：分布式算法，屬于臨時(shí)定位系統(tǒng)（AdhocPositioningSystem，APS）中的一種。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中常采用距離矢量定位方法，先計(jì)算出節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)間的最小跳數(shù)，再根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)估算出平均每跳的距離，最后利用最小跳數(shù)乘以平均每跳距離得到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間的估計(jì)距離。分三階段：計(jì)算到錨節(jié)點(diǎn)跳數(shù)、估算平均每跳距離、使用三邊測(cè)量法定位。??優(yōu)點(diǎn)??：通信開(kāi)銷(xiāo)小，適合傳感器網(wǎng)絡(luò)；錨節(jié)點(diǎn)密度10%時(shí)誤差33%。??缺點(diǎn)??：僅適用于各向同性密集網(wǎng)絡(luò)，跳數(shù)估算有誤差。無(wú)需測(cè)距的算法-其他DV-Distance算法原理??：與DV-Hop類(lèi)似，但交換報(bào)文時(shí)使用RSSI或TOA測(cè)距得到的估計(jì)距離之和，而非跳數(shù)。需校正避免過(guò)估計(jì)。??優(yōu)點(diǎn)??：測(cè)距更直接，可能提高精度。??缺點(diǎn)??：易受信號(hào)干擾，需額外校正。無(wú)組織定位（AmorphousPositioning）算法原理??：使用離線跳躍距離估測(cè)，通過(guò)鄰節(jié)點(diǎn)信息交換提高精度。網(wǎng)絡(luò)連通度15時(shí)，精度20%。??優(yōu)點(diǎn)??：通信開(kāi)銷(xiāo)低，適合靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)。??缺點(diǎn)??：需預(yù)知網(wǎng)絡(luò)連通度，密度要求高。無(wú)需測(cè)距的算法-其他N-Hop多點(diǎn)定位（Multilateration）算法原理??：使用卡爾曼濾波技術(shù)循環(huán)求解，避免多跳傳輸誤差積累。錨節(jié)點(diǎn)密度20%，測(cè)距誤差1cm時(shí)，定位誤差3cm。??優(yōu)點(diǎn)??：精度高，抗誤差積累。??缺點(diǎn)??：計(jì)算復(fù)雜，需測(cè)距支持。算法自定位算法（Self-PositioningAlgorithm，SPA）原理??：針對(duì)無(wú)線自組網(wǎng)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)間測(cè)距建立局部坐標(biāo)系，再協(xié)調(diào)為全局坐標(biāo)系。節(jié)點(diǎn)需參與多次坐標(biāo)變換。??優(yōu)點(diǎn)??：適用于無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。??缺點(diǎn)??：計(jì)算量和通信開(kāi)銷(xiāo)大，功耗高?；谝苿?dòng)錨節(jié)點(diǎn)的定位概述??原理??：利用移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)在環(huán)境中移動(dòng)，實(shí)時(shí)更新自身坐標(biāo)并廣播位置信息。未知節(jié)點(diǎn)測(cè)量與移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)在不同位置的距離（如通過(guò)RSSI或TOA），當(dāng)獲取至少3個(gè)位置信息時(shí)，使用三邊測(cè)量法計(jì)算自身位置，之后未知節(jié)點(diǎn)可升級(jí)為錨節(jié)點(diǎn)輔助定位。??應(yīng)用場(chǎng)景??：智能倉(cāng)儲(chǔ)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)輔助定位等需要高精度動(dòng)態(tài)定位的領(lǐng)域。??關(guān)鍵算法??：移動(dòng)信標(biāo)輔助定位（MBAL）是該部分的典型代表?；谝苿?dòng)錨節(jié)點(diǎn)的定位概述??優(yōu)點(diǎn)??：避免多跳傳輸?shù)恼`差累積，提高定位精度。減少錨節(jié)點(diǎn)數(shù)量，降低網(wǎng)絡(luò)成本和部署復(fù)雜度。動(dòng)態(tài)適應(yīng)環(huán)境變化，適合大規(guī)?；騽?dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。??缺點(diǎn)??：移動(dòng)錨節(jié)點(diǎn)的路徑規(guī)劃至關(guān)重要，路徑不當(dāng)會(huì)增加功耗和定位時(shí)間。實(shí)時(shí)性要求高，需確保坐標(biāo)更新和通信及時(shí)。三維定位算法針對(duì)三維空間定位需求，目前的三維定位算法包括基于劃分空間為球殼并取球殼交集定位的思想，提出對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維定位的非距離定位算法即球體中的近似點(diǎn)（ApproximatePointInSphere，APIS）算法。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)目前三維定位算法的不足提出基于球面坐標(biāo)的動(dòng)態(tài)定位機(jī)制。該機(jī)制將定位問(wèn)題抽象為多元線性方程組求解問(wèn)題，最終利用克萊姆法則解決多解、無(wú)解問(wèn)題。??應(yīng)用??：無(wú)人機(jī)群定位、智能建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、地下管網(wǎng)三維建模。智能定位算法原理??：利用先進(jìn)計(jì)算技術(shù)提升定位精度。包括：??粒子濾波定位??：用于戶(hù)外三維定位，結(jié)合RSSI測(cè)距，無(wú)需先驗(yàn)知識(shí)。??神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)??（如多層感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）：通過(guò)訓(xùn)練模型最小化誤差，提高精度，無(wú)需額外硬件。??支持向量回歸（SVR）和直推式回歸??：解決非視距問(wèn)題，利用核函數(shù)直接推導(dǎo)位置，降低誤差。Map-growing算法

Map-growing算法同時(shí)與O、A、B這3個(gè)點(diǎn)為鄰節(jié)點(diǎn)的未知節(jié)點(diǎn)C首先通過(guò)三邊定位法計(jì)算得到自身的相對(duì)坐標(biāo)，計(jì)算完成后將自身的坐標(biāo)廣播。與點(diǎn)B不是鄰節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)D收到點(diǎn)C發(fā)來(lái)的坐標(biāo)信息后，通過(guò)O、A、C這3個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)定位并發(fā)布消息。重復(fù)運(yùn)行此步，直到所有能計(jì)算得到坐標(biāo)的未知節(jié)點(diǎn)都得到定位。優(yōu)點(diǎn)??：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)覆蓋率高。局部定位，無(wú)需全局布局，適合復(fù)雜地形。缺點(diǎn)??：易產(chǎn)生累積誤差，邊緣節(jié)點(diǎn)精度低。LDP算法原理??：基于三邊定位的相對(duì)定位算法，引入分簇思想。選擇網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)建立簇，每個(gè)簇內(nèi)建立局部坐標(biāo)系，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換統(tǒng)一為全局坐標(biāo)系，減少誤差累積。優(yōu)點(diǎn)??：分簇減少邊緣節(jié)點(diǎn)誤差，提高準(zhǔn)確度。適合高密度網(wǎng)絡(luò)，定位穩(wěn)健性強(qiáng)。??缺點(diǎn)??：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換增加計(jì)算量和通信開(kāi)銷(xiāo)。依賴(lài)節(jié)點(diǎn)密度，低密度區(qū)域效果差。??應(yīng)用場(chǎng)景??：大規(guī)模工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，如工廠設(shè)備監(jiān)控。GFF算法原理??：Range-free算法，類(lèi)似DV-Hop。通過(guò)最小跳數(shù)估算距離，使用三個(gè)錨節(jié)點(diǎn)（P1、P2、P3）建立坐標(biāo)系，其他節(jié)點(diǎn)通過(guò)三邊定位計(jì)算相對(duì)坐標(biāo)。??優(yōu)點(diǎn)??：硬件成本低，無(wú)需測(cè)距功能，通信量小。算法簡(jiǎn)單，適合低成本部署。??缺點(diǎn)??：跳數(shù)估算誤差大，低密度區(qū)域易失效。精度依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)連通度。??應(yīng)用場(chǎng)景??：節(jié)點(diǎn)密集的農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)或智能城市基礎(chǔ)設(shè)施。MDS-MAP算法原理??：基于多維定標(biāo)分析（MDS），通過(guò)距離矩陣降維建立相對(duì)坐標(biāo)系，再轉(zhuǎn)換為絕對(duì)坐標(biāo)。步驟包括：計(jì)算節(jié)點(diǎn)間最短路徑矩陣、應(yīng)用MDS算法降維、利用錨節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。??優(yōu)點(diǎn)??：節(jié)點(diǎn)定位覆蓋率近100%，適合高密度網(wǎng)絡(luò)。可處理測(cè)距或非測(cè)距場(chǎng)景。??缺點(diǎn)??：計(jì)算量大，矩陣運(yùn)算復(fù)雜，能耗高。集中式算法，不適用于分布式實(shí)時(shí)定位。??應(yīng)用場(chǎng)景??：離線網(wǎng)絡(luò)分析、科研實(shí)驗(yàn)或大規(guī)模靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)部署。室外定位技術(shù)-衛(wèi)星定位衛(wèi)星定位衛(wèi)星定位通過(guò)接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信號(hào)來(lái)進(jìn)行定位。常用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GLONASS）、歐洲的伽利略（Galileo）系統(tǒng)、我國(guó)的北斗（BeiDou）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。室外定位技術(shù)-以GPS為例衛(wèi)星定位GPS由空間部分、地面控制部分、用戶(hù)設(shè)備部分3部分組成。GPS就是通過(guò)4顆已知位置的衛(wèi)星來(lái)確定GPS接收機(jī)的位置的。GPS的定時(shí)精度范圍為20～50ns，衛(wèi)星定位雖然精度高、覆蓋廣，但其成本昂貴、功耗大，并不適合于所有用戶(hù)。室外定位技術(shù)-基站定位（LBS）衛(wèi)星定位基站定位一般應(yīng)用于手機(jī)用戶(hù)，手機(jī)基站定位服務(wù)又叫作基于位置的服務(wù)（Location-BasedService，LBS）。它通過(guò)電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)如全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunications，GSM）網(wǎng)，獲取移動(dòng)終端用戶(hù)的位置信息。室外定位技術(shù)-基站定位（LBS）衛(wèi)星定位距離基站越遠(yuǎn)，信號(hào)越差，根據(jù)手機(jī)收到的信號(hào)強(qiáng)度可以估計(jì)距離基站的遠(yuǎn)近。當(dāng)手機(jī)同時(shí)搜索到至少3個(gè)基站的信號(hào)時(shí)，基站地理位置也是唯一的，也就可以得到3個(gè)基站與手機(jī)的距離。根據(jù)三點(diǎn)定位原理，只需要以基站為圓心、距離為半徑多次畫(huà)圓即可，這些圓的交點(diǎn)就是手機(jī)的位置。GPSvsLBS衛(wèi)星定位比較項(xiàng)目GPSLBS原理衛(wèi)星定位基站定位精度精度高（5～10m）精度較低（市區(qū)20～200m，郊區(qū)1000～2000m）耗電量很大，需要手機(jī)為GPS模塊提供高壓電源基站采集數(shù)據(jù)即可，不消耗手機(jī)電量?jī)?yōu)點(diǎn)室外定位精度高，覆蓋廣定位速度超快，不受天氣、高樓、位置等因素的影響，功耗低缺點(diǎn)（1）天線必須在室外且能看到大面積天空，否則無(wú)法定位，受天氣和位置的影響很大；（2）比較耗電；（3）成本較高（1）定位條件是在有基站信號(hào)的位置，手機(jī)處于SIM卡注冊(cè)狀態(tài)，且必須收到至少3個(gè)基站的信號(hào)；（2）定位精度低室內(nèi)定位技術(shù)-WiFi定位技術(shù)衛(wèi)星定位??原理簡(jiǎn)介??：通過(guò)WiFi熱點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度定位，常用“近鄰法”或WiFi指紋庫(kù)比對(duì)。精度約2m。??優(yōu)點(diǎn)??：成本低、易擴(kuò)展，適合大范圍部署。??缺點(diǎn)??：精度受環(huán)境影響，指紋庫(kù)維護(hù)復(fù)雜。??應(yīng)用場(chǎng)景??：商場(chǎng)、醫(yī)院、工廠的室內(nèi)導(dǎo)航。室內(nèi)定位技術(shù)-RFID定位技術(shù)衛(wèi)星定位??原理簡(jiǎn)介??：通過(guò)閱讀器讀取標(biāo)簽ID或信號(hào)強(qiáng)度，使用多邊定位法確定位置。作用距離短（幾十米）。??優(yōu)點(diǎn)??：厘米級(jí)精度，非接觸、成本低。