第 1 章 物联网概述

课程简介 学时： 32 ，周 4 课时。其中实验 12 课时。 学分： 2 考核：书面考试，实验 / 平时成绩占 30% 。 答疑：课间 /QQ/ 电子邮件 / 教学平台 / 周二 教学平台： study.hhit.edu.cn 课程特点：内容多，涉及面广，授课课时较少，实践性强。

个人简介 姓名：陈茂华 单位：计算机工程学院 联系方式： QQ （ ） 微信（ bg4xgw ） 手机（ ） 方向：物联网、计算机安全 爱好：无线电、收藏、旅游 ……

1.1 起源与发展 1.2 核心技术 1.3 主要特点 1.4 发展趋势 1.5 应用前景 4 本章内容

5 起源与发展 感知中国 温家宝 “ 感知中国 ” IBM “ 智慧地球 ” 国际电信联盟 《 ITU 互联网报告 2005 》 无所不在的 “ 物联网 ” 通信时代即将来临 Bill Gates 《未来之路》 物物互联 物联网的基本思想出现于 20 世纪 90 年代

RFID 1999 年，美国麻省理工学院（ MIT ） Auto-ID 中心，提出 EPC 系统及物联网概念 普适计算（ Pervasive Computing ） 感知与互联 嵌入式系统 20 世纪 90 年代末，传感网起步 2006 年， NSF workshop on CPS (Cyber-Physical Systems) 信 息 - 物理融合系统 6 起源与发展： 来源多样，主线复杂

概念的提出 概念的提出 In computing, the Internet of Things refers to a network of objects, such as household appliances. It is often a self- configuring wireless network. The concept of the internet of things is attributed to the original Auto-ID Center, founded in 1999 and based at the time in MIT.In computing, the Internet of Things refers to a network of objects, such as household appliances. It is often a self- configuring wireless network. The concept of the internet of things is attributed to the original Auto-ID Center, founded in 1999 and based at the time in MIT. 物联网这个概念 普通物理 对象 物联网这个概念实际是中国人提出的，整合了美国 CPS(Cyber-Physical Systems) 、欧盟 IoT （ Internet of Things) 和日本 U-Japan 等概念。是一个基于互联网、传 统电信网等信息载体，让所有能被独立寻址的普通物理 对象实现互联互通的网络。普通对象设备化，自治终端 互联化和普适服务智能化是其三个重要特征。 7 Q ：什么是物联网？

8 物物互联 物物互联：沟通物理世界与信息世界

1.1 起源与发展 1.2 核心技术 1.3 主要特点 1.4 发展趋势 1.5 应用前景 9 本章内容

10 核心技术 信息生成 → 信息应用 → 信息处理 → 信息传输 → 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层

11 物联网四层模型

12 核心技术－感知识别层 RFID 无线传感器 智能设备

通过感知识别技术，让物品 “ 开口说话、发布信息 ” 是融 合物理世界和信息世界的重要一环，是物联网区别于其 他网络的最独特的部分。 物联网的 “ 触手 ” 是位于感知识别层的大量 信息生成设备，既包括采用自动生成方式的 RFID 、传 感器、定位系统等，也包括采用人工生成方式的各种智 能设备，例如智能手机、 PDA 、多媒体播放器、上网本、 笔记本电脑等等。 信息生成方式多样化是物联网的重要特征之一。 感知识别层位于物联网四层模型的最底端，是所有上层 结构的基础。 13 核心技术：感知识别层

基本组成：工业界经常将 RFID 系统分为标签，阅读器和 天线三大组件。 工作原理：阅读器通过天线发送电子信号，标签接收到 信号后发射内部存储的标识信息，阅读器再通过天线接 收并识别标签发回的信息，最后阅读器再将识别结果发 送给主机。 14 感知识别层技术举例： RFID 标签 阅读器 天线

发展历程：传感器 → 无线传感器 → 无线传感器网络（大量 微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网 络） 15 感知识别层技术举例： 无线传感网

应用举例： VigilNet: 美国弗吉尼亚大学研制的用于军事监测的系统。传感 节点具有自主成网、多跳传输等特点。 Mercury: 美国哈佛大学研制的可穿戴的医疗监控传感器。传感 器具有设计人性化、高精度感知、连续长期采集数据等特点。 GreenOrbs （绿野千传）：森林监测传感网系统，适用于长期、 大规模、自动化的环境监测任务 16 感知识别层技术举例： 无线传感网 VigilNet Mercury

位置信息内涵扩展：空间信息 → 所在地理位置 + 处在该地 理位置的时间 + 处在该地理位置的对象（人或设备） 定位系统与技术： GPS 卫星定位 蜂窝基站定位（ GSM/CDMA/3G ） 室内精确定位（红外线 / 超声波 / 超宽带） WiFi 基站定位 物联网环境下对定位技术的挑战： 异构网络、复杂环境下的精准定位 大规模应用 基于位置的服务（ Location based Services ） 位置信息带来的信息安全和隐私保护问题 17 感知识别层技术举例： 定位系统

传统智能设备： 个人计算机（ PC ） / 个人数字助理（ PDA ） 物联网时代新智能设备： 数字标牌（实时信息互动） 智能电视（具有全功能的互联网，个性化体验） 智能手机 18 感知识别层技术举例： 智能信息设备

19 核心技术－网络构件层 互联网 物联网的核心网络 无线个域网 Bluetooth ZigBee 无线城域网 WiMax 无线广域网 3G/4G 无线局域网 WiFi

网络是物联网最重要的基础设施之一。 物联网的网络和现有网络有何异同？物联网是下一代互 联网吗？无线网络在物联网中究竟扮演了什么角色？ 网络构建层在物联网四层模型中连接感知识别层和管理 服务层，具有强大的纽带作用，高效、稳定、及时、安 全地传输上下层的数据。 20 核心技术：网络构件层

互联网： IPv6 扫清了可接入网络的终端设备在数量上的限制。互联 网 / 电信网是物联网的核心网络、平台和技术支持。 无线宽带网： WiFi/WiMAX 等无线宽带技术覆盖范围较广，传输速 度较快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互 联手段。 无线低速网： ZigBee/ 蓝牙 / 红外等低速网络协议能够适应物联网中 能力较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源 等特征。 移动通信网：移动通信网络将成为 “ 全面、随时、随地 ” 传输信息的 有效平台。高速、实时、高覆盖率、多元化处理多媒体数据，为 “ 物 品触网 ” 创造条件。 21 Q ：各种网络形式如何应用 于物联网？

管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综合应用 层之下，是物联网智慧的源泉。人们通常把物联网应用 冠以 “ 智能 ” 的名称，如智能交通、智能物流、智能建筑 等，其中的智慧就来自这一层。 当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇聚到管 理服务层，如果不能有效地整合与利用，那无异于入宝 山而空返，望 “ 数据的海洋 ” 而兴叹。 管理服务层解决数据如何存储（大数据与海量存储）、 如何检索（数据库系统）、如何使用、如何不被滥用（ 信息安全与隐私保护）等问题。 22 核心技术－管理服务层

网络存储体系结构： 直接附加存储（ DAS ） 网络附加存储（ NAS ） 存储区域网络（ SAN ） 困难：只能满足中等规模商业需求 数据中心不仅包括计算机系统和配套设备（如通信 / 存储 设备），还包括冗余的数据通信连接 / 环境控制设备 / 监 控设备及安全装置，是一大型的系统工程。通过高度的 安全性和可靠性提供及时持续的数据服务，为物联网应 用提供良好的支持。 典型的数据中心： Google/Hadoop 23 管理服务层： 大数据与海量存储

物联网数据特点： 海量性，多态性，关联性及语义性 关系数据库系统作为一项有着近半个世纪历史的数据处 理技术，仍可在物联网中大展拳脚，为物联网的运行提 供支撑。与此同时，结合物联网应用提出的新需求，数 据库技术也在进行不断的更新，发展出新的方向。 新兴数据库系统（ NoSQL 数据库）针对非关系型、分布 式的数据存储，并不要求数据库具有确定的表模式，通 过避免连接操作提升数据库性能。 24 管理服务层： 数据库系统

RFID 安全 主要安全和隐私隐患：窃听、跟踪、中间人攻击、欺骗 / 重放 / 克隆、物理破解、篡改信息、拒绝服务攻击、 RFID 病毒 … 保护手段：物理安全机制 / 密码学安全机制 /PUF… 位置隐私 定义：用户对自己位置信息的掌控能力：用户能自由决定是否 发布位置信息，将信息发布给谁，通过何种方式来发布，以及 发布的信息有多详细。 保护手段：制度制约、隐私方针、身份匿名、数据混淆 25 管理服务层： 信息安全与隐私保护

“ 实践出真知 ” ，无论任何技术，应用是决定成败的关键 。物联网丰富的内涵催生出更加丰富的外延应用。 26 核心技术－ 综合应用层

传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化， 典型应用包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务 、视频点播、在线游戏和社交网络等；而物联网应用以 “ 物 ” 或者物理世界为中心，涵盖智能交通、智能物流、 智能建筑、环境监测等等。物联网应用目前正处于快速 增长期，具有多样化、规模化、行业化等特点。 27 核心技术－ 综合应用层

1.1 起源与发展 1.2 核心技术 1.3 主要特点 1.4 发展趋势 1.5 应用前景 28 本章内容

联网终端规模化 物联网时代每一件物品均具通信功能成为网络终端， 5-10 年内 联网终端规模有望突破百亿。 感知识别普适化 无所不在 无所不在的感知和识别将传统上分离的物理世界和信息世界高 度融合 异构设备互联化 各种异构设备利用无线通信模块和协议自组成网，异构网络通 过 “ 网关 ” 互通互联。 29 主要特点

管理处理智能化 管理处理智能化 物联网高效可靠组织大规模数据，与此同时，运筹学，机器学 习，数据挖掘，专家系统等决策手段将广泛应用于各行各业。 应用服务链条化 应用服务链条化 以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，生产调度， 节能减排，仓储物流到产品销售，售后服务等各个环节。 30 主要特点（续）

1.1 起源与发展 1.2 核心技术 1.3 主要特点 1.4 发展趋势 1.5 应用前景 31 本章内容

更广泛的互联互通 互联互通的对象从人延伸到物体 互联互通方式的扩展 更透彻的感知 通信功能使传感器能够协同工作 更深入的智能 多传感器实现 “ 人多力量大 ” 的智能 多维感知数据实现 “ 防患于未然 ” 的智能 大数据挖掘实现 “ 见微知著 ” 的智能 32 发展趋势

1.1 起源与发展 1.2 核心技术 1.3 主要特点 1.4 发展趋势 1.5 应用前景 33 本章内容

智能交通：通过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息、通讯技 术来提高交通运输系统的安全性、可管理性、运输效能同时降低能 源消耗和对地球环境的负面影响。 34 应用前景 实时路况与导航车载电子设备

智能物流：现代物流系统希望利用信息生成设备，如 RFID 设备、感 应器或全球定位系统等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨 大网络，并能够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理。 35 应用前景

智能建筑：物联网技术为绿色建筑带来了新的力量。通过建立以节 能为目标的建筑设备监控网络，将各种设备和系统融合在一起，形 成以智能处理为中心的物联网应用系统，有效的为建筑节能减排提 供有力的支撑。 36 应用前景

环境监测：通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量、 以及各种环境状态参数的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质 量水平，为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、 方法指引和质量保证。 37 应用前景

本课小结：主要了解物联网的基本概念，物联网的产生 与发展趋势，重点在于物联网的四个层次。 38 本课小结