武奇生物联网技术与应用(第一部分)

第一章物联网概述第一章物联网概述第一章物联网概述1.1物联网的概念1.2物联网的发展状况1.3物联网、互联网、泛在网1.4物联感知下的应用、预测和市场1.5看不见的战争1.1物联网的概念1.1.1相关背景：20世纪末的一系列新兴市场遭受金融危机的冲击后，诞生了互联网这一新兴行业。全世界正在经历一场更大规模的、百年罕见的新的金融危机。每次经济大衰退之后复苏的方式主要有两种：一为战争二为新技术革命1.1.1相关背景现在前景比较清晰的有以下几类重要技术革新：（1）新能源、节能循环技术革新——建立绿色动力系统，发展低碳动力经济。（2）消费观念变革带来的产品服务变革——发展物联网经济。（3）循环、精准、节能的种植与养殖——建立绿色自循环农业生产系统，发展生物农业经济。我们的选择——物联网！十五年周期定律IBM前首席执行官郭士纳提出的“十五年周期定律”1965年前后发生的变革以大型机为标志1980年前后以个人计算机的普及为标志1995年前后则发生了互联网革命2010年会不会是物联网呢？物联网概念产生背景物联网这个概念产生的背景，至少有两个因素：一则是世界的计算机及通讯科技已经发生了巨大颠覆性的改变；二则是物质生产科技发生了巨大的变化，使物质之间产生相互联系的条件成熟，没有瓶颈。1.1物联网的概念物联网的概念史：比尔盖茨1995年《未来之路》，首次提出概念2005年，突尼斯，信息社会世界峰会上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式将“物联网”称为“theInternetofThings”2008年，IBM智慧地球2008年，欧盟发《2020年的物联网——未来路线》2009年，奥巴马举行圆桌会议，确立智慧地球战略IOT对物联网的定义IOT：Anytime、Anywhere、AnythingsConnection，UbiquitousNetworks和UbiquitousComputing的发展愿景，无处不在的网络在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类可以从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。物联网概念的兴起，很大程度上得益于ITU2005年以物联网为标题的年度互联网报告。然而，ITU的报告对物联网的定义只是描述性的，缺乏一个清晰的定义。物联网的正式定义本书定义：物联网就是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的，以有线或无线的方式把任何物品与互联网连接起来，以计算、存储等处理方式构成所关心事物静态与动态的信息的知识网络，用以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。对物联网概念的理解从技术层面理解，物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现人和物、物与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。从应用层面理解，物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”，然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。中科院感知中国对概念的解读物联网是全球信息化发展的新阶段，从信息化向智能化提升。在已经发展起来的传感、识别、接入网、无线通讯网、互联网、云计算、应用软件、智能控制等技术基础上的集成、发展和提升。物联网本身是针对特定管理对象的“有限网络”，是以实现控制和管理为目的，通过传感/识别器和网络将管理对象连接起来，实现信息感知、识别、情报处理、态势判断和决策执行等智能化的管理和控制。物联网的应用带来的海量数据和业务模式，将使通讯网、互联网和信息处理技术带来数量级的需求增长和模式变化。思考题物联网是不是一个全新的事物呢？如果不是的话，它与其他的网络有什么区别？是什么催生了这个概念的提出？你认为物联网发展的生命力在哪里？结合我们身边的现实生活，大胆想象物联网会给我们的生活带来什么样便利？1.2物联网的发展状况近年来，全球主要发达国家和地区均十分重视物联网的研究。2002年4月，韩国提出e-Korea（电子韩国）战略；2004年，日本提出“U-Japan”计划；2006年6月，新加坡公布了“智慧国2015”大蓝图；2008年底IBM向美国政府提出的“智慧地球”战略，2009年6月欧盟启动“物联网行动计划”等，都是利用各种信息技术来突破互联网的物理限制，以实现无处不在的物联网络。目前世界各国正处于技术研发阶段，各发达国家和地区纷纷抛出了自己的物联网相关的信息化战略，投入巨资深入研究探索物联网。1.2物联网的发展状况美国的智慧地球——更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化欧盟欧盟的物联网行动计划——《2020年的物联网——未来路线》日韩的U计划——e.Japan、u.Japan、i.Japan与e.Korea、u.Korea感知中国智慧地球2008年11月，美国IBM公司发表了《智慧地球：下一代领导人议程》、《智慧地球赢在中国》。2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的构想，物联网成为其中不可或缺的一部分。2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”。将智慧地球上升为美国的国家级发展战略，引起轰动智慧地球更透彻的感知­——利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程。更全面的互联互通­——先进的系统可按新的方式协同工作更深入的智能化­——利用先进技术获取更智能的洞察并付诸实践，进而创造新的价值智慧地球更透彻的感知­——利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程。更全面的互联互通­——先进的系统可按新的方式协同工作更深入的智能化­——利用先进技术获取更智能的洞察并付诸实践，进而创造新的价值建设智慧地球的步骤第一，各种创新的感应科技开始被嵌入各种物体和设施中，从而令物质世界被极大程度的数据化。第二，随着网络的高度发达，人、数据和各种事物都将以不同方式联入网络。第三，先进的技术和超级计算机则可以对这些堆积如山的数据进行整理、加工和分析，将生硬的数据转化成实实在在的洞察，并帮助人们做出正确的行动决策。智慧地球应用的六大领域智慧的电力智慧的医疗智慧的城市智慧的交通智慧的供应链智慧的银行欧盟的物联网行动计划2006年就成立工作组，专门进行RFID技术的研究，并于2008年发布《2020年的物联网——未来路线》2009年，欧洲物联网研究项目工作组（CERP-IoT），在欧盟委员会资助下制订了《物联网战略研究路线图》、《RFID与物联网模型》等意见书。2009年5月，欧洲信息业、商业领域的科研人员、官员和企业负责人齐聚欧盟总部所在地布鲁塞尔，就物联网的发展前景做了广泛讨论，旨在为欧盟寻找危机解决之道、保持经济长期发展做出新的尝试。2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》（InternetofThings-AnactionplanforEurope）《欧盟物联网行动计划》14项物联网行动计划包含的14项：主要有管理体系、隐私及数据保护、“芯片沉默”的权利、潜在危险、关键资源、化、研究、公私合作、创新、管理机制、国际对话、环境问题、统计数据和进展监督等一系列工作。日韩的U计划日本：自上世纪90年代中期以来相继制定了e-Japan、u-Japan、i-Japan等多项国家信息技术发展战略2008年，日本总务省提出“u-JapanxICT”政策。“x”代表不同领域乘以ICT的含义，一共涉及三个领域——“产业xICT”、“地区xICT”、“生活（人）xICT”。2009年7月，日本IT战略部颁布了日本新一代的信息化战略——“i-Japan”战略，为了让数字信息技术融入每一个角落。日韩的U计划韩国：1997年起出台了一系列推动国家信息化建设的产业政策，包括IFRD先导计划、IFRD前面推动计划、USN领域测试计划等。2002年4月，韩国提出e-Korea（电子韩国）战略。韩国在2006年确立了u-Korea战略。u-Korea旨在建立无所不在的社会（ubiquitoussociety）分为发展期（基础设施建设）与成熟期（推广U服务）两个执行阶段。2009年10月，韩国通信委员会出台了《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网市场确定为新增长动力。感知中国1.1.2visualSTATE事件处理机制10年前，中科院启动传感网研究计划2009年8月7日，温家宝在无锡考察，提议建立传感器中心2009年9月11日，传感器网络标准工作组成立大会暨“感知中国高峰论坛”在北京举行，标志着传感器网络标准工作组正式成立2009年11月，国务院正式批准同意支持无锡建设国家传感网创新示范区随后，无锡感知中国中心在政府和科研机构的配合下建立智慧地球VS感知中国发展差异：美日欧信息化发达，更智能化的发展方向；中国“信息化带动工业化”，侧重基础设施技术差异：美日欧技术资源丰富，发展迅速；中国自主创新，很多领域需要突破模式差异：发达国家，政府引导，市场鼓励小公司创新；中国，核心技术研发与市场同步后发优势：中国信息化刚起步，包袱少，有利于实现跨越式发展思考题物联网当前的发展状况如何？你可以查阅相关资料来了解当前物联网的发展态势。文章中列举的四种有关物联网研究的计划，你有何感触？关于物联网技术真的有所宣传的那么神奇、无所不能吗？它可能会有什么样弊端？1.3物联网、互联网、泛在网美国权威咨询机构forrester预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30:1，社会进入物联网时代。物联网并不是凭空出现的事物，它的神经末梢是传感器，它的信息通信网络则可以依靠传统的互联网和通信网等，对于海量的信息的运算处理则主要依靠云计算、网格计算的等等计算方式。物联网与互联网、通信网和未来泛在网有着十分微妙的关系啊，下面将会就物联网和互联网、物联网和泛在网、未来网络的融合分别讲述。1.3物联网、互联网、泛在网互联网——物联网的传输通信保障对物联网的两种说法说法一　物联网是应用中国工程院副院长邬贺铨院士2009年5月16日在广州举行的有关科技讲坛上说，物联网是未来信息产业的发展方向，也是中国经济新的增长点。说法二　中国经济周刊：物联网是互联网的下一站从这个意义上讲，物联网更像是互联网的延伸和拓展，甚至有“物联网是互联网的一个新的增长点”之说。物联网是虚拟与现实的结合，是“网络在现实世界里真正大规模的应用”（邬贺铨）。物联网和互联网的比较起源：计算机技术的出现及传播速度的加快；传感技术的创新和云计算面向的对象：人；人和物质发展的过程：技术的研究到人类的技术共享使用；芯片多技术的平台应用过程使用者：所有的人；人和物质，人即信息体，物即信息体核心技术在哪：在主流的操作系统和语言开发商；芯片技术开发商和标准制定者创新空间：主要内容的创新和体验的创新；技术就是生活，想像就是科技，让所有都有智能文化属性：精英文化、无序世界；草根文化、“活信息”世界技术手段：网络协议web2.0；数据采集、传输介质、后台计算泛在网泛在网——物联网的发展方向，大通信概念泛在网络由计算机科学家Mark Weiser首次提出，它是在现有技术基础上的应用创新，是不断融合新的网络，不断向泛在网络注入新的业务和应用，直至“无所不在、无所不包、无所不能”。从网络技术上，泛在网是通信网、互联网、物联网高度融合的目标，它将实现多网络、多行业、多应用、异构多技术的融合与协同。泛在网是从人与人通信为主的电信网向人与物、物与物的通信广泛延伸的信息通信网络的发展趋势，它是一个大通信的概念网络融合未来，网络融合将成为趋势，对于业务的整合、减低成本，提高行业的整体竞争力，对于未来信息产业的发展做准备。2010年初，温家宝主持召开了主题为“加强网络融合，打造立体通信”的国务院常务会议，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网的网络融合，推进三网融合发展，对于实现三网互联互通、资源共享，为用户提供数据和广播电视等多种服务，形成新的经济增长点。立体通信网三网融合——网络融合的前奏三网融合就是指电信、广播电视、互联网的融合，它首先是网络融合，才涉及到技术融合、业务融合、行业融合、终端融合等多个方面，最终要实现网络的个性化、自动化、宽带化。三网融合，只是冰山一角，为了更好的争夺消费者的注意力，一个全面融合与变革的时代已经开启，而三网融合只是其中的一个环节。中移动将TD通信技术与物联网的融合互联网进化反映网络融合趋势互联网进化论认为，互联网的发展并不是无序和混乱的，而是有很强的方向性，其最终目标是为了实现人类大脑的充分联网。最终结果是，第一，实现人类大脑的充分联网；第二，形成一个与人类大脑高度相似的互联网虚拟大脑互联网虚拟大脑互联网进化该观点认为，互联网视频和音频的的兴起和发展可以看作互联网虚拟视觉系统和听觉系统的初步形成和进化依托于安放到世界各地的传感器为基础的物联网的出现，则象征着互联网虚拟躯体感觉系统的萌芽。由视频采集器、音频采集器、传感器，办公设备、家用设备、生产设备等传感节点组成的物联网节点，通过各种互联网线路与互联网其他硬件层组成部分进行连接，从而形成互联网的听觉，视觉，感觉和运动神经系统。该观点也在一定程度上了互联网和物联网发展融合关系。泛在网、物联网和网络融合构建无所不在的信息社会已成为全球趋势，而物联网正是进一步发展的桥梁。U社会需要一个泛在网，泛在网意味着无处不在的互联，信息的无处不在，这正是物联网所要做的事情。以物联网为代表的信息技术发展趋势为：从信息化向智能化的过渡，这也是网络从虚拟走向现实、从局域走向泛在的过程。网络融合的前景融合后的市场规模将是单一领域的数倍，网络融合也必可避免的带来更为激烈的竞争。对于物联网来说，网络的融合为物联网的发展提供了便利。物联网与互联网、移动互联网的融合应用都已经为后金融危机时代的中国经济快速复苏带来的前所未有的发展机会。物联网具有巨大的经济和社会效益，不仅能服务于全球各行各业的信息共享需求，同时一些新技术产业作为物联网建设的基础产业，其本身也将创造未来重要的经济增长点。物联网将不仅与现有的通信传输网络融合，而且与嵌入式系统的融合。1.4物联感知下的应用、预测和市场物联网的“全面感知”智能化服务物物互联，感知世界物联网的“全面感知”物联网具备三个条件：第一个是全面感知，就是让物品会“说话”，将物品信息进行识别、采集第二个是可靠传递，就是通过现有的2G、3G以及未来4G通信网络将信息进行可靠传输第三个是智能处理，通过后台的庞大系统来进行智能分析和管理。物联网的“全面感知”体现了物联网的智能化特征智能化服务物联网价值在于智能服务。智能服务则是以感知为基础，通过对信息进行分析和处理，对环境的变化作出适当的反映。感知是智能服务的基础，通过在物体上植入各种微型感应芯片使其智能化，然后借助无线网络，实现人和物体“对话”，体和物体之间“交流”。物物互联，感知世界感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物品的资讯。物联网的重要特点是感知。而感知则离不开各种传感技术。日常生活中任何物品都可以变得“有感觉、有思想”，物联网可以离我们很近。海尔的首台物联网空调设备上海浦东机场的防入侵系统思考题物联网的“感知”特性是如何实现的？设想物联网是如何工作的？1.5看不见的战争——物联网安全“网络像空气，无处不在，我们一边呼吸它，一边却失去了控制权”《财经国家周刊》在2010年6月发表题为“智慧地球：不见硝烟的物联网战争——警惕战略安全”物联网安全得到关注，《财经国家周刊》“对外国的新理念和新战略，要有所警惕”智慧地球设计了软硬件的核心领域，以现有信息安全防范机制，难以保证敏感信息不外泄思考：产业发展和信息安全矛盾的出路思考题物联网的安全涉及哪些要素？“智慧地球”为什么会上升为美国的国家战略？美国在落实和实施“智慧地球”的过程中是如何考虑物联网的安全问题的？本章总结本章主要讲述了：物联网的概念、当前物联网的发展状况、物联网、互联网、泛在网、网络融合、物联感知、物联网的安全。先从物联网产生的背景引出物联网的概念，又以美国的智慧地球、欧盟的物联网行动计划、日韩的U计划、中国的感知中国为例子讲述了物联网当前的发展状况。随后讲述了当前互联网和物联网的关系，同时讲述了物联网的发展方向（泛在网）。还讲述了当前背景下，未来网络发展的总趋势——网络融合。以及物联网的“感知”特性。最后，特别提出了关于物联网安全的一些紧迫问题。