1、This template is the internal standard courseware template of the enterprise物联网概述1.1 物联网的起源和发展1.1.1 传感器网络1.1.2 射频识别1.1.1 传感器网络传感器网络l早期传感器网络科研项目的主要成果是一系列无线传感器网络平台和初级应用示范系统，其中以Motes硬件平台及其配套操作系统TinyOS的影响最为广泛，目前已被全球400多家研究机构所采用。l进入21世纪以来，传感器网络系统不再只局限于军事应用，在非军事方面也获得了日益广泛的应用。l近期传感器网络的科研工作主要致力于开展大量针对传感器网络通
2、信协议及其支撑技术的细化研究，如网络拓扑控制、MAC协议、路由协议、网络安全、时间同步、节点定位等，同时也对传感器网络中的信息处理、数据查询、数据融合、部署覆盖等相关问题进行了深入研究。1.1.1 传感器网络传感器网络综合以上介绍不难看出，与传感器网络相关的研究工作起步于传感器节点平台的研制，随后以应用为驱动扩展到网络通信协议、数据信息处理等研究领域，目前已经在数据信息的采集、处理、传输、应用等方面取得了丰硕的技术成果并积累了宝贵经验。从技术和应用两方面的经验总结来看，传感器网络最显著的技术特征和最重要的应用目标是感知现实物理世界。传感器节点的一些样品传感器节点的一些样品智慧灰尘智慧灰尘(Sm
3、art Dust)缩微集成的传感器网络节点缩微集成的传感器网络节点1.1.2 射频识别射频识别l射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到目标识别目的并交换数据。RFID技术能实现多目标识别、运动目标识别，便于通过互联网实现物品的识别、跟踪和管理，因而受到广泛的关注。l近年来，RFID技术的重要进展包括：超高频RFID读写器功能增强，并向低功耗、低成本、一体化、模块化发展；采用新开发的喷墨打印制造工艺生产RFID电子标签，可以使单个电子标签价格降至4美分；RFID新型中间件的推出使标签数据、读写器的管理更加快
4、捷和简单。RFID技术的这些进步，为准确、高效地实现物品识别提供了可靠保障。1.1.2 射频识别射频识别l目前，RFID技术的应用领域包括电子门票、手机支付、车牌识别、不停车收费、港口集装箱管理、食品安全管理等。由于具备实现物品自动识别和信息交换的能力，RFID技术被形象地比喻为“物物通信技术”。加之RFID技术广泛应用于物流领域的现状，RFID被视为物联网的起源之一。1.2 物联网的概念1.2.1 物联网相关概念1.2.2 物联网内涵辨析1.2.3 物联网的系统组成1.2.1 物联网相关概念1.智慧地球2.M2M系统3.信息物理系统4.Sensor Web系统1.智慧地球(1)智慧的医疗(2
5、)智慧的城市(3)智能的电力(4)智慧的铁路(5)智慧的银行(6)智慧的零售(1)智慧的医疗l建立一套智慧的医疗系统，保障患者只需要用较短的治疗时间、支付较低的医疗费用，就可以享受到更多的治疗方案、更高的治愈率，还有更友善的服务、更准确及时的信息。通过部署新业务模型和优化业务流程，医疗保健和生命科学体系中的所有实体都可以经济有效地进行。(2)智慧的城市l建设更智慧的城市是为了将数字技术应用到物理系统中去，并利用所有产生的数据改善和提高生活的空间、效率与质量。一方面，智慧城市的实施将能够直接帮助城市管理者在交通、能源、环保、公共安全、公共服务等领域取得进步；另一方面，智慧基础设施的建设将为物联网
6、、新材料、新能源等新兴产业提供广阔的市场，并鼓励创新，为知识型人才提供大量的就业岗位和发展机遇。(3)智能的电力l通过电网和发电资产优化管理、智能电网成熟度模型、智能停电优化管理等方案，使发电、输电、配电、送电、用电5方互动互通。电力企业建立起可自测、自愈的智能电网，主动监管电力故障并进行迅速反应，可以实现更智慧的电力供给和配送，更高的可靠性和效率，以及更高的生产率。(4)智慧的铁路l在智慧铁路系统中，可以动态调整时刻表，以应对因天气等原因导致的停运状况；以智能化提升运能和利用率，减少拥堵；拥有自我诊断子系统，减少延误。它的智慧传感器，能在造成延误或脱轨之前，检测出潜在问题。列车可以进行自我监
7、控、监控供应链，并分析乘客的出行模式，以便将环境影响降到最低限度。(5)智慧的银行智慧的银行能够预测客户需求，感知客户行为模式的变化，随时随地通过便捷的渠道提供个性化金融产品与服务；实时、准确地预测及规避各类金融风险，优化内部资本结构；通过快捷、智能地分析银行内的海量客户与交易数据来提升洞察力和判断力；创建一种智能又安全，适应多变商业环境的灵活的IT架构，以满足来自于不同部门、客户和合作伙伴的各种需求。(6)智慧的零售l智能的零售系统使零售商可以收集客户数据并做出反应，从而生产和销售满足市场需求的产品。具体功能包括：根据消费者特点提供相应的商品陈列；合理地管理商品和运营信息；利用敏捷的供应链优
8、化库存投资；以客户为中心的商品采购和生产。l智慧地球的核心是借助微处理器和射频识别标签等IT手段，使整个社会网络化、智能化。通过数据分析、比较和数据建模，使各种数据可视化，进而对所有信息进行统一管理，为人们创造智慧的生活、工作方式。2.M2M系统(1)M2M技术的核心价值(2)M2M的主要业务类型2.M2M系统图1-1 简化的M2M系统结构(1)M2M技术的核心价值lM2M使机器、设备、应用处理程序与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息，并为设备提供了与系统之间、远程设备之间，或与个人之间建立实时无线连接与传输数据的手段。M2M技术的核心价值在于以下几个方面。l 可靠的通信保障：由于物联网
9、中大部分机器终端具有无人值守的特点，因此有对机器远程监控和维护的基本管理需求，要求能实时监测机器的运行状况以及所连接和控制的外设状态，及时排查和定位故障，以便快速诊断和修复。M2M为物联网数以亿万计的机器终端提供远程监控和维护功能，为物联网的自由传输提供通信保障。(1)M2M技术的核心价值l 统一的通信语言：由于物联网的应用横跨几乎所有行业，同一信息需要被多方广泛共享，因此必须有一种统一的语言描述来规范对同一信息的共同理解，并确保信息在网络的传输过程中采用统一的通信机制，以及信息能被准确识别和还原。M2M为物联网数以亿万计的机器与机器之间、人与机器之间的通信提供了统一的通信语言。l 智能的机器
10、终端：M2M不是简单的数据在机器和机器之间的传输，而是提供机器和机器之间的一种智能化、交互式的通信方式，即使人们没有实时发出信号，机器也会根据既定程序主动进行数据采集和通信，并根据所得到的数据智能化地做出选择，对相关设备发出指令而进行控制。可以说，智能化、交互式特征下的机器也被赋予了更多的“思想”和“智慧”。(2)M2M的主要业务类型l 数据测量：数据测量就是指远程测量并通过无线网络传递测量的信息和数据。自动抄表即是一种典型的数据测量应用。这种业务被广泛应用于公共事业领域，比如自来水供应、电力供应以及天然气供应等行业，传感器被广泛地安装到用户的终端上，到指定日期或时间，传感器将自动读取计量仪表
11、的数据并把相关的数据通过无线网络传输到数据中心，然后由数据中心进行统一的处理。l 监控与告警：监控与告警包括远程测量和数据传输报告两个部分。监控的主要目的是通过远程测量去检测异动或者非正常事件，以触发相应的反应。通常，在后台系统处理远程测量通过无线网络传输回来的数据，一旦突破设定的临界值便会触发警报，提醒有关人员进行处理。如安全监控系统，使用各种传感器监控敏感区域，一旦有异常情况，即触发告警，通知安全管理人员前往处理。(2)M2M的主要业务类型l 控制：控制常与数据测量、监控等联合应用，它通常是指通过无线网络发出指令对机器进行远程控制。控制过程一般是自动的，包括打开或者关闭机器以及重新起动发生
12、故障的机器等。控制类业务的典型应用是在有大量分散资产和设备的公共事业部门，它们可以利用M2M远程关闭或者打开设备。比如，市政单位可以通过M2M自动控制路灯的关闭和打开。l 支付与交易处理：通过使用无线M2M可以进行支付与交易处理，使得远程的自动售货机、移动支付或者其他新商业模式的应用成为可能。自动售货机可以通过M2M系统进行移动支付处理和经营信息分析，移动POS机也可以通过M2M平台安全地处理交易信息。l 追踪与物品管理：追踪与物品管理业务功能通常被用做物品管理或者位置管理，典型的应用有车辆管理。这种业务被交通运输企业大量使用，它们可以通过远程的传感器结合无线网络，监控车队和司机，收集速度、位
13、置、里程等大量信息，这些信息不仅能够使管理人员实时掌控车队现状，还能被存储和分析，应用于路线规划、车辆调度等用途。3.信息物理系统图1-2 CPS系统中核心概念的关系4.Sensor Web系统图1-3 简化的OGC SWE概念模型1.2.2 物联网内涵辨析1.物联网的内涵2.泛在网络3.普适计算1.物联网的内涵l定义 1：把所有物品通过RFID和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。l定义1由麻省理工学院Auto-ID研究中心在1999年提出。l定义2：由具有标识、虚拟个性的物体或对象所组成的网络，这些标识和个性等信息在智能空间使用智能的接口与用户、社会和环境进行通信。l
14、定义2出自欧洲智能系统集成技术平台在2008年5月发布的题为Internet of Things in 2020的报告。l定义3：物联网以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人之间的信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。l定义3出自2010年6月在北京召开的物联网大会上的报告。1.物联网的内涵l定义4：物联网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互连的网络。其突出特征是通过各种感知方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等进行信息的传递与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控
15、制。l定义4出自工业和信息化部和江苏省联合向国务院上报的关于支持无锡建设国家传感器创新示范区（国家传感器信息中心）情况的报告。l定义5：物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。l定义5来源于欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目组在2009年9月15日发布的研究报告。2.泛在网络图1-4 MUSE参考模型1.2.3 物联网的系统组成图1-6 物联网体系架构l主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物
16、理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。l传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、RFID等等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理过程。个传感器对数据的协同信息处理过程。l能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，需要传感器
17、网络与移动通信技术、互联网技术相融合。送，需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足物联网数据传输的需要。熟，基本能够满足物联网数据传输的需要。l应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。信息协同、共享、互通的功能。l应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。流、智能电力等行业应用。物联网连接示意
18、图l技术理解技术理解l物联网是指物体的信息通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。l应用理解应用理解l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去管理生产和生活。l通俗理解通俗理解l将RFID（无线射频识别）和WSN（无线传感器网络）结合为用户提供生产生活的监控、指挥调度、远程数据采集和测量、远程诊断等方面的服务。l全面感知全面感知l利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。l可靠传递可靠传递
19、l通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递给用户。l智能处理智能处理l利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。lRFID技术l是物联网中让物品“开口说话”的关键技术，物联网中，RFID标签上存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别。l传感器技术l在物联网中，传感技术主要负责接收物品“讲话”的内容。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理、变换和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用
20、及评价改进等活动。l无线网络技术l物联网中，物品与人的无障碍交流，必然离不开高速、可进行大批量数据传输的无线网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离的蓝牙技术和红外技术l人工智能技术l人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的技术。在物联网中，人工智能技术主要负责将物品“讲话”的内容进行分析，从而实现计算机自动处理。l云计算技术l物联网的发展离不开云计算技术的支持。物联网中的终端的计算和存储能力有限,云计算平台可以作为物联网的“大脑”,实现对海量数据的存储、计算。l技术标准问题l世界各国存在不同标准。中国信息
21、技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。l数据安全问题l信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑。lIP地址问题l每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6（6.7x1023个/平方米）来支撑。IPv6协议已经从实验室走向了应用阶段。l终端问题
22、l物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战。l给放养的牲畜中的每一只动物都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。l人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。l利用部署在大街小巷的传感器，实现图像敏感性智能分析并与110、119、120等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的
23、联动，从而构建和谐安全的城市生活环境l智能家庭是各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等通过物联网进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”,并实现随时随地对智能设备的控制。在智能家居的应用场景中，用户在下班回家的路上即可用手机启动“下班”业务流程，将热水器和空调调节到预订的温度，并检测冰箱内的食物容量，如不足则通过网络下订单要求超市按照当天的菜谱送货。农业标准化生产监测系统：农业标准化生产监测系统：将农业生产过程中，最关键的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤温度、土壤含水率的信息通过农田中的传感器组实时采集，利用M2M运营支撑平台和GPRS/ESGE网络传输，利用短
24、信息、WEB、WAP等手段，让从事农业生产的客户实时掌握这些信息。农业标准化生产监测系统农业标准化生产监测系统50物联网运营支撑平台农业生产监测系统短信网关WEB客户GPRS/EDGE有线无线射频传感器组通信终端 WSN的应用的应用精细农业Camalie Vineyards Case StudyWSN的应用（续）的应用（续）建筑物结构状态监测建筑物结构状态监测Semi-active Hydraulic Damper(SHD),Kajima Corporation,JapanModel bridge with attached wireless sensors,B.F.Spencers Lab,
25、Civil E.,U.Illinois U-CAccelerometer board prototype,Ruiz-Sandoval,Nagayama&Spencer,Civil E.,U.Illinois Urbana-Champaignl机场安防机场安防l上海浦东国际机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。l智能公交智能公交l上海移动的“车务通”将在2010年世博会期间全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅。l电力管理电力管理l江西省电网对分布在全省
26、范围内的2万台配电变压器安装传感装置，对运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理，一年来降低电损1.2亿千瓦时。1.2.3 物联网的系统组成图1-7 从信息交互互联角度看物联网1.2.3 物联网的系统组成表1-1 现有支撑技术与未来物联网支撑技术特性对照本章小结l本章以传感器网络和RFID为主线，系统地阐述了物联网的起源和发展。在详细介绍与物联网相关的智慧地球、M2M系统、CPS系统和Sensor Web系统等概念的基础上，深入地辨析和比较了当前典型的物联网定义，同时给出了本书对物联网概念的理解。此外，以泛在网络和普适计算为代表探讨了物联
27、网内涵的延伸方向。最后，从体系结构和技术发展的角度介绍了物联网的系统组成。l2005年研制出国内第一台IPv6无线传感器节点IPv6无线传感器节点设备研制无线传感器节点设备研制61多媒体高性能节点2009200520082006201020062006This template is the internal standard courseware template of the enterpriseSWOTSWOT分析模板分析模板SWOT分析是市场营销管理中经常使用的功能强大的分析工具，最早是由美国旧金山大学的管理学教授在80年代初提出来的：S代表strength(优势)，W代表weakne
28、ss(弱势)，O代表opportunity(机会)，T代表threat(威胁)。市场分析人员经常使用这一工具来扫描、分析整个行业和市场，获取相关的市场资讯，为高层提供决策依据，其中，S、W是内部因素，O、T是外部因素。它在制定公司发展战略和进行竞争对手分析中也经常被使用。SWOT的分析技巧类似于波士顿咨询（BCG）公司的增长/份额矩阵（The Growth/Share Matrix），什么是什么是SWOT分析分析内部环境优势Strengths劣势Weakness机会Opportunities威胁ThreatsSWOT分析传统矩阵示意图分析传统矩阵示意图外部环境SWOT行业分析适用范围行业分析适
29、用范围业务单元及产品线分析竞争对手分析SWOT企业自身SBU SWOT分析SWO TSWO T企业自身SBU SWOT分析主要竞争对手SBU SWOT分析企业的内外部环境与行业平均水平进行比较当选择行业领域中只有少数竞争对手时，可以考虑做SWOT组图进行比较SWOT分析步骤分析步骤分析环境因素分析环境因素构造构造SWOT矩阵矩阵 制定行动计划制定行动计划运用各种调查研究方法，分析出公司所处的各种环境因素，即外部环境因素和内部能力因素。将调查得出的各种因素根据轻重缓急或影响程度等排序方式，构造SWOT矩阵。在完成环境因素分析和SWOT矩阵的构造后，便可以制定出相应的行动计划。SW优势与劣势分析（
30、内部环境分析）优势与劣势分析（内部环境分析）产品线的宽度产品的质量产品价格产品的可靠性产品的适用性服务的及时性服务态度竞争优势可以指消费者眼中一个企业或它的产品有别于其竞争对手的任何优越的东西。需要注意的是一定要从消费者的角度出发，寻找与竞争者或行业平均水平比较，公司的产品与服务有什么优势/劣势；而不是从公司的角度出发，衡量企业的竞争优势。通过一定努力，建立自身竞争优势引起竞争者注意，开始作出反应直接进攻企业优势所在，或采取更为有力的策略竞争优势受到削弱，寻找新的策略增强自身竞争优势根据根据SW分析，公司建立并维持自身的竞争优势分析，公司建立并维持自身的竞争优势企业在维持竞争优势过程中，必须深
31、刻认识自身的资源和能力，采取适当的措施。因为一个企业一旦在某一方面具有了竞争优势，势必会吸引到竞争对手的注意。而影响企业竞争优势的持续时间，主要的是三个关键因素：（1）建立这种优势要多长时间?（2）能够获得的优势有多大？（3）竞争对手作出有力反应需要多长时间？如果企业分析清楚了这三个因素，就会明确自己在建立和维持竞争优势中的地位了。OT机会与威胁分析（外部环境分析）机会与威胁分析（外部环境分析）环境威胁指的是环境中一种不利的发展趋势所形成的挑战，如果不采取果断的战略行为，这种不利趋势将导致公司的竞争地位受到削弱。环境机会就是对公司行为富有吸引力的领域，在这一领域中，该公司将拥有竞争优势。OT机
32、会与威胁分析方法一：机会与威胁分析方法一：PEST法法垄断法律环境保护法税法对外贸易规定劳动法政府稳定性经济周期GNP趋势利率货币供给通货膨胀失业率可支配收入能源供给成本人口统比收入分配社会稳定生活方式的变化教育水平消费政府对研究的投入政府和行业对技术的重视新技术的发明和进展技术传播的速度折旧和报废速度OT机会与威胁分析方法一：波特五力模型机会与威胁分析方法一：波特五力模型进入本行业有哪些壁垒？它们阻碍新进入者的作用有多大？本企业怎样确定自己的地位（自己进入或者阻止对手进入）？购买者转而购买替代品的转移成本；公司可以采取什么措施来降低成本或增加附加值来降低消费者购买替代品的风险？供货商的品牌或
33、价格特色；供货商的战略中本企业的地位；供货商之间的关系；从供货商之间转移的成本本企业的部件或原材料产品占买方成本的比例；各买方之间是否有联合的危险；本企业与买方是否具有战略合作关系行业内竞争者的均衡程度、增长速度、固定成本比例、本行业产品或服务的差异化程度、退出壁垒等，决定了一个行业内的竞争激烈程度构造构造SWOT矩阵矩阵SWT特快专递服务推出较早技术支持较强（如电子追踪服务以邮局为服务终端，服务网络覆盖面广O特快专递”过去的形象不太好认知率不高可靠性与速度不及私营公司私营速递公司多以大公司为主要客户中小机构、个人的需求得不到满足，是个被忽视的市场香港近年经济不太景气，外部环境不利速递业竞争对手林立，正面冲突可能招致报复制订行动计划制订行动计划SWOTWT对策 最小与最小对策，即考虑弱点因素和威胁因素，目的是努力使这些因素都趋于最小。悲观 WO对策 最小与最大对策，即着重考虑弱点因素和机会因素，目的是努力使弱点趋于最小，使机会趋于最大 苦乐参半 ST对策 最小与最大对策，即着重考虑优势因素和威胁因素，目的是努力使优势因素趋于最大，是威胁因素趋于最小。苦乐参半 SO对策 最大与最大对策，即着重考虑优势因素和机会因素，目的在于努力使这两种因素都趋于最大。理想 小大大小
