物联网知识

物联网知识,第1张

刚泡好的清茶摆在面前,你眼睛看到的是杯子,鼻子闻到的是茶香,嘴巴尝到的是微苦味,用手摸一下还较烫……
人体器官的感知综合在一起时,人便得出了这一杯清茶的判断。假如把清茶的感知信息传上互联网,人们便能通过网络随时了解清茶的情况。
若成万上亿计物品的感知信息,都能如这杯清茶一样上传到互联网供人使用,这就是“传感网”,又称“物联网”。
虚拟世界和物理世界的纽带
那么,物联过程是怎么实现的?
据微软亚洲研究院常务副院长赵峰介绍,首先,每一个物理世界中每一样东西,无论钥匙还是电饭煲,都有一个智能“身份z”,比如IP地址。这个虚拟“身份z”记录了包括该物品材质、位置、大小、温度等信息。
那物品感知信息如何上网呢?这就需要传感器出场了。传感器里面有一个很小的微处理器,能够测量环境当中的温度、湿度、位置、方向等信息,可以做数据处理,并通过无线传输直接传到网上去。由此,互联网与物理世界就能够对应起来。
这样一来,人们就可以在网上检索物理世界。“有了物联网,我再也不用担心找不着我的钥匙了。上网查一下位置就能找到。”赵峰说。
然而,人们不禁纳闷,我们已经有了移动通信网和互联网,还要物联网何用?
作为中国物联网的领路人,中科院上海微系统与信息技术研究所副所长、无锡物联网产业研究院院长刘海涛说,移动通信网是人和人的互联,传感网是物和物的互联,是感知的网络;互联网是信息共享的平台;而物联网则一头连着虚拟世界,一头连着现实的物理世界。
刘海涛表示,物和物、物和人简单地互联意义不大。物联网的精髓是感知,但是若不能达到对物控制、指挥的目的,就没有意义。
将带来第三次产业化浪潮
据介绍,物联网技术已经在上海世博会和浦东机场上应用,分别布置了防入侵传感网。其中,浦东机场的应用系统可以说是国际上应用规模最大的案例之一。
浦东机场的应用系统铺设了3万多个传感节点,覆盖了地面、栅栏和低空探测,可以防止翻越、恐怖袭击等攻击性入侵。
物联网的应用不仅限于此,还可用于家居、环保、政务、安保、消防、电网、食品安全和国防等各个行业和生活的各个方面。
刘海涛举了个例子,比如你在开车上桥时,是无法看到桥另一端情况的。如果这时候另一端有一个人在过马路,就难免会发生交通事故;而如果我们在马路下面安装了传感网,并与你车上的传感网终端或手机相联接,一旦有人过马路,马上就会通过传感网告诉你,就能避免灾难的发生。
家居应用更是会方便人们生活。赵峰说,我坐在办公室里打开手机的话,就可以通过手机观察物理世界当中所有的东西,我就可以知道我小孩上学没有,下学后是不是赶上班车了,身体状况怎么样啊,也可以知道家里哪些电器出门时忘记关了。
“物联网今后的应用和规模会远远超出我们现在的想象。”赵峰指出。
业内人士判断,物联网给人类社会带来的深刻的影响甚至变革,可能要远远大于互联网。
如果把计算机的出现使信息处理获得了质的飞跃,视作信息技术第一次产业化浪潮;如果把互联网和移动网的发展使信息传输获得了巨大提升,视作第二次产业化浪潮。那么,专家表示,以物联网为代表的信息获取技术的突破,将掀起第三次产业化浪潮。
“中国物联网的春天来了”
一个新兴产业的发展,最重要的是掌握标准。在互联网时代,中国仍扮演着追赶者的角色,那在物联网领域,是否能一举成为领先者?
专家指出,在物联网技术浪潮中中国与国际同步,具有同发优势,处于同等水平,并做到了部分领先。
中科院上海微系统所是我国最早开展物联网技术的单位。2005年该所作为技术牵头单位,在国标委下属的信标委领导下,和标准化研究所合作推进国家传感网的标准化工作,这要早于国际标准的启动。
在2008年国际标准化组织的传感网络研究小组首届大会上,由中科院上海微系统所代表中国牵头提出了整个传感网的体系架构、产业的演进路线、协议站架构等,获得一致通过。第二届大会是在德国开的,其主要议题就是讨论中国的系列提案。而在此后的会议上,基本上都是由中国代表国际标准化组织做总体报告和特邀报告。
刘海涛自豪地说,在标准化方向上我们具有举足轻重的主导话语权。这在我国的信息技术发展史上是第一次。
赵峰说,国内很多单位做的基础研究很不错,我们消费者数量是其他国家无法比拟的,而且想法也很前沿,中国在今后十年当中能够领先。
好消息一个接着一个传来,日前,国务院将传感网和物联网上升为国家五大战略性新兴产业中的第二位。
刘海涛兴奋地说,中国物联网的春天来了。

1物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机——Networked Coke Machine。

21999年在美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出物联网(Inter of Things)这个概念;是1999年MIT Auto-ID中心的Ashton教授在研究RFID时最早提出来的。

提出了结合物品编码、RFID和互联网技术的解决方案。

当时基于互联网、RFID技术、EPC标准,在计算机互联网的基础上,利用射频识别技术、无线数据通信技术等,构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Inter of things”(简称物联网),这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。

传感网是基于感知技术建立起来的网络。

中科院早在1999年就启动了传感网的研究,并已取得了一些科研成果,建立了一些适用的传感网。

1999年,在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了,“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。

32003年,美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。

42005年11月17日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005:物联网》,引用了“物联网”的概念。

物联网的定义和范围已经发生了变化,覆盖范围有了较大的拓展,不再只是指基于RFID技术的物联网。

报告指出,无所不在的“物联网”通信时代即将来临,世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。

射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。

根据ITU的描述,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,人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度,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,很大程度上得益于国际电信联盟2005 年以物联网为标题的年度互联网报告。

然而,ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。

虽然目前国内对物联网也还没有一个统一的标准定义,但从物联网本质上看,物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升,将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用,使人与物智慧对话,创造一个智慧的世界。

物联网技术被称为是信息产业的第三次革命性创新。

物联网的本质概括起来主要体现在三个方面:一是互联 征,即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络;二是识别与通信特征,即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信(M2M)的功能;三是智能化特征,即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。

52008年后,为了促进科技发展,寻找经济新的增长点,各国 开始重视下一代的技术规划,将目光放在了物联网上。

在中国,同年11月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新20”提出移动技术、物联网技术的发展代表着新一代信息技术的形成,并带动了经济社会形态、创新形态的变革,推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新(创新20)形态的形成,创新与发展更加关注用户、注重以人为本。

而创新20形态的形成又进一步推动新一代信息技术的健康发展。

62009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”,作为仅有的两名代表之一,IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念,建议新 投资新一代的智慧型基础设施。

当年,美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点;

2009年2月24日2009IBM论坛上,IBM大中华区首席执行官钱大群公布了名为“智慧的地球”的最新策略。

此概念一经提出,即得到美国各界的高度关注,甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略,并在世界范围内引起轰动。

IBM认为,IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,并且被普遍连接,形成物联网。

在策略发布会上,IBM还提出,如果在基础建设的执行中,植入“智慧”的理念,不仅仅能够在短期内有力的 经济、促进就业,而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。

IBM希望“智慧的地球”策略能掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技产业革命。

IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点,认为计算模式每隔15年发生一次变革。

这一判断像摩尔定律一样准确,人们把它称为“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,而1995年前后则发生了互联网革命。

每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。

而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。

20世纪90年代,美国克林顿 计划用20年时间,耗资2000亿-4000亿美元,建设美国国家信息基础结构,创造了巨大的经济和社会效益。

而今天,“智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有 许多相似之处,同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。

该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮,不仅为美国关注,更为世界所关注。

第六届世界互联网大会将于10月18日至22日在浙江乌镇举行。其中10月18日为“互联网之光”博览会开幕式,10月20日为第六届世界互联网大会开幕式及全体会议。大会主题为“智能互联开放合作——携手共建网络空间命运共同体”。和往届一样,本届大会将继续发布世界互联网大会蓝皮书即《中国互联网发展报告2019》和《世界互联网发展报告2019》,以及“乌镇展望2019”成果性文件。
二、第六届互联网大会日程安排
10月18日
09:30-10:00“互联网之光”博览会开幕式;地点:“互联网之光”博览中心
10月19日
全天嘉宾注册报到
10月20日
上午第六届世界互联网大会开幕式及全体会议;地点:乌镇互联网国际会展中心乌镇厅
下午分论坛:
13:30-16:30乌镇论道:乌镇论道——“互联之美”;地点:西栅景区枕水酒店宫音厅
13:30-16:30中外部长高峰论坛:智慧社会与可持续发展;地点:西栅景区枕水酒店华美宫
13:30-16:30企业家高峰论坛:推动数字经济创新,共享全球发展机遇;地点:西栅景区枕水酒店龙凤厅
13:30-16:30金融科技论坛:金融科技——深度融合·多向赋能;地点:乌镇互联网国际会展中心枕水厅
13:30-16:30资本市场助力数字经济创新发展论坛:科技创新·资本引领;地点:乌镇互联网国际会展中心安渡厅
13:30-16:30网络空间数据法律保护论坛:安全与发展:数据治理的法治;地点:乌镇互联网国际会展中心景行厅
13:30-16:30网上未成年人保护与生态治理论坛:网上未成年人保护与生态治理;地点:乌镇互联网国际会展中心通安厅
14:00-16:30海峡两岸暨香港、澳门互联网发展论坛:传承·共享·繁荣;地点:乌镇互联网国际会展中心雨读厅
17:00-18:45世界互联网领先科技成果发布;地点:乌镇互联网国际会展中心乌镇厅
19:00“乌镇之夜”欢迎晚宴(凭请柬);地点:云舟宾客中心乌镇厅
10月21日
上午分论坛:
09:00-12:00工业互联网论坛:工业互联网的创新与突破——产业数字化引领制造业高质量发展;地点:乌镇互联网国际会展中心乌镇厅
09:00-12:00产业数字化论坛:产业数字化:新动能开拓融合发展新空间;地点:西栅景区枕水酒店华美宫
09:00-12:00“一带一路”互联网国际合作论坛:开放合作,共建共享;地点:乌镇互联网国际会展中心安渡厅
09:00-12:00网络安全技术发展和国际合作论坛:携手前行;地点:乌镇互联网国际会展中心通安厅
09:00-12:00“网络文化与青年”论坛:网络文化交流创新:互联网时代青年的使命与责任;地点:乌镇互联网国际会展中心枕水厅
08:30-12:30互联网公益慈善论坛:互联网公益慈善:包容普惠、共同发展;地点:乌镇互联网国际会展中心垄行厅
08:30-12:00媒体融合论坛:融合·守正·创新;地点:西栅景区枕水酒店龙凤厅
下午分论坛:
13:30-17:00人工智能论坛:人工智能:开启智能经济新时代;地点:乌镇互联网国际会展中心枕水厅
14:20-19:005G论坛:5G,开创数字经济新时代;地点:西栅景区枕水酒店龙凤厅
13:30-18:30开源芯片论坛:芯态开源:驱动计算架构黄金时代;地点:乌镇互联网国际会展中心垄行厅
14:00-17:40网络空间国际规则论坛:网络空间国际规则:实践与探索;地点:乌镇互联网国际会展中心安渡厅
14:00-18:00互联网国际高端智库论坛:信息时代的文明交融与智库责任;地点:乌镇互联网国际会展中心通安厅
10月22日
09:00-11:40“直通乌镇”全球互联网大赛总决赛及颁奖;地点:西栅景区枕水酒店华美宫
15:00“互联网之光”博览会闭幕;地点:互联网之光博览中心

物联网的三项关键技术与领域包括,关键技术:传感器技术、RFID标签、嵌入式系统技术。领域:公共事务管理(节能环保、交通管理等)、公众社会服务(医疗健康、家居建筑、金融保险等)、经济发展建设(能源电力、物流零售等)。

“物联网”的概念是在 1999 年提出的,它的定义很简单:把所有物品通过射频识别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。也就是说,物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一个新技术。

2005 年国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005物联网》, 报告指出, 无所不在的“物联网”通信时代即将来临, 世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。

2008年3月在苏黎世举行了全球首个国际物联网会议“物联网 2008”, 探讨了“物联网”的新理念和新技术与如何将“物联网”推进发展的下个阶段 。

当前,物联网(IoT)技术领域充释着各种标准,像NB-IoT、LoRa、SigFox等,他们正通过各自擅长的技术和应用抢夺IoT风口,以争取在这片广阔的市场上取得优势。
这里写描述
NB-IoT是由电信标准延伸而出的,主要是由电信运营商支持,而LoRa则是一个商业运用平台,两者主要区别在于商业运营的模式:NB-IoT基本是由电信运营商来把控运营,所以使用者必须使用它的网关及服务,而LoRa就量对开放一些,有各种不同的组合方式,商业的模式是完全不同的。
技术层面上来看,NB-IoT和LoRa的差异其实并不是很大,属于各有优劣。而相对于某些领域,国内有一些用户在并行使用这两种技术和网络。NB-IoT相对而言是受限于基站的,而LoRa则要加入一个网关相对简单容易,并且总的来说价格要比NB-IOT低廉。用户可以根据需求,增加不同的网关覆盖。所以从覆盖程度上来说LoRa的覆盖程度可能比NB-IoT更广一点。
LPWAN又称LPN,全称为LowPower Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一种无线网络。这种无线网络的优势在于低功耗与远距离,通常用于电池供电的传感器节点组网。因为低功耗与低速率的特点,这种网络和其他用于商业,个人数据共享的无线网络(如WiFi,蓝牙等)有着明显的区别。
在广泛应用中,LPWAN可使用集中器组建为私有网络,也可利用网关连到公有网络上去。
LPWAN因为跟LoRaWAN名字类似,再加上最近的LoRaWAN在IoT领域引起的热潮,使得不少人对这两个概念有所混淆。事实上LoRaWAN仅仅是LPWAN的一种,还有几种类似的技术在与LoRaWAN进行竞争。
概括来讲,LPWAN具有如下特点:
• 双向通信,有应答
• 星形拓扑(一般情况下不使用中继器,也不使用Mesh组网,以求简洁)
• 低数据速率
• 低成本
• 非常长的电池使用时间
• 通信距离较远
LPWAN适合的应用:
• IoT,M2M
• 工业自动化
• 低功耗应用
• 电池供电的传感器
• 智慧城市,智慧农业,抄表,街灯控制等等
LoraWAN和Lora之间关系
虽然一样是因为名字类似,很多人会将LoRaWAN与LoRa两个概念混淆。事实上LoRaWAN指的是MAC层的组网协议。而LoRa只是一个物理层的协议。虽然现有的LoRaWAN组网基本上都使用LoRa作为物理层,但是LoRaWAN的协议也列出了在某些频段也可以使用GFSK作为物理层。从网络分层的角度来讲,LoRaWAN可以使用任何物理层的协议,LoRa也可以作为其他组网技术的物理层。事实上有几种与LoRaWAN竞争的技术在物理层也采用了LoRa。
LoraWAN的主要竞争技术
这里写描述
如今市场上存在多个同样使用LoRa作为物理层的LPWAN技术,例如深圳艾森智能(AISenz Inc)的aiCast。aiCast支持单播、多播和组播,比LoRaWAN更加复杂完备。许多LoRaWAN下不可能的应用因此可以实现。
Sigfox使用慢速率的BPSK(300bps),也有一些较有前景的应用案例。
NB-IoT(Narrow Band-IoT)是电信业基于现有移动通信技术的IoT网络。其特点是使用现有的蜂窝通信硬件与频段。不管是电信商还是硬件商,对这项技术热情不减。
关键技术Lora简介
LoRaWAN的核心技术是LoRa。而LoRa是一种Semtech的私有调制技术(2012收购CycleoSAS公司得来)。所以为了便于不熟悉数字通信技术的人们理解,先介绍两个常见的调制技术FSK与OOK。选用这两个调制方式是因为:
1这两个是最简单、最基础、最常见的数字通信调制方式
2在Semtech的SX127x芯片上与LoRa同时被支持,尤其是FSK经常被用来与LoRa比较性能。
OOK
OOK全称为On-Off Keying。核心思想是用有载波表示一个二进制值(一般是1,也可能反向表示0),无载波表示另外一个二进制值(正向是0,反向是1)。
在0与1切换时也会插入一个比较短的空的无载波间隔,可以为多径延迟增加一点冗余以便接收端解调。OOK对于低功耗的无线应用很有优势,因为只用传输大约一半的载波,其余时间可以关掉载波以省功耗。缺点是抗噪音性能较差。
这里写描述
FSK
FSK全称为Frequency Shift Keying。LoRaWAN协议也在某些频段写明除LoRa之外也支持(G)FSK。FSK的核心思想是用两种频率的载波分别表示1与0。只要两种频率相差足够大,接收端用简单的滤波器即可完成解调。
对于发送端,简单的做法就是做两个频率发生器,一个频率在Fmark,另一个频率在Fspace。用基带信号的1与0控制输出即可完成FSK调制。但这样的实现中,两个频率源的相位通常不同步,而导致0与1切换时产生不连续,最终对接收器来讲会产生额外的干扰。实际的FSK系统通常只使用一个频率源,在0与1切换时控制频率源发生偏移。
这里写描述
GFSK是基带信号进入调制前加一个高斯(Gaussian)窗口,使得频率的偏移更加平滑。目的是减少边带(Sideband)频率的功率,以降低对相邻频段的干扰。代价是增加了码间干扰。
对于这一方面的研究实验发现:学习Lora调制技术的一些准备及发现
然而,对于“悠久历史积累”和高安全、易部署等综合优势的LoRa阵营来说,最近几年里,在技术和落地方面虽取得了长足的进步,但离真正的规模、解决行业客户的切实问题是有着不小的差距。那么,究竟是技术壁垒突破较难?产业链生态不健全?亦或者是商业模式限制了从业者对市场规模的想象?对于LoRa产业链的广大从业者而言,找到制约LoRa技术大规模发展的瓶颈,并联手产业合力突围对推动产业良性发展至关重要。


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