【正文】 Conventional Approachesu GPS at every node– . some GPSs provide 1 pps O(10ns) accuracy– But? doesn’t work everywhere? cost, size, and energy issuesu NTP– some well known “primary time servers” are synchronized via GPS, atomic clock etc.– predefined server hierarchy (stratums)– nodes synchronize with one of a prespecified list of time servers– Problems:? potentially long and varying paths to timeservers due to multihopping and shortlived links? delay and jitter due to MAC and storeandforward relaying? discovery of time servers– Perfectly acceptable for most cases? . Inter (coarse grain synchronization)? Inefficient when finegrain sync is required– . sensor applications: localization, beamforming, TDMA etc41 上一頁 下一頁 定位機制與算法u 全局定位 (GPS)與局部定位(LPS)– 全球定位系統(tǒng)（ GPS）– “北斗一號 ”雙星定位 u 自身定位與目標定位u 機制與算法– Rangebased RSSI。它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程9物聯(lián)網(wǎng)概念u通過信息傳感設備，按照約定的協(xié)議u把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊u實現(xiàn)智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡接入網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別RFID 條碼二維碼傳感網(wǎng)WSN 短距離無線網(wǎng)絡實時定位系統(tǒng)下一代互聯(lián)網(wǎng) Inter 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程10技術需求體系結(jié)構(gòu) 能量自供 設備小型化 資源自治數(shù)以億計的智能設備，將導致海量的數(shù)據(jù)傳輸和存儲，需要我們重新審視現(xiàn)有的網(wǎng)絡體系和存儲結(jié)構(gòu)當前技術仍不足以解決智能設備的能量受限問題，需要設計低能耗芯片，甚至能夠自供能量的設備系統(tǒng)復雜性的顯著增加，使得維護和管理更加困難，需要系統(tǒng)資源具有自配置，自管理和自恢復等功能智能設備廣泛應用，嵌入到各種物體上，需要智能設備更加小型化，向單晶體管實現(xiàn)智能設備目標邁進 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程11提綱u物聯(lián)網(wǎng)的提出u常見應用場景u物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)u物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層次u硬件平臺與操作系統(tǒng) u主要研究問題 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程12物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)線 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程13物流u自動化倉庫– 自動檢測物品的出入，向供貨商自動發(fā)送訂單u自動化運輸– 物品上的電子標簽根據(jù)后臺系統(tǒng)信息，自動選擇合適路徑u供應鏈商業(yè)模式變化– 用戶直接通過物聯(lián)網(wǎng)向商品本身發(fā)訂單。清華大學 研究生課程物聯(lián)網(wǎng)簡介清華大學計算機系 上一頁 下一頁 物聯(lián)網(wǎng)導論u劉云浩– 清華大學教授– 香港科技大學教授清華大學 研究生課程2 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程3提綱u物聯(lián)網(wǎng)的提出u常見應用場景u無線傳感器網(wǎng)絡簡介u物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)u物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層次u硬件平臺與操作系統(tǒng) u主要研究問題 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程4提綱u物聯(lián)網(wǎng)的提出u常見應用場景u無線傳感器網(wǎng)絡簡介u物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)u物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層次u硬件平臺與操作系統(tǒng) u主要研究問題 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程5物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展1998 2023 2023 2023 20236 20238 2023物聯(lián)網(wǎng)的提出UKorea戰(zhàn)略IBM 提出 “智慧地球 ” 感知中國20239物聯(lián)網(wǎng)行動計劃近三分之一應用與物聯(lián)網(wǎng)概念有關首家以物聯(lián)網(wǎng)為宣傳語的通信企業(yè)《 ITU 互聯(lián)網(wǎng)報告2023：物聯(lián)網(wǎng) 》UJapan戰(zhàn)略 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程6物聯(lián)網(wǎng)概念u 1998， MIT的 Kevin Ashton 首次提及 Inter of things– 將 RFID技術與傳感器技術應用于日常物品中將會創(chuàng)建一個 “物聯(lián)網(wǎng) ”，這項技術將帶來人們對機器理解的新紀元u 2023， ITU發(fā)表 報告 The Inter of Things– 物聯(lián)網(wǎng)是通過 RFID和智能計算等技術實現(xiàn)全世界設備互連的網(wǎng)絡u 2023，歐委會的 CERPIOT工程給出新的物聯(lián)網(wǎng)定義– 物聯(lián)網(wǎng)是物理和數(shù)字世界融合的網(wǎng)絡，每個物理實體都有一個數(shù)字的身份；物體具有上下文感知能力 ―他們可以感知、溝通與互動。他們對待物理事件進行即時反映，對物理實體的信息進行即時傳送；使得實時作出決定成為可能u Wikipedia( 網(wǎng)絡維基百科全書 )– 所謂 “物聯(lián)網(wǎng) ”（ Inter of Things），指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別（ RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程7RFIDuRFID (Radio Frequency Identification) 射頻識別uRFID標簽俗稱電子標簽，也稱應答器（ tag, transponder, responder），根據(jù)工作方式可分為主動式（有源）和被動式（無源）兩大類uRFIDSIM 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程8物聯(lián)網(wǎng)概念u2023年 8月 7日，溫家寶總理到中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術研發(fā)中心考察，提出建設 “感知中國 ”中心u2023年 11月 13日，國務院正式批準同意支持無錫建設國家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)（國家傳感信息中心）u2023年政府工作報告中對物聯(lián)網(wǎng)的定義：是指通過信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。用戶不在是向一個生產(chǎn)商定購大宗的商品，而是按照用戶的訂單順序從不同的生產(chǎn)商購買商品 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程14智能家居u 海爾 “ 智慧之家 ” 超出了單個產(chǎn)品的局限，從客廳到廚房，從黑電到白電，從生活電器到電腦和手機等移動終端，都不再是一個個孤單的產(chǎn)品，而是一個互聯(lián)互通、人性化、智能化的整體u 一種未來的生活愿景 —— 身在外，家就在身邊；回到家，世界就在眼前u 智能家居，維持室內(nèi)合適的溫度和熱水器水溫，減少能源浪費，智能機器人自動完成清潔和維護等日常工作，房間的智能系統(tǒng)能學習主人的生活習慣，將室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)為主人最適合的 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程15智能交通u實時獲取路況信息，監(jiān)視和控制交通流量u可以實現(xiàn)車輛與網(wǎng)絡相連，優(yōu)化行車路線u可以無縫地檢測、標識車輛并收取行駛費用 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程16環(huán)境監(jiān)測u“藍藻湖泛智能監(jiān)測預警及藍藻打撈處理智能管理調(diào)度物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) ”u藍藻集聚的地點、集聚情況會自動發(fā)到打撈人員手機上，打撈船、車以及運藻船第一時間就會趕去處理u指揮控制室的大屏幕上，能看到采用太陽能板、安置傳感芯片和攝像頭的球狀浮標，獲悉該點的溫度、 pH值、氨氮等指標 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程17醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)u體內(nèi)智能診斷設備，有助于疾病的早期診斷，增強康復效果u生物降解材料的智能設備，能夠檢測體內(nèi)溫度濕度，防止皮膚問題u新型個人醫(yī)療設備，使得病人在家即可接受醫(yī)療，遠程醫(yī)療可避免昂貴路費，減少病人的壓力u家庭中的智能設備，在老人出現(xiàn)意外時發(fā)出求助信號 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程18機場防入侵系統(tǒng)u浦東國際機場防入侵系統(tǒng)鋪設了 3萬多個傳感節(jié)點，覆蓋了地面、柵欄和低空探測，可防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程19路燈控制系統(tǒng)u濟南園博園園區(qū)所有功能性照明都采用了ZigBee無線技術達成的無線路燈控制，節(jié)能環(huán)保 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程20世博會門票u紙質(zhì)門票– 基于 RFID技術，以無線方式與遍布園區(qū)的傳感器交換信息– 安全防偽，快速驗票；跟蹤查詢，人員分流u手機門票– 用戶使用的 RFIDSIM卡，是基于 RFID技術，以手機 SIM卡為載體實現(xiàn)的一種全新電子票– 可直接購買附帶門票信息的 SIM卡，或通過網(wǎng)上下載寫入 SIM卡 – “刷 ”手機即可入園 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程21世博園便利店u每一盒在售的盒飯都被貼上一個薄薄的 RFID電子標簽，記錄食品來源信息，增加食品安全，保障了消費者權益u收銀員可以一次掃描數(shù)十盒盒飯，這大大縮短了顧客排隊的時間，提高了供應鏈管理的效率，減少結(jié)賬和查詢設施開銷，同時也有利于智能貨架管理 上一頁 下一頁 清華大學 研究生課程22提綱u物聯(lián)網(wǎng)的提出u常見應用場景u無線傳感器網(wǎng)絡簡介u物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)u物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層次u硬件平臺與操作系統(tǒng) u主要研究問題 上一頁 下一頁 概念與定義節(jié)點布撒 拓撲形成 自組織 消息傳送 微型智能網(wǎng)絡化 傳統(tǒng) 雷達 地震波 紅外 溫度 濕度 壓力 光強度 速度 微機電系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng) 無線通信 微型 智能 網(wǎng)絡 傳感器 傳感器 化學成分 23 上一頁 下一頁 傳感器網(wǎng)絡的技術特點Embedded NetworkedSensingControl system w/Small form factorUntethered nodesExploitcollaborativeSensing, actionTightly coupled to physical worldu 節(jié)點– 微型化：嵌入物理世界– 智能化：增強的數(shù)據(jù)處理– 自治化：容錯性– 多樣化：盡可能感知周圍感興趣的物質(zhì)現(xiàn)象u 網(wǎng)絡– 密集性：抵抗敵意和惡意破壞– 靈活性：快速構(gòu)建信息基礎設施– 自組織：魯棒性– 多跳性：低能耗24 上一頁 下一頁 傳感器網(wǎng)絡的應用：軍事（ 1）非常適合應用在 惡劣 的戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)控我軍兵力、裝備和物資監(jiān)視沖突區(qū)偵察敵方地形和布防定位攻擊目標評估損失偵察和探測 核、生物和化學 攻擊撒 “豆 ”成 “兵 ”