3.1 信息系统与外部世界的连接方式 学案.doc

信息系统与外部世界的连接方式 学习目标1.知道信息系统与外部世界的连接方式；2.了解常见的传感与控制机制。学习内容 网络深刻地改变着人们的生产和生活方式，从电子邮件到即时通信，从超文本标记语 言(HTML)到万维网(WWW)技术引发的信息爆炸，再到今天移动互联网的普及，互联网已经不仅仅是一项通信技术，它成就了人类史上最庞大的信息世界。 21世纪以来，随着传感技术的快速发展，信息的传递、转换跨出了数字世界，逐步与 现实世界相互交织，以传感器和识别终端为代表的信息自动生成设备可以实时准确地开展对物理世界的感知、测量和监控。物理世界的联网需求和信息世界的扩展需求催生出万物 互联的物联网(Internet of Things) 。同时，它也让人工智能更好地普及至千家万户。 信息系统与物联网1.信息系统与外部世界连接方式的演变计算机技术的发展大约经历了三个阶段：第一阶段，人们解决的主要问题是“让人和 计算机对话”，即操作计算机的人输入指令，计算机按照人的意图执行指令，完成任务。 第二阶段，在计算机大规模普及之后，人们开始考虑“让计算机与计算机对话”，即让处 在不同空间的计算机可以数据传递、资源共享，计算机网络则应运而生。互联网的飞速发 展实现了世界范围内人与人之间、计算机与计算机之间的互联互通，构建了一个以人和计 算机为基础的虚拟数字世界。第三阶段，人们主要考虑的是将联网的终端从计算机扩展到 “物”——物体和环境。连接之后，整个物理世界就可以在数字世界中得到反映，这种需 求带来的是物联网的产生。可以这么理解，物联网是将物理世界数字化并形成数字世界 的一个途径，在第三阶段中，人们开始努力在传感技术、定位技术的帮助下与物理世界 对话。2.物联网物联网与我们熟悉的互联网，虽然只 有一字之差，但是其内涵却大不一样，其 示意图如图3-5所示。物联网概念最早于 1999年由麻省理工学院的Kevin Ash-ton教 授提出。早期的物联网是指依托射频识别(Radio Frequency Identification , RFID ) 技术和设备，按约定的通信协议与互联网 相结合，使物品信息实现智能化识别和管 理，实现物品信息互联而形成的网络。随 着技术和应用的发展，物联网内涵不断扩 展。现代意义的物联网可以实现对物的感 知识别控制、网络化互联和智能处理有机 统一，从而形成高智能决策。物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装备对物理 世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与 物的信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。我国政府高度重视物联网的研究和发展。2009年8月，国务院提出“感知中国”的战 略构想，表示中国要抓住机遇，大力发展物联网技术。2012年，我国工业和信息化部、科 学技术部、住房和城乡建设部再次加大了支持物联网和智慧城市方面发展的力度。我国政 府的一系列报告以及相关政策和措施表明，大力发展物联网产业将成为今后一项具有国家 战略意义的重要决策。物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，物联网具有三 个方面的技术特征。(1)全面感知。全面感知，是指利用无线射频识别、传感器、定位器和二维码等手段，随时随地对物 体进行信息采集和获取。它解决了人和物理世界的数据获取问题，用传感技术延展了人的 感知能力。借助当前先进的传感技术，可以将各种传感器采集到的信息进行综合分析、 科学判定，得出全面、科学的结论，用来指导实践。条码技术是在计算机应用和实践中产生并发展起来的一种自动识别技术，广泛应用于 商业、邮政、图书管理、仓储、工业生产过程控制、交通等领域。条形码是将宽度不等 的多个黑条和白条，按照一定的编码规则排成平行线图案，用以表达一组数字或字母符 号信息的图形标识符。反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）被特定的设 备识读，转换成与计算机兼容的二进制信息（如黑色的条和白色的空分别对应二进制数 的“1”和“0”）。对于每一种物品，它的编码是唯一的。当条形码的数据传到计算机上 时，由应用程序在计算机系统的数据库中提取相应的信息，从而建立起条形码与物品信息 的对应关系。条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、邮件起止 地点、类别、日期等信息，具有输入速度快、准确度高、成本低、可靠性强等优点，在当 今的自动识别技术中占有重要地位。20世纪80年代后期，随着条码技术应用领域的扩大，一种能够在更小面积上表示更多 信息的新条码技术产生了，这就是二维条码（即二维码）技术。由于二维条码在平面的横 向和纵向上都能表示信息，所以与一维条码比较，所携带的信息量和信息密度都提高了， 二维码可以表示图像、文字，甚至声音。与一维条码必须依靠预先建立的数据库、从中识 别出物品的信息不同，二维码依靠其庞大的信息携带量，能够把物品信息直接包含在条形 码中，并且还有错误修正技术及防伪功能，增加了数据的安全性。因此，二维码的出现， 使条码技术从简单地标识物品转化为描述物品，它的功能发生了质的变化，其应用领域也 就扩大了。（2）可靠传递。可靠传递，是指通过各种网络，对接收到的物体信息进行实时且准确的远程传送，实 现信息的交互和共享，并进行各种有效的处理。物联网是互联网的一个延伸，在信息的传 递过程中，通常要使用现有的通信网络，包括有线网络和无线网络等。传感器网络是一个 局部的无线网络，在物联网中发挥着极其重要的作用。（3 ）智能处理。智能处理是指利用数据管理、数据计算、云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对 接收到的海量数据和信息进行分析处理，提升对外部世界各种活动和变化的洞察力，实现 智能化的控制和决策。智能处理相当于物联网的大脑和神经中枢。国际电信联盟在关于物联网的发展报告中 曾描绘未来“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提 醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求……也许不久的将 来，这些场景就会来到我们身边。物联网中的传感与控制机制1.物联网的结构物联网的形式复杂多样，涉及的硬件种类繁多。根据信息生成、传输、处理和应用的 原则，可以把物联网分为三层：感知层、网络层和应用层。(1 )感知层。感知层实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信模块 将物理实体连接到网络层和应用层。(2)网络层。网络层主要实现信息的传递、路由和控制，包括延伸网、接入网和核心网，网络层可 依托公众电信网和互联网，也可以依托行业专用通信网络。(3)应用层。应用层包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用。应用基础设施/中间件为物联网 应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及资源调用接口，以此为基础实现物 联网在众多领域的各种应用。2.物联网技术物联网涉及感知、控制、网络通信、微电子、计算机、软件、嵌入式系统、微机电等 技术领域，其技术体系可划分为感知关键技术、网络通信关键技术、应用关键技术、共性 技术和支撑技术，每种技术体系下又涵盖非常多的关键技术。其中， 传感和识别技术是物联网感知物理世界获取信息和实现物体控制的首要环节；射频识别技 术既是一种无线通信技术，同时又是一种自动识别技术，在越来越多的行业中被应用与推 广，加速了物联网的发展；而嵌入式系统技术则使得物联网具有智能处理的能力，能够对 物体实施智能控制。(1 )传感技术。在人类历史发展的很长一段时间内，人是通过视觉、听觉、嗅觉等方式感知周围环境 的，这是人类认识世界的基本途径。然而，依靠人类对物理世界的本能感