2物联网结构61

《物联网技术》西安电子科技大学陕西省物联网实验研究中心物联网结构2XDU物联网结构物联网的体系架构1物联网工作原理2物联网关键技术33XDU物联网的体系架构传统的三层架构感知物理世界传输、存储、处理信息解决具体问题4XDU物联网的体系架构四层体系结构[刘云浩，物联网导论]感知识别层网络构建层管理服务层综合应用层生成传输处理应用5XDU物联网的体系架构其它架构…6XDU物联网的体系架构结论这些架构都是对的，只是角度和详细程度不同而已。他们表达的都是一个思想，一个事物。7XDU物联网工作原理利用射频自动识别(RFID)芯片、传感设备，无线传感网络等技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别、信息的互联与共享和智能控制。在物联网的构想中，RFID标签中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，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。8XDU物联网工作步骤物联网的工作步骤主要如下：（1）对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性。（2）需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式。（3）将物体的信息通过网络传输到信息处理中心。（4）解决实际问题。9XDU物联网关键技术感知层功能：完成针对某种物联网应用的设备识别、定位、数据采集和设备控制。组成：各种类型的采集和控制设备，包括：•数据自动生成系统：RFID、条码、传感器、定位系统等•数据人工生成方式：各种智能设备，例如智能手机、PDA、多媒体播放器、上网本、笔记本电脑等等。•还包括数据接入到网关之前的传感器网络。10XDU物联网关键技术地位：模型的最底端，是所有上层结构的基础。关键技术：•识别技术：RFID，条码等•定位技术：GPS，蜂窝网等•感知技术：传感器，传感网•短距离无线通讯技术：zigbee,射频,wifi,wiMax等•控制技术。11XDURFID技术12XDURFID技术RFID标签(Tag)也称电子标签、电子晶片、电子条码或近接卡、感应卡等。包括，芯片，天线两部分。天线射频模块控制模块(CPU)存储器ROM,RAM,EEPROM能量时钟数据输入数据输出13XDURFID技术RFID标签分类频率能量提供方式外形高频超高频微波无源半有源有源14XDURFID技术RFID主要频段标准及特性RFIDRFID主要频段标准及特性主要频段标准及特性15XDURFID技术16XDURFID技术存储区映射17XDU无线传感网18XDU无线传感网WSN节点的基本组成19XDU无线传感网传感节点20XDU无线传感网接入层接入层由基站节点（sink节点）和接入网关（AccessGateway）组成，完成应用末梢各节点信息的组网控制和信息汇集功能，或向末梢节点下发信息的转发等功能。也就是末梢节点之间完成组网后，如果末梢节点需要上传数据，则将数据发送给基站节点，基站节点收到数据后,通过接入网关完成和承载网络的连接。其按照接入网络的复杂性不同可分为简单接入方式和多跳接入方式。21XDU无线传感网简单接入就是在采集设备获取信息后直接通过有线或无线方式将信息直接发送至承载网络，如图所示。目前RFID读写设备主要采用简单接入方式，此方式可用于终端设备分散、数据量的业务应用。22XDU无线传感网多跳接入是利用WSN技术，将具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式，各节点能根据环境的变化，自主地完成网络自适应组织和信息的传递。由于节点间距离较短，一般采用多跳方式进行通信。传感器网络最终将信息通过接入网关传递到承载网络。典型的无线传感器设备有ZigBee、UWB等。多跳接入方式适用于终端设备比较集中、终端与网络间传递数据量较小的应用。通过采用多跳接入方式可以降低末梢节点、接入层和承载网络的建设投资和应用成本，以及方便建设实施工作和提升接入网络的健壮性，如图所示。23XDU无线传感网特征：24XDU无线传感网WSN在无线通信框架中的位置25XDU无线传感网WSN和其它无线通信技术的融合26XDU无线传感网RFID和WSN的融合RFID侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，同时RFID系统具有读写距离有限、抗干扰性差、实现成本较高的不足；WSN侧重于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成本低廉等优点，但一般WSN并不具有节点标识功能。RFID与WSN的结合存在很大的契机。27XDU网络层网络层可以细分为承载网络层和应用控制层(管理服务层)。•承载网络主要由计算机网络和通信网构成。负责数据的传输。•应用控制层由各种应用服务器组成，主要功能包括对采集数据的汇集、转换、分析，以及应用层呈现的适配和事件的触发等。•功能：物联网各层之间强大的纽带作用，高效、稳定、及时、安全地传输上下层的数据。应用层应用控制承载网络感知层28XDU网络层现有网络形式29XDU网络层各种网络形式如何应用于物联网？互联网：互联网是物联网的核心网络、平台和技术支持。IPV6扫清了可接入网络的终端设备在数量上的限制。30XDU网络层IPv6现有的互联网是在IPv4协议的基础上运行。IPv6是下一版本的互联网协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，而IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。31XDU网络层无线宽带网：WiFi/WiMAX等无线宽带技术覆盖范围较广，传输速度较快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互联手段。32XDU网络层无线宽带接入技术WiFi(WirelessFidelity)即无线保真，目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）即全球微波接入互操作性。WiMAX的另一个名字是802.16。3G（3rdGeneration）第三代移动通信，目前分为TD-SCDMA,WCDMA,CDMA2000三种。LTE（LongTermEvolution）长期演进。LTE也被通俗的称为3.9G，被视作从3G向4G演进的主流技术。33XDU网络层WiFiWLAN标准主要包括802.11b、802.11a和802.11g等。目前，WLAN的推广和认证工作主要由产业标准组织WiFi（WirelessFidelity,无线保真）联盟完成，所以WLAN技术常常被称之为WiFi。802.11b采用2.4GHz的频段，可支持11Mbps的共享接入速率；802.11a采用5GHz的频段，其速率高达54Mbps，采用OFDM（正交频分复用）技术，但无障碍的接入距离降到30－50米。802.11b采用2.4GHz的频段，可支持11Mbps的共享接入速率，覆盖范围100米。802.11g其实是一种混合标准，既能适应802.11b标准，又符合802.11a标准，其速率高达54Mbps，它比802.11b速率快5倍，并和802.11b兼容。正在等待批准的IEEE802.11n，其速率高达300Mbps，目前部分厂商已经投入市场应用。34XDU网络层WIFI的定位：Wi-Fi是一种局域网技术，主要用于解决“最后100m”的接入问题。从其与有线宽带网络的关系来看，Wi-Fi利用其技术优势能够作为网络延伸手段进一步扩大有线接入网络的覆盖面积及扩展移动通信网络的应用。Wi-Fi是提升有线宽带用户价值、提供差异化服务的有效手段，也是未来3G数据业务的有力补充。3G可以利用WIFI高速数据传输的特点弥补自己数据传输速率受限的不足。在Wi-Fi网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问公司的办公网或国际互联网，随时随地享受网上证券、视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等一系列宽带信息增值服务，并实现移动办公。35XDU网络层WiMAXWiMAX全称WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess(全球微波接入互操作性)是一项基于IEEE802.16标准的宽带无线接入城域网技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种空中接口标准。WiMAX系统主要有两个技术标准，一个是指满足固定宽带无线接入的WiMAX802.16d标准，另一个是满足固定和移动的宽带无线接入技术WiMAX802.16e标准。提供更高速的宽带接入。据悉，WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mbit/s，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将Wi-Fi连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。36XDU网络层3G三大技术体制主要的区别是空中接口的不同，也即无线传输技术的不同。项目WCDMACDMA2000TD-SCDMA核心网基于GSM-MAP基于ANSI-41基于GSM-MAP双工方式FDDFDDTDD双向信道带宽（MHz）102.51.6码片速率（Mcps）3.841.22881.28帧长（ms）10ms可变10ms（分两个5ms子帧）基站同步异步（同步可选）同步同步功率控制（Hz）开环＋快速闭环1500开环＋快速闭环800开环＋慢速闭环20037XDU网络层无线低速网：ZigBee/蓝牙/红外等低速网络协议能够适应物联网中能力较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源等特征。38XDU云计算与物联网39XDU云计算（CloudComputing）：是分布式处理(DistributedComputing)、并行处理(ParallelComputing)和网格计算(GridComputing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。是指基于互联网的超级计算模式--即把存储于个人电脑、移动电话和其他设备上的大量信息和处理器资源集中在一起，协同工作。在极大规模上可扩展的信息技术能力向外部客户作为服务来提供的一种计算方式。40多亿的移动电话一2010年[数据来源:Nokia]个人电脑和笔记本电脑企业电脑和服务器PDA云计算与物联网40XDU数据在云端：不怕丢失,不必备份,可以任意点的恢复；软件在云端：不必下载自动升级；无所不在的计算：在任何时间，任意地点，任何设备登录后就可以进行计算服务；无限强大的计算：具有无限空间的，无限速度。硬件为中心软件为中心服务为中心PCC/S云计算云计算与物联网41XDU云计算与物联网42XDU云计算与物联网超大规模超大规模：服务器群：服务器群虚拟化虚拟化：可以看作是一片用于计算的云：可以看作是一片用于计算的云高可靠性高可靠性：冗余副本、负载均衡：冗余副本、负载均衡通用性通用性：支撑千变万化的实际应用：支撑千变万化的实际应用高可扩展性高可扩展性：灵活、动态伸缩：灵活、动态伸缩按需服务按需服务：按需购买：按需购买极其廉价极其廉价：不再需要一次性购买超级电脑：不再需要一次性购买超级电脑安全安全：：摆脱数据丢失、病毒入侵摆脱数据丢失、病毒入侵方便方便：支持多终端、数据共享：支持多终端、数据共享43XDU云计算与物联网云计算与物联网各自具备很多优势，把云计算与物联网结合起来，可以看出，云计算其实就相当于一个人的大脑，而物联网就是其眼睛、鼻子、耳朵和四肢等。44XDU云计算与物联