第二章_物联网体系构架49

河南工业大学信息学院计算机工程系邓淼磊物联网体系架构概述1感知层2小结5网络层3应用层4主要内容“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施。物联网的本质就是物理世界和数字世界的融合。物联网需求分析物联网是为了打破地域限制，实现物物之间按需进行的信息获取、传递、存储、融合、使用等服务的网络。因此，物联网应该具备如下3个能力：全面感知、可靠传递、智能处理物联网需求分析（1）全面感知：利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息，包括用户位置、周边环境、个体喜好、身体状况、情绪、环境温度、湿度，以及用户业务感受、网络状态等。物联网需求分析（2）可靠传递：通过各种网络融合、业务融合、终端融合、运营管理融合，将物体的信息实时准确地传递出去。物联网需求分析（3）智能处理：利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体进行实时智能化控制。物联网需求分析物联网体系架构目前在业界物联网体系架构也大致被公认为有这三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层。感知层是物联网的皮肤和五官——识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等，主要作用是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。物联网体系架构网络层是物联网的神经中枢和大脑——信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。物联网体系架构应用层是物联网的“社会分工”——与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。物联网体系架构概述1感知层2小结5网络层3应用层4主要内容感知层功能物联网在传统网络的基础上，从原有网络用户终端向“下”延伸和扩展，扩大通信的对象范围，即通信不仅仅局限于人与人之间的通信，还扩展到人与现实世界的各种物体之间的通信。物联网感知层解决的就是人类世界和物理世界的数据获取问题。感知层处于三层架构的最底层，是物联网发展和应用的基础，具有物联网全面感知的核心能力。作为物联网的最基本一层，感知层具有十分重要的作用。感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分此处的短距离传输技术，尤指像蓝牙、ZigBee这类传输距离小于100m，速率低于1Mbit/s的中低速无线短距离传输技术。感知层功能感知层关键技术感知层所需要的关键技术包括检测技术（传感器、RFID、二维码等）、中低速无线或有线短距离传输技术（Zigbee、蓝牙等）等。牙刷也上物联网传感器技术计算机类似于人的大脑，而仅有大脑而没有感知外界信息的“五官”显然是不够的，计算机也还需要它们的“五官”——传感器。传感器是摄取信息的关键器件，它是物联网中不可缺少的信息采集手段，也是采用微电子技术改造传统产业的重要方法传输●处理存储●显示记录●控制传感器功能RFID技术RFID是射频识别（RadioFrequencyIdentification）的英文缩写，是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别。RFID射频识别RFID系统构成一般由RFID标签、标签读写器和后端数据库构成RFID标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。也称卡片。读写器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。也称读卡器，或读头等。包括天线（Antenna）。后端数据库可以是运行于任意硬件平台的数据库系统，通常具有强大计算和存储能力，同时它包含所有Tag的信息。电子标签进入读写器产生的磁场后，读写器发出射频信号凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签）读写器读取信息并解码后，送至后端数据库进行数据处理RFID技术的工作原理二维码技术二维码在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”和“1”比特流的概念，使用若干与二进制相对应的几何形体来表示数值信息，并通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息的自动处理。二维码技术原理数据容量更大二维码能在横向和纵向两个方位同时表达信息成本低，易制作，持久耐用容错能力强，具有纠错功能条码符号形状、尺寸大小比例可变二维码还可以引入保密措施，其保密性较一维码要强很多二维码的优势ZigBee技术ZigBee是一种短距离、低功耗的无线传输技术，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，它是IEEE802.15.4协议的代名词。ZigBee采用分组交换和跳频技术，并且可使用3个频段，分别是2.4GHz的公共通用频段、欧洲的868MHz频段和美国的915MHz频段。短距离范围数据流量较小的业务ZigBee技术应用场合数据传输速率低●低功耗成本低●网络容量大有效范围小●工作频段灵活可靠性高安全性高ZigBee技术特点蓝牙蓝牙（Bluetooth）是一种无线数据与话音通信的开放性全球规范，和ZigBee一样，是一种短距离的无线传输技术。蓝牙采用高速跳频（FrequencyHopping）和时分多址（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）等先进技术，支持点对点及点对多点通信同时可传输话音和数据可以建立临时性的对等连接（AdhocConnection)开放的接口标准蓝牙的技术特点概述1感知层2小结5网络层3应用层4主要内容网络层功能网络层主要承担着数据传输的功能在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，它解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输问题网络层的关键技术Internet移动通信网无线传感器网络Internet物联网也被认为是Internet的进一步延伸Internet将作为物联网主要的传输网络之一，它将使物联网无所不在、无处不在地深入社会每个角落移动通信网移动通信网由无线接入网、核心网和骨干网三部分组成。无线接入网主要为移动终端提供接入网络服务，核心网和骨干网主要为各种业务提供交换和传输服务。移动用户移动用户无线访问点移动用户移动用户无线访问点移动用户移动用户无线访问点内部网路由器互联网扩展服务集移动通信网为人与人之间通信、人与网络之间的通信、物与物之间的通信提供服务在移动通信网中，当前比较热门的接入技术有3G、Wi-Fi和WiMAX移动通信网无线传感器网络无线传感器网络（WSN）的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理监控终端无线或有线网络监控接入簇头节点簇头节点无线传感器网络体系结构节点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集由于环境影响和存在能量耗尽问题，节点更容易出现故障环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化通常情况下，大多数传感器节点固定不动传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限无线传感器网络特点概述1感知层2小结5网络层3应用层4主要内容应用层功能功能：将感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务这一层解决的是信息处理和人机界面的问题应用层关键技术M2M云计算人工智能数据挖掘中间件M2M根据不同场景代表Machine-to-MachineMan-to-MachineMachine-to-ManMobile-to-MachineMachine-to-MobileM2M是现阶段物联网普遍的应用形式，是实现物联网的第一步M2M将多种不同类型的通信技术有机地结合在一起，将数据从一台终端传送到另一台终端，也就是机器与机器的对话。M2M技术的目标就是使所有机器设备都具备联网和通信能力，其核心理念就是网络一切（NetworkEverything）M2M云计算云计算（CloudComputing）是分布式计算（DistributedComputing）、并行计算（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。用户可以在多种场合，利用各类终端，通过互联网接入云计算平台来共享资源。人工智能人工智能（ArtificialIntelligence）是探索研究使各种机器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），使人类的智能得以物化与延伸的一门学科。在物联网中，人工智能技术主要负责分析物品所承载的信息内容，从而实现计算机自动处理。数据挖掘数据挖掘（DataMining）是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的及随机的实际应用数据中，挖掘出隐含的、未知的、对决策有潜在价值的数据的过程。在物联网中，数据挖掘只是一个代表性概念，它是一些能够实现物联网“智能化”、“智慧化”的分析技术和应用的统称。中间件中间件是为了实现每个小的应用环境或系统的标准化以及它们之间的通信，在后台应用软件和读写器之间设置的一个通用的平台和接口。物联网中间件的主要作用在于将实体对象转换为信息环境下的虚拟对象，因此数据处理是中间件最重要的功能。小结本部分对物联网体系架构从感知层、网络层、应用层分别进行了介绍。通过介绍各层的关键技术和在物联网中的功能，帮助读者更好地理解和研究物联网。谢谢！错误和不妥之处敬请批评指正！Email:[e-mail]