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物联网技术及嵌入式网关周圆圆山东大学计算机系统结构研究所2010年11月4号主要内容物联网1物联网简介2物联网服务与结点分类3物联网网络架构及关键技术物联网嵌入式实验平台嵌入式网关1应用背景2分类3论文2主要内容物联网（InternetofThings）1物联网简介2物联网服务与结点分类3物联网网络架构及关键技术物联网嵌入式实验平台嵌入式网关1应用背景2分类3论文3物联网简介物联网的概念最早出现于比尔盖茨1995年《未来之路》一书，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起世人的重视。1998年，美国麻省理工大学(MIT)创造性地提出了当时被称作EPC系统的“物联网”的构想。1999年，美国Auto-ID称物联网主要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上。2005年，ITU(国际电信联盟)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，综合二者内容，正式提出“物联网”的概念。4物联网简介物联网(InternetofThings)的概念目前较为公认的物联网的定义是：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。按照ITU(国际电信联盟)的定义,物联网主要解决物品到物品、人到物品、人到人之间的互连。5物联网简介《中国物联网产业发展年度蓝皮书（2010）》对物联网的一些外延概念做出了描述：外延概念描述之一：物联网是未来互联网的组成部分，是互联网的应用延伸和拓展。未来进一步发展，将可能成为工作平台，因为互联网的发展趋势是从连接人到连接物。它是有着自我配置能力的全球动态网络，在其中，物质和虚拟的“物”都有着自己的身份、物质属性、虚拟特性和可使用的智能接口，并无缝集成到信息网络。它涉及从信息获取、传输、存储、处理、应用的全过程，材料、器件、软件、系统、网络各方面的创新都会促进物联网的发展。6物联网简介外延概念描述之二：在物联网中，人们将成为商业、信息、社会的积极参与者。从长远目标来说，物联网将建立在标准通信协议基础之上，计算机网络、媒介网络、服务网络将整合为一个全球人们共同拥有的互联网平台和无缝信息网络。7物联网简介外延概念描述之三：在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带、无线网络整合为统一的基础设施。下一代互联网将成为公共基础设施，每个人都可以像使用空气、水、电一样使用互联网，并能动态地随着“物”之间的相互连接而改善使用的体验，方便性和快捷性也将大大增强。由此，物联网中的通信将不仅发生在人与人之间，也发生在人与他们所处的环境之间。8物联网简介物联网相关概念M2M（MachinetoMachine）传感网泛在网移动互联网9物联网简介M2M（MachinetoMachine）简单的说，M2M是将数据从一台终端传送到另一台终端，也就是就是机器与机器（MachinetoMachine）的对话。但从广义上M2M可代表机器对机器、人对机器、、机器对人、移动网络对机器之间的连接与通信，它涵盖了所有实现在人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。10物联网简介传感网传感网是指“随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络”。现在谈到的传感网，一般指的是无线传感器网络（wirelesssensornetwork）。传感网实际上由传感器＋短距离传输模块共同构成。目前我国研究和探讨传感网的重点其实并不是传感器本身，而是聚焦在，通过各种低功耗、短距离无线传输技术构成自组织网络来传输数据。11物联网简介泛在网也被称作无所不在的网络，最早见于施乐首席科学家MarkWeiser在1991年“21世纪的计算”文章中提出的UbiquitousComputing，因此泛在网概念的提出比物联网更早一些。泛在网将以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征，帮助人类实现“4A”化通信，即在任何时间(anytime)、任何地点(any-where)、任何人(anyone)、任何物(anything)都能顺畅地通信。12物联网简介移动互联网是将移动通信和互联网二者结合为一体，它是一个全国性、以宽带IP为技术核心、可同时提供话音、传真、数据、图像、多媒体等高品质电信服务的新一代开放式电信基础网络。13物联网简介移动互联网物联网需要一个无处不在的通信网络。移动通信网具有覆盖广、建设成本低、部署方便、具备移动性等特点，使得无线网络将成为物联网主要的接入方式，而固定通信作为融合的基础承载网络长期服务于物联网。物联网的终端都需要以某种方式连接起来，发送或者接收数据时，考虑到方便性(需要数据线连接)、信息基础设施的可用性(不是所有地方都有方便的固定接入能力)以及一些应用场景本身需要随时监控的目标就是在活动状态下，因此移动网络将是最主要的接入手段。14物联网服务与结点分类物联网的服务类型是设计和验证物联网体系结构和物联网系统的主要依据。根据物联网自身的特征,物联网应该提供以下几类服务:1.联网类服务:物品标识、通信和定位;2.信息类服务:信息采集、存储和查询;3.操作类服务:远程配置、监测、远程操作和控制;15物联网服务与结点分类4.安全类服务:用户管理、访问控制、事件报警、入侵检测、攻击防御;5.管理类服务:故障诊断、性能优化、系统升级、计费管理服务。16物联网服务与结点分类结点类型无源结点有源结点互联网结点17物联网结点分类无源结点是具有电子标签的物品，这是物联网中数量最多的结点,例如携带电子标签的人可以成为一个无源结点。无源结点一般不带电源,可以具有移动性,具有被感知能力和少量的数据存储能力,不具备计算和联网能力,提供被动的物-物连接。18物联网结点分类有源结点具备感知、联网和控制能力的嵌入式系统,这是物联网的核心结点,例如装备了可以传感人体信息的穿戴式电脑的人可以成为一个有源结点。19物联网结点分类互联网结点具备联网和控制能力的计算系统,这是物联网的信息和控制中心。它不是一般的互联网的结点,是属于物联网系统中的结点,采用了互联网的联网技术相互连接,但具有物联网系统中特有的时间和空间的控制能力,配备了物联网专用的安全性和可靠性的控制体系。这种结点具有不间断电源,不具备移动性,可以具有感知能力,具有较强的存储、计算和联网能力，可以提供人-物、人-人连接。20主要内容物联网1物联网简介2物联网服务与结点分类3物联网网络架构及关键技术物联网嵌入式实验平台嵌入式网关1应用背景2分类3论文21物联网网络架构及关键技术物联网网络架构22物联网网络架构及关键技术物联网网络架构感知层：主要实现智能感知功能，包括信息采集、捕获、物体识别。网络层：主要实现信息的传送和通信，网络层可依托公众电信网和互联网。应用层：主要包含各类应用，目前最受关注的热点应用领域有智能电网、精细农业、智能交通、智能物流等。23物联网网络架构及关键技术24物联网网络架构及关键技术关键技术感知层关键技术：感知识别技术正向低成本、低功耗、新型化、微型化、智能化、综合化和高可靠性方向发展。在传感器网络方面，无线传感器网络成为主流，同时关注面向应用的定制、嵌入式芯片和软件、近距离无线通信芯片和新型电池技术等。25物联网网络架构及关键技术关键技术网络层关键技术：包括适应物联网业务模型的无线接入技术、核心网优化技术；包括适用于传感器节点的短距离通信技术，研究自组织组网技术；包括鉴权、计费、网络管理、移动性管理等技术，以及异构网络的融合技术和协同技术等。应用层关键技术：包括SOA(Service-orientedarchitecture，面向服务架构)和云计算等。26主要内容物联网1物联网简介2物联网服务与结点分类3物联网网络架构及关键技术物联网嵌入式实验平台嵌入式网关1应用背景2分类3论文27物联网嵌入式实验平台UP-CUP6410系统是博创科技基于嵌入式系统和IEEE802.15.4标准上的无线传感器技术，而设计的一款嵌入式物联网综合实验平台。主要由基于ARM11系统的网关设备、ZIGBEE(CC2431)模块、外扩传感器模块三大部分硬件构成。28物联网嵌入式实验平台29物联网嵌入式实验平台功能特征硬件资源传感器节点ZigBee网络节点嵌入式网关嵌入式网关软件30物联网嵌入式实验平台功能特征◆支持USB高速下载、IAR集成开发环境；◆支持在线下载、仿真、调试、烧写功能；◆支持USB供电、电池供电方式；◆C51编程开发，简单、方便、快捷；◆板载LED指示灯、RS232串口；◆可外扩多种传感器模块(温湿度、红外、烟雾、光敏、声响、加速度等)；◆强大的嵌入式网关硬件平台(ARM11S3C6410X处理器)；31物联网嵌入式实验平台硬件资源——传感器节点*广谱气体传感器：用于液化气、烟雾等烷烃类气体的探测；*热释红外传感器：用于探测红外特征辐射，可感知人体，小动物的热源，适合做热释红外物体运动检测；*三轴加速度传感器：X、Y、Z三方向加速度测量，测量范围±8g；*压力传感器：测量范围0-4.5kg，电阻应变型传感器，测量精度、灵敏度高，适合做小量程高精度测量32物联网嵌入式实验平台硬件资源——传感器节点*温湿度传感器：湿度和温度测量，数字格式输出、有自动休眠功能，体积小，功耗低；*接近开关/红外反射：高灵敏度触碰开关，适合检测触摸和碰撞；反射式红外传感器，可应用循迹检测，位置检测等领域；*声响开关/光敏：可检测声音和光照强度，并具有报警指示灯，可以应用在道路交通，楼宇声光检测等领域；*干簧门磁/霍尔开关：机械和数字式磁敏传感器，可用于磁场检测；33物联网嵌入式实验平台硬件资源——ZigBee网络节点*使用TI当下主流Zigbee解决方案中推荐的处理器CC2431，内置硬件定位引擎及增强型8位51单片机；*含有丰富的I/O端口、内置温度传感器、A/D和各种常用外围接口(定时器、UART、DMA、中断、AES加密协处理器等；*符合IEEE802.15.4/ZigBee标准规范，频段范围2045M-2483.5M，可自由在16个频段间切换。*无线数据传输速率约为20~250kb/s；*具有片内128K的可编程Flash，和8K的RAM；*工作电压2.0V-3.6V，超低功耗，支持休眠及唤醒功能；34物联网嵌入式实验平台硬件资源——ZigBee网络节点*支持TI官方Z-Stack2006协议栈，兼容Z-Stack2007/Pro协议栈，可方便快速进行二次开发*支持TIZ-Stack自带的轮询操作系统，支持多任务处理；*基于IAR51集成开发环境的工程仿真调试环境；*支持形状网、树状网和网状(Mesh)组网方式；*支持路由中继功能、网络节点自动修复功能；*可外接配合多种传感器节点模块，进行温湿度、压力、加速度、光感应、声音检测数据采集等；*支持外接直流电源、干电池、USB口等供电方式；35物联网嵌入式实验平台硬件资源——嵌入式网关网关采用S3C6410X微处理器，配有8寸液晶触摸屏。36物联网嵌入式实验平台嵌入式网关软件*嵌入式linux2.6的操作系统及外设驱动*QT/Embedded4嵌入式图形界面开发工具包*嵌入式SQLite数据库*嵌入式WEB网络服务器37主要内容物联网1物联网简介2物联网服务与结点分类3物联网网络架构及关键技术物联网嵌入式实验平台嵌入式网关1应用背景2分类3论文38嵌入式网关应用背景无线传感器网络（WSN）是由大量的具有无线通信与计算能力的微小传感器节点布设在特定区域而形成的。它具有网络规模大、成本低、节点硬件简单、功耗低、自组织等特点，这些特点决定了只有将它与现有的网络基础设施相融合,才能方便人们进行网络控制、管理和数据获取。通常，无线传感器网络节点受自身硬件资源、部署环境中网络基础设施等条件的限制，使其直接接入传统网络是不切实际的。使用网关实现WSN与IP网络互联，是一种最