第二章-物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架PPT課件

1、1 2 概述概述 1 感知層感知層 2 小結(jié)小結(jié) 5 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 3 應(yīng)用層應(yīng)用層 4 主要內(nèi)容 3 l “物聯(lián)網(wǎng)”概念的問世，打破了之前 的傳統(tǒng)思維。在“物聯(lián)網(wǎng)”時代，鋼筋混 凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的 基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是物理世界和 數(shù)字世界的融合。 物聯(lián)網(wǎng)需求分析 4 l 物聯(lián)網(wǎng)是為了打破地域限制，實(shí)現(xiàn)物物 之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲、 融合、使用等服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。因此，物聯(lián) 網(wǎng)應(yīng)該具備如下3個能力 ：全面感知、全面感知、 可靠傳遞、智能處理可靠傳遞、智能處理 物聯(lián)網(wǎng)需求分析 5 （1）全面感知）全面感知：利用RFID、傳感器、 二維碼等隨時隨地獲取物體的信息，包

2、括用戶位置、周邊環(huán)境、個體喜好、身 體狀況、情緒、環(huán)境溫度、濕度，以及 用戶業(yè)務(wù)感受、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等。 物聯(lián)網(wǎng)需求分析 6 （2）可靠傳遞）可靠傳遞：通過各種網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè) 務(wù)融合、終端融合、運(yùn)營管理融合，將 物體的信息實(shí)時準(zhǔn)確地傳遞出去。 物聯(lián)網(wǎng)需求分析 7 （3）智能處理）智能處理：利用云計算、模糊識別 等各種智能計算技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)和信 息進(jìn)行分析和處理，對物體進(jìn)行實(shí)時智 能化控制。 物聯(lián)網(wǎng)需求分析 8 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) l 目前在業(yè)界物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)也大致被公認(rèn)為有這三 個層次，底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層感知層，第二層是 數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層，最上面則是內(nèi)容應(yīng)用層應(yīng)用層 。 9 l 感知層是物

3、聯(lián)網(wǎng)的皮膚皮膚和五官五官識別物體， 采集信息。感知層包括二維碼標(biāo)簽和識讀器二維碼標(biāo)簽和識讀器、 RFID標(biāo)簽和讀寫器標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭攝像頭、GPS等，主要 作用是識別物體，采集信息，與人體結(jié)構(gòu)中皮 膚和五官的作用相似。 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 10 l 網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞神經(jīng)中樞和大腦大腦信息傳 遞和處理。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心網(wǎng)絡(luò)管理中心和信息處理中心信息處理中心等。網(wǎng)絡(luò)層 將感知層獲取的信息進(jìn)行傳遞和處理，類似于 人體結(jié)構(gòu)中的神經(jīng)中樞和大腦。 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 11 l 應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會分工社會分工”與行業(yè)需 求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化。應(yīng)

4、用層是物聯(lián)網(wǎng)與 行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合，與行業(yè)需求結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)行業(yè)智能化，這類似于人的社會分工，最 終構(gòu)成人類社會 。 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 12 概述概述 1 感知層感知層 2 小結(jié)小結(jié) 5 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 3 應(yīng)用層應(yīng)用層 4 主要內(nèi)容 13 感知層功能 l 物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，從原有網(wǎng)絡(luò) 用戶終端向“下”延伸和擴(kuò)展，擴(kuò)大通信的 對象范圍，即通信不僅僅局限于人與人之間 的通信，還擴(kuò)展到人與現(xiàn)實(shí)世界的各種物體 之間的通信。 l物聯(lián)網(wǎng)感知層解決的就是人類世界和物理 世界的數(shù)據(jù)獲取問題。 l感知層處于三層架構(gòu)的最底層，是物聯(lián)網(wǎng) 發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，具有物聯(lián)網(wǎng)全面感知的 核心能力。作為物聯(lián)網(wǎng)的最基本一

5、層，感知 層具有十分重要的作用。 14 l感知層一般包括數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)短距離數(shù)據(jù)短距離 傳輸傳輸兩部分 l此處的短距離傳輸技術(shù)，尤指像藍(lán)牙、 ZigBee這類傳輸距離小于100m，速率 低于1M bit/s的中低速無線短距離傳輸 技術(shù)。 感知層功能 15 感知層關(guān)鍵技術(shù) l感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測技術(shù) （傳感器、傳感器、RFID、二維碼等、二維碼等）、中低速無 線或有線短距離傳輸技術(shù)（Zigbee、藍(lán)牙、藍(lán)牙 等等）等。 牙刷也上物聯(lián)網(wǎng) 16 傳感器技術(shù) l計算機(jī)類似于人的大腦，而僅有大腦而 沒有感知外界信息的“五官”顯然是不 夠的，計算機(jī)也還需要它們的“五 官”傳感器。 l傳感

6、器是攝取信息的關(guān)鍵器件，它是物 聯(lián)網(wǎng)中不可缺少的信息采集手段，也是 采用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要方 法 17 l傳輸 處理 l存儲 顯示 l記錄 控制 傳感器功能 18 RFID技術(shù) l RFID是射頻識別（Radio Frequency Identification）的英文縮寫，是20世紀(jì)90年代 開始興起的一種自動識別技術(shù)，它利用射頻信號 通過空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所 傳遞的信息實(shí)現(xiàn)物體識別。 19 RFID射頻識別 20 RFID系統(tǒng)構(gòu)成 l 一般由一般由RFID標(biāo)簽、標(biāo)簽讀寫器和后端數(shù)據(jù)庫構(gòu)成標(biāo)簽、標(biāo)簽讀寫器和后端數(shù)據(jù)庫構(gòu)成 l RFID標(biāo)簽標(biāo)簽(Tag)：由耦合元件

7、及芯片組成，每個標(biāo)簽具有：由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有 唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。也稱卡片。唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。也稱卡片。 l 讀寫器讀寫器(Reader)：讀?。鹤x取(有時還可以寫入有時還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，標(biāo)簽信息的設(shè)備， 可設(shè)計為手持式或固定式。也稱讀卡器，或讀頭等。包括可設(shè)計為手持式或固定式。也稱讀卡器，或讀頭等。包括 天線（天線（Antenna）。）。 l 后端數(shù)據(jù)庫可以是運(yùn)行于任意硬件平臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通后端數(shù)據(jù)庫可以是運(yùn)行于任意硬件平臺的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通 常具有強(qiáng)大計算和存儲能力，同時它包含所有常具有強(qiáng)大計算和存儲能力，同時它包含所

8、有Tag的信息。的信息。 21 n電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁 場后，讀寫器發(fā)出射頻信號 n憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā) 送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息 （無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或 者主動發(fā)送某一頻率的信號 （有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽） n讀寫器讀取信息并解碼后，送 至后端數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 RFID技術(shù)的工作原理 22 二維碼技術(shù) 23 l二維碼在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計 算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”和“1”比特流 的概念，使用若干與二進(jìn)制相對應(yīng)的幾 何形體來表示數(shù)值信息，并通過圖像輸 入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動識讀以實(shí)現(xiàn) 信息的自動處理。 二維碼技術(shù)原理 24 l數(shù)據(jù)容量

9、更大 l二維碼能在橫向和縱向兩個方位同時表 達(dá)信息 l成本低，易制作，持久耐用 l容錯能力強(qiáng)，具有糾錯功能 l條碼符號形狀、尺寸大小比例可變 l二維碼還可以引入保密措施，其保密性 較一維碼要強(qiáng)很多 二維碼的優(yōu)勢 25 ZigBee技術(shù) lZigBee是一種短距離、低功耗的無線傳輸 技術(shù)，是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之 間的技術(shù)，它是IEEE 802.15.4協(xié)議的代 名詞。 lZigBee采用分組交換和跳頻技術(shù)，并且可 使用3個頻段，分別是2.4GHz 的公共通用 頻段、歐洲的868MHz頻段和美國的 915MHz頻段。 26 l短距離范圍 l數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù) ZigBee技術(shù)應(yīng)用場合 27

10、 l數(shù)據(jù)傳輸速率低 低功耗 l成本低 網(wǎng)絡(luò)容量大 l有效范圍小 工作頻段靈活 l可靠性高 l安全性高 ZigBee技術(shù)特點(diǎn) 28 藍(lán)牙 l藍(lán)牙（Bluetooth）是一種無線數(shù)據(jù)與話 音通信的開放性全球規(guī)范，和ZigBee一 樣，是一種短距離的無線傳輸技術(shù)。 l藍(lán)牙采用高速跳頻（Frequency Hopping）和時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）等先進(jìn)技術(shù)， 支持點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)通信 29 l 同時可傳輸話音和數(shù)據(jù) l 可以建立臨時性的對等連接（Ad hoc Connection) l 開放的接口標(biāo)準(zhǔn) 藍(lán)牙的技術(shù)特點(diǎn) 30 概述概述 1 感知層

11、感知層 2 小結(jié)小結(jié) 5 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 3 應(yīng)用層應(yīng)用層 4 主要內(nèi)容 31 網(wǎng)絡(luò)層功能 l網(wǎng)絡(luò)層主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?l在物聯(lián)網(wǎng)中，要求網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知層 感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高安全 性地進(jìn)行傳送，它解決的是感知層所獲得 的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，尤其是遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離地傳 輸問題 32 網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù) lInternet l移動通信網(wǎng) l無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 33 Internet l物聯(lián)網(wǎng)也被認(rèn)為是Internet的進(jìn)一步延伸 lInternet將作為物聯(lián)網(wǎng)主要的傳輸網(wǎng)絡(luò)之一， 它將使物聯(lián)網(wǎng)無所不在、無處不在地深入社 會每個角落 34 移動通信網(wǎng) l 移動通信網(wǎng)由無線接無線接 入

12、網(wǎng)入網(wǎng)、核心網(wǎng)核心網(wǎng)和骨干骨干 網(wǎng)網(wǎng)三部分組成。無線 接入網(wǎng)主要為移動終 端提供接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)， 核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)主要 為各種業(yè)務(wù)提供交換 和傳輸服務(wù)。 移動用戶 移動用戶 無線訪問點(diǎn) 移動用戶 移動用戶 無線訪問點(diǎn) 移動用戶 移動用戶 無線訪問點(diǎn) 內(nèi)部網(wǎng) 路由器 互聯(lián)網(wǎng) 擴(kuò)展服務(wù)集 35 n移動通信網(wǎng)為人與人之間通信、人與網(wǎng)絡(luò) 之間的通信、物與物之間的通信提供服務(wù) n在移動通信網(wǎng)中，當(dāng)前比較熱門的接入技 術(shù)有3G、Wi-Fi和WiMAX 移動通信網(wǎng) 36 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) l 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的基本功能基本功能是將一 系列空間分散的傳感器單元通過自組織的無線 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接連接，從而將各自采

13、集的數(shù)據(jù)通過無 線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸匯總傳輸匯總，以實(shí)現(xiàn)對空間分散范圍 內(nèi)的物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控協(xié)作監(jiān)控，并根據(jù)這些 信息進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理分析和處理 37 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 38 l節(jié)點(diǎn)數(shù)目更為龐大（上千甚至上萬），節(jié) 點(diǎn)分布更為密集 l由于環(huán)境影響和存在能量耗盡問題，節(jié)點(diǎn) 更容易出現(xiàn)故障 l環(huán)境干擾和節(jié)點(diǎn)故障易造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的變化 l通常情況下，大多數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)固定不動 l傳感器節(jié)點(diǎn)具有的能量、處理能力、存儲 能力和通信能力等都十分有限 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) 39 概述概述 1 感知層感知層 2 小結(jié)小結(jié) 5 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 3 應(yīng)用層應(yīng)用層 4 主要內(nèi)容 40 應(yīng)用層功能 n功能：

14、將感知和傳輸來的信息進(jìn)行分析 和處理，做出正確的控制和決策，實(shí)現(xiàn)智 能化的管理管理、應(yīng)用應(yīng)用和服務(wù)服務(wù) n這一層解決的是信息處理信息處理和人機(jī)界面人機(jī)界面的 問題 41 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù) l M2M l 云計算 l 人工智能 l 數(shù)據(jù)挖掘 l 中間件 42 M2M n根據(jù)不同場景代表 Machine-to-Machine Man-to-Machine Machine-to-Man Mobile-to-Machine Machine-to-Mobile 43 l M2M是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)普遍的應(yīng)用形式， 是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的第一步 lM2M將多種不同類型的通信技術(shù)有機(jī)地 結(jié)合在一起，將數(shù)據(jù)從一臺終端傳送到

15、另一臺終端，也就是機(jī)器與機(jī)器的對話。 lM2M技術(shù)的目標(biāo)就是使所有機(jī)器設(shè)備都 具備聯(lián)網(wǎng)和通信能力，其核心理念就是 網(wǎng)絡(luò)一切（Network Everything） M2M 44 云計算 l云計算（Cloud Computing）是分布式計分布式計 算算（Distributed Computing）、并行計并行計 算算（Parallel Computing）和網(wǎng)格計算網(wǎng)格計算 （Grid Computing）的發(fā)展，或者說是 這些計算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。 l用戶可以在多種場合，利用各類終端， 通過互聯(lián)網(wǎng)接入云計算平臺來共享資源。 45 人工智能 l人工智能（Artificial Intelli

16、gence）是 探索研究使各種機(jī)器模擬人的某些思維 過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、 規(guī)劃等），使人類的智能得以物化與延 伸的一門學(xué)科。 l在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技術(shù)主要負(fù)責(zé)分分 析物品所承載的信息內(nèi)容，析物品所承載的信息內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)計計 算機(jī)自動處理算機(jī)自動處理。 46 數(shù)據(jù)挖掘 l數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining）是從大量的、 不完全的、有噪聲的、模糊的及隨機(jī)的 實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，挖掘出隱含的、未知 的、對決策有潛在價值的數(shù)據(jù)的過程。 l在物聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)挖掘只是一個代表性代表性 概念概念，它是一些能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)“智能智能 化化”、“智慧化智慧化”的分析技術(shù)和應(yīng)用的分析技術(shù)和應(yīng)用的 統(tǒng)稱統(tǒng)稱。 47 中間件 l中間件是為了實(shí)現(xiàn)每個小的應(yīng)用環(huán)境