第2、3講物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1、第2章 物聯(lián)網(wǎng)體系(tx)架構(gòu) 2.1物聯(lián)網(wǎng)(lin wn)體系架構(gòu)概述2.2感知層2.3 網(wǎng)絡(luò)層2.4 應(yīng)用層2.5 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)共九十七頁(yè)由于物聯(lián)網(wǎng)尚處在起步階段，還沒有一個(gè)廣泛(gungfn)認(rèn)同的體系結(jié)構(gòu)。在公開發(fā)表物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的同時(shí)，很多研究人員也提出了若干物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。例如物品萬維網(wǎng)（Web of Things，WoT）的體系結(jié)構(gòu) ，它定義了一種面向應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)。這是一個(gè)以用戶為中心的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，試圖把互聯(lián)網(wǎng)中成功的、面向信息獲取的萬維網(wǎng)結(jié)構(gòu)移植到物聯(lián)網(wǎng)上，用于物聯(lián)網(wǎng)的信息發(fā)布、檢索和獲取。當(dāng)前，較具代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)有歐美支持的EPC Global物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和日本

2、的Ubiquitous ID（UID）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等。我國(guó)也積極參與了物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究，正在積極制訂符合社會(huì)發(fā)展實(shí)際情況的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)。 2.1物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)(ji u)概述共九十七頁(yè)2.1 物聯(lián)網(wǎng)的EPC體系結(jié)構(gòu)隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化和信息網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的加快，為滿足對(duì)單個(gè)物品的標(biāo)識(shí)和高效識(shí)別，美國(guó)麻省理工學(xué)院的自動(dòng)識(shí)別實(shí)驗(yàn)室(Auto-ID)在美國(guó)統(tǒng)一代碼協(xié)會(huì)(UCC)的支持下，提出要在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線通信技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界萬物的系統(tǒng)； 同時(shí)(tngsh)還提出了電子產(chǎn)品代碼(Electronic Product Code，EPC)的概念，即每個(gè)對(duì)象都將賦予一個(gè)唯

3、一的EPC，采用射頻識(shí)別技術(shù)的信息系統(tǒng)管理，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存由EPC網(wǎng)絡(luò)來處理。共九十七頁(yè)隨后，國(guó)際物品(wpn)編碼協(xié)會(huì)(EAN)和美國(guó)統(tǒng)一代碼協(xié)會(huì)(UCC)于2003 年9 月聯(lián)合成立了非營(yíng)利性組織EPC Global，將EPC納入了全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)中的GTIN編碼體系與EPC概念的完美結(jié)合。EPC Global對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的描述是，一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)主要由EPC編碼體系、射頻識(shí)別系統(tǒng)及EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三部分組成。 共九十七頁(yè)1EPC編碼體系物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的是全球物品的信息實(shí)時(shí)共享。顯然，首先要做的是實(shí)現(xiàn)全球物品的統(tǒng)一編碼，即對(duì)在地球上任何地方生產(chǎn)出來的任何一件物品，都要給它

4、打上電子標(biāo)簽。 這種電子標(biāo)簽帶有一個(gè)電子產(chǎn)品代碼，并且全球唯一。電子標(biāo)簽代表(dibio)了該物品的基本識(shí)別信息，例如，表示“A公司于B時(shí)間在C地點(diǎn)生產(chǎn)的D類產(chǎn)品的第E件”。目前，歐美支持的EPC編碼和日本支持的UID編碼是兩種常見的電子產(chǎn)品編碼體系。 共九十七頁(yè)2射頻(sh pn)識(shí)別系統(tǒng)射頻識(shí)別系統(tǒng)包括EPC標(biāo)簽和讀寫器。EPC標(biāo)簽是編號(hào)(每件商品唯一的號(hào)碼，即牌照)的載體，當(dāng)EPC標(biāo)簽貼在物品上或內(nèi)嵌在物品中時(shí)，該物品與EPC標(biāo)簽中的產(chǎn)品電子代碼就建立起了一對(duì)一的映射關(guān)系。共九十七頁(yè)EPC標(biāo)簽從本質(zhì)上來說是一個(gè)電子標(biāo)簽，通過RFID讀寫器可以對(duì)EPC標(biāo)簽的內(nèi)存(ni cn)信息進(jìn)行讀取。

5、這個(gè)內(nèi)存(ni cn)信息通常就是產(chǎn)品電子代碼。 產(chǎn)品電子代碼經(jīng)讀寫器報(bào)送給物聯(lián)網(wǎng)中間件，經(jīng)處理后存儲(chǔ)在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶查詢物品信息時(shí)只要在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的地址欄中輸入物品名稱、生產(chǎn)商、供貨商等數(shù)據(jù)，就可以實(shí)時(shí)獲悉物品在供應(yīng)鏈中的狀況。 目前，與此相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已制定，包括電子標(biāo)簽的封裝標(biāo)準(zhǔn)，電子標(biāo)簽和讀寫器間的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)等。 共九十七頁(yè)3EPC信息(xnx)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括EPC中間件、EPC信息發(fā)現(xiàn)服務(wù)和EPC信息服務(wù)三部分。EPC中間件通常指一個(gè)通用平臺(tái)和接口，是連接RFID讀寫器和信息系統(tǒng)的紐帶。它主要用于實(shí)現(xiàn)RFID讀寫器和后端應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息交互、捕獲實(shí)時(shí)信息和事件，

6、或?qū)⑿畔⑾蛏蟼魉徒o后端應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng)以及ERP系統(tǒng)等，或?qū)⑿畔⑾蛳聜魉徒oRFID讀寫器。共九十七頁(yè)EPC信息發(fā)現(xiàn)服務(wù)(fw)(Discovery Service)包括對(duì)象名解析服務(wù)(Object Name Service，ONS)以及配套服務(wù)，它基于電子產(chǎn)品代碼，獲取EPC數(shù)據(jù)訪問通道信息。目前，根ONS系統(tǒng)和配套的發(fā)現(xiàn)服務(wù)系統(tǒng)由EPC Global委托VeriSign公司進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)，其接口標(biāo)準(zhǔn)正在形成之中。共九十七頁(yè)EPC信息服務(wù)(EPC Information Service，EPC IS)即EPC系統(tǒng)的軟件(run jin)支持系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)最終用戶在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下交互EPC信息。關(guān)

7、于EPC IS的接口和標(biāo)準(zhǔn)也正在制定中?？梢姡粋€(gè)EPC物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)主要由EPC編碼、EPC標(biāo)簽及RFID讀寫器、中間件系統(tǒng)、ONS服務(wù)器和EPC IS服務(wù)器等部分構(gòu)成，如圖2.3所示。共九十七頁(yè)圖2.3 EPC物聯(lián)網(wǎng)(lin wn)體系架構(gòu)示意圖共九十七頁(yè)由圖2.3可以看到一個(gè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的基本架構(gòu)。該應(yīng)用系統(tǒng)由三大部分組成(z chn)，即RFID識(shí)別系統(tǒng)、中間件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。 RFID識(shí)別系統(tǒng)包含EPC標(biāo)簽和RFID讀寫器，兩者通過RFID空中接口通信，EPC標(biāo)簽貼于每件物品上。 中間件系統(tǒng)含有EPC IS、PML(Physical Markup Language，物體

8、標(biāo)記語言)、ONS及其緩存系統(tǒng)，其后端應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng)還包含ERP系統(tǒng)等。 這些都與計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)相連，可及時(shí)有效地跟蹤、查詢、修改或增減數(shù)據(jù)。共九十七頁(yè)RFID讀寫器從含有一個(gè)EPC或一系列EPC的標(biāo)簽上讀取物品的電子(dinz)代碼，然后將讀取的物品電子(dinz)代碼送到中間件系統(tǒng)中進(jìn)行處理。如果讀取的數(shù)據(jù)量較大而中間件系統(tǒng)處理不及時(shí)，可應(yīng)用ONS 來儲(chǔ)存部分讀取數(shù)據(jù)。中間件系統(tǒng)以該EPC 數(shù)據(jù)為信息源，在本地ONS 服務(wù)器獲取包含該產(chǎn)品信息的EPC信息服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)地址。當(dāng)本地ONS不能查閱到EPC編碼所對(duì)應(yīng)的EPC信息服務(wù)器地址時(shí)，可向遠(yuǎn)程ONS發(fā)送解析請(qǐng)求，獲取物品的對(duì)象名稱，繼而通

9、過EPC信息服務(wù)的各種接口獲得物品信息的各種相關(guān)服務(wù)。整個(gè)EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)借助計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，利用在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展產(chǎn)生的通信協(xié)議和描述語言而運(yùn)行。共九十七頁(yè)2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的UID技術(shù)體系鑒于日本在電子標(biāo)簽方面的發(fā)展，早在20世紀(jì)80年代中期(zhngq)就提出了實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)(TRON)，其中的T-Engine是其體系的核心。在T-Engine論壇領(lǐng)導(dǎo)下，UID中心設(shè)立于東京大學(xué)，于2003 年3月成立，并得到日本政府以及大企業(yè)的支持，目前包括微軟、索尼、三菱、日立、日電、東芝、夏普、富士通、NTT、DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等諸多企業(yè)。組

10、建UID中心的目的是為了建立和普及自動(dòng)識(shí)別“物品”所需的基礎(chǔ)性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“計(jì)算無處不在”的理想環(huán)境。 共九十七頁(yè)UID是一個(gè)開放性的技術(shù)體系，由泛在識(shí)別碼(uCode)、泛在通信器(UG)、信息系統(tǒng)服務(wù)器和uCode解析服務(wù)器等部分構(gòu)成。UID使用uCode作為現(xiàn)實(shí)世界物品和場(chǎng)所的標(biāo)識(shí)，它從uCode電子標(biāo)簽中讀取uCode獲得這些設(shè)施的狀態(tài)，并控制它們，類似于PDA終端。 UID 可廣泛應(yīng)用于多種產(chǎn)業(yè)或行業(yè)，現(xiàn)實(shí)世界用uCode標(biāo)識(shí)的物品、場(chǎng)所等各種實(shí)體與虛擬世界中存儲(chǔ)在信息服務(wù)器中的各種相關(guān)(xinggun)信息聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)。共九十七頁(yè)2.1.4 構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的原則物聯(lián)網(wǎng)概

11、念的問世，打破了傳統(tǒng)的思維模式。在提出物聯(lián)網(wǎng)概念之前，一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施分開(fn ki)：一方面是機(jī)場(chǎng)、公路、建筑物，而另一方面是數(shù)據(jù)中心、個(gè)人計(jì)算機(jī)、寬帶等。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，將把鋼筋混凝土、電纜與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施。在這種意義上的基礎(chǔ)設(shè)施就像是一塊新的地球工地，世界在它上面運(yùn)轉(zhuǎn)，包括經(jīng)濟(jì)管理、生產(chǎn)運(yùn)行、社會(huì)管理以及個(gè)人生活等。研究物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，首先需要明確架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的基本原則，以便在已有物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，形成參考標(biāo)準(zhǔn)。 共九十七頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)有別于互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)的主要目的是構(gòu)建一個(gè)全球性的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)； 物聯(lián)網(wǎng)則主要是從應(yīng)用出發(fā)，利用互聯(lián)網(wǎng)、無線通

12、信技術(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳送，是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)應(yīng)用的延伸(ynshn)，是自動(dòng)化控制、遙控遙測(cè)及信息應(yīng)用技術(shù)的綜合展現(xiàn)。 當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)概念與近程通信、信息采集、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、用戶終端設(shè)備結(jié)合之后，其價(jià)值才能逐步得到展現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該遵循以下幾條原則：共九十七頁(yè)(1) 多樣性原則。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)必須根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型、節(jié)點(diǎn)的不同，分別設(shè)計(jì)多種類型的體系結(jié)構(gòu)，不能也沒有必要建立起唯一的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。(2) 時(shí)空性原則。物聯(lián)網(wǎng)尚在發(fā)展之中，其體系結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足在時(shí)間、空間和能源方面的需求。(3) 互聯(lián)性原則。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)需要平滑地與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，試圖另行(ln xn)設(shè)計(jì)一套互聯(lián)通信

13、協(xié)議及其描述語言，是不現(xiàn)實(shí)的。共九十七頁(yè)(4) 擴(kuò)展性原則。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的架構(gòu)，應(yīng)該具有一定的擴(kuò)展性，以便最大限度地利用現(xiàn)有(xin yu)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施，保護(hù)已投資利益。(5) 安全性原則。物物互聯(lián)之后，物聯(lián)網(wǎng)的安全性將比計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的安全性更為重要，因此物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠防御大范圍的網(wǎng)絡(luò)攻擊。(6) 健壯性原則。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具備相當(dāng)好的健壯性和可靠性。 共九十七頁(yè)2.1.5實(shí)用的層次性物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)是通過各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)(傳感網(wǎng)、射頻識(shí)別系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等)、條碼與二維碼、全球定位系統(tǒng)，按約定的通信協(xié)議，將物與物、人與物、人與人連接起來，通過各種接入

14、網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交換，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種信息網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)定義的核心是，物聯(lián)網(wǎng)的主要特征是每一個(gè)物件都可以尋址，每一個(gè)物件都可以控制(kngzh)，每一個(gè)物件都可以通信。共九十七頁(yè)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型和節(jié)點(diǎn)等情況，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)劃分有兩種情況：其一是由感知層、接入層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成的四層物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)；其二是由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成的三層物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)(chny)的實(shí)踐觀察，目前業(yè)界將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)劃分為三個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，并依此概括地描繪物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2.4所示。 共九十七頁(yè)專用網(wǎng)絡(luò)電信網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

15、傳感器執(zhí)行器RFID二維碼智能裝置通信模塊延伸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用集成云計(jì)算解析服務(wù)網(wǎng)絡(luò)管理Web服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施/中間件信息處理共九十七頁(yè)感知層解決的是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題。感知層可進(jìn)一步劃分為兩個(gè)子層，首先是通過傳感器、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，然后通過RFID、條碼、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、藍(lán)牙、紅外等短距離傳輸技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)。特別(tbi)是在僅傳遞物品的唯一識(shí)別碼的情況下，也可以只有數(shù)據(jù)的短距離傳輸這一層。實(shí)際上，這兩個(gè)子層有時(shí)很難明確區(qū)分開。感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測(cè)技術(shù)、短距離有線和無線通信技術(shù)等。共九十七頁(yè)網(wǎng)絡(luò)層解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)(通常是長(zhǎng)距離

16、)傳輸?shù)膯栴}。這些數(shù)據(jù)可以通過移動(dòng)通信網(wǎng)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、各類專網(wǎng)、小型局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)傳輸。特別是當(dāng)三網(wǎng)融合(rngh)后，有線電視網(wǎng)也能承擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的功能，有利于物聯(lián)網(wǎng)的加快推進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括長(zhǎng)距離有線和無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。共九十七頁(yè)應(yīng)用層解決的是信息處理和人機(jī)界面的問題。網(wǎng)絡(luò)層傳輸而來的數(shù)據(jù)在這一層里進(jìn)入各類信息系統(tǒng)進(jìn)行處理，并通過各種設(shè)備與人進(jìn)行交互。這一層也可按形態(tài)直觀地劃分為兩個(gè)子層。一個(gè)是應(yīng)用程序?qū)?，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，它涵蓋了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的每一領(lǐng)域，包括電力、醫(yī)療、銀行、交通、環(huán)保、物流、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市管理、家居生活等，包括支付、監(jiān)控、安保、定位、盤點(diǎn)

17、、預(yù)測(cè)等，可用于政府、企業(yè)、社會(huì)組織、家庭、個(gè)人等。這正是物聯(lián)網(wǎng)作為深度信息化產(chǎn)物(chnw)的重要體現(xiàn)。另一個(gè)是終端設(shè)備層，提供人機(jī)界面。物聯(lián)網(wǎng)雖然是“物物相連的網(wǎng)”，但最終是要以人為本的，最終還是需要人的操作與控制，不過這里的人機(jī)界面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)時(shí)人與計(jì)算機(jī)交互的概念，而是泛指與應(yīng)用程序相連的各種設(shè)備與人的反饋。 共九十七頁(yè)在各層之間，信息不是單向傳遞的，可有交互、控制等，所傳遞的信息多種多樣，這其中關(guān)鍵是物品的信息，包括在特定應(yīng)用系統(tǒng)范圍內(nèi)能唯一標(biāo)識(shí)物品的識(shí)別碼和物品的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)信息。此外(cwi)，軟件和集成電路技術(shù)都是各層所需的關(guān)鍵技術(shù)。共九十七頁(yè)2.2感 知 層2.2.1感知層的功

18、能物聯(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(duì)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( zhn)物體之間的通信。 共九十七頁(yè)這里的“物”并不是自然物品，而是要滿足一定的條件才能夠被納入物聯(lián)網(wǎng)的范圍，例如有相應(yīng)的信息接收器和發(fā)送器、數(shù)據(jù)傳輸通路、數(shù)據(jù)處理芯片、操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)空間等，遵循(zn xn)物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議，在物聯(lián)網(wǎng)中有可被識(shí)別的標(biāo)識(shí)?？梢钥吹浆F(xiàn)實(shí)世界的物品未必能滿足這些要求，這就需要特定的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的幫助。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具體來說就是嵌入式系統(tǒng)、傳感器、RFID等。 共九十七頁(yè)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

19、題，即各類物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻數(shù)據(jù)。 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)的最基本一層，感知層具有十分重要(zhngyo)的作用。共九十七頁(yè)2.2.2 感知層的關(guān)鍵技術(shù)感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測(cè)(jin c)技術(shù)、中低速無線或有線短距離傳輸技術(shù)等。 感知層綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、智能組網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器的協(xié)作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息。 感知層通過嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理，并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知到的信息傳送到接入層的基

20、站節(jié)點(diǎn)和接入網(wǎng)關(guān)，最終到達(dá)用戶終端，從而真正實(shí)現(xiàn)“無處不在”的物聯(lián)網(wǎng)的理念。 共九十七頁(yè)1傳感器技術(shù) 人是通過視覺、嗅覺、聽覺及觸覺等感覺來感知外界信息的，感知的信息輸入大腦進(jìn)行分析判斷和處理，大腦再指揮人做出相應(yīng)的動(dòng)作，這是人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界具有的最基本的能力。但是通過人的五官(wgun)感知外界的信息非常有限，例如，人無法利用觸覺來感知超過幾十甚至上千度的溫度，而且也不可能辨別溫度的微小變化，這就需要電子設(shè)備的幫助。同樣，利用電子儀器特別像計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化裝置來代替人的勞動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)類似于人的大腦，但僅有大腦而沒有感知外界信息的“五官(wgun)”顯然是不夠的，計(jì)算機(jī)還需要它們的“五

21、官(wgun)”傳感器。 共九十七頁(yè)傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)各種參量進(jìn)行信息采集和簡(jiǎn)單加工處理的設(shè)備，被稱為物聯(lián)網(wǎng)傳感器。傳感器可以獨(dú)立存在，也可以與其他設(shè)備以一體方式呈現(xiàn)，但無論哪種方式，它都是物聯(lián)網(wǎng)中的感知(gnzh)和輸入部分。在未來的物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器及其組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)將在數(shù)據(jù)采集前端發(fā)揮重要的作用。 共九十七頁(yè)傳感器的分類方法多種多樣，比較常用的有按傳感器的物理量、工作原理和輸出信號(hào)三種

22、方式來分類。此外，按照是否具有信息處理功能來分類的意義越來越重要，特別是在未來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。按照這種分類方式，傳感器可分為一般傳感器和智能傳感器。 一般傳感器采集的信息需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理； 智能傳感器帶有微處理器，本身(bnshn)具有采集、處理、交換信息的能力，具備高數(shù)據(jù)精度、高可靠性與高穩(wěn)定性、高信噪比與高分辨力、強(qiáng)自適應(yīng)性、低價(jià)格性能比等特點(diǎn)。 共九十七頁(yè)1) 新型傳感器傳感器是節(jié)點(diǎn)感知物質(zhì)(wzh)世界的“感覺器官”，用來感知信息采集點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)。傳感器可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號(hào)，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的數(shù)據(jù)信息。共九十七頁(yè)隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳

23、統(tǒng)的傳感器正逐步實(shí)現(xiàn)微型化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化；同時(shí)，也正經(jīng)歷著一個(gè)從傳統(tǒng)傳感器(Dumb Sensor)到智能傳感器(Smart Sensor)再到嵌入式Web傳感器(Embedded Web Sensor)不斷豐富發(fā)展的過程。應(yīng)用新理論、新技術(shù)，采用新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料，研發(fā)各類新型(xnxng)傳感器，提升傳感器的功能與性能，降低成本，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。目前，市場(chǎng)上已經(jīng)有大量門類齊全且技術(shù)成熟的傳感器產(chǎn)品可供選擇使用。 共九十七頁(yè)2) 智能化傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)所謂智能化傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，是指一個(gè)微型化的嵌入式系統(tǒng)。在感知物質(zhì)世界及其變化的過程中，需要檢測(cè)的對(duì)象很多，例如溫度、壓力、濕度、應(yīng)

24、變等，因此(ync)需要微型化、低功耗的傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)來構(gòu)成傳感網(wǎng)的基礎(chǔ)層支持平臺(tái)。所以需要針對(duì)低功耗傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的低成本、低功耗、小型化、高可靠性等要求，研制低速、中高速傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)核心芯片，以及集射頻、基帶、協(xié)議、處理于一體，具備通信、處理、組網(wǎng)和感知能力的低功耗片上系統(tǒng)；針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應(yīng)用，研制系列節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品。共九十七頁(yè)這不但需要采用MEMS 加工技術(shù)，設(shè)計(jì)符合物聯(lián)網(wǎng)要求的微型傳感器，使之可識(shí)別、配接多種敏感元件，并適用于主被動(dòng)各種檢測(cè)方法，而且傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)還應(yīng)具有強(qiáng)抗干擾能力，以適應(yīng)惡劣工作環(huán)境的需求(xqi)。如何利用傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)具有的局域信號(hào)處理功能，在傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)附近局部完成一定的信號(hào)處理

25、，使原來由中央處理器實(shí)現(xiàn)的串行處理、集中決策的系統(tǒng)，成為一種并行的分布式信息處理系統(tǒng)，這還需要開發(fā)基于專用操作系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)級(jí)系統(tǒng)軟件。 共九十七頁(yè)2RFID技術(shù) RFID是射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification)的英文縮寫，是20世紀(jì)90年代開始興起的一種(y zhn)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)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(shí)別。RFID既可以看成是一種設(shè)備標(biāo)識(shí)技術(shù)，也可以歸類為短距離傳輸技術(shù)。共九十七頁(yè)RFID是一種能夠讓物品“開口說話”的技術(shù)，也是物聯(lián)網(wǎng)感知層的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想中，RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)著規(guī)范而具有互用

26、性的信息，通過有線或無線的方式把它們自動(dòng)采集(cij)到中央信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物品(商品)的識(shí)別，進(jìn)而通過開放式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換和共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的“透明”管理。 共九十七頁(yè)RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：電子標(biāo)簽(Tag)、讀寫器(Reader)和天線(Antenna)。其中， 電子標(biāo)簽芯片具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，用于存儲(chǔ)待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)(biozh)信息； 讀寫器是將約定格式的待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)信息寫入電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)區(qū)中(寫入功能)，或在讀寫器的閱讀范圍內(nèi)以無接觸的方式將電子標(biāo)簽內(nèi)保存的信息讀取出來(讀出功能)； 天線用于發(fā)射和接收射頻信號(hào)，往往內(nèi)置在電子標(biāo)簽和讀寫器中。 共九十七頁(yè)RFID技術(shù)的

27、工作原理是：電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場(chǎng)后，讀寫器發(fā)出的射頻信號(hào)憑借感應(yīng)電流所獲得(hud)的能量將存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)發(fā)送出，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽)；讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。 共九十七頁(yè)由于RFID具有無需接觸(jich)、自動(dòng)化程度高、耐用可靠、識(shí)別速度快、適應(yīng)各種工作環(huán)境、可實(shí)現(xiàn)高速和多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別等優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如物流和供應(yīng)鏈管理、門禁安防系統(tǒng)、道路自動(dòng)收費(fèi)、航空行李處理、文檔追蹤/圖書館管理、電子支付、生產(chǎn)制造和裝配、物品監(jiān)視、汽車監(jiān)控、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)等。以簡(jiǎn)單RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的網(wǎng)

28、絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)的讀寫器和無數(shù)移動(dòng)的標(biāo)簽組成的、比Internet更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)，已成為RFID技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。共九十七頁(yè)RFID主要采用ISO 和IEC 制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前可供射頻卡使用的射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有ISO/IEC 10536、ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693 和ISO/IEC 18000。應(yīng)用最多的是ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性、射頻功率和信號(hào)接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分(b fen)組成。共九十七頁(yè)RFID與人們常見的條形碼相比，比較明顯的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(

29、1) 讀寫器可同時(shí)識(shí)讀多個(gè)RFID標(biāo)簽。(2) 讀寫時(shí)不需要光線，不受非金屬覆蓋的影響，即使在嚴(yán)酷、骯臟的條件下仍然可以讀取。(3) 存儲(chǔ)容量大，可以反復(fù)讀、寫。(4) 可以在高速運(yùn)動(dòng)中讀取。當(dāng)然，目前RFID還存在許多技術(shù)難點(diǎn)，主要集中在：RFID反碰撞、防沖突問題；RFID天線研究(ynji)；工作頻率的選擇；安全與隱私等方面。 共九十七頁(yè)3二維碼技術(shù) 二維碼(2-dimensional bar code)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層實(shí)現(xiàn)過程中最基本和關(guān)鍵的技術(shù)之一。二維碼也叫二維條碼或二維條形碼，是用某種特定的幾何形體按一定規(guī)律在平面上分布(黑白相間)的圖形來記錄信息的應(yīng)用技術(shù)。從技術(shù)原理來看，二

30、維碼在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成(guchng)計(jì)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(duì)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(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)處理。 共九十七頁(yè)與一維條形碼相比，二維碼有著明顯的優(yōu)勢(shì)，歸納起來主要有以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)容量更大，二維碼能夠在橫向和縱向兩個(gè)方位同時(shí)表達(dá)信息，因此能在很小的面積內(nèi)表達(dá)大量的信息；超越了字母數(shù)字的限制；條形碼相對(duì)尺寸小；具有抗損毀能力。此外，二維碼還可以引入保密(bo m)措施，其保密(bo m)性較一維碼要強(qiáng)很多。 共九十七頁(yè)二維碼可分為堆疊式/行排式二維碼和矩陣(j zhn)式二維碼。其中，堆疊

31、式/行排式二維碼形態(tài)上是由多行短截的一維碼堆疊而成；矩陣(j zhn)式二維碼以矩陣(j zhn)的形式組成，在矩陣(j zhn)相應(yīng)元素位置上用“點(diǎn)”表示二進(jìn)制“1”，用“空”表示二進(jìn)制“0”，并由“點(diǎn)”和“空”的排列組成代碼。 二維碼具有條碼技術(shù)的一些共性：每種碼制有其特定的字符集；每個(gè)字符占有一定的寬度；具有一定的校驗(yàn)功能等。 共九十七頁(yè)二維碼的特點(diǎn)歸納如下：(1) 高密度編碼，信息容量大。二維碼可容納多達(dá)1850個(gè)大寫字母或2710個(gè)數(shù)字或1108個(gè)字節(jié)或500多個(gè)漢字(Hnz)，比普通條碼信息容量高幾十倍。 (2) 編碼范圍廣。二維碼可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信

32、息進(jìn)行編碼，并用條碼表示。 (3) 容錯(cuò)能力強(qiáng)，具有糾錯(cuò)功能。二維碼因穿孔、污損等引起局部損壞時(shí)，甚至損壞面積達(dá)50%時(shí)，仍可以正確得到識(shí)讀。 (4) 譯碼可靠性高。二維碼比普通條碼百萬分之二的譯碼錯(cuò)誤率要低得多，誤碼率不超過千萬分之一。 共九十七頁(yè)(5) 可引入加密措施。二維碼保密性、防偽性好。 (6) 成本低，易制作，持久耐用。 (7) 條碼符號(hào)形狀、尺寸大小比例可變。 (8) 二維碼可以使用激光或CCD攝像設(shè)備識(shí)讀，十分方便。 與RFID相比，二維碼最大的優(yōu)勢(shì)(yush)在于成本較低，一條二維碼的成本僅為幾分錢，而RFID標(biāo)簽因其芯片成本較高，制造工藝復(fù)雜，價(jià)格較高。RFID與二維碼功能

33、比較見表2-1。共九十七頁(yè)表2-1 RFID與二維碼功能(gngnng)比較共九十七頁(yè)4ZigBee技術(shù)ZigBee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。ZigBee采用分組交換和跳頻技術(shù)，并且可使用三個(gè)頻段，分別是2.4GHz 的公共通用頻段、歐洲的868MHz頻段和美國(guó)的915MHz頻段。 ZigBee主要應(yīng)用在短距離范圍并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。與藍(lán)牙相比(xin b)，ZigBee更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。同時(shí)，由于ZigBee 技術(shù)的低速率和通信范圍較小的特點(diǎn)，也決定了ZigBe

34、e技術(shù)只適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。 共九十七頁(yè)ZigBee技術(shù)主要包括以下特點(diǎn)： (1) 數(shù)據(jù)傳輸速率低，只有10 kb/s250 kb/s，專注(zhunzh)于低傳輸應(yīng)用。 (2) 低功耗。ZigBee設(shè)備只有激活和睡眠兩種狀態(tài)，而且ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通信循環(huán)次數(shù)非常少，工作周期很短，所以一般來說兩節(jié)普通5號(hào)干電池可使用6個(gè)月以上。(3) 成本低。因?yàn)閆igBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本。 共九十七頁(yè)(4) 網(wǎng)絡(luò)容量大。ZigBee支持(zhch)星形、簇形和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持(zhch)255個(gè)設(shè)備。也就是說，每個(gè)ZigBee設(shè)備可以與另

35、外254臺(tái)設(shè)備相連接。 (5) 有效范圍小。ZigBee的有效傳輸距離為10 m75 m，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境。 (6) 工作頻段靈活。使用的頻段分別為2.4 GHz、868 MHz(歐洲)及915 MHz(美國(guó))，均為免執(zhí)照頻段。共九十七頁(yè)(7) 可靠性高。ZigBee采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)功能，信息在整個(gè)(zhngg)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中通過自動(dòng)路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?(8) 時(shí)延短。ZigBee針對(duì)

36、時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。共九十七頁(yè)(9) 安全性高。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒定功能，采用AES-128加密算法，同時(shí)根據(jù)具體應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。 由于ZigBee技術(shù)具有成本低、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，可以嵌入各種設(shè)備，在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮了重要作用。其應(yīng)用領(lǐng)域主要有PC外設(shè)(鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿)、消費(fèi)類電子設(shè)備(電視機(jī)、CD、VCD、DVD等設(shè)備上的遙控裝置)、家庭(jitng)內(nèi)智能控制(照明、煤氣計(jì)量控制及報(bào)警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(hù)(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動(dòng)控制設(shè)備)等。 共九十七頁(yè)5藍(lán)牙 藍(lán)牙(Bluetoot

37、h)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，也是一種短距離的無線傳輸技術(shù)。其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的短距離無線接口(ji ku)，將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來，是各種設(shè)備在無電線或電纜相互連接的情況下，能在短距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信或操作的一種技術(shù)。共九十七頁(yè)藍(lán)牙采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時(shí)分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)等先進(jìn)技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。其傳輸頻段為全球公共通用的2.4 GHz頻段，能提供1 Mb/s的傳輸速率和10 m的傳輸距離(jl)，并采

38、用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。 藍(lán)牙除具有和ZigBee一樣，可以全球范圍適用、功耗低、成本低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)外，還有許多它自己的特點(diǎn)。 共九十七頁(yè)(1) 同時(shí)可傳輸話音和數(shù)據(jù)(shj)。藍(lán)牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路話音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步話音同時(shí)傳輸?shù)男诺馈?(2) 可以建立臨時(shí)性的對(duì)等連接(Ad-Hoc Connection)。 (3) 開放的接口標(biāo)準(zhǔn)。為了推廣藍(lán)牙技術(shù)的使用，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)將藍(lán)牙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全部公開，全世界范圍內(nèi)的任何單位和個(gè)人都可以進(jìn)行藍(lán)牙產(chǎn)品的開發(fā)，只要最終通過Bluetooth SIG的藍(lán)牙產(chǎn)品兼容性測(cè)試

39、，就可以推向市場(chǎng)。 共九十七頁(yè)藍(lán)牙作為一種電纜替代技術(shù)，主要有以下三類應(yīng)用：話音/數(shù)據(jù)接入、外圍設(shè)備互連和個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)。在物聯(lián)網(wǎng)的感知層，主要是用于數(shù)據(jù)接入。藍(lán)牙技術(shù)有效地簡(jiǎn)化了移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速、高效，為無線通信拓寬(tu kun)了道路。共九十七頁(yè)2.3 網(wǎng) 絡(luò) 層2.3.1 網(wǎng)絡(luò)層的功能物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)(wnglu)層是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)(wnglu)的基礎(chǔ)上建立起來的，它與目前主流的移動(dòng)通信網(wǎng)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、各類專網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)(wnglu)一樣，主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，特別是當(dāng)三網(wǎng)融合后，有線電視網(wǎng)也能承擔(dān)數(shù)

40、據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?共九十七頁(yè)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)距離的傳輸問題。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層將承擔(dān)比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)更大的數(shù)據(jù)量和面臨更高的服務(wù)質(zhì)量要求，所以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)尚不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求(xqi)，這就意味著物聯(lián)網(wǎng)需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合和擴(kuò)展，利用新技術(shù)以實(shí)現(xiàn)更加廣泛和高效的互聯(lián)功能。 共九十七頁(yè)由于廣域通信網(wǎng)絡(luò)在早期物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的缺位，早期的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用往往在部署范圍(fnwi)、應(yīng)用領(lǐng)域等諸多方面有所局限，終端之間以及終端與后臺(tái)軟件之間都難以開展協(xié)同。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，建立端到端的全局網(wǎng)絡(luò)將成為

41、必須。 共九十七頁(yè)2.3.2 網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)由于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層是建立在Internet和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)有(xin yu)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，除具有目前已經(jīng)比較成熟的如遠(yuǎn)距離有線、無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)外，為實(shí)現(xiàn)“物物相連”的需求，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層將綜合使用IPv6、2G/3G、Wi-Fi等通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有線與無線的結(jié)合、寬帶與窄帶的結(jié)合、感知網(wǎng)與通信網(wǎng)的結(jié)合。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的技術(shù)。 共九十七頁(yè)下面將對(duì)物聯(lián)網(wǎng)依托的Internet、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和無

42、線傳感器網(wǎng)絡(luò)三種主要網(wǎng)絡(luò)形態(tài)以及涉及的IPv6、Wi-Fi等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行(jnxng)簡(jiǎn)單介紹.共九十七頁(yè)1Internet Internet，中文譯為因特網(wǎng)，廣義的因特網(wǎng)叫互聯(lián)網(wǎng)，是以相互交流信息資源為目的，基于一些共同的協(xié)議，并通過許多路由器和公共互聯(lián)網(wǎng)連接而成，它是一個(gè)信息資源和資源共享的集合。Internet采用了目前最流行的客戶機(jī)/服務(wù)器工作(gngzu)模式，凡是使用TCP/IP協(xié)議，并能與Internet中任意主機(jī)進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)，無論是何種類型、采用何種操作系統(tǒng)，均可看成是Internet的一部分，可見Internet覆蓋范圍之廣。物聯(lián)網(wǎng)也被認(rèn)為是Internet的進(jìn)一步延伸。

43、 共九十七頁(yè)Internet將作為物聯(lián)網(wǎng)主要的傳輸網(wǎng)絡(luò)之一，然而為了讓Internet適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)量和多終端的要求，業(yè)界正在發(fā)展一系列新技術(shù)。其中，由于Internet中用(zhngyng)IP地址對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，而目前的IPv4受制于資源空間耗竭，已經(jīng)無法提供更多的IP地址，所以IPv6以其近乎無限的地址空間將在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮重大作用。引入IPv6技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)不僅可以為人類服務(wù)，還將服務(wù)于眾多硬件設(shè)備，如家用電器、傳感器、遠(yuǎn)程照相機(jī)、汽車等，它將使物聯(lián)網(wǎng)無所不在、無處不在地深入社會(huì)的每個(gè)角落。 共九十七頁(yè)2移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信就是移動(dòng)體之間的通信，或移動(dòng)體與固定體之間的通信。通過有線或無線

44、介質(zhì)將這些物體連接起來進(jìn)行話音等服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)就是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)由無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)三部分組成(z chn)。無線接入網(wǎng)主要為移動(dòng)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)。從通信技術(shù)層面看，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)可分為傳輸技術(shù)和交換技術(shù)兩大類。 共九十七頁(yè)在物聯(lián)網(wǎng)中，終端需要以有線或無線方式連接起來，發(fā)送或者接收各類數(shù)據(jù)(shj)；同時(shí)，考慮到終端連接的方便性、信息基礎(chǔ)設(shè)施的可用性(不是所有地方都有方便的固定接入能力)以及某些應(yīng)用場(chǎng)景本身需要監(jiān)控的目標(biāo)就是在移動(dòng)狀態(tài)下，因此，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)以其覆蓋廣、建設(shè)成本低、部署方便、終端具備移動(dòng)性等特點(diǎn)將成為物

45、聯(lián)網(wǎng)重要的接入手段和傳輸載體，為人與人之間、人與網(wǎng)絡(luò)之間、物與物之間的通信提供服務(wù)。 在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)前比較熱門的接入技術(shù)有3G、Wi-Fi和WiMAX。 共九十七頁(yè)在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，3G是指第三代支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通信技術(shù)，3G網(wǎng)絡(luò)則綜合了蜂窩、無繩、集群、移動(dòng)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星等各種移動(dòng)通信系統(tǒng)的功能，與固定電信網(wǎng)的業(yè)務(wù)兼容，能同時(shí)提供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。3G的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)所有地區(qū)(城區(qū)(chngq)與野外)的無縫覆蓋，從而使用戶在任何地方均可以使用系統(tǒng)所提供的各種服務(wù)。3G包括三種主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA，其中TD-SCDMA是由中國(guó)第一個(gè)提出的，以我

46、國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)為主的、被國(guó)際上廣泛接受和認(rèn)可的無線通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 共九十七頁(yè)Wi-Fi全稱Wireless Fidelity(無線保真技術(shù))，傳輸距離有幾百米，可實(shí)現(xiàn)各種便攜設(shè)備(手機(jī)、筆記本電腦、PDA等)在局部區(qū)域內(nèi)的高速無線連接或接入局域網(wǎng)。Wi-Fi是由接入點(diǎn)(Access Point，AP)和無線網(wǎng)卡組成(z chn)的無線網(wǎng)絡(luò)。主流的Wi-Fi技術(shù)無線標(biāo)準(zhǔn)有IEEE 802.11b及IEEE 802.11g兩種，可分別提供11 Mb/s和54 Mb/s兩種傳輸速率。 共九十七頁(yè)WiMAX全稱為World Interoperability for Microwave Access(全球微

47、波接入互操作性)，是一種城域網(wǎng)(MAN)無線接入技術(shù)，它是針對(duì)微波和毫米波頻段提出的一種空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其信號(hào)傳輸(chun sh)半徑可以達(dá)到50km，基本上能覆蓋到城郊。正是由于這種遠(yuǎn)距離傳輸(chun sh)特性，WiMAX不僅能解決無線接入問題，還能作為有線網(wǎng)絡(luò)接入(有線電視、DSL)的無線擴(kuò)展，方便地實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)連接。 共九十七頁(yè)3無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的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，從而將各自采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸匯總，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間分散范圍內(nèi)的物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，并根據(jù)這些信息進(jìn)行相應(yīng)(xingyng)的分析

48、和處理。共九十七頁(yè)很多文獻(xiàn)將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)歸為感知層技術(shù)，實(shí)際上無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)貫穿物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層面，是結(jié)合了計(jì)算機(jī)、通信、傳感器三項(xiàng)技術(shù)的一門新興技術(shù)，具有較大范圍、低成本、高密度、靈活布設(shè)、實(shí)時(shí)采集(cij)、全天候工作的優(yōu)勢(shì)，且對(duì)物聯(lián)網(wǎng)其他產(chǎn)業(yè)具有顯著帶動(dòng)作用。共九十七頁(yè)如果說Internet構(gòu)成了邏輯上的虛擬數(shù)字世界，改變了人與人之間的溝通方式，那么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是將邏輯上的數(shù)字世界與客觀上的物理(wl)世界融合在一起，改變?nèi)祟惻c自然界的交互方式。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集成了監(jiān)測(cè)、控制以及無線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比較，它具有如下特點(diǎn)： 共九十七頁(yè)(1) 節(jié)點(diǎn)數(shù)目更為(n wi)龐

49、大(上千甚至上萬)，節(jié)點(diǎn)分布更為(n wi)密集； (2) 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； (3) 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； (4) 通常情況下，大多數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)是固定不動(dòng)的； (5) 傳感器節(jié)點(diǎn)具有的能量、處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力等都十分有限。 因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是能源的高效利用，主要涉及節(jié)能、定位、時(shí)間同步等關(guān)鍵技術(shù)，這也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最重要的區(qū)別之一。 共九十七頁(yè)2.4 應(yīng) 用 層2.4.1 應(yīng)用層的功能應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力和目的。應(yīng)用層的主要功能是把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)

50、智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)。這一層解決(jiju)的是信息處理和人機(jī)界面的問題。 共九十七頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型(物流監(jiān)控、污染監(jiān)控)、查詢型(智能檢索、遠(yuǎn)程抄表)、控制性(智能交通、智能家居、路燈控制)和掃描型(手機(jī)錢包、高速公路不停車收費(fèi))等。目前(mqin)，軟件開發(fā)、智能控制技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用層技術(shù)會(huì)為用戶提供豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。同時(shí)，各種行業(yè)和家庭應(yīng)用的開發(fā)會(huì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的普及，也會(huì)給整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈帶來利潤(rùn)。 共九十七頁(yè)2.4.2 應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層能夠?yàn)橛脩籼峁┴S富多彩的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，然而，如何合理、高效地處理從網(wǎng)絡(luò)層傳來的海量數(shù)據(jù)，并從中提取有效(yuxio)信息，是

51、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。下面將對(duì)應(yīng)用層的M2M、用于處理海量數(shù)據(jù)的云計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 共九十七頁(yè)1M2M M2M是Machine-to-Machine(機(jī)器對(duì)機(jī)器)的縮寫，根據(jù)(gnj)不同應(yīng)用場(chǎng)景，往往也被解釋為Man-to-Machine(人對(duì)機(jī)器)、Machine-to-Man(機(jī)器對(duì)人)、Mobile-to-Machine(移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器)、Machine-to-Mobile(機(jī)器對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò))。Machine一般特指人造的機(jī)器設(shè)備，而物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)中的Things則是指更抽象的物體，范圍更廣。例如，樹木和動(dòng)物屬于Things，可以被

52、感知、被標(biāo)記，屬于物聯(lián)網(wǎng)的研究范疇，但它們不是Machine，不是人為事物；冰箱則屬于Machine，同時(shí)也是一種Things。所以，M2M可以看做是物聯(lián)網(wǎng)的子集或應(yīng)用。 共九十七頁(yè)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。M2M業(yè)務(wù)現(xiàn)階段通過結(jié)合通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和軟件智能處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器設(shè)備信息的自動(dòng)獲取和自動(dòng)控制。這個(gè)階段通信的對(duì)象主要是機(jī)器設(shè)備，尚未擴(kuò)展到任何物品，在通信過程中，也以使用離散的終端節(jié)點(diǎn)為主。并且，M2M的平臺(tái)也不等于(dngy)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的平臺(tái)，它只解決了物與物的通信，解決不了物聯(lián)網(wǎng)智能化的應(yīng)用。所以，隨著軟件的發(fā)展，特別是應(yīng)用軟件和中間件軟件的

53、發(fā)展，M2M平臺(tái)可以逐漸過渡到物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用平臺(tái)上。共九十七頁(yè)M2M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(tái)終端傳送到另一臺(tái)終端，也就是機(jī)器與機(jī)器的對(duì)話。M2M技術(shù)綜合了數(shù)據(jù)采集、GPS、遠(yuǎn)程監(jiān)控、電信、工業(yè)控制等技術(shù)，可以在安全監(jiān)測(cè)、自動(dòng)抄表、機(jī)械服務(wù)(fw)、維修業(yè)務(wù)、自動(dòng)售貨機(jī)、公共交通系統(tǒng)、車隊(duì)管理、工業(yè)流程自動(dòng)化、電動(dòng)機(jī)械、城市信息化等環(huán)境中運(yùn)行并提供廣泛的應(yīng)用和解決方案。 共九十七頁(yè)M2M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)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的設(shè)備具有了通信和聯(lián)網(wǎng)能力，網(wǎng)絡(luò)一切逐步變

54、為現(xiàn)實(shí)。M2M技術(shù)具有非常重要的意義，有著(yu zhe)廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用，會(huì)推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)方式和生活方式的新一輪變革。共九十七頁(yè)2云計(jì)算 云計(jì)算(Cloud Computing)是分布式計(jì)算(Distributed Computing)、并行計(jì)算(Parallel Computing)和網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。云計(jì)算通過共享基礎(chǔ)資源(硬件、平臺(tái)、軟件)的方法，將巨大的系統(tǒng)池連接在一起以提供各種IT服務(wù)，這樣企業(yè)與個(gè)人用戶無需再投入昂貴的硬件購(gòu)置成本，只需要通過互聯(lián)網(wǎng)來租賃計(jì)算力等資源。用戶可以在多種場(chǎng)合(chng h)，利用各類終端

55、，通過互聯(lián)網(wǎng)接入云計(jì)算平臺(tái)來共享資源。 共九十七頁(yè)云計(jì)算涵蓋的業(yè)務(wù)范圍一般有狹義和廣義之分。狹義云計(jì)算指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展(kuzhn)的方式獲得所需的資源(硬件、平臺(tái)、軟件)。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”?！霸啤敝械馁Y源在使用者看來是可以無限擴(kuò)展的，并且可以隨時(shí)獲取、按需使用、隨時(shí)擴(kuò)展、按使用付費(fèi)。這種特性經(jīng)常被稱為像水電一樣使用的IT基礎(chǔ)設(shè)施。廣義云計(jì)算指服務(wù)的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)。這種服務(wù)可以是與IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以使用任意其他的服務(wù)。 共九十七頁(yè)云計(jì)算具有強(qiáng)大的處理能力、存儲(chǔ)能力、帶寬和極高的性價(jià)比，可以

56、有效用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和業(yè)務(wù)，也是應(yīng)用層能提供眾多服務(wù)的基礎(chǔ)。它可以為各種不同(b tn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供統(tǒng)一的服務(wù)交付平臺(tái)，可以為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供海量的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，還可以提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式和數(shù)據(jù)處理方法。利用云計(jì)算可大大簡(jiǎn)化應(yīng)用的交付過程，降低交付成本，并能提高處理效率。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)也將成為云計(jì)算最大的用戶，促使云計(jì)算取得更大的商業(yè)成功。共九十七頁(yè)3人工智能 人工智能(Artificial Intelligence)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(rnli)的智能得以物化與延伸的一門學(xué)科。目前對(duì)人工智能的定義大多可劃分為四類，即機(jī)

57、器“像人一樣思考”、“像人一樣行動(dòng)”、“理性地思考”和“理性地行動(dòng)”。人工智能企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以與人類智能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器。該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。目前主要的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算和粒度計(jì)算三種。在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技術(shù)主要負(fù)責(zé)分析物品所承載的信息內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理。 共九十七頁(yè)人工智能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：大大改善操作者作業(yè)環(huán)境，減輕工作強(qiáng)度；提高作業(yè)質(zhì)量和工作效率；一些危險(xiǎn)場(chǎng)合或重點(diǎn)施工應(yīng)用得到解決；環(huán)保、節(jié)能(ji nn)；提高機(jī)器的自動(dòng)化程度及智能化水平；提高設(shè)備的可靠性，降低維護(hù)成本；實(shí)現(xiàn)故障診斷的智能化等。 共九十七頁(yè)4數(shù)據(jù)挖掘 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(yngyng)數(shù)據(jù)中，挖掘出隱含的、未知的、對(duì)決策有潛在價(jià)值的數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)挖掘主要基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、可視化技術(shù)等，高度自動(dòng)化地分析數(shù)據(jù)，做出歸納性的推理。它一般分為描述型數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測(cè)型數(shù)據(jù)挖掘兩種。描述型數(shù)據(jù)挖掘包括數(shù)據(jù)總結(jié)、聚類及關(guān)聯(lián)分析等；預(yù)測(cè)型數(shù)據(jù)挖掘包括分類、回歸及時(shí)間序列分析等。數(shù)據(jù)挖掘通過對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、綜合、歸納和推理，揭示事件間的相互關(guān)系，預(yù)測(cè)未來的發(fā)展趨勢(shì)，為決策者提供決策依據(jù)。 共九十