物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與數(shù)據(jù)分析課件

1、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與數(shù)據(jù)分析報告人： 羅忠嵐 目錄1. 引言2. 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3. 物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析4. 物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Tings）是指將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施，包括具有“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等和“外在使能”（Enabled）的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人及車輛等等“智能化物件或動物”或“智能塵?！保∕ote），通過各種無線和/或有限的長距離和/或短距離通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M），應(yīng)用大集成以及基于云計算的SaaS運營等模式，在內(nèi)網(wǎng)（Intranet）、專網(wǎng)(Extranet）、和/

2、或互聯(lián)網(wǎng)（Internet）環(huán)境下，采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能，實現(xiàn)對“萬物”（everything）“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營”一體化TaaS服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生及發(fā)展最初在1995年比爾蓋茨未來之路一書中提出。1999年,MIT AutoID中心的Ashton教授首次提出“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。2005年歐洲EPoSS發(fā)布了“ITU歐洲互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)”，此后，該組織于2008年5月發(fā)布了“2020年

3、歐洲物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃”，2009年9月該組織又發(fā)布了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路線圖。美國則分別進行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)與RFID的相關(guān)研究。日本和韓國也分別提出了U-Japan和U-Korea。 中國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展2006年發(fā)布了“RFID 技術(shù)政策白皮書”,并將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用列入“國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2006-2020年）”和“2050年國家產(chǎn)業(yè)路線圖”。2009年，隨著IBM提出“智慧地球”的概念，我國誕生了“感知中國”的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展理念。2011年，我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模達到2500億元。2012年10月25日，第三屆中國國際物聯(lián)網(wǎng)在無錫召開。大會發(fā)布了

4、2011-2012年中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報告。報告指出，截止至2012年6月，三大運營商已在全國320多個城市和當?shù)卣献鹘ㄔO(shè)智慧城市。并預(yù)計到2015年，全球物聯(lián)網(wǎng)整體市場規(guī)模將接近3500億美元，年增長率為25%。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)長距離無線通信網(wǎng)四大支撐網(wǎng)絡(luò)長距離有線通信網(wǎng)短距離有線通信網(wǎng)短距離無線通信網(wǎng)四大支撐網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)的特點分析1.物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)的區(qū)別2.物聯(lián)網(wǎng)與RFID的區(qū)別3.物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)的區(qū)別4.物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特點1.基于重疊方法的物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)通過不同的方式將IP和WSN的協(xié)議棧進行融合，從而在互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)助下實現(xiàn)多個WSN的互聯(lián)互通。案例一：某節(jié)點為執(zhí)行器，需要為該節(jié)點分配IP

5、地址，從而實現(xiàn)該節(jié)點的遠程控制；案例二：在分簇傳感網(wǎng)路由協(xié)議中，簇頭供電及處理能力相對較強，對于這些簇頭，往往在WSN協(xié)議棧的基礎(chǔ)上新增一個IP重疊層；兩種基本的表現(xiàn)形式1. 在WSN協(xié)議棧的基礎(chǔ)上新增一個IP重疊層。 該方法通常使用直接擴散（Directed Diffusion，DD）或ACQUIRE（A Directed-query approach）等途徑來建立一個IP重疊層。其中，DD是一種以數(shù)據(jù)為中心的通信方法，適合業(yè)務(wù)量較大的情況。而ACQUIRE較適合單次但復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸。2. 在IP協(xié)議棧之上完成WSN的數(shù)據(jù)傳輸。WSN數(shù)據(jù)報文到達互聯(lián)網(wǎng)以后，將被重新打包成TCP/IP數(shù)據(jù)報文

6、，再投遞到指定的IP節(jié)點?；ヂ?lián)網(wǎng)上的虛擬節(jié)點和重疊網(wǎng)關(guān)是該方案的重要組成部分。其中虛擬節(jié)點在TCP/IP之上實現(xiàn)WSN協(xié)議，并相互組網(wǎng)，形成一個處于互聯(lián)網(wǎng)之上的虛擬的網(wǎng)絡(luò)。而重疊網(wǎng)關(guān)同時具備TCP/IP和WSN協(xié)議棧，通過簡單設(shè)置即可完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。 2.基于網(wǎng)關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)以基于DTN網(wǎng)關(guān)的組網(wǎng)技術(shù)為例：物聯(lián)網(wǎng)典型網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu).信息的收集和簡單處理，由傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備及相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)組成。主要完成各類設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)接入重點強調(diào)各類接入方式。主要完成信息的遠距離傳輸?shù)裙δ?三部分功能：1. 對下認知，自適應(yīng)傳輸；2.實現(xiàn)語義互操作和信息共享；3.對上提供統(tǒng)一接口與虛擬化支撐。主要完成服務(wù)發(fā)

7、現(xiàn)和服務(wù)呈現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu).家庭網(wǎng)關(guān)同時支持IP和ID協(xié)議，還具備異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入功能。1. 數(shù)據(jù)分析的重要性 數(shù)據(jù)分析和處理是物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)中最重要的一環(huán)。大規(guī)模、實時的數(shù)據(jù)涌入到系統(tǒng)之內(nèi)，如何對這些繁雜、海量的數(shù)據(jù)進行實時有效的傳輸處理并得到分析結(jié)果，進而通過反饋使客戶能夠?qū)ξ矬w進行智能管理和控制，將是整個物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點 (1) . 數(shù)據(jù)的異構(gòu)性 (2) . 數(shù)據(jù)的不確定性 (3) . 數(shù)據(jù)的海量性 (4) . 數(shù)據(jù)的實時性 (5) . 數(shù)據(jù)的語義豐富性 數(shù)據(jù)分析與處理的方法 1. 基于遺傳算法的數(shù)據(jù)分析2. 數(shù)據(jù)降維分析3. 基于量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的數(shù)據(jù)分析4. 智能數(shù)據(jù)分

8、析基于遺傳算法的數(shù)據(jù)分析遺傳算法（genetic algorithm，GA）是模擬自然界生物進化過程的計算模型。使用該算法能夠以很大概率得到全局最優(yōu)解集或局部最優(yōu)解集。算法步驟如下：讀入系統(tǒng)數(shù)據(jù)識別目標系統(tǒng)故障區(qū)域識別故障區(qū)域中所包含的元件、保護及斷路器（形成優(yōu)化模型的目標函數(shù)）得出最優(yōu)解。算法不足：在診斷所依據(jù)的信息發(fā)生畸變，出現(xiàn)復(fù)雜的故障模式的時候，不能保證診斷結(jié)果的可靠性。數(shù)據(jù)降維分析 在很多情況下，首先將數(shù)據(jù)的維數(shù)降到一個合理的大小，同時盡可能多的保留原始的信息，然后再將降維處理后的數(shù)據(jù)送入信息處理系統(tǒng)，可以很好對海量數(shù)據(jù)進行有效處理。降維算法主要分為線性降維算法和非線性降維算法。降維

9、的實質(zhì)就是尋找投影變換：從高維空間到低維空間變換?，F(xiàn)在有一種最小量嵌入算法，在保持局部等距和角度不變的約束條件下，能很好的揭示數(shù)據(jù)內(nèi)在的流形結(jié)構(gòu)。基于量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的數(shù)據(jù)分析.開始數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)提取形成決策表屬性約解分析結(jié)果粗糙集量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)1. IPV62. 中間件技術(shù)3. 云計算4. 超級計算機5. 系統(tǒng)架構(gòu)IPV6目前，互聯(lián)網(wǎng)使用的是 IPV4 地址尋址方式，還無法滿足物聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)要求。物聯(lián)網(wǎng)采用 RFID 射頻識別技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)相連的系統(tǒng)中，若想對某一件特定的物體進行尋址，必須得到其特有的標志碼，如 ID 標志類型等。由于事物的繁雜以及數(shù)目

10、的難以估量，使得 IPV6 的應(yīng)用將是實現(xiàn)這一構(gòu)思的條件之一云計算物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用廣泛，數(shù)據(jù)量大。因此，需要云計算來配合處理。如果使用傳統(tǒng)的模式來處理這些龐大的數(shù)據(jù)，根本無從談起。云計算提供的數(shù)據(jù)服務(wù)能夠有效地解決物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的基本特性，通過云存儲和服務(wù)技術(shù)實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的采集以及之后處理和管理。實現(xiàn)云技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的融合將是提高解決物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。超級計算機就物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而言，其核心必定是計算，通過計算得到各種有用的信息。物聯(lián)網(wǎng)正是由傳感器、網(wǎng)絡(luò)和計算能力組成的基于互聯(lián)網(wǎng)的 N 種應(yīng)用。由于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)極其龐大，只有超級計算機才能勝任對數(shù)據(jù)的分析與處理，也只有超級計算機和云計算有效融合，才能

11、將“物聯(lián)網(wǎng)”整合起來。超級計算機的成就也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要標志之一。系統(tǒng)架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用過程中，首先要進行數(shù)據(jù)的采集，繼而要對數(shù)據(jù)進行傳輸。采集和傳輸只有正確進行，才能保障系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的有效加工和處理。數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)年P(guān)鍵，則是對硬件設(shè)備如傳感器、讀寫器以及節(jié)點等樞紐和源頭的建設(shè)。只有保證物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)長期可靠的操作，才能更好地使用物聯(lián)網(wǎng)，繼而達到準確有效地進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹Ｔ诖艘笙?，必須保證系統(tǒng)硬件的安全性、抗干擾性以及低功耗等等。只有建立了實用有效的系統(tǒng)架構(gòu)，才能夠確保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的成熟與可靠。物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用主要有：智能安防、智能電網(wǎng)、智能農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療、智能環(huán)保、智能家居、智能物流、智能工業(yè)、智能交通等方面。智能安防.智能電網(wǎng).是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的