《物聯(lián)網技術基礎》總復習

考試題型1.簡答題（本大題共5小題，每小題3分，共15分）2.名詞解釋（本大題共5小題，每小題3分，共15分）3.問答題（本大題共4小題，每小題10分，共40分）4.論述題（本大題共2小題，每小題15分，共30分）1第1章物聯(lián)網概述物聯(lián)網英文名稱為“InternetofThings”，由美國麻省理工大學Auto-ID的KevinAshton教授提出IBM公司提出了“智慧地球”的構想物聯(lián)網的定義：是一個基于互聯(lián)網、傳統(tǒng)電信網等信息載體，讓所有能被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網絡。普通對象設備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務智能化是物聯(lián)網三個重要特征2第1章物聯(lián)網概述信息生成→信息應用→信息處理→信息傳輸→綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別層物聯(lián)網核心技術-四個層次3第1章物聯(lián)網概述4第1章物聯(lián)網概述物聯(lián)網的主要特點（從網絡角度觀察）聯(lián)網終端規(guī)?；锫?lián)網時代每一件物品均具通信功能成為網絡終端，5-10年內聯(lián)網終端規(guī)模有望突破百億。感知識別普適化無所不在的感知和識別將傳統(tǒng)上分離的物理世界和信息世界高度融合異構設備互聯(lián)化各種異構設備利用無線通信模塊和協(xié)議自組成網，異構網絡通過“網關”互通互聯(lián)。5第1章物聯(lián)網概述管理處理智能化物聯(lián)網高效可靠組織大規(guī)模數(shù)據(jù)，與此同時，運籌學，機器學習，數(shù)據(jù)挖掘，專家系統(tǒng)等決策手段將廣泛應用于各行各業(yè)。應用服務鏈條化以工業(yè)生產為例，物聯(lián)網技術覆蓋從原材料引進，生產調度，節(jié)能減排，倉儲物流到產品銷售，售后服務等各個環(huán)節(jié)。6第2章自動識別技術與RFID自動識別技術：光符號識別技術語音識別技術生物計量識別技術指紋識別、虹膜識別、視網膜識別、人臉識別、掌紋識別、手形識別、紅外溫譜圖、人耳識別、味紋識別、基因DNA識別、步態(tài)識別、擊鍵識別、簽名識別IC卡技術條形碼技術RFID技術7第2章自動識別技術與RFIDIC卡分類8第2章自動識別技術與RFIDIC卡工作的基本原理是：射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷；在這個電荷的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器數(shù)據(jù)。9第2章自動識別技術與RFID條形碼Barcode：是將寬度不等的多個黑條和空白，按一定的編碼規(guī)則排列，用以表達一組信息的圖形標識符一維碼：是由一組規(guī)則排列的條、空以及對應的字符組成的標記。二維碼：利用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息的。目前，世界上應用最多的二維條碼符號有AztecCode、PDF147、DataMatrix、QRCode、Code16K等。10第2章自動識別技術與RFID一維碼特點：可直接顯示內容為英文、數(shù)字、簡單符號；貯存數(shù)據(jù)不多，主要依靠計算機中的關聯(lián)數(shù)據(jù)庫；保密性能不高；損污后可讀性差。二維碼特點：可直接顯示英文、中文、數(shù)字、符號、圖形；貯存數(shù)據(jù)量大，可存放1K字符，可用掃描儀直接讀取內容，無需另接數(shù)據(jù)庫；保密性高（可加密）；安全級別最高時，損污50%仍可讀取完整信息。11第2章自動識別技術與RFIDRFID：即射頻識別（RadioFrequencyIdentification），俗稱電子標簽，一種自動識別技術，可以快速讀寫、長期跟蹤管理，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信對目標加以識別RFID系統(tǒng)主要由閱讀器、天線和標簽三大組件構成RFID的工作原理RFID標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息，或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號，解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。12第2章自動識別技術與RFIDRFID標簽分類:被動式標簽（PassiveTag）：因內部沒有電源設備又被稱為無源標簽。被動式標簽內部的集成電路通過接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進行驅動，向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)。主動標簽（ActiveTag）：因標簽內部攜帶電源又被稱為有源標簽。電源設備和與其相關的電路決定了主動式標簽要比被動式標簽體積大、價格昂貴。但主動標簽通信距離更遠，可達上百米。半主動標簽（Semi-activeTag）：兼有被動標簽和主動標簽的所有優(yōu)點，內部攜帶電池，能夠為標簽內部計算提供電源。這種標簽可以攜帶傳感器，可用于檢測環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、是否移動等。然而與主動式標簽不同的是它們的通信并不需要電池提供能量，而是像被動式標簽一樣通過閱讀器發(fā)射的電磁波獲取通信能量。13第2章自動識別技術與RFIDRFID標簽與條形碼相比的優(yōu)點:體積小且形狀多樣：RFID標簽在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需要為了讀取精度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。環(huán)境適應性：紙張容易被污染而影響識別。但RFID對水、油等物質卻有極強的抗污性。另外，即使在黑暗的環(huán)境中，RFID標簽也能夠被讀取?？芍貜褪褂茫簶撕灳哂凶x寫功能，電子數(shù)據(jù)可被反復覆蓋，因此可以被回收而重復使用。穿透性強：標簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包裹的情況下也可以進行穿透性通訊。數(shù)據(jù)安全性：標簽內的數(shù)據(jù)通過循環(huán)冗余校驗的方法來保證標簽發(fā)送的數(shù)據(jù)準確性。14第2章自動識別技術與RFIDRFID的工作頻段及特點：低頻LF（30kHz~300kHz）：典型工作頻率有125kHz和133kHz，波長大約為2500m。一般都為無源標簽，其工作能量通過電感耦合的方式從閱讀器耦合線圈的輻射場中獲得，通信范圍一般小于1米。除金屬材料影響外，低頻信號一般能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。高頻HF（3MHz~30MHz）：典型工作頻率為13.56MHz，波長大概為22米，通信距離一般也小于1米。該頻率的標簽不再需要線圈繞制，可以通過腐蝕活字印刷的方式制作標簽內的天線，采用電感耦合的方式從閱讀器輻射場獲取能量。具有防沖撞特性，可以同時讀取多個電子標簽。15第2章自動識別技術與RFIDRFID的工作頻段及特點(續(xù))：超高頻UHF（300MHz~3GHz）：典型工作頻率為433MHz，860~960MHz，2.4GHz，5.8GHz，波長大概在30厘米左右。其中2.4GHz和5.8GHz屬于微波范圍。超高頻標簽可以是有源標簽與無源標簽兩種，通過電磁耦合方式同閱讀器通信。通信距離一般大于1米，典型情況為4~10米。具備低發(fā)射功率、通信距離長、傳輸數(shù)據(jù)量大，可靠性高和兼容性好等特點。16第3章無線傳感網（WSN）傳感器定義：能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器一般有敏感元件，轉換元件，基本轉換電路三部分組成。敏感元件：它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一種物理量的元件。轉換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉換成電路參量。轉換電路：完成被測量參數(shù)至電量的基本轉換輸入到測控電路中，進行放大，運算，處理等進一步轉換，以獲得被測值或進行過程控制17第3章無線傳感網無線傳感器節(jié)點由：傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成。傳感器模塊：負責監(jiān)測區(qū)域內信息的采集和數(shù)據(jù)轉換；處理器模塊：負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)；無線通信模塊：負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應模塊：為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量，通常采用微型電池18第3章無線傳感網制約傳感器性能提升的因素功耗的制約：無線傳感節(jié)點一般被部署在野外，不能通過有線供電。其硬件設計必須以節(jié)能為重要設計目標。價格的制約：無線傳感節(jié)點一般需要大量組網，以完成特定的功能。其硬件設計必須以廉價為重要設計目標。體積的制約：無線傳感節(jié)點一般需要容易攜帶，易于部署。其硬件設計必須以微型化為重要設計目標。19第3章無線傳感網大規(guī)模長時間部署傳感器的設計要求：低成本與微型化低成本的節(jié)點才能被大規(guī)模部署，微型化的節(jié)點才能使部署更加容易節(jié)點的軟件設計也需要滿足微型化的需求，必須節(jié)約計算資源，避免超出節(jié)點的硬件能力低功耗在硬件設計上采用低功耗芯片軟件節(jié)能策略來實現(xiàn)節(jié)能：核心就是盡量使節(jié)點在不需要工作的時候進入低功耗模式，僅在需要工作的時候進入正常狀態(tài)20第3章無線傳感網大規(guī)模長時間部署傳感器的設計要求（續(xù)）靈活性與擴展性傳感器節(jié)點被用于各種不同的應用中，因此節(jié)點硬件和軟件的設計必須具有靈活性和擴展性節(jié)點的硬件設計需滿足一定的標準接口，例如節(jié)點和傳感板的接口統(tǒng)一有利于給節(jié)點安裝上不同功能的傳感器軟件的設計必須是可剪裁的，能夠根據(jù)不同應用的需求，安裝不同功能的軟件模塊魯棒性魯棒性是實現(xiàn)傳感器網絡長時間部署的重要保障對于普通的計算機，一旦系統(tǒng)崩潰了，人們可以采用重啟的方法恢復系統(tǒng)，而傳感器節(jié)點則不行，就整個網絡而言，可以適當增加冗余性，增加整體系統(tǒng)的魯棒性21第3章無線傳感網無線傳感器網絡，WSN（Wireless

Sensor

Network），是由大量部署在作用區(qū)域內、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點，通過自組織方式構成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務的分布式智能化網絡系統(tǒng)22第3章無線傳感網節(jié)點操作系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的主要特點是：硬件平臺資源極其有限TinyOS由加州伯克萊分校開發(fā),是目前無線傳感網絡研究領域使用最為廣泛的OS。ContikiOS是由瑞典計算機科學研究所開發(fā)的面向“物聯(lián)網”的開源、高度可移植的節(jié)點操作系統(tǒng)。23第4章定位系統(tǒng)位置信息：空間、時間、人物主流定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng)蜂窩基站定位系統(tǒng)室內精確定位系統(tǒng)WiFi基站定位系統(tǒng)24第4章定位系統(tǒng)各國的衛(wèi)星定位系統(tǒng)美國：GPS俄羅斯：GLONASS歐盟：伽利略中國：北斗一號（區(qū)域）、北斗二號（全球）25第4章定位系統(tǒng)利用衛(wèi)星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統(tǒng)，稱為全球定位系統(tǒng)，簡稱GPS。GPS主要由空間衛(wèi)星，地面監(jiān)控，用戶信號接受設備組成空間部分：由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在6個軌道上。地面監(jiān)控部分：負責監(jiān)控GPS的工作。用戶設備部分：主要由各種GPS接收機組成，其作用是接入、跟蹤、變換和測量GPS信號。特點：優(yōu)點是高精度，全天候，高效率，全球覆蓋，可用于險惡環(huán)境；多功能，操作簡便，應用廣泛。缺點是啟動時間長、信號穿透能力弱，室內信號差、需要GPS接收機。26第4章定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作原理

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到（由于大氣電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距PR）27第4章定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作原理（續(xù)）

GPS衛(wèi)星正常工作時會不斷地發(fā)射導航電文。當用戶接受到導航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。然而，由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一個Δt即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。28第4章定位系統(tǒng)A-GPSGPS定位和蜂窩基站定位的結合體利用基站定位確定大致范圍連接網絡查詢當前位置可見衛(wèi)星大大縮短搜索衛(wèi)星的時間29第4章定位系統(tǒng)基于TOA的定位：TOA定位精度高，但要求節(jié)點間保持精確的時間同步，因此對傳感器節(jié)點的硬件和功耗提出了較高的要求。基于TDOA的定位：TDOA技術對硬件的要求高，成本和能耗使得該種技術對低能耗的傳感器網絡提出了挑戰(zhàn)。但是TDOA技術測距誤差小，有較高的精度?；贏OA的定位：AOA定位不僅能確定節(jié)點的坐標，還能提供節(jié)點的方位信息。但AOA測距技術易受外界環(huán)境影響，且AOA需要額外硬件，在硬件尺寸和功耗上不適用于大規(guī)模的傳感器網絡?；赗SSI的定位：在實驗環(huán)境中RSSI表現(xiàn)出良好的特性，但是在現(xiàn)實環(huán)境中，溫度、障礙物、傳播模式等條件往往都是變化的，使得該技術在實際應用中仍然存在困難。定位技術30第5章智能信息設備智能手機操作系統(tǒng):智能信息設備智能手機智能車載設備智能數(shù)字標牌智能醫(yī)療設備智能家電31第5章智能信息設備智能手機：連接“人”和數(shù)字世界的重要紐帶手機與感知加速度傳感器、陀螺儀、磁力計、距離傳感器、光傳感器、麥克風、喇叭、攝像頭…內置傳感器協(xié)同工作，用戶行為交互感知手機與互聯(lián)互通智能手機可通過WiFi、3G、GPRS等網絡接入方式連接互聯(lián)網手機與智能生活基于位置的服務：大眾點評社交網絡服務：Facebook移動支付：Passbook32第6章無線寬帶網絡無線網絡的組成元素：無線網絡用戶、無線連接和基站

無線網絡用戶：是指具備無線通信能力，并可將無線通信信號轉化為有效信息的終端設備無線連接：用戶與基站、用戶與用戶或基站與基站之間的數(shù)據(jù)傳輸通路。以無線電波、光波為載體。支持多種多樣的傳輸速率和傳輸距離基站：也是一個無線網絡用戶，其特殊性在于它的職責是將一些無線網絡用戶連接到更大的網絡中（校園網、互聯(lián)網、電話網）。無線網絡用戶通過基站接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包，基站將用戶的數(shù)據(jù)包發(fā)給它所屬的上層網絡，并將上層網絡的數(shù)據(jù)包轉發(fā)給指定的無線網絡用戶。根據(jù)不同的無線連接協(xié)議，相應基站的名稱和覆蓋的范圍是不同的自組網：無須基站和上層網絡支持。用戶之間通過自組織的方式形成自組網（Ad-hocNetwork）。地址指派、路由選擇等功能由用戶自身完成。33第6章無線寬帶網絡根據(jù)無線網絡分類，無線寬帶網絡包括：Wi-Fi：無線局域網WiMAX：無線城域網3G,4G：無線廣域網UWB：超寬帶無線個域網無線寬帶網絡和有線寬帶網絡的主要區(qū)別在于數(shù)據(jù)鏈路層和物理層34第6章無線寬帶網絡無線網絡不同于有線網絡的技術難點:

信號強度衰減：無線信號能量隨著傳輸距離增長而減弱。非視線傳輸：若發(fā)送者與接收者之間的路徑部分被阻擋，則稱其為非視線傳輸。無線信號可能會被阻擋物吸收或者迅速衰減。同頻信號干擾：相同無線頻段的信號會相互干擾，例如2.4GHz；外部環(huán)境的電磁噪聲，例如微波爐、汽車、高壓電線。多徑傳播干擾：無線信號由于阻擋物的反射和折射，到達接收端的時間可能略微不同。隱藏終端：A向基站B發(fā)送信息，C未能偵測到A，也向基站B發(fā)送信息，故A和C同時將信號發(fā)送至基站B，引起信號沖突，最終導致發(fā)送至基站B的信號都丟失了。35第6章無線寬帶網絡無線廣域網：WirelessWideAreaNetworks，連接信號可以覆蓋整個城市甚至國家，其信號傳播途徑主要有兩種：一是信號通過多個相鄰的地面基站接力傳播；另一種是信號通過通信衛(wèi)星系統(tǒng)傳播。當前主要的廣域網有2G、3G系統(tǒng)。無線城域網：WirelessMetropolitanAreaNetworks，基站的信號可以覆蓋整個城市區(qū)域，在服務區(qū)域的用戶可以通過基站訪問互聯(lián)網等上層網絡，WiMAX是實現(xiàn)無線城域網的主要技術。36第6章無線寬帶網絡無線個域網：WirelessPersonalAreaNetwork，在更小的范圍內（約10m）以自組織模式在用戶之間建立用于相互通信的無線連接。無線局域網：WirelessLocalAreaNetwork，在一個局部的區(qū)域內（如教學樓、機場候機大廳、餐廳等）內為用戶提供可訪問互聯(lián)網等上層網絡的無線連接。無線局域網是已有有線局域網的拓展和延伸，使得用戶在一個區(qū)域內隨時隨地訪問互聯(lián)網。37第6章無線寬帶網絡無線局域網有兩種工作模式：第一種基于基站模式，無線設備（手機、上網本、筆記本電腦）通過接入點AP訪問上層網絡；第二種是基于自組織模式，例如在一個會議室內，所有與會者的移動設別可以不借助接入點組成一個網絡用于相互之間的文件、視頻數(shù)據(jù)的交換38第6章無線寬帶網絡Wi-Fi：是由Wi-Fi聯(lián)盟所持有的一個無線網路通信技術品牌，目的是改善基于IEEE802.11標準的無線網路產品之間的互通性。IEEE802.11是IEEE制定的一個無線局域網標準，主要用于解決辦公室局域網和校園網中，用戶與用戶終端的無線接入。由于802.11在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，IEEE小組相繼推出了一系列802.11標準。不同802.11協(xié)議的差異主要體現(xiàn)在使用頻段，調制模式和信道差分等物理層技術上。IEEE802.11采用CSMA/CA（帶沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議），而以太網CSMA/CD（采用帶沖突檢測的多載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議）39第6章無線寬帶網絡CSMA/CD：CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議其工作原理：發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道是否空閑，若信道空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。若信道忙碌，則等待一段時間至信道中的信息傳輸結束后再發(fā)送數(shù)據(jù)；若在上一段信息發(fā)送結束后，同時有兩個或兩個以上的節(jié)點都提出發(fā)送請求，則判定為沖突。若偵聽到沖突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段隨機時間，再重新嘗試?？梢杂靡痪湓捄唵慰偨Y：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停發(fā)，隨機延遲后重發(fā)。40第6章無線寬帶網絡CSMA/CA：CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，帶沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議其工作原理：首先發(fā)送端檢測信道是否有使用，如果檢測出信道空閑，則在等待一段隨機的時間后繼續(xù)探測，如果信道仍然空閑，就發(fā)送數(shù)據(jù)。接收端如果正確收到該數(shù)據(jù)，則在經過一段時間間隔后，向發(fā)送端發(fā)送一個確認幀ACK。發(fā)送端如果收到ACK，則確定數(shù)據(jù)已經正確傳輸。而無線信道在經歷一段時間間隔后，又會出現(xiàn)一段空閑時間。如果發(fā)送端沒有收到ACK，則或者發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有被完整地收到，或者ACK信號發(fā)送失敗，不管是那種現(xiàn)象發(fā)生，數(shù)據(jù)報都會在發(fā)送端等待一段時間后被重傳41第6章無線寬帶網絡IEEE802.11協(xié)議采用CSMA/CA的原因：

沖突檢測（CD）需要全雙工（發(fā)送數(shù)據(jù)同時也可接受數(shù)據(jù)），硬件代價過高，無線網卡很難同時接收沖突探測幀和發(fā)送無線信號。

無線信號衰減特性和隱藏終端問題使沖突很難被偵測42第6章無線寬帶網絡為了避免沖突和“隱藏終端”，CSMA/CA利用請求發(fā)送幀RTS（RequesttoSend）和允許發(fā)送幀CTS（CleartoSend），只為發(fā)送端預留無線信道的使用權，從而確保發(fā)送端在接下來傳送數(shù)據(jù)時，不會發(fā)生碰撞。43第7章無線低速網絡常見無線低速網絡協(xié)議紅外(InfraredCommunication)藍牙(Bluetooth)通信協(xié)議IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議體域網(BodyAreaNetwork)協(xié)議容遲網絡(Delay/DisruptionTolerantNetwork)協(xié)議44第7章無線低速網絡紅外通信技術利用紅外線傳輸數(shù)據(jù)，比藍牙技術出現(xiàn)更早，是一種較早的無線通信技術。特點采用875nm左右波長的光波通信，通信距離一般為1米左右。設備體積小、成本低、功耗低、不需要頻率申請等優(yōu)勢缺點設備之間必須互相可見對障礙物的衍射較差45第7章無線低速網絡藍牙技術是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。藍牙技術規(guī)范，標準IEEE802.15，頻帶2.4GHz，帶寬為1Mb/s采用跳頻擴頻結合的調制技術，以時分方式進行全雙工通信基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合距離：Class1為100m、Class2為10m、Class3為2-3m藍牙設備分主設備和從設備；主設備具有輸入端；藍牙匹配規(guī)則：主設備與主設備之間、主設備與從設備之間，是可以互相匹配在一起的；而從設備與從設備是無法匹配的46第7章無線低速網絡ZigBee又稱為IEEE802.15.4標準，其目標是實現(xiàn)類似于蜂群的低功耗、低復雜度、低速率、自組織的短距離無線通信網絡，為個人或家庭范圍內不同設備之間的低速互連提供統(tǒng)一標準。ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行)3個頻段上，分別具有最高250Kb/s、20Kb/s和40Kb/s的傳輸速率，傳輸距離在10~180m的范圍內。47第7章無線低速網絡ZigBee具有如下特點：低功耗：ZigBee傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設備非常省電。據(jù)估算ZigBee設備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間，這是其它無線設備望塵莫及的。成本低：ZigBee模塊初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.5~2.5美元，并且ZigBee協(xié)議是免專利費的。時延短：通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms，休眠激活的時延是15ms，活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應用。48第7章無線低速網絡ZigBee具有如下特點（續(xù)）：網絡容量大：一個Zigbee星型網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備，一個區(qū)域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡，而且網絡組成靈活?？煽浚翰扇×伺鲎脖苊獠呗?，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。安全：提供了基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權和認證，采用了AES-128的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。49第8章移動通信網絡第一代移動通信，模擬語音，典型代表AMPS;第二代移動通信(2G)，數(shù)字語音，典型代表GSM，CDMA;第三代移動通信(3G)，數(shù)字語音與數(shù)據(jù)，典型代表TD-SCDMA，W-CDMA和CDMA200050第8章移動通信網絡AMPS1982年，美國貝爾實驗室發(fā)明了高級移動電話系統(tǒng)(AdvancedMobilePhoneSystem,AMPS)，提出了“小區(qū)制”，“蜂窩單元”的概念，是第一種真正意義上的“蜂窩移動通信系統(tǒng)”，同時采用頻分復用技術，解決了公用移動通信系統(tǒng)所需要的大容量要求和頻譜資源限制的矛盾。GSM工作在900/1800MHz頻段，124對單工信道，每對單工信道有200kHz頻寬無線接口采用TDMA技術，核心網移動性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議CDMA無線接口采用窄帶碼分多址（CDMA）技術第三代移動通信系統(tǒng)的基礎51第8章移動通信網絡CDMA移動通信網是由蜂窩組網、擴頻、多址接入以及頻率復用等幾種技術結合而成，含有頻域、時域和碼域等三維信號處理的一種協(xié)作。因此它具有:抗干擾性好抗多徑衰落保密安全性高容量和質量之間可做權衡取舍同頻率可在多個小區(qū)內重復使用等屬性CDMA最明顯的優(yōu)勢在于，它利用編碼技術可以區(qū)分并分離多個同時傳輸?shù)男盘?。它允許用戶可以任何時刻在任何頻段發(fā)送信號，對于沖突的信號，可以從混合信號中提取出期望的數(shù)據(jù)信號，同時拒絕所有其他的噪音信號。52第8章移動通信網絡呼吸效應：在CDMA系統(tǒng)中，基站的實際有效覆蓋面積會隨著用戶增多（干擾增強）而縮小，反之則會增大。導致“呼吸效應”的主要原因是CDMA系統(tǒng)是一個自干擾系統(tǒng)；CDMA2000和W-CDMA屬于同頻自干擾系統(tǒng)，鄰近用戶之間自干擾現(xiàn)象明顯，從而降低了實際傳輸速率。TD-SCDMA的解決方案利用低帶寬的FDMA和TDMA限制了系統(tǒng)的最大干擾；在單時隙中應用CDMA技術提高系統(tǒng)容量；利用聯(lián)合檢測和SDMA技術對客戶終端的信號跟蹤；充分利用下行信號能量，最大程度上抑制了客戶之間的干擾。可以說，TD-SCDMA系統(tǒng)不再是一個自干擾系統(tǒng)，“呼吸效應”基本被消除。53第8章移動通信網絡遠近效應：手機用戶到基站的距離是在不斷變化中的，固定的通信功率不僅會造成嚴重的功率過剩（離基站很近的地方依然用大功率來傳輸數(shù)據(jù)），且可能形成有害的電磁輻射。TD-SCDMA的解決方案TD-SCDMA通過動態(tài)調控功率改善“遠近效應”：手機終端依據(jù)自己到基站的通信距離動態(tài)的調整自己的傳輸功率，從而盡可能的減少過剩，且依然保證可連通性。采用動態(tài)信道分配的方式，即根據(jù)用戶的需求進行實時的動態(tài)資源分配，包括頻率，時隙和碼字等。動態(tài)信道分配不僅提高了信道資源的利用率，且增強了對于網絡中負載和干擾變化的適應能力。54第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲網絡存儲體系結構：直接附加存儲（DAS）網絡附加存儲（NAS）存儲區(qū)域網絡（SAN）困難：只能滿足中等規(guī)模商業(yè)需求55第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲直接附加存儲（Direct-AttachedStrorage，DAS）將存儲系統(tǒng)通過纜線直接與服務器或工作站相連一般包括多個硬盤驅動器，與主機總線適配器通過電纜或光纖在存儲設備和主機總線適配器之間不存在其他網絡設備實現(xiàn)了計算機內存儲到存儲子系統(tǒng)的跨越網絡附加存儲（NetworkAttachedStorage，NAS）文件級的計算機數(shù)據(jù)存儲架構，計算機連接到一個僅為其它設備提供基于文件級數(shù)據(jù)存儲服務的網絡存儲區(qū)域網絡（StorageAreaNetwork，SAN）通過網絡方式連接存儲設備和應用服務器的存儲架構由服務器、存儲設備和SAN連接設備組成存儲共享，支持服務器從SAN直接啟動56第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲三種網絡存儲結構的比較直接附加存儲DAS：管理容易，結構簡單；集中式體系結構，不能滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)訪問的需求；存儲資源利用率低，資源共享能力差，造成“信息孤島”。網絡附加存儲NAS：網絡的存儲實體，容易實現(xiàn)文件級別共享；性能嚴重依賴于網絡流量，用戶數(shù)過多，讀寫過頻繁時性能受限。存儲區(qū)域網絡SAN：存儲管理簡化，存儲容量利用率提高；無直接文件級別的訪問能力，但可在SAN基礎上建立文件系統(tǒng)。57第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲維基百科：數(shù)據(jù)中心是一整套復雜的設施。它不僅僅包括計算機系統(tǒng)和其它與之配套的設備（例如通信和存儲系統(tǒng)），還包含冗余的數(shù)據(jù)通信連接、環(huán)境控制設備、監(jiān)控設備以及各種安全裝置。Google多功能的建筑物，能容納多個服務器以及通信設備。這些設備被放置在一起是因為它們具有相同的對環(huán)境的要求以及物理安全上的需求，并且這樣放置便于維護。58第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲Google數(shù)據(jù)中心三大軟件技術分布式文件系統(tǒng)GoogleFileSystem分布式處理系統(tǒng)MapReduce分布式存儲系統(tǒng)BigTable59第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲GFS的設計思想組件失效不再被認為是意外，而是被看做正常的現(xiàn)象。因此，GFS在設計中集成了常量監(jiān)視器、錯誤偵測、容錯以及自動恢復系統(tǒng)。按照傳統(tǒng)的標準，Google的文件非常巨大，通常以GB為單位衡量。需要處理快速增長的、并且由數(shù)億個對象構成的、數(shù)以TB的數(shù)據(jù)集時，如果仍舊采用管理數(shù)億個KB大小的小文件的方式是非常不明智的。Google對文件的操作具有特定的模式。對大部分文件的修改，不是覆蓋原有數(shù)據(jù)，而是在文件尾追加新數(shù)據(jù)。對文件的隨機讀寫操作幾乎是不存在的。一般情況，文件在被寫入后就只會被讀，而且通常是按順序讀?？蛻舳藢?shù)據(jù)塊緩存是沒有意義的，追加操作成為性能優(yōu)化和原子性保證的焦點。應用程序和文件系統(tǒng)API的協(xié)同設計提高了整個系統(tǒng)的靈活性。比如，GFS放松了對一致性模型的要求，減輕了應用程序的負擔，簡化了GFS的設計。GFS引入了原子性的追加操作，從而保證多個客戶端同時進行追加操作，不需要額外的同步操作。60第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲GFS的設計架構一個GFS集群包含一個主服務器和多個塊服務器，并被多個客戶端訪問。文件分成固定大小的“塊”。每個塊在創(chuàng)建時都由主服務器分配一個固定不變的64位句柄唯一標識。塊服務器把塊作為Linux文件存儲在本地磁盤上，并根據(jù)指定的塊句柄和字節(jié)范圍對數(shù)據(jù)塊進行讀寫操作。主服務器維護所有文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，包括名字空間、訪問控制信息、文件到塊的映射信息以及塊當前的位置。此外，主服務器還控制其它系統(tǒng)級的活動。主服務器周期性地與塊服務器通信，以下達指令和收集狀態(tài)。GFS客戶端代碼被嵌入到每個應用中。它實現(xiàn)了文件系統(tǒng)API，實現(xiàn)主服務器與塊服務器的通信從而代表應用實現(xiàn)讀寫操作?？蛻舳伺c服務器交互從而實現(xiàn)元數(shù)據(jù)操作，但所有的數(shù)據(jù)操作都通過直接與塊服務器交互而完成。61第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲GFS的設計架構62第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲MapReduce的定義：是一種針對超大規(guī)模數(shù)據(jù)集的編程模型和系統(tǒng)，用MapReduce開發(fā)出的程序可在大量商用計算機集群上并行執(zhí)行、處理計算機的失效以及調度計算機間的通信。包括用戶寫的兩個程序：映射函數(shù)Map和歸約函數(shù)Reduce，以及一個在計算機集群上執(zhí)行多個程序實例的框架。MapReduce程序的執(zhí)行過程63第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲BigTable的定義：是一種用來在海量數(shù)據(jù)規(guī)模下（例如包含以PB為單位的數(shù)據(jù)量和數(shù)千臺廉價計算機的應用）管理結構化數(shù)據(jù)的分布式存儲系統(tǒng)。每個BigTable都是一個稀疏的、分布式的多維有序圖，按行鍵值、列鍵值和時間戳建立索引。64第10章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的缺點缺乏對真實世界實體的有效表達關系數(shù)據(jù)庫的根本缺陷在于缺乏直接構造應用相關信息的類型表達能力。關系數(shù)據(jù)模型不直接支持復雜的數(shù)據(jù)類型，所有的數(shù)據(jù)必須轉換為簡單的類型，如整數(shù)、實數(shù)、雙精度數(shù)和字符串等，因此，需要額外地分解數(shù)據(jù)結構工作，而且這些被分解的結構不能直接表示應用數(shù)據(jù)，從基本成分重構時也非常繁瑣和費時間。缺乏對復雜查詢的有效處理對復雜的SQL查詢，特別是多表關聯(lián)查詢的需求。任何大數(shù)據(jù)量的web系統(tǒng)，都非常忌諱多個大表的關聯(lián)查詢，以及復雜的數(shù)據(jù)分析類型的復雜SQL報表查詢。65第10章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)缺乏對WEB應用的有效支持數(shù)據(jù)庫高并發(fā)讀寫的需求。關系數(shù)據(jù)庫應付上萬次SQL查詢還勉強頂?shù)米?，但應付上萬次SQL寫數(shù)據(jù)請求，硬盤IO就已經無法承受了。海量數(shù)據(jù)的高效率存儲和訪問的需求。對于關系數(shù)據(jù)庫來說，在一張2.5億條記錄的表里面進行查詢，效率是極其低下乃至不可忍受的。數(shù)據(jù)庫事務一致性需求。很多web實時系統(tǒng)并不要求嚴格的數(shù)據(jù)庫事務，對讀一致性的要求很低，有些場合對寫一致性要求也不高。因此數(shù)據(jù)庫事務管理成了數(shù)據(jù)庫高負載下一個沉重的負擔。數(shù)據(jù)庫的寫實時性和讀實時性需求。對關系數(shù)據(jù)庫來說，插入一條數(shù)據(jù)之后立刻查詢，是肯定可以讀出來這條數(shù)據(jù)的，但是對于很多web應用來說，并不要求這么高的實時性。66第10章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)物聯(lián)網數(shù)據(jù)特點海量性，多態(tài)性，關聯(lián)性及語義性物聯(lián)網數(shù)據(jù)存儲模式分布式存儲集中式存儲物聯(lián)網數(shù)據(jù)查詢快照查詢：查詢不固定，數(shù)據(jù)不固定連續(xù)查詢：查詢固定，數(shù)據(jù)不固定數(shù)據(jù)融合：即怎樣分析、綜合不同來源的無數(shù)的數(shù)據(jù)流，是傳感網乃至物聯(lián)網跨向大規(guī)模應用所必須越過的障礙。67第11章物聯(lián)網中的信息安全與隱私保護RFID安全主要安全和隱私隱患：竊聽、跟蹤、中間人攻擊、欺騙/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒絕服務攻擊、RFID病毒保護手段：物理安全機制/密碼學安全機制/PUF…位置隱私定義：用戶對自己位置信息的掌控能力。用戶能自由決定是否發(fā)布位置信息，將信息發(fā)布給誰，通過何種方式來發(fā)布，以及發(fā)布的信息有多詳細。保護手段：制度制約、隱私方針、身份匿名、數(shù)據(jù)混淆68第12章智能交通智能交通系統(tǒng)：通過在基礎設施和交通工具當中廣泛應用先進的感知技術、識別技術、定位技術、網絡技術、計算技術、控制技術、智能技術對道路和交通進行全面感知，對交通工具進行全程控制，對每一條道路進行全時空控制，以提高交通運輸系統(tǒng)的效率和安全，同時降低能源消耗和對地球環(huán)境的負面影響。69第12章智能交通70智能導航不停車收費系統(tǒng)實時路況智能控制交通燈自動駕駛當前的智能交通系統(tǒng)車輛間通信車載娛樂70第12章智能交通智能交通監(jiān)測應用：車流監(jiān)控、電子警察系統(tǒng)。智能交通管理應用：自適應交通信號、可變限速標志、自動亮燈人行道、可變車道、智能匝道流量控制。71可變限速標志/車道標志智能交通信號燈系統(tǒng)智能車道系統(tǒng)71第12章智能交通電子收費(Electronictollcollection,ETC)系統(tǒng)：能夠在車輛以正常速度駛過收費站的時候自動收取費用，降低了收費站附近產生交通擁堵的概率。最近這項技術也被用來加強城市中心區(qū)域的高峰期擁堵收費。ETC收費系統(tǒng)72第12章智能交通智能停車管理：通過超聲波、弱磁等傳感器節(jié)點對車位進行實時監(jiān)測；通過泛在的無線連接方式將車位信息進行實時匯聚存儲至數(shù)據(jù)云端；通過傳統(tǒng)的電子引導牌或者智能手機，車載GPS等方式引導駕駛者到附近合適的空車位。弱磁傳感器超聲波探測節(jié)點73第12章智能交通輔助駕駛：通過車輛上的視頻、雷達、GPS等設備，和車輛之間與車輛和路旁設備的通信，采集道路和車輛信息，輔助駕駛員做出操作決策。Google無人駕駛車74第12章智能交通智能行駛：將道路作為信息的收集者、分發(fā)者和決策者來直接指導車輛行駛。在智能道路上，路面和路旁將大量布設各種信息感知、處理和通信單元。75第12章智能交通安全應用如緊急情況自動警報，車道變更輔助，路口情況和交通信號提醒，路面情況提醒，路障提醒等。Toyota公司的CICAS系統(tǒng)（CooperativeIntersectionCollisionAvoidanceSystem），各個車道的車輛能通過車載設備接收到路旁設備的交通信號信息，如“車道1紅燈4秒”?；贒SRC技術的路旁設備通過地圖和車輛的GPS信息智能地控制交通信號，并對有危險的車輛及時發(fā)出警告。舒適度應用如車內的Internet訪問服務以及音樂電影的下載和在線觀看；通過短距離通信技術進行聊天或者互動游戲；沿途的景點、飯店、商店等信息的介紹和查詢；自動對車內環(huán)境進行調節(jié)等。76第13章智能物流物流的定義：是滿足顧客需要為目的，從物品的源點到最終消費點，為有效的物品流通和存儲，服務及相關信息而進行企劃、執(zhí)行和控制的過程。智能物流：現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設備，如RFID設備、感應器或全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網結合起來而形成的一個巨大網絡，并能夠在這個物聯(lián)化的物流網絡中實現(xiàn)智能化的物流管理。77第13章智能物流EPC：即產品電子代碼（ElectronicProductCode），為每一件單品建立全球的、開放的標識標準，實現(xiàn)全球范圍內對單件產品的跟蹤與追溯。目標：“互聯(lián)網地址系統(tǒng)”每個物體或電子設備都有一個獨立唯一的EPCCode對象名稱解析系統(tǒng)（ObjectNamingService，ONS）整個物流領域連成EPC物聯(lián)網78第13章智能物流食品物流食品物流的特殊性保存、運輸條件多、要求高智能物聯(lián)技術與食品物流傳感器搜集需監(jiān)測的各種參數(shù)條形碼、RFID標簽支持安全回溯電子耳標方便快速通關發(fā)展方向豐富感知手段提高智能化程度79第13章智能物流基于RFID技術的航空行李人工輔助系統(tǒng)(簽信通)解決問題：人工分揀行李的正確率僅能達到80%行李丟失損壞影響航班正常運行解決方案：通過為行李貼標簽環(huán)節(jié)附帶上無源RFID標簽，并將此標簽信息及對應旅客個人信息、航班信息、行李信息傳輸至本地數(shù)據(jù)中心進行存儲，介入到整個行李托運流程中。80第13章智能物流始發(fā)旅客行李稱重貼標簽傳送帶安全行李可疑行李分揀池腕帶閱讀器識別行李拖車行李集裝箱離港行李行李運送進港系統(tǒng)飛機行李運輸車、集裝箱提取轉盤卸貨區(qū)進港提取轉盤進港旅客人工分揀開包檢查安全檢查RFID行李標簽打印腕帶閱讀器識別分揀線自動識別腕帶閱讀器提示裝車自動復核手持設備二次復核81第13章智能物流標簽激活高精度復核可視化分揀海量數(shù)據(jù)存儲82第14章智能建筑智能建筑：物聯(lián)網技術為綠色建筑帶來了新的力量。通過建立以節(jié)能為目標的建筑設備監(jiān)控網絡，將各種設備和系統(tǒng)融合在一起，形成以智能處理為中心的物聯(lián)網應用系統(tǒng)，有效的為建筑節(jié)能減排提供有力的支撐83第14章智能建筑建筑系統(tǒng)智能化一個大型現(xiàn)代建筑就是一個巨型復雜系統(tǒng)，單靠人力是無法運作和維護的，因此必需大量用到物聯(lián)網感知、通信技術對建筑狀態(tài)進行檢測和采集，并通過計算技術智能地進行決策，從而對系統(tǒng)設施進行自動控制、調節(jié)和管理。智能建筑通常包含以下這些子系統(tǒng)：采暖空調系統(tǒng)給排水系統(tǒng)采光、照明系統(tǒng)電梯與扶梯系統(tǒng)此外，不同的建筑還存在各種不同的子系統(tǒng)需要由智能建筑進行監(jiān)測、控制和管理以保障建筑整體的功能、效率、安全和節(jié)能。84第14章智能建筑辦公智能化智能化辦公系統(tǒng)利用現(xiàn)代技術，借助先進的辦公設備，最大限度的提高辦公效率和改進辦公質量,改善辦公環(huán)境和條件，并輔助決策，減少或避免各種差錯和弊端,提高管理和決策的科學化水平，在智能建筑中占有重要地位。物聯(lián)網技術的加入為智能辦公帶來了新的功能：多種有效的信息發(fā)布和交流的渠道，實現(xiàn)各部門系統(tǒng)和人員之間的無障礙通信。工作流程的自動化，實時監(jiān)控、跟蹤，協(xié)同工作：如機場自動購票、托運、登機；文檔、設備管理的智能化，使各類文檔和設備能夠按權限進行保存、共享和使用，并提供文檔、設備的跟蹤和查找，以及可靠的防盜手段。此外還能進行車輛管理、分布式辦公、移動辦公等。85第14章智能建筑通信智能化現(xiàn)代智能建筑的一個重要組成部分就是智能的信息通信系統(tǒng)，它保證建筑物內語音、數(shù)據(jù)、圖像的高效傳輸，同時也保證建筑與外部通信網（如電話公網、互聯(lián)網、衛(wèi)星以及廣電網）能流暢的互通信息。智能建筑中的通信系統(tǒng)包括：傳統(tǒng)固定電話通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)。廣播電視系統(tǒng)。計算機網絡通信系統(tǒng)。物聯(lián)網中的多種無線通信技術86第14章智能建筑安防和逃生智能化智能安防系統(tǒng)是智能建筑保障其安全性和可靠性的重要組成部分。其主要目的是為了預防入侵、盜竊、搶劫、破壞、爆炸等違法犯罪活動和重大事故的發(fā)生。其主要包括：門禁控制系統(tǒng)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)防盜報警控制系統(tǒng)停車場管理系統(tǒng)求救求助系統(tǒng)環(huán)境報警系統(tǒng)：如煤氣泄漏報警，消防報警等87第14章智能建筑能耗監(jiān)測和節(jié)能控制全球氣候變暖，能源緊縮，污染加劇，不僅要求建筑滿足結構、功能、效率和安全等方面的需求，還要求現(xiàn)代建筑在節(jié)能、降耗、減排等方面做出努力。利用各種監(jiān)測設備（各種感應器、智能電源等）全面監(jiān)測建筑的環(huán)境和能耗情況，進行綜合分