《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)》總復(fù)習(xí)

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(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)英文名稱為“InternetofThings”，由美國麻省理工大學(xué)Auto-ID的KevinAshton教授提出IBM公司提出了“智慧地球”的構(gòu)想物聯(lián)網(wǎng)的定義：是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息載體，讓所有能被獨(dú)立尋址的普通物理對象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。普通對象設(shè)備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化是物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)重要特征2第1章物聯(lián)網(wǎng)概述信息生成→信息應(yīng)用→信息處理→信息傳輸→綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)-四個(gè)層次3第1章物聯(lián)網(wǎng)概述4第1章物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)的主要特點(diǎn)（從網(wǎng)絡(luò)角度觀察）聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)?；锫?lián)網(wǎng)時(shí)代每一件物品均具通信功能成為網(wǎng)絡(luò)終端，5-10年內(nèi)聯(lián)網(wǎng)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(gòu)設(shè)備互聯(lián)化各種異構(gòu)設(shè)備利用無線通信模塊和協(xié)議自組成網(wǎng)，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通過“網(wǎng)關(guān)”互通互聯(lián)。5第1章物聯(lián)網(wǎng)概述管理處理智能化物聯(lián)網(wǎng)高效可靠組織大規(guī)模數(shù)據(jù)，與此同時(shí)，運(yùn)籌學(xué)，機(jī)器學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)挖掘，專家系統(tǒng)等決策手段將廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。應(yīng)用服務(wù)鏈條化以工業(yè)生產(chǎn)為例，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)覆蓋從原材料引進(jìn)，生產(chǎn)調(diào)度，節(jié)能減排，倉儲(chǔ)物流到產(chǎn)品銷售，售后服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。6第2章自動(dòng)識別技術(shù)與RFID自動(dòng)識別技術(shù)：光符號識別技術(shù)語音識別技術(shù)生物計(jì)量識別技術(shù)指紋識別、虹膜識別、視網(wǎng)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(shù)條形碼技術(shù)RFID技術(shù)7第2章自動(dòng)識別技術(shù)與RFIDIC卡分類8第2章自動(dòng)識別技術(shù)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(nèi)有一個(gè)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(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個(gè)電荷的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)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(dòng)識別技術(shù)與RFID條形碼Barcode：是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識符一維碼：是由一組規(guī)則排列的條、空以及對應(yīng)的字符組成的標(biāo)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(yīng)用最多的二維條碼符號有AztecCode、PDF147、DataMatrix、QRCode、Code16K等。10第2章自動(dòng)識別技術(shù)與RFID一維碼特點(diǎn)：可直接顯示內(nèi)容為英文、數(shù)字、簡單符號；貯存數(shù)據(jù)不多，主要依靠計(jì)算機(jī)中的關(guān)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(diǎn)：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(nèi)容，無需另接數(shù)據(jù)庫；保密性高（可加密）；安全級別最高時(shí)，損污50%仍可讀取完整信息。11第2章自動(dòng)識別技術(shù)與RFIDRFID：即射頻識別（RadioFrequencyIdentification），俗稱電子標(biāo)簽，一種自動(dòng)識別技術(shù)，可以快速讀寫、長期跟蹤管理，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信對目標(biāo)加以識別RFID系統(tǒng)主要由閱讀器、天線和標(biāo)簽三大組件構(gòu)成RFID的工作原理RFID標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，或者由標(biāo)簽主動(dòng)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(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)對被識別物體的自動(dòng)識別。12第2章自動(dòng)識別技術(shù)與RFIDRFID標(biāo)簽分類:被動(dòng)式標(biāo)簽（PassiveTag）：因內(nèi)部沒有電源設(shè)備又被稱為無源標(biāo)簽。被動(dòng)式標(biāo)簽內(nèi)部的集成電路通過接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)。主動(dòng)標(biāo)簽（ActiveTag）：因標(biāo)簽內(nèi)部攜帶電源又被稱為有源標(biāo)簽。電源設(shè)備和與其相關(guān)的電路決定了主動(dòng)式標(biāo)簽要比被動(dòng)式標(biāo)簽體積大、價(jià)格昂貴。但主動(dòng)標(biāo)簽通信距離更遠(yuǎn)，可達(dá)上百米。半主動(dòng)標(biāo)簽（Semi-activeTag）：兼有被動(dòng)標(biāo)簽和主動(dòng)標(biāo)簽的所有優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部攜帶電池，能夠?yàn)闃?biāo)簽內(nèi)部計(jì)算提供電源。這種標(biāo)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(dòng)等。然而與主動(dòng)式標(biāo)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(dòng)式標(biāo)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(dòng)識別技術(shù)與RFIDRFID標(biāo)簽與條形碼相比的優(yōu)點(diǎn):體積小且形狀多樣：RFID標(biāo)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(zhì)。環(huán)境適應(yīng)性：紙張容易被污染而影響識別。但RFID對水、油等物質(zhì)卻有極強(qiáng)的抗污性。另外，即使在黑暗的環(huán)境中，RFID標(biāo)簽也能夠被讀取。可重復(fù)使用：標(biāo)簽具有讀寫功能，電子數(shù)據(jù)可被反復(fù)覆蓋，因此可以被回收而重復(fù)使用。穿透性強(qiáng)：標(biāo)簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包裹的情況下也可以進(jìn)行穿透性通訊。數(shù)據(jù)安全性：標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)通過循環(huán)冗余校驗(yàn)的方法來保證標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。14第2章自動(dòng)識別技術(shù)與RFIDRFID的工作頻段及特點(diǎn)：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(biāo)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(biāo)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(biāo)簽內(nèi)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(shí)讀取多個(gè)電子標(biāo)簽。15第2章自動(dòng)識別技術(shù)與RFIDRFID的工作頻段及特點(diǎn)(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(biāo)簽可以是有源標(biāo)簽與無源標(biāo)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(diǎn)。16第3章無線傳感網(wǎng)（WSN）傳感器定義：能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換元件，基本轉(zhuǎn)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(guān)系的某一種物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。轉(zhuǎn)換電路：完成被測量參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換輸入到測控電路中，進(jìn)行放大，運(yùn)算，處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測值或進(jìn)行過程控制17第3章無線傳感網(wǎng)無線傳感器節(jié)點(diǎn)由：傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成。傳感器模塊：負(fù)責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊：負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)；無線通信模塊：負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(yīng)模塊：為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，通常采用微型電池18第3章無線傳感網(wǎng)制約傳感器性能提升的因素功耗的制約：無線傳感節(jié)點(diǎn)一般被部署在野外，不能通過有線供電。其硬件設(shè)計(jì)必須以節(jié)能為重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。價(jià)格的制約：無線傳感節(jié)點(diǎn)一般需要大量組網(wǎng)，以完成特定的功能。其硬件設(shè)計(jì)必須以廉價(jià)為重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。體積的制約：無線傳感節(jié)點(diǎn)一般需要容易攜帶，易于部署。其硬件設(shè)計(jì)必須以微型化為重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。19第3章無線傳感網(wǎng)大規(guī)模長時(shí)間部署傳感器的設(shè)計(jì)要求：低成本與微型化低成本的節(jié)點(diǎn)才能被大規(guī)模部署，微型化的節(jié)點(diǎn)才能使部署更加容易節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)也需要滿足微型化的需求，必須節(jié)約計(jì)算資源，避免超出節(jié)點(diǎn)的硬件能力低功耗在硬件設(shè)計(jì)上采用低功耗芯片軟件節(jié)能策略來實(shí)現(xiàn)節(jié)能：核心就是盡量使節(jié)點(diǎn)在不需要工作的時(shí)候進(jìn)入低功耗模式，僅在需要工作的時(shí)候進(jìn)入正常狀態(tài)20第3章無線傳感網(wǎng)大規(guī)模長時(shí)間部署傳感器的設(shè)計(jì)要求（續(xù)）靈活性與擴(kuò)展性傳感器節(jié)點(diǎn)被用于各種不同的應(yīng)用中，因此節(jié)點(diǎn)硬件和軟件的設(shè)計(jì)必須具有靈活性和擴(kuò)展性節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)需滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)接口，例如節(jié)點(diǎn)和傳感板的接口統(tǒng)一有利于給節(jié)點(diǎn)安裝上不同功能的傳感器軟件的設(shè)計(jì)必須是可剪裁的，能夠根據(jù)不同應(yīng)用的需求，安裝不同功能的軟件模塊魯棒性魯棒性是實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)長時(shí)間部署的重要保障對于普通的計(jì)算機(jī)，一旦系統(tǒng)崩潰了，人們可以采用重啟的方法恢復(fù)系統(tǒng)，而傳感器節(jié)點(diǎn)則不行，就整個(gè)網(wǎng)絡(luò)而言，可以適當(dāng)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(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，WSN（Wireless

Sensor

Network），是由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)、具有無線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)，通過自組織方式構(gòu)成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)22第3章無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：硬件平臺(tái)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(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域使用最為廣泛的OS。ContikiOS是由瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所開發(fā)的面向“物聯(lián)網(wǎng)”的開源、高度可移植的節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)。23第4章定位系統(tǒng)位置信息：空間、時(shí)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(nèi)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(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)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(shè)備組成空間部分：由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在6個(gè)軌道上。地面監(jiān)控部分：負(fù)責(zé)監(jiān)控GPS的工作。用戶設(shè)備部分：主要由各種GPS接收機(jī)組成，其作用是接入、跟蹤、變換和測量GPS信號。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是高精度，全天候，高效率，全球覆蓋，可用于險(xiǎn)惡環(huán)境；多功能，操作簡便，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間長、信號穿透能力弱，室內(nèi)信號差、需要GPS接收機(jī)。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(jī)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(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)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(jīng)歷的時(shí)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(shí)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(shí)會(huì)不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)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(shí)所處位置，用戶在大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個(gè)Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)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(jié)合體利用基站定位確定大致范圍連接網(wǎng)絡(luò)查詢當(dāng)前位置可見衛(wèi)星大大縮短搜索衛(wèi)星的時(shí)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(diǎn)間保持精確的時(shí)間同步，因此對傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗提出了較高的要求?；赥DOA的定位：TDOA技術(shù)對硬件的要求高，成本和能耗使得該種技術(shù)對低能耗的傳感器網(wǎng)絡(luò)提出了挑戰(zhàn)。但是TDOA技術(shù)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(diǎn)的坐標(biāo)，還能提供節(jié)點(diǎn)的方位信息。但AOA測距技術(shù)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(wǎng)絡(luò)?；赗SSI的定位：在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中RSSI表現(xiàn)出良好的特性，但是在現(xiàn)實(shí)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(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在困難。定位技術(shù)30第5章智能信息設(shè)備智能手機(jī)操作系統(tǒng):智能信息設(shè)備智能手機(jī)智能車載設(shè)備智能數(shù)字標(biāo)牌智能醫(yī)療設(shè)備智能家電31第5章智能信息設(shè)備智能手機(jī)：連接“人”和數(shù)字世界的重要紐帶手機(jī)與感知加速度傳感器、陀螺儀、磁力計(jì)、距離傳感器、光傳感器、麥克風(fēng)、喇叭、攝像頭…內(nèi)置傳感器協(xié)同工作，用戶行為交互感知手機(jī)與互聯(lián)互通智能手機(jī)可通過WiFi、3G、GPRS等網(wǎng)絡(luò)接入方式連接互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)與智能生活基于位置的服務(wù)：大眾點(diǎn)評社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：Facebook移動(dòng)支付：Passbook32第6章無線寬帶網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)的組成元素：無線網(wǎng)絡(luò)用戶、無線連接和基站

無線網(wǎng)絡(luò)用戶：是指具備無線通信能力，并可將無線通信信號轉(zhuǎn)化為有效信息的終端設(shè)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(gè)無線網(wǎng)絡(luò)用戶，其特殊性在于它的職責(zé)是將一些無線網(wǎng)絡(luò)用戶連接到更大的網(wǎng)絡(luò)中（校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電話網(wǎng)）。無線網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)，并將上層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給指定的無線網(wǎng)絡(luò)用戶。根據(jù)不同的無線連接協(xié)議，相應(yīng)基站的名稱和覆蓋的范圍是不同的自組網(wǎng)：無須基站和上層網(wǎng)絡(luò)支持。用戶之間通過自組織的方式形成自組網(wǎng)（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(wǎng)絡(luò)根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)分類，無線寬帶網(wǎng)絡(luò)包括：Wi-Fi：無線局域網(wǎng)WiMAX：無線城域網(wǎng)3G,4G：無線廣域網(wǎng)UWB：超寬帶無線個(gè)域網(wǎng)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)和有線寬帶網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)不同于有線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)難點(diǎn):

信號強(qiáng)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(huì)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(huì)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(dá)接收端的時(shí)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(shí)將信號發(fā)送至基站B，引起信號沖突，最終導(dǎo)致發(fā)送至基站B的信號都丟失了。35第6章無線寬帶網(wǎng)絡(luò)無線廣域網(wǎng)：WirelessWideAreaNetworks，連接信號可以覆蓋整個(gè)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(gè)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(dāng)前主要的廣域網(wǎng)有2G、3G系統(tǒng)。無線城域網(wǎng)：WirelessMetropolitanAreaNetworks，基站的信號可以覆蓋整個(gè)城市區(qū)域，在服務(wù)區(qū)域的用戶可以通過基站訪問互聯(lián)網(wǎng)等上層網(wǎng)絡(luò)，WiMAX是實(shí)現(xiàn)無線城域網(wǎng)的主要技術(shù)。36第6章無線寬帶網(wǎng)絡(luò)無線個(gè)域網(wǎng)：WirelessPersonalAreaNetwork，在更小的范圍內(nèi)（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(wǎng)：WirelessLocalAreaNetwork，在一個(gè)局部的區(qū)域內(nèi)（如教學(xué)樓、機(jī)場候機(jī)大廳、餐廳等）內(nèi)為用戶提供可訪問互聯(lián)網(wǎng)等上層網(wǎng)絡(luò)的無線連接。無線局域網(wǎng)是已有有線局域網(wǎng)的拓展和延伸，使得用戶在一個(gè)區(qū)域內(nèi)隨時(shí)隨地訪問互聯(lián)網(wǎng)。37第6章無線寬帶網(wǎng)絡(luò)無線局域網(wǎng)有兩種工作模式：第一種基于基站模式，無線設(shè)備（手機(jī)、上網(wǎng)本、筆記本電腦）通過接入點(diǎn)AP訪問上層網(wǎng)絡(luò)；第二種是基于自組織模式，例如在一個(gè)會(huì)議室內(nèi)，所有與會(huì)者的移動(dòng)設(shè)別可以不借助接入點(diǎn)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)Wi-Fi：是由Wi-Fi聯(lián)盟所持有的一個(gè)無線網(wǎng)路通信技術(shù)品牌，目的是改善基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。IEEE802.11是IEEE制定的一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)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(biāo)準(zhǔn)。不同802.11協(xié)議的差異主要體現(xiàn)在使用頻段，調(diào)制模式和信道差分等物理層技術(shù)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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)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(shí)間至信道中的信息傳輸結(jié)束后再發(fā)送數(shù)據(jù)；若在上一段信息發(fā)送結(jié)束后，同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)都提出發(fā)送請求，則判定為沖突。若偵聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重新嘗試。可以用一句話簡單總結(jié)：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停發(fā)，隨機(jī)延遲后重發(fā)。40第6章無線寬帶網(wǎng)絡(luò)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(jī)的時(shí)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(jīng)過一段時(shí)間間隔后，向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀ACK。發(fā)送端如果收到ACK，則確定數(shù)據(jù)已經(jīng)正確傳輸。而無線信道在經(jīng)歷一段時(shí)間間隔后，又會(huì)出現(xiàn)一段空閑時(shí)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(bào)都會(huì)在發(fā)送端等待一段時(shí)間后被重傳41第6章無線寬帶網(wǎng)絡(luò)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(shí)也可接受數(shù)據(jù)），硬件代價(jià)過高，無線網(wǎng)卡很難同時(shí)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(wǎng)絡(luò)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(yù)留無線信道的使用權(quán)，從而確保發(fā)送端在接下來傳送數(shù)據(jù)時(shí)，不會(huì)發(fā)生碰撞。43第7章無線低速網(wǎng)絡(luò)常見無線低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議紅外(InfraredCommunication)藍(lán)牙(Bluetooth)通信協(xié)議IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議體域網(wǎng)(BodyAreaNetwork)協(xié)議容遲網(wǎng)絡(luò)(Delay/DisruptionTolerantNetwork)協(xié)議44第7章無線低速網(wǎng)絡(luò)紅外通信技術(shù)利用紅外線傳輸數(shù)據(jù)，比藍(lán)牙技術(shù)出現(xiàn)更早，是一種較早的無線通信技術(shù)。特點(diǎn)采用875nm左右波長的光波通信，通信距離一般為1米左右。設(shè)備體積小、成本低、功耗低、不需要頻率申請等優(yōu)勢缺點(diǎn)設(shè)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(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15，頻帶2.4GHz，帶寬為1Mb/s采用跳頻擴(kuò)頻結(jié)合的調(diào)制技術(shù)，以時(shí)分方式進(jìn)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(lán)牙設(shè)備分主設(shè)備和從設(shè)備；主設(shè)備具有輸入端；藍(lán)牙匹配規(guī)則：主設(shè)備與主設(shè)備之間、主設(shè)備與從設(shè)備之間，是可以互相匹配在一起的；而從設(shè)備與從設(shè)備是無法匹配的46第7章無線低速網(wǎng)絡(luò)ZigBee又稱為IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)類似于蜂群的低功耗、低復(fù)雜度、低速率、自組織的短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)，為個(gè)人或家庭范圍內(nèi)不同設(shè)備之間的低速互連提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。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(gè)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(nèi)。47第7章無線低速網(wǎng)絡(luò)ZigBee具有如下特點(diǎn)：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(shè)備非常省電。據(jù)估算ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間，這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。成本低：ZigBee模塊初始成本在6美元左右，估計(jì)很快就能降到1.5~2.5美元，并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對時(shí)延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應(yīng)用。48第7章無線低速網(wǎng)絡(luò)ZigBee具有如下特點(diǎn)（續(xù)）：網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)Zigbee星型網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。可靠：采取了碰撞避免策略，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，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。安全：提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES-128的加密算法，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。49第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)第一代移動(dòng)通信，模擬語音，典型代表AMPS;第二代移動(dòng)通信(2G)，數(shù)字語音，典型代表GSM，CDMA;第三代移動(dòng)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)AMPS1982年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了高級移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)”，同時(shí)采用頻分復(fù)用技術(shù)，解決了公用移動(dòng)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(shù)，核心網(wǎng)移動(dòng)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(shù)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)51第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)是由蜂窩組網(wǎng)、擴(kuò)頻、多址接入以及頻率復(fù)用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時(shí)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(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用等屬性CDMA最明顯的優(yōu)勢在于，它利用編碼技術(shù)可以區(qū)分并分離多個(gè)同時(shí)傳輸?shù)男盘?。它允許用戶可以任何時(shí)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(shí)拒絕所有其他的噪音信號。52第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)呼吸效應(yīng)：在CDMA系統(tǒng)中，基站的實(shí)際有效覆蓋面積會(huì)隨著用戶增多（干擾增強(qiáng)）而縮小，反之則會(huì)增大。導(dǎo)致“呼吸效應(yīng)”的主要原因是CDMA系統(tǒng)是一個(gè)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(shí)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(shí)隙中應(yīng)用CDMA技術(shù)提高系統(tǒng)容量；利用聯(lián)合檢測和SDMA技術(shù)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(gè)自干擾系統(tǒng)，“呼吸效應(yīng)”基本被消除。53第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)近效應(yīng)：手機(jī)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(huì)造成嚴(yán)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(dòng)態(tài)調(diào)控功率改善“遠(yuǎn)近效應(yīng)”：手機(jī)終端依據(jù)自己到基站的通信距離動(dòng)態(tài)的調(diào)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(dòng)態(tài)信道分配的方式，即根據(jù)用戶的需求進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)資源分配，包括頻率，時(shí)隙和碼字等。動(dòng)態(tài)信道分配不僅提高了信道資源的利用率，且增強(qiáng)了對于網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載和干擾變化的適應(yīng)能力。54第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)：直接附加存儲(chǔ)（DAS）網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS）存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（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(chǔ)直接附加存儲(chǔ)（Direct-AttachedStrorage，DAS）將存儲(chǔ)系統(tǒng)通過纜線直接與服務(wù)器或工作站相連一般包括多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器，與主機(jī)總線適配器通過電纜或光纖在存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)總線適配器之間不存在其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)子系統(tǒng)的跨越網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NetworkAttachedStorage，NAS）文件級的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)，計(jì)算機(jī)連接到一個(gè)僅為其它設(shè)備提供基于文件級數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（StorageAreaNetwork，SAN）通過網(wǎng)絡(luò)方式連接存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的存儲(chǔ)架構(gòu)由服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和SAN連接設(shè)備組成存儲(chǔ)共享，支持服務(wù)器從SAN直接啟動(dòng)56第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)三種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的比較直接附加存儲(chǔ)DAS：管理容易，結(jié)構(gòu)簡單；集中式體系結(jié)構(gòu)，不能滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)訪問的需求；存儲(chǔ)資源利用率低，資源共享能力差，造成“信息孤島”。網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)NAS：網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)實(shí)體，容易實(shí)現(xiàn)文件級別共享；性能嚴(yán)重依賴于網(wǎng)絡(luò)流量，用戶數(shù)過多，讀寫過頻繁時(shí)性能受限。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN：存儲(chǔ)管理簡化，存儲(chǔ)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(chǔ)上建立文件系統(tǒng)。57第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)維基百科：數(shù)據(jù)中心是一整套復(fù)雜的設(shè)施。它不僅僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和其它與之配套的設(shè)備（例如通信和存儲(chǔ)系統(tǒng)），還包含冗余的數(shù)據(jù)通信連接、環(huán)境控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及各種安全裝置。Google多功能的建筑物，能容納多個(gè)服務(wù)器以及通信設(shè)備。這些設(shè)備被放置在一起是因?yàn)樗鼈兙哂邢嗤膶Νh(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(hù)。58第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)Google數(shù)據(jù)中心三大軟件技術(shù)分布式文件系統(tǒng)GoogleFileSystem分布式處理系統(tǒng)MapReduce分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)BigTable59第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)GFS的設(shè)計(jì)思想組件失效不再被認(rèn)為是意外，而是被看做正常的現(xiàn)象。因此，GFS在設(shè)計(jì)中集成了常量監(jiān)視器、錯(cuò)誤偵測、容錯(cuò)以及自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)。按照傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)對象構(gòu)成的、數(shù)以TB的數(shù)據(jù)集時(shí)，如果仍舊采用管理數(shù)億個(gè)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(jī)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(huì)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(diǎn)。應(yīng)用程序和文件系統(tǒng)API的協(xié)同設(shè)計(jì)提高了整個(gè)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(yīng)用程序的負(fù)擔(dān)，簡化了GFS的設(shè)計(jì)。GFS引入了原子性的追加操作，從而保證多個(gè)客戶端同時(shí)進(jìn)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(chǔ)GFS的設(shè)計(jì)架構(gòu)一個(gè)GFS集群包含一個(gè)主服務(wù)器和多個(gè)塊服務(wù)器，并被多個(gè)客戶端訪問。文件分成固定大小的“塊”。每個(gè)塊在創(chuàng)建時(shí)都由主服務(wù)器分配一個(gè)固定不變的64位句柄唯一標(biāo)識。塊服務(wù)器把塊作為Linux文件存儲(chǔ)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(jìn)行讀寫操作。主服務(wù)器維護(hù)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(dāng)前的位置。此外，主服務(wù)器還控制其它系統(tǒng)級的活動(dòng)。主服務(wù)器周期性地與塊服務(wù)器通信，以下達(dá)指令和收集狀態(tài)。GFS客戶端代碼被嵌入到每個(gè)應(yīng)用中。它實(shí)現(xiàn)了文件系統(tǒng)API，實(shí)現(xiàn)主服務(wù)器與塊服務(wù)器的通信從而代表應(yīng)用實(shí)現(xiàn)讀寫操作?？蛻舳伺c服務(wù)器交互從而實(shí)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(wù)器交互而完成。61第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)GFS的設(shè)計(jì)架構(gòu)62第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)集群上并行執(zhí)行、處理計(jì)算機(jī)的失效以及調(diào)度計(jì)算機(jī)間的通信。包括用戶寫的兩個(gè)程序：映射函數(shù)Map和歸約函數(shù)Reduce，以及一個(gè)在計(jì)算機(jī)集群上執(zhí)行多個(gè)程序?qū)嵗目蚣?。MapReduce程序的執(zhí)行過程63第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)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(tái)廉價(jià)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用）管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。每個(gè)BigTable都是一個(gè)稀疏的、分布式的多維有序圖，按行鍵值、列鍵值和時(shí)間戳建立索引。64第10章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的缺點(diǎn)缺乏對真實(shí)世界實(shí)體的有效表達(dá)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的根本缺陷在于缺乏直接構(gòu)造應(yīng)用相關(guān)信息的類型表達(dá)能力。關(guān)系數(shù)據(jù)模型不直接支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，所有的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為簡單的類型，如整數(shù)、實(shí)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(jié)構(gòu)工作，而且這些被分解的結(jié)構(gòu)不能直接表示應(yīng)用數(shù)據(jù)，從基本成分重構(gòu)時(shí)也非常繁瑣和費(fèi)時(shí)間。缺乏對復(fù)雜查詢的有效處理對復(fù)雜的SQL查詢，特別是多表關(guān)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(gè)大表的關(guān)聯(lián)查詢，以及復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析類型的復(fù)雜SQL報(bào)表查詢。65第10章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)缺乏對WEB應(yīng)用的有效支持?jǐn)?shù)據(jù)庫高并發(fā)讀寫的需求。關(guān)系數(shù)據(jù)庫應(yīng)付上萬次SQL查詢還勉強(qiáng)頂?shù)米。珣?yīng)付上萬次SQL寫數(shù)據(jù)請求，硬盤IO就已經(jīng)無法承受了。海量數(shù)據(jù)的高效率存儲(chǔ)和訪問的需求。對于關(guān)系數(shù)據(jù)庫來說，在一張2.5億條記錄的表里面進(jìn)行查詢，效率是極其低下乃至不可忍受的。數(shù)據(jù)庫事務(wù)一致性需求。很多web實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)庫事務(wù)，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(wù)管理成了數(shù)據(jù)庫高負(fù)載下一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)庫的寫實(shí)時(shí)性和讀實(shí)時(shí)性需求。對關(guān)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(yīng)用來說，并不要求這么高的實(shí)時(shí)性。66第10章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特點(diǎn)海量性，多態(tài)性，關(guān)聯(lián)性及語義性物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式分布式存儲(chǔ)集中式存儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)乃至物聯(lián)網(wǎng)跨向大規(guī)模應(yīng)用所必須越過的障礙。67第11章物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全與隱私保護(hù)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(wù)攻擊、RFID病毒保護(hù)手段：物理安全機(jī)制/密碼學(xué)安全機(jī)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(xì)。保護(hù)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(chǔ)設(shè)施和交通工具當(dāng)中廣泛應(yīng)用先進(jìn)的感知技術(shù)、識別技術(shù)、定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、控制技術(shù)、智能技術(shù)對道路和交通進(jìn)行全面感知，對交通工具進(jìn)行全程控制，對每一條道路進(jìn)行全時(shí)空控制，以提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的效率和安全，同時(shí)降低能源消耗和對地球環(huán)境的負(fù)面影響。69第12章智能交通70智能導(dǎo)航不停車收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)時(shí)路況智能控制交通燈自動(dòng)駕駛當(dāng)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(yīng)用：車流監(jiān)控、電子警察系統(tǒng)。智能交通管理應(yīng)用：自適應(yīng)交通信號、可變限速標(biāo)志、自動(dòng)亮燈人行道、可變車道、智能匝道流量控制。71可變限速標(biāo)志/車道標(biāo)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(fèi)(Electronictollcollection,ETC)系統(tǒng)：能夠在車輛以正常速度駛過收費(fèi)站的時(shí)候自動(dòng)收取費(fèi)用，降低了收費(fèi)站附近產(chǎn)生交通擁堵的概率。最近這項(xiàng)技術(shù)也被用來加強(qiáng)城市中心區(qū)域的高峰期擁堵收費(fèi)。ETC收費(fèi)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(diǎn)對車位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；通過泛在的無線連接方式將車位信息進(jìn)行實(shí)時(shí)匯聚存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)云端；通過傳統(tǒng)的電子引導(dǎo)牌或者智能手機(jī)，車載GPS等方式引導(dǎo)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(diǎn)73第12章智能交通輔助駕駛：通過車輛上的視頻、雷達(dá)、GPS等設(shè)備，和車輛之間與車輛和路旁設(shè)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(dǎo)車輛行駛。在智能道路上，路面和路旁將大量布設(shè)各種信息感知、處理和通信單元。75第12章智能交通安全應(yīng)用如緊急情況自動(dòng)警報(bào)，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(gè)車道的車輛能通過車載設(shè)備接收到路旁設(shè)備的交通信號信息，如“車道1紅燈4秒”?；贒SRC技術(shù)的路旁設(shè)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(xiǎn)的車輛及時(shí)發(fā)出警告。舒適度應(yīng)用如車內(nèi)的Internet訪問服務(wù)以及音樂電影的下載和在線觀看；通過短距離通信技術(shù)進(jìn)行聊天或者互動(dòng)游戲；沿途的景點(diǎn)、飯店、商店等信息的介紹和查詢；自動(dòng)對車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)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(diǎn)到最終消費(fèi)點(diǎn)，為有效的物品流通和存儲(chǔ)，服務(wù)及相關(guān)信息而進(jìn)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(shè)備，如RFID設(shè)備、感應(yīng)器或全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，并能夠在這個(gè)物聯(lián)化的物流網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)智能化的物流管理。77第13章智能物流EPC：即產(chǎn)品電子代碼（ElectronicProductCode），為每一件單品建立全球的、開放的標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)對單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯。目標(biāo)：“互聯(lián)網(wǎng)地址系統(tǒng)”每個(gè)物體或電子設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)立唯一的EPCCode對象名稱解析系統(tǒng)（ObjectNamingService，ONS）整個(gè)物流領(lǐng)域連成EPC物聯(lián)網(wǎng)78第13章智能物流食品物流食品物流的特殊性保存、運(yùn)輸條件多、要求高智能物聯(lián)技術(shù)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(biāo)簽支持安全回溯電子耳標(biāo)方便快速通關(guān)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(shù)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(dá)到80%行李丟失損壞影響航班正常運(yùn)行解決方案：通過為行李貼標(biāo)簽環(huán)節(jié)附帶上無源RFID標(biāo)簽，并將此標(biāo)簽信息及對應(yīng)旅客個(gè)人信息、航班信息、行李信息傳輸至本地?cái)?shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)，介入到整個(gè)行李托運(yùn)流程中。80第13章智能物流始發(fā)旅客行李稱重貼標(biāo)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(yùn)送進(jìn)港系統(tǒng)飛機(jī)行李運(yùn)輸車、集裝箱提取轉(zhuǎn)盤卸貨區(qū)進(jìn)港提取轉(zhuǎn)盤進(jìn)港旅客人工分揀開包檢查安全檢查RFID行李標(biāo)簽打印腕帶閱讀器識別分揀線自動(dòng)識別腕帶閱讀器提示裝車自動(dòng)復(fù)核手持設(shè)備二次復(fù)核81第13章智能物流標(biāo)簽激活高精度復(fù)核可視化分揀海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)82第14章智能建筑智能建筑：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為綠色建筑帶來了新的力量。通過建立以節(jié)能為目標(biāo)的建筑設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將各種設(shè)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(wǎng)應(yīng)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(gè)大型現(xiàn)代建筑就是一個(gè)巨型復(fù)雜系統(tǒng)，單靠人力是無法運(yùn)作和維護(hù)的，因此必需大量用到物聯(lián)網(wǎng)感知、通信技術(shù)對建筑狀態(tài)進(jìn)行檢測和采集，并通過計(jì)算技術(shù)智能地進(jìn)行決策，從而對系統(tǒng)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制、調(diào)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(diào)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(jìn)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(shù)，借助先進(jìn)的辦公設(shè)備，最大限度的提高辦公效率和改進(jìn)辦公質(zhì)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(cuò)和弊端,提高管理和決策的科學(xué)化水平，在智能建筑中占有重要地位。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shí)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(dòng)化，實(shí)時(shí)監(jiān)控、跟蹤，協(xié)同工作：如機(jī)場自動(dòng)購票、托運(yùn)、登機(jī)；文檔、設(shè)備管理的智能化，使各類文檔和設(shè)備能夠按權(quán)限進(jìn)行保存、共享和使用，并提供文檔、設(shè)備的跟蹤和查找，以及可靠的防盜手段。此外還能進(jìn)行車輛管理、分布式辦公、移動(dòng)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(gè)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(nèi)語音、數(shù)據(jù)、圖像的高效傳輸，同時(shí)也保證建筑與外部通信網(wǎng)（如電話公網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星以及廣電網(wǎng)）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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)中的多種無線通信技術(shù)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(yù)防入侵、盜竊、搶劫、破壞、爆炸等違法犯罪活動(dòng)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(bào)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(bào)警系統(tǒng)：如煤氣泄漏報(bào)警，消防報(bào)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(jié)構(gòu)、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(shè)備（各種感應(yīng)器、智能電源等）全面監(jiān)測建筑的環(huán)境和能耗情況，進(jìn)行綜合分