《物聯網概論》總復習課件

《物聯網概論》總復習考試題型及分值單項選擇題（2%*10=20%）填空題（2%*10=20%）簡答題（8%*5=40%）論述題（20%*1=20%）考試時間6月14號（15周周五3：00—5：00）物聯網的定義最初的定義：將各種信息傳感設備（如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置）與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。其目的是讓所有的物品都與網絡連接在一起，方便識別和管理。歐盟定義：將現有的互聯的計算機網絡擴展到互聯的物品網絡。ITU定義：fromanytime,anyplaceconnectivityforanyone,wewillnowhaveconnectivityforanything。物聯網的三大特征全面感知利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息?？煽總鬟f通過無線網絡與互聯網的融合，將物體的信息實時準確地傳遞給用戶。智能處理利用云計算、數據挖掘以及模糊識別等人工智能技術，對海量的數據和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制。感知中國2009年8月溫家寶總理在無錫考察傳感網產業(yè)發(fā)展時明確指示要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術，并且明確要求盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心。物聯網發(fā)展中國的優(yōu)勢我國1999年就啟動了物聯網核心傳感網技術研究，研發(fā)水平處于世界前列；在傳感網領域，我國是標準主導國之一，專利擁有量高；我國是能夠實現物聯網完整產業(yè)鏈的國家之一；我國無線通信網絡和寬帶覆蓋率高，為物聯網的發(fā)展提供了堅實的基礎設施支持；我國已經成為世界第三大經濟體，有較為雄厚的經濟實力支持物聯網發(fā)展。物聯網的應用前景智能物流：現代物流系統(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)等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，并能夠在這個物聯化的物流網絡中實現智能化的物流管理。智能交通：通過在基礎設施和交通工具當中廣泛應用信息、通訊技術來提高交通運輸系統(tǒng)的安全性、可管理性、運輸效能同時降低能源消耗和對地球環(huán)境的負面影響。綠色建筑：物聯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網應用系統(tǒng)，有效的為建筑節(jié)能減排提供有力的支撐。物聯網的應用前景（續(xù)）智能電網：以先進的通信技術、傳感器技術、信息技術為基礎，以電網設備間的信息交互為手段，以實現電網運行的可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好和使用安全為目的的先進的現代化電力系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)測：通過對人類和環(huán)境有影響的各種物質的含量、排放量、以及各種環(huán)境狀態(tài)參數的檢測，跟蹤環(huán)境質量的變化，確定環(huán)境質量水平，為環(huán)境管理、污染治理、防災減災等工作提供基礎信息、方法指引和質量保證。2RFID技術分析RFID系統(tǒng)由五個組件構成，包括：傳送器、接收器、微處理器、天線、標簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起，又統(tǒng)稱為閱讀器(Reader)，所以工業(yè)界經常將RFID系統(tǒng)分為為閱讀器、天線和標簽三大組件。低頻（LF）范圍為30kHz-300kHz，RFID典型低頻工作頻率有125kHz和133kHz兩個，該頻段的波長大約為2500m。低頻標簽一般都為無源標簽，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。天線匝數較多。適用于近距離、低速、數據量小的場合：汽車防盜、酒店門鎖系統(tǒng)、自動停車場收費及管理系統(tǒng)等。低頻RFID特點高頻（HF）范圍為3MHz-30MHz，RFID典型工作頻率為13.56MHz,該頻率的波長大概為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，可以通過腐蝕活著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?？梢酝瑫r讀取多個標簽，數據傳輸率較高。典型應用：圖書管理系統(tǒng)、固定資產管理系統(tǒng)、醫(yī)藥物流系統(tǒng)高頻RFID特點超高頻（UHF）范圍為300MHz-3GHz，3GHz以上為微波范圍。采用超高頻和微波的RFID系統(tǒng)一般統(tǒng)稱為超高頻RFID系統(tǒng)，典型的工作頻率為：433MHz，860-960MHz，2.45GHz，5.8GHz，頻率波長大概在30厘米左右。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4-6米，最大可超過10米。數據傳輸率高，可以在短時內讀取大量的標簽。典型應用：集裝箱管理、航空包裹管理、供應鏈管理超高頻RFID特點基于幀的分時隙ALOHA防沖突算法（FSA，FramedSlottedAloha）思想：在S-ALOHA基礎上，將若干個時隙組織為一幀，閱讀器按照幀為單元進行識別。每幀開始時，Reader廣播幀長度f（時隙個數）每個標簽隨機選擇I[0,f-1]，并存儲在寄存器SN中；Reader啟動新時隙，若Tag的SN值為0則發(fā)送；否則減1若發(fā)送成功，進入休眠狀態(tài)；若沖突，進入等待狀態(tài)，在下幀中重新嘗試。重復上述過程，直到在某幀中Reader沒有收到任何Tag解決FAS算法固定幀的局限性動態(tài)自適應設置幀長度的算法可以解決FAS算法固定幀的局限性。一種根據前一幀通信獲取的空的時隙數目，發(fā)生碰撞的時隙數目和成功識別標簽的時隙數目的數量估計當前的標簽數并設置下一幀的最優(yōu)的長度；另一種根據前一時隙的反饋動態(tài)調整幀長為2的整數倍，這種方法最具代表性的是EPCglobalGen2標準中設計的Q算法。EPC技術EPC系統(tǒng)構成一個完整的EPC工作系統(tǒng)由8部分組成:EPC編碼EPC標簽讀寫器EPCSavantONS服務器PMLEPC-IS服務器InternetGPS：主要優(yōu)缺點優(yōu)點精度高全球覆蓋，可用于險惡環(huán)境缺點啟動時間長(3-5分鐘)室內信號差需要GPS接收機蜂窩基站定位：主要優(yōu)缺點優(yōu)點不需要GPS接收機，可通訊即可定位啟動速度快信號穿透能力強，室內亦可接收到缺點定位精度相對較低基站需要有專門硬件，造價昂貴A-GPS（AssistedGPS）特點GPS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)星的時間全程數十秒7無線連接的特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迅速衰減。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。無線寬帶網絡和有線寬帶網絡的主要區(qū)別在于數據鏈路層和物理層。為什么需要低速網絡協議？物聯網背景下連接的物體，既有智能的也有非智能的。適應物聯網中那些能力較低的節(jié)點低速率低通信半徑低計算能力低能量需要對物聯網中各種各樣的物體進行操作的前提就是先將他們連接起來，低速網絡協議是實現全面互聯互通的前提。8無線傳感網節(jié)點的特點節(jié)點功能小→計算不能太復雜節(jié)點能量少→盡量減少不必要傳輸節(jié)點通信范圍小→需要多跳網絡設計節(jié)點內存小→不可能保存全部路由表節(jié)點工作環(huán)境復雜→高適應性協議8.3

無線傳感網組網：網絡層設計主要特點（無線傳感網絡路由與傳統(tǒng)路由的區(qū)別）無線傳感器網絡中的鏈路是不可靠的無線傳感器節(jié)點的功能和資源極其受限的，使得節(jié)點不能進行很復雜的計算，測量以及維護龐大的路由表。鏈路質量成為影響路由協議性能的重要指標。許多無線傳感器網絡路由協議在其路徑選擇過程中均考慮了鏈路質量。ETX是廣泛使用的路徑選擇指標，可實現無線傳感網典型的鏈路測量方法。ETX：路徑選擇指標ETX：

（ExpectedTransmissionCount），傳輸成功每個包需要的總傳輸次數，一條路徑的ETX越小代表在這條路徑上引起的總傳輸次數最小。Linkthroughput

1/LinkETXETX計算假設鏈路有ACKs和重傳P(TXsuccess)=P(Datasuccess)P(ACKsuccess)LinkETX=1/P(TXsuccess)=1/[P(Datasuccess)P(ACKsuccess)]實際計算ETXP(Datasuccess)measuredfwddeliveryratiorfwdP(ACKsuccess)measuredrevdeliveryratiorrevLinkETX1/(rfwdrrev)CDMA系統(tǒng)CDMA與GSM并列的第二大移動通信系統(tǒng)，也是3G系統(tǒng)的基礎。CDMA可以同時區(qū)分并分離多個同時傳輸的信號。CDMA有以下特點：抗干擾性好抗多徑衰落保密安全性高容量質量之間可以權衡取舍同頻率可在多個小區(qū)內重復使用呼吸效應及解決方案呼吸效應：在CDMA系統(tǒng)中，基站的實際有效覆蓋面積會隨著干擾信號的增強而縮小，反之則會增大。這種覆蓋面積隨用戶數目的增加而收縮的現象為“呼吸效應”。干擾信號同移動用戶的數目是密切相關的；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)，鄰近用戶間自干擾現象明顯，從而降低了實際傳輸速率。TD-SCDMA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。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。TD-CDMA解決的移動通信問題（續(xù)）“遠近效應”：移動通信干擾的另一問題。手機用戶到基站的距離不斷變化；固定的通信功率不僅會造成嚴重的功率過剩，且可能形成有害的電磁輻射。如何解決？動態(tài)調控功率：手機終端依據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。數據庫與物聯網物聯網數據特點：海量性，多態(tài)性，關聯性及語義性關系數據庫系統(tǒng)作為一項有著近半個世紀歷史的數據處理技術，仍可在物聯網中大展拳腳，為物聯網的運行提供支撐。與此同時，結合物聯網應用提出的新需求，數據庫技術也在進行不斷的更新，發(fā)展出新的方向。新興數據庫系統(tǒng)（NoSQL數據庫）針對非關系型、分布式的數據存儲，并不要求數據庫具有確定的表模式，通過避免連接操作提升數據庫性能。關系數據庫系統(tǒng)的缺點缺乏對真實世界實體的有效表達缺乏對復雜查詢的有效處理缺乏對WEB應用的有效支持(允許延遲、高效存儲查詢、并發(fā)存?。㏄age38IPv6地址分類單播地址（UnicastAddress）組播地址（MulticastAddress）任播地址（AnycastAddress）特殊地址地址類型二進制前綴IPv6標識未指定00...0(128bits)::/128環(huán)回地址00...1(128bits)::1/128組播FF00::/8鏈路本地地址1111111010FE80::/10站點本地地址1111111011FEC0::/10全局單播（其他）2000::/3GlobalUnicastAddressesequivalenttopublicIPv4addressesFixedportionsetto001–Thethreehigh-orderbitsaresetto001.Theaddressprefixforcurrentlyassignedglobaladdressesis2000::/3.GlobalRoutingPrefix–Indicatestheglobalroutingprefixforaspecificorganization'ssite.SubnetID–TheSubnetIDisusedwithinanorganization'ssitetoidentifysubnets.InterfaceID–Indicatestheinterfaceonaspecificsubnetwithinthesite.The