物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論 -課件 第2章 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)

技術(shù)導(dǎo)論數(shù)字經(jīng)濟(jì)系列教材第2章

物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)

技術(shù)導(dǎo)論012.1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的層次模型02032.2體系結(jié)構(gòu)的層次2.3關(guān)鍵技術(shù)目錄CONTENTS2.1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的層次模型分層模型分層可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題。各種網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)都是按照分層的思想建立的，最典型的就是國際互聯(lián)網(wǎng)。ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)提出的開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)，是世界范圍內(nèi)各類網(wǎng)絡(luò)互連的標(biāo)準(zhǔn)參考模型。OSI/RM七層體系結(jié)構(gòu)4應(yīng)用層1網(wǎng)絡(luò)接口層2網(wǎng)際層IP(各種應(yīng)用層協(xié)議，如DNS,HTTP,SMTP等)3運(yùn)輸層(TCP或UDP)（這一層并沒有具體內(nèi)容）國際互聯(lián)網(wǎng)的四層TCP/IP體系結(jié)構(gòu)2.1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的層次模型分層模型物聯(lián)網(wǎng)的分層設(shè)計(jì)是按照數(shù)據(jù)流動(dòng)的關(guān)系對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分割。各層間通過標(biāo)準(zhǔn)的接口進(jìn)行互聯(lián)，以便物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)者、設(shè)備廠家、服務(wù)提供商可以專注于本領(lǐng)域的工作。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界迄今并未達(dá)成共識(shí)，但大多參照互聯(lián)網(wǎng)分層的方法提出物聯(lián)網(wǎng)的分層模型。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域當(dāng)前主要有以下幾種典型的分層方法：三層模型六層模型四層模型2.1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的層次模型分層模型-三層模型物聯(lián)網(wǎng)三層模型是當(dāng)前最常見、使用最廣泛的層次模型。其將物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的經(jīng)典三層模型2.1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的層次模型分層模型-六層模型在物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)的基礎(chǔ)上，每層還可以細(xì)分，這樣就產(chǎn)生了物聯(lián)網(wǎng)的六層擴(kuò)展架構(gòu)。六層架構(gòu)包括感知子層、匯聚子層、接入網(wǎng)絡(luò)層、通用網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用業(yè)務(wù)層和應(yīng)用服務(wù)層。其中，感知層包括感知子層和匯聚子層，網(wǎng)絡(luò)層包括接入網(wǎng)絡(luò)層和通用網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層包括應(yīng)用業(yè)務(wù)層和應(yīng)用服務(wù)層。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的六層模型六層擴(kuò)展架構(gòu)三層架構(gòu)應(yīng)用服務(wù)層應(yīng)用層應(yīng)用業(yè)務(wù)層通用網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層接入網(wǎng)絡(luò)層匯聚子層感知層感知子層2.1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的層次模型分層模型-四層模型物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的三層模型，將數(shù)據(jù)處理等功能隱藏到了應(yīng)用層中，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和智能處理等細(xì)節(jié)被屏蔽，其中的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)問題容易被忽略。而六層模型又過于復(fù)雜，不利于技術(shù)描述和應(yīng)用推廣。四層模型的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)分為：感知控制層、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層、支撐服務(wù)層和綜合應(yīng)用層。相對(duì)于經(jīng)典的三層模型，突出了服務(wù)層的作用。本教材按此四層模型架構(gòu)進(jìn)行編排和論述。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的四層模型層次內(nèi)容綜合應(yīng)用層智能工業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能家居、智能安防...支撐服務(wù)層數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)庫、云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、搜索引擎、中間件...網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、行業(yè)專網(wǎng)、接入網(wǎng)、WPAN、WLAN、NB-IoT、Lora...感知控制層RFID、傳感器、二維碼、定位系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、WSN...012.1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的層次模型02032.2體系結(jié)構(gòu)的層次2.3關(guān)鍵技術(shù)目錄CONTENTS2.2體系結(jié)構(gòu)的層次1.感知控制層感知控制層是物聯(lián)網(wǎng)的前端與基礎(chǔ)，相當(dāng)于人的神經(jīng)末梢，負(fù)責(zé)物理世界與信息世界的銜接。其功能是感知周圍環(huán)境或自身的狀態(tài)，并對(duì)獲取的感知信息進(jìn)行初步處理和判決，按照規(guī)則進(jìn)行響應(yīng)，并把中間結(jié)果或最終結(jié)果送往網(wǎng)絡(luò)層。感知層除了用來采集真實(shí)世界的信息外，也可以對(duì)物體進(jìn)行控制。部署在感知層的設(shè)備主要有RFID標(biāo)簽和識(shí)讀器、條碼標(biāo)簽與識(shí)讀器、傳感器、執(zhí)行器、攝像頭、IC卡、光學(xué)標(biāo)簽、智能終端、紅外感應(yīng)器、GPS、智能手機(jī)、機(jī)器人、儀器儀表、內(nèi)置移動(dòng)通信模塊等。2.2體系結(jié)構(gòu)的層次2.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層負(fù)責(zé)感知層與支撐服務(wù)層之間的數(shù)據(jù)傳輸與處理，感知層采集的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心、控制系統(tǒng)等處進(jìn)行處理和存儲(chǔ)；在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)是把傳感器連接成傳感網(wǎng)，然后再通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)（相互連接起來，最后將構(gòu)成一個(gè)全球性的網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)層的信息傳輸可以劃分為兩個(gè)階段：接入網(wǎng)絡(luò)階段和互聯(lián)網(wǎng)傳輸階段。接入網(wǎng)絡(luò)階段：感知層的信息通過短距離通信介質(zhì)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，接入網(wǎng)絡(luò)為來自感知層的數(shù)據(jù)提供到互聯(lián)網(wǎng)的接入手段。互聯(lián)網(wǎng)傳輸階段：通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)浇K端用戶。2.2體系結(jié)構(gòu)的層次3.支撐服務(wù)層支撐服務(wù)層提供物聯(lián)網(wǎng)資源的初始化，監(jiān)測資源的在線運(yùn)行狀況，協(xié)調(diào)多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)資源之間的工作，實(shí)現(xiàn)跨域資源間的交互、共享、調(diào)度；支撐服務(wù)層利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)與平臺(tái)，為感知數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分析提供支撐服務(wù)，實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的語義理解、推理、決策，以及提供數(shù)據(jù)的查詢，存儲(chǔ)，分析挖掘等功能。海量感知信息的計(jì)算與處理是物聯(lián)網(wǎng)的支撐核心。支撐服務(wù)層利用云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)海量感知數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)組織與管理。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，終端數(shù)量的增長，借助云計(jì)算處理海量信息，進(jìn)行輔助決策，可有效提升物聯(lián)網(wǎng)的信息處理能力。2.2體系結(jié)構(gòu)的層次4.綜合應(yīng)用層綜合應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的數(shù)據(jù)，為用戶提供多種不同類型的服務(wù)，輔助用戶做出正確的控制和決策，實(shí)現(xiàn)智能化的管理應(yīng)用；可劃分為兩個(gè)子層：一個(gè)是應(yīng)用業(yè)務(wù)子層；另一個(gè)是應(yīng)用服務(wù)子層。應(yīng)用業(yè)務(wù)子層主要進(jìn)行與業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，完成跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能，應(yīng)用服務(wù)子層主要是為終端用戶提供所需要的服務(wù)程序；物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型（如物流監(jiān)控、污染監(jiān)控）、查詢型（如智能檢索、遠(yuǎn)程抄表）、控制型（如智能交通、智能工業(yè)）、掃描型（手機(jī)錢包、高速公路不停車收費(fèi)ETC）等。應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的。利用感知、傳輸、處理后的信息，構(gòu)建面向各行業(yè)實(shí)際應(yīng)用的管理平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)，這是物聯(lián)網(wǎng)的終極追求。012.1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的層次模型02032.2體系結(jié)構(gòu)的層次2.3關(guān)鍵技術(shù)目錄CONTENTS2.3關(guān)鍵技術(shù)感知控制層關(guān)鍵技術(shù)RFID標(biāo)簽與應(yīng)用傳感器應(yīng)用感知數(shù)據(jù)融合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件編程智能硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)位置定位方法與位置服務(wù)基于位置服務(wù)技術(shù)與應(yīng)用2.3關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)終端設(shè)備接入技術(shù)移動(dòng)通信網(wǎng)4G/5G技術(shù)M2M與WMMP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)管理與應(yīng)用技術(shù)2.3關(guān)鍵技術(shù)支撐服務(wù)層關(guān)鍵技術(shù)中間件技術(shù)并行計(jì)算