物聯(lián)網技術-第1章劉化君-緒論

《物聯(lián)網技術》課件

第1章緒論2024年2月28日電子工業(yè)出版社劉化君劉傳清編著《物聯(lián)網技術》教材配套課件12024年2月28日第1章緒論

1.1何謂物聯(lián)網1.2物聯(lián)網的體系結構1.2.1物聯(lián)網的自主體系結構1.2.2物聯(lián)網的EPC體系結構1.2.3物聯(lián)網的UID技術體系架構1.2.4架構物聯(lián)網體系結構的建議1.3物聯(lián)網系統(tǒng)的基本組成1.3.1物聯(lián)網硬件平臺組成1.3.2物聯(lián)網軟件平臺組成1.4物聯(lián)網的關鍵技術1.4.1節(jié)點感知技術1.4.2節(jié)點組網及通信網絡技術1.4.3數據融合與智能技術1.4.4云計算1.5物聯(lián)網應用及發(fā)展1.5.1物聯(lián)網的主要應用領域1.5.2物聯(lián)網技術發(fā)展2024年2月28日1.1何謂物聯(lián)網1.物聯(lián)網概念的提出從“智慧地球”的理念到“感知中國”的提出，隨著全球一體化、工業(yè)自動化和信息化進程的不斷深入，物聯(lián)網(InternetofThings,IOT)悄然來臨。什么是物聯(lián)網？在不同的階段從不同的角度出發(fā)對物聯(lián)網就有了不同的理解、解釋。目前，有關物聯(lián)網定義的爭議還在進行之中，尚不存在一個世界范圍內認可的權威定義。2024年2月28日2.物聯(lián)網的不同定義（1）物聯(lián)網的定義物聯(lián)網是通過各種信息傳感設備及系統(tǒng)（傳感網、射頻識別、紅外感應器、激光掃描器等）、條碼與二維碼、全球定位系統(tǒng)，按約定的通信協(xié)議，將物與物、人與物、人與人連接起來，通過各種接入網、互聯(lián)網進行信息交換，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種信息網絡。這個定義的核心是，物聯(lián)網的主要特征是每一個物件都可以尋址，每一個物件都可以控制，每一個物件都可以通信。2024年2月28日2.物聯(lián)網的不同定義物聯(lián)網的這個定義包含了以下3個主要含義：1）物聯(lián)網是指對具有全面感知能力的物體及人的互聯(lián)集合。兩個或兩個以上物體如果能交換信息即可稱為物聯(lián)。使物體具有感知能力需要在物品上裝置不同類型的識別裝置，譬如電子標簽、條碼與二維碼等，或通過傳感器、紅外感應器等感知其存在。同時，這一概念也排除了網絡系統(tǒng)中的主從關系，能夠自組織。2）物聯(lián)必須遵循約定的通信協(xié)議，并通過相應地軟、硬件實現(xiàn)。互聯(lián)的物品要互相交換信息就需要實現(xiàn)不同系統(tǒng)中的實體的通信。為了成功地通信，它們必須遵守相關的通信協(xié)議，同時需要相應的軟件、硬件來實現(xiàn)這些規(guī)則，并可以通過現(xiàn)有的各種接入網與互聯(lián)網進行信息交換。3）物聯(lián)網可以實現(xiàn)對各種物品（包括人）進行智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能。這也是組建物聯(lián)網的目的。2024年2月28日（2）有關物聯(lián)網的其它定義1）麻省理工學院（MIT）最早提出的物聯(lián)網概念。早在1999年，MIT的Auto-ID研究中心首先提出：把所有物品通過射頻識別(RFID)和條碼等信息傳感設備與互聯(lián)網連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。這種表述的核心是RFID技術和互聯(lián)網的綜合應用。RFID標簽可謂是早期物聯(lián)網最為關鍵的技術與產品，當時認為物聯(lián)網最大規(guī)模、最有前景的應用就是在零售和物流領域。利用RFID技術，通過計算機互聯(lián)網實現(xiàn)物品(商品)的自動識別、互聯(lián)與信息資源共享。2024年2月28日2）國際電信聯(lián)盟(ITU)對物聯(lián)網的定義。2005年，國際電信聯(lián)盟(ITU)在《TheInternetofThings》報告中對物聯(lián)網概念進行了擴展，提出了任何時刻、任何地點、任意物體之間的互聯(lián)，無所不在的網絡和無所不在計算的發(fā)展愿景，如圖1-1所示。該圖顯示：IOT是在任何時間、環(huán)境、任何物品、人、企業(yè)、商業(yè)、采用任何通信方式（包括匯聚、連接、收集、計算等），以滿足提供的任何服務。按照ITU給出的這個定義,物聯(lián)網主要解決物品到物品(ThingtoThing，T2T)、人到物品(HumantoThing,H2T)、,人到人(HumantoHuman，H2H)之間的互聯(lián)。這里與傳統(tǒng)互聯(lián)網最大的區(qū)別是,H2T是指人利用通用裝置與物品之間的連接,H2H是指人之間不依賴于個人計算機而進行的互聯(lián)。需要利用物聯(lián)網才能解決的是傳統(tǒng)意義上的互聯(lián)網沒有考慮的、對于任何物品連接的問題。2024年2月28日圖1-1ITU物聯(lián)網示意圖2024年2月28日3）歐洲智能系統(tǒng)集成技術平臺(EPoSS)報告對物聯(lián)網的闡釋。2008年5月27日，歐洲智能系統(tǒng)集成技術平臺(EPoSS)在發(fā)布的《InternetofThingsin2020》報告中，分析預測了物聯(lián)網的發(fā)展趨勢。該報告認為：由具有標識、虛擬個性的物體/對象所組成的網絡，這些標識和個性等信息在智能空間使用智慧的接口與用戶、社會和環(huán)境進行通信。顯然，對物聯(lián)網的這個闡釋說明RFID和相關的識別技術是未來物聯(lián)網的基石，側重了RFID的應用及物體的智能化。2024年2月28日4）歐盟第7框架下RFID和物聯(lián)網研究項目組對物聯(lián)網給出的解釋。歐盟第7框架下RFID和物聯(lián)網研究項目組對RFID和物聯(lián)網進行了比較系統(tǒng)的研究后，在2009年9月15日發(fā)布的研究報告中指出：物聯(lián)網是未來互聯(lián)網的一個組成部分，可以被定義為基于標準的和交互通信協(xié)議的且具有自配置能力的動態(tài)全球網絡基礎設施，在物聯(lián)網內物理和虛擬的“物件”具有身份、物理屬性、擬人化等特征，它們能夠被一個綜合的信息網絡所連接。2024年2月28日（2）無線傳感網的概念無線傳感網（WirelessSensorNetwork，WSN）簡稱為傳感網。傳感網是由若干具有無線通信與計算能力的感知節(jié)點，以網絡為信息傳遞載體，實現(xiàn)對物理世界的全面感知而構成的自組織分布式網絡。傳感網的突出特征是采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提升對物質世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。2024年2月28日傳感網的這個定義包含了以下3個主要含義：1）傳感網的感知節(jié)點包含有傳感器節(jié)點（SensorNode）、匯聚節(jié)點（SinkNode）和管理節(jié)點，且必須具備無線通信與計算能力。2）大量傳感器節(jié)點隨機部署在感知區(qū)域（SensorField）內部或附近，這些節(jié)點能通過自組織方式構成分布式網絡。3）傳感器節(jié)點感知的數據沿其它傳感器節(jié)點逐跳進行傳輸，在經過多跳路由后到達匯聚節(jié)點，最后可通過互聯(lián)網或其他通信網絡傳輸到管理節(jié)點。傳感網擁有者通過管理節(jié)點對傳感網進行配置和管理，收集監(jiān)測數據及發(fā)布監(jiān)測控制任務，實現(xiàn)智能化的決策和控制。協(xié)作地感知、采集、處理、發(fā)布感知信息是傳感網的基本功能。2024年2月28日（3）泛在網絡泛在網絡(UbiquitousNetwork)的概念來自于日韓提出的U戰(zhàn)略，所給出的定義是：無所不在的網絡社會將是由智能網絡、最先進的計算技術以及其它領先的數字技術基礎設施武裝而成的技術社會形態(tài)。根據這樣的構想，泛在網絡將以“無所不在”、“無所不包”、“無所不能”為基本特征，幫助人類在任何時間、任何地點，實現(xiàn)任何人、任何物品之間的順暢通信。泛在網也被稱為“網絡的網絡”，是面向泛在應用的各種異構網絡的集合。2024年2月28日3.對物聯(lián)網內涵的進一步理解（1）物聯(lián)網產生的主要原因1）經濟危機催生新產業(yè)革命。2）傳感網技術已成熟應用。3）網絡接入和數據處理能力已基本適應多媒體信息傳輸處理需求。2024年2月28日從技術層面上看，物聯(lián)網是指物體通過智能感知裝置，經過傳輸網絡，到達指定數據處理中心，實現(xiàn)人與人、物與物、人與物之間信息交互與處理的智能化網絡。如果將傳感器的概念進一步擴展，把射頻識別、二維條碼等信息的讀取設備、音視頻錄入設備等數據采集設備都認為是一種傳感器，并提升到智能感知水平，則范圍擴展后的傳感網絡也可以認識是物聯(lián)網。（2）技術層面的認識2024年2月28日從ITU-T、ISO/IECJTC1SC6等國際標準組織對傳感網絡、物聯(lián)網定義和標準化范圍來看，傳感網與物聯(lián)網是一個概念的兩種不同表述，都是依托各種信息設備實現(xiàn)物理世界和信息世界的無縫融合。此外，也有觀點認為物聯(lián)網是從產業(yè)和應用角度，傳感網是從技術角度對同一事物的不同表述，其實質沒有什么區(qū)別?？梢姛o論從哪個角度，都可以認為目前為人所熟知的“物聯(lián)網”和“傳感網”均是以智能傳感器、RFID等客觀世界標識和感知技術，借助于無線通信技術、互聯(lián)網、移動通信網絡等實現(xiàn)人與物理世界的信息交互。2024年2月28日（3）從應用的角度理解從應用的角度來看，物聯(lián)網主要是在提升數據傳送效率、改善民生、提高生產率、降低企業(yè)管理成本等方面發(fā)揮重要作用。譬如，就電信運營的產業(yè)鏈而言，物聯(lián)網的內涵主要是基于特定的終端，以有線或無線（IP/CDMA）等為接入手段，為集團和家庭客戶提供機器到機器、機器到人的解決方案，滿足客戶對生產過程/家居生活監(jiān)控、指揮調度、遠程數據采集和測量、遠程診斷等方面的信息化需求。2024年2月28日（4）物聯(lián)網與其它網絡之間的關系物聯(lián)網是一種關于人與物、物與物廣泛互聯(lián)，實現(xiàn)人與客觀世界進行信息交互的信息網絡；傳感網是利用傳感器作為節(jié)點，以專門的無線通信協(xié)議實現(xiàn)物品之間連接的自組織網絡；泛在網是面向泛在應用的各種異構網絡的集合，強調是跨網之間的互聯(lián)互通和數據融合/聚類與應用；互聯(lián)網是指通過TCP/IP協(xié)議將異種計算機網絡連接起來實現(xiàn)資源共享的網絡技術，實現(xiàn)的是人與人之間的通信。2024年2月28日物聯(lián)網與現(xiàn)存的其它網絡，如傳感網、互聯(lián)網、泛在網絡以及其它網絡通信技術之間的關系圖。圖1-2物聯(lián)網與其它網絡之間的關系2024年2月28日4.物聯(lián)網的基本屬性①全面感知：利用RFID、傳感器、二維碼等智能感知設施，可隨時隨地感知、獲取物體的信息；②可靠傳輸：通過各種信息網絡與計算機網絡的融合，將物體的信息實時準確地傳送到目的地；③智能處理：利用數據融合及處理、云計算等各種計算技術，對海量的分布式數據信息進行分析、融合和處理，向用戶提供信息服務；④自動控制：利用模糊識別等智能控制技術對物體實施智能化控制和利用。2024年2月28日4.物聯(lián)網的基本屬性圖

1-3物理、數字、虛擬世界和社會互動共生2024年2月28日5.物聯(lián)網的主要類型按照物聯(lián)網的用戶范圍不同，可將其分為公用物聯(lián)網和專用物聯(lián)網。公用物聯(lián)網是指為滿足大眾生活和信息需求提供物聯(lián)網服務的網絡；專用物聯(lián)網是指滿足企業(yè)、團體或個人特色應用，有針對性地提供專業(yè)性業(yè)務應用的物聯(lián)網。專用物聯(lián)網可以利用公用網絡（如計算機互聯(lián)網）、專網（局域網、企業(yè)網絡或公用網中的專享資源）等進行數據傳輸。也可以按照網絡的隸屬關系及管理權限等因素劃分。2024年2月28日按照接入網絡的復雜程度，物聯(lián)網可分為簡單接入和多跳接入網絡。簡單接入是指在感知設施獲取信息后直接通過有線或無線方式將數據直接發(fā)送至承載網絡。目前RFID讀寫設備主要采用簡單接入方式；簡單接入方式可用于終端設備分散、數據量較小的應用場合。多跳接入是指利用傳感網（WSN）技術，將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，根據環(huán)境的變化，自主地完成網絡自適應組織和數據的傳送。由于節(jié)點間距離較短，一般多采用多跳方式進行通信。而后傳感網絡將數據通過接入網關傳送到承載網絡。多跳接入方式適用于終端設備相對集中、終端與網絡間數據傳輸量較小的場合。采用多跳接入方式可以降低末端感知節(jié)點、接入網和承載網絡的建設投資和應用成本，提升接入網絡的健壯性。2024年2月28日若按照應用類型進行劃分，有數據采集應用、自動化控制應用、日常便利性應用以及定位類應用等物聯(lián)網。2024年2月28日1.2物聯(lián)網的體系結構物聯(lián)網作為新興的信息網絡技術，將會對IT產業(yè)發(fā)展起到巨大推動作用。然而，由于物聯(lián)網尚處在起步階段，還沒有一個廣泛認同的體系結構。在公開發(fā)表物聯(lián)網應用系統(tǒng)的同時,很多研究人員也提出了若干物聯(lián)網體系結構,例如物品萬維網的(WebofThings,WoT)體系結構,它定義了一種面向應用的物聯(lián)網,把萬維網服務嵌入到系統(tǒng)中,可以采用簡單的萬維網服務形式使用物聯(lián)網。這是一個以用戶為中心的物聯(lián)網體系結構,試圖把互聯(lián)網中成功的、面向信息獲取的萬維網結構移植到物聯(lián)網上,用于物聯(lián)網的信息發(fā)布、檢索和獲取。當前，較具代表性的物聯(lián)網架構有歐美支持的EPCGlobal物聯(lián)網體系架構和日本的UbiquitousID(UID)物聯(lián)網系統(tǒng)等。我國也積極參與了物聯(lián)網體系結構的研究,正在積極制訂符合社會發(fā)展實際情況的物聯(lián)網標準和架構。2024年2月28日1.2.1物聯(lián)網的自主體系結構GuyPujolle提出的一種采用自主通信技術的物聯(lián)網自主體系結構，如圖1-4所示。所謂自主通信是指以自主件(SelfWare)為核心的通信,自主件在端到端層次以及中間節(jié)點,執(zhí)行網絡控制面已知的或者新出現(xiàn)的任務,自主件可以確保通信系統(tǒng)的可進化特性。圖1-4物聯(lián)網的一種自主體系結構2024年2月28日物聯(lián)網的這種自主體系結構由數據面、控制面、知識面和管理面4個面組成。數據面主要用于數據分組的傳送?？刂泼嫱ㄟ^向數據面發(fā)送配置信息,優(yōu)化數據面的吞吐量，提高可靠性。知識面是最重要的一個面，它提供整個網絡信息的完整視圖,并且提煉成為網絡系統(tǒng)的知識,用于指導控制面的適應性控制。管理面用于協(xié)調數據面、控制面和知識面的交互,提供物聯(lián)網的自主能力。2024年2月28日1.2.2物聯(lián)網的EPC體系結構美國統(tǒng)一代碼協(xié)會(UCC)的支持下，提出要在計算機互聯(lián)網的基礎上，利用RFID、無線通信技術，構造一個覆蓋世界萬物的系統(tǒng)，同時還提出了電子產品代碼(ElectronicProductCode，EPC)的概念。即每一個對象都將賦予一個惟一的EPC，并由采用射頻識別技術的信息系統(tǒng)管理，彼此聯(lián)系；數據傳輸和數據儲存由EPC網絡來處理。EPCGlobal對于物聯(lián)網的描述是，一個物聯(lián)網主要由EPC編碼體系、射頻識別系統(tǒng)及信息網絡系統(tǒng)三個部分組成。2024年2月28日物聯(lián)網實現(xiàn)的是全球物品的信息實時共享。顯然，首先要做的是實現(xiàn)全球物品的統(tǒng)一編碼，即對在地球上任何地方生產出來的任何一件物品，都要給它打上電子標簽。在這種電子標簽攜帶有一個電子產品編碼，并且全球惟一。電子標簽代表了該物品的基本識別信息，譬如，表示“A公司于B時間在C地點生產的D類產品的第E件”。目前，歐美支持的EPC編碼和日本支持的UID（UbiquitousIdentification）編碼是兩種常見的電子產品編碼體系。1．EPC編碼體系2024年2月28日2．射頻識別系統(tǒng)射頻識別系統(tǒng)包括EPC標簽和讀寫器。EPC標簽是編號（每一個商品惟一的號碼，即牌照)的載體，當EPC標簽貼在物品上或內嵌在物品中時，該物品與EPC標簽中的產品電子代碼就建立起了一對一的映射關系。EPC標簽從本質上來說是一個電子標簽，通過RFID讀寫器可以對EPC標簽內存信息進行讀取。這個內存信息通常就是產品電子代碼。產品電子代碼經讀寫器報送給物聯(lián)網中間件，經處理后存儲在分布式數據庫中。用戶查詢物品信息時只要在網絡瀏覽器的地址欄中，輸入物品名稱、生產商、供貨商等數據，就可以實時獲悉物品在供應鏈中的狀況。目前，與此相關的標準已制訂，包括電子標簽的封裝標準，電子標簽和讀寫器間數據交互標準等。2024年2月28日3．EPC信息網絡系統(tǒng)1）EPC中間件。EPC中間件通常指一個通用平臺和接口，是連接RFID讀寫器和信息系統(tǒng)的紐帶。它主要用于實現(xiàn)RFID讀寫器和后端應用系統(tǒng)之間信息交互、捕獲實時信息和事件，或向上傳送給后端應用數據庫軟件系統(tǒng)以及ERP系統(tǒng)等，或向下傳送給RFID讀寫器。2）發(fā)現(xiàn)服務（DiscoveryService）。EPC信息發(fā)現(xiàn)服務包括對象名稱解析服務（ObjectNamingService，ONS）以及配套服務，基于電子產品代碼，獲取EPC數據訪問通道信息。目前，根ONS系統(tǒng)和配套的發(fā)現(xiàn)服務系統(tǒng)由EPCGlobal委托Verisign公司進行運維，其接口標準正在形成之中。3）EPC信息服務（EPCInformationService，EPCIS）。EPCIS即EPC系統(tǒng)的軟件支持系統(tǒng)，用以實現(xiàn)最終用戶在物聯(lián)網環(huán)境下交互EPC信息。關于EPCIS的接口和標準也正在制訂中。2024年2月28日一個EPC物聯(lián)網體系架構主要由EPC編碼、EPC標簽及RFID讀寫器、中間件系統(tǒng)、ONS服務器和EPCIS服務器等部分構成，如圖1-6所示。圖1-6EPC物聯(lián)網體系架構示意圖2024年2月28日RFID讀寫器從含有一個EPC或一系列EPC的標簽上讀取物品的電子代碼，然后將讀取的物品電子代碼送到中間件系統(tǒng)中進行處理。當讀取的數據量較大而中間件系統(tǒng)處理不及時的時候，可應用ONS來儲存部分讀取數據。中間件系統(tǒng)以該EPC數據為信息源，在本地ONS服務器獲取包含該產品信息的EPC信息服務器的網絡地址。當本地ONS不能查閱到EPC編碼所對應的EPC信息服務器地址時,向遠程ONS發(fā)送解析請求，獲取物品的對象名稱；繼而通過EPC信息服務的各種接口獲得物品信息的各種相關服務。整個EPC網絡系統(tǒng)借助計算機互聯(lián)網系統(tǒng)，利用在互聯(lián)網基礎上發(fā)展產生的通信協(xié)議和描述語言而運行。因此，也可以說物聯(lián)網是架構在互聯(lián)網基礎上的關于各種物理產品信息服務的總和。2024年2月28日1.2.3物聯(lián)網的UID技術體系鑒于日本在電子標簽方面的發(fā)展，早在20世紀80年代中期就提出了實時嵌入式系統(tǒng)（TRON），其中的T-Engine是其體系的核心。在T－Engine論壇領導下,泛在ID中心設立在東京大學,于2003年3月成立,并得到日本政府以及大企業(yè)的支持,目前包括微軟、索尼、三菱、日立、日電、東芝、夏普、富士通、NTT、DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等諸多企業(yè)。組建UID中心的目的是為了建立和普及自動識別“物品”所需的基礎性技術,實現(xiàn)“計算無處不在”的理想環(huán)境。2024年2月28日1.2.3物聯(lián)網的UID技術體系UID是一個開放性的技術體系，由泛在識別碼(uCode)、泛在通信器、信息系統(tǒng)服務器和uCode解析服務器等部分構成。UID使用uCode作為現(xiàn)實世界物品和場所的標識,UC從uCode電子標簽中讀取uCode獲取這些設施的狀態(tài),并控制它們,UC類似于PDA終端。UID可廣泛應用于多種產業(yè)行業(yè)，它能將現(xiàn)實世界用uCode標簽的物品、場所等各種實體與虛擬世界中存儲在信息服務器中的各種相關信息聯(lián)系起來,實現(xiàn)物物互聯(lián)。2024年2月28日1.2.4構建物聯(lián)網體系結構的建議物聯(lián)網概念的問世,打破了傳統(tǒng)的思維模式。在提出物聯(lián)網概念之前，一直是將物理基礎設施和IT基礎設施分開：一方面是機場、公路、建筑物,而另一方面是數據中心,個人計算機、寬帶等。在物聯(lián)網時代,將把鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎設施。在這種意義上的基礎設施就像是一塊新的地球工地,世界在它上面運轉,包括經濟管理、生產運行、社會管理以及個人生活等。研究物聯(lián)網的體系結構,首先需要明確架構物聯(lián)網體系結構的基本原則，以便在已有物聯(lián)網體系結構的基礎之上，形成參考標準。2024年2月28日1.物聯(lián)網體系結構架構原則1）多樣性原則。物聯(lián)網體系結構須根據物聯(lián)網的服務類型、節(jié)點的不同，分別設計多種類型的體系結構，不能也沒有必要建立起惟一的標準體系結構。2)時空性原則。物聯(lián)網尚在發(fā)展之中，其體系結構應能滿足在時間、空間和能源方面的需求。3)互聯(lián)性原則。物聯(lián)網體系結構需要平滑地與互聯(lián)網實現(xiàn)互聯(lián)互通，如果試圖另行設計一套互聯(lián)通信協(xié)議及其描述語言將是不現(xiàn)實的。4)擴展性原則。對于物聯(lián)網體系結構的架構，應該具有一定的擴展性，以便最大限度地利用現(xiàn)有網絡通信基礎設施，保護已投資利益。5)安全性原則。物物互聯(lián)之后，物聯(lián)網的安全性將比計算機互聯(lián)網的安全性更為重要，因此物聯(lián)網的體系結構應能夠防御大范圍內的網絡攻擊。6)健壯性原則。聯(lián)網體系結構應具備相當好的健壯性和可靠性。2024年2月28日2.一種實用的層次性物聯(lián)網體系結構圖1-7物聯(lián)網體系結構示意圖2024年2月28日（1）感知層感知層主要功能是信息感知與采集，主要包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、各種傳感器、視頻攝像頭等。如溫度感應器、聲音感應器、振動感應器、壓力感應器等，完成物聯(lián)網應用的數據感知和設施控制。2024年2月28日（2）接入層接入層由基站節(jié)點或匯聚節(jié)點（Sink）和接入網關（AccessGateway）等組成，完成末梢各節(jié)點的組網控制和數據融合、匯聚，或完成向末梢節(jié)點下發(fā)信息的轉發(fā)等功能。也就是在末梢節(jié)點之間完成組網后，如果末梢節(jié)點需要上傳數據，則將數據發(fā)送給基站節(jié)點，基站節(jié)點收到數據后，通過接入網關完成和承載網絡的連接；當應用層需要下傳數據時，接入網關收到承載網絡的數據后，由基站節(jié)點將數據發(fā)送給末梢節(jié)點，從而完成末梢節(jié)點與承載網絡之間的信息轉發(fā)和交互。接入層的功能主要由傳感網(指由大量各類傳感器節(jié)點組成的自治網絡)來承擔。2024年2月28日（3）網絡層網絡層是核心承載網絡，承擔物聯(lián)網接入層與應用層之間的數據通信任務。它主要包括現(xiàn)行的通信網絡，如2G、3G/B3G、4G移動通信網，或者是互聯(lián)網、WiFi、WiMAX、無線城域網（WirelessMetropolitanAreaNetwork，WMAN）、企業(yè)專用網等。2024年2月28日（4）應用層應用層由各種應用服務器組成（包括數據庫服務器），主要功能包括對采集數據的匯聚、轉換、分析，以及用戶層呈現(xiàn)的適配和事件觸發(fā)等。對于信息采集，由于從末梢節(jié)點獲取了大量原始數據，且這些原始數據對于用戶來說只有經過轉換、篩選、分析處理后才有實際價值。這些應用服務器根據用戶的呈現(xiàn)設備完成信息呈現(xiàn)的適配，并根據用戶的設置觸發(fā)相關的通告信息。同時當需要完成對末梢節(jié)點控制時，應用層還能完成控制指令生成和指令下發(fā)控制。應用層要為用戶提供物聯(lián)網應用UI接口，包括用戶設備（如PC、手機）、客戶端瀏覽器等。除此之外，應用層還包括物聯(lián)網管理中心、信息中心等利用下一代互聯(lián)網的能力對海量數據進行智能處理的云計算功能。2024年2月28日1.3物聯(lián)網系統(tǒng)的基本組成計算機互聯(lián)網可以把世界上不同角落、不同國家的人們通過計算機緊密地聯(lián)系在一起，而采用感知識別技術的物聯(lián)網也可以把世界上所有不同國家、地區(qū)的物品聯(lián)系在一起，彼此之間可以互相“交流”數據信息，從而形成一個全球性物物相互聯(lián)系的智能社會。從不同的角度看物聯(lián)網會有多種類型，不同類型的物聯(lián)網其軟硬件平臺組成也會有所不同。從其系統(tǒng)組成來看，可以把它分為軟件平臺和硬件平臺兩大系統(tǒng)。2024年2月28日1.3.1物聯(lián)網硬件平臺組成物聯(lián)網是以數據為中心的面向應用的網絡，主要完成信息感知、數據處理、數據回傳，以及決策支持等功能，其硬件平臺可由傳感網、承載網和信息服務系統(tǒng)等幾個大的部分組成。圖

1-8物聯(lián)網硬件平臺示意圖2024年2月28日1.感知節(jié)點感知節(jié)點由各種類型的采集和控制模塊組成，如溫度傳感器、聲音傳感器、振動傳感器、壓力傳感器、RFID讀寫器、二維碼識讀器等，完成物聯(lián)網應用的數據采集和設備控制等功能。感知節(jié)點的組成包括4個基本單元：傳感單元（由傳感器和模數轉換功能模塊組成，如RFID、二維碼識讀設備、溫感設備）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構成，包括CPU微處理器、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等）、通信單元（由無線通信模塊組成，實現(xiàn)末梢節(jié)點間、以及與會聚節(jié)點的通信）、以及電源/供電部分。感知節(jié)點綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、智能組網技術及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網絡以多跳中繼方式將所感知信息傳送到接入層的基站節(jié)點和接入網關，最終到達信息應用服務系統(tǒng)。2024年2月28日2.末稍網絡末稍網絡即接入網絡，包括匯聚節(jié)點、接入網關等，完成應用末稍感知節(jié)點的組網控制和數據匯聚，或完成向感知節(jié)點發(fā)送數據的轉發(fā)等功能。也就是在感知節(jié)點之間組網之后，如果感知節(jié)點需要上傳數據，則將數據發(fā)送給會聚節(jié)點（基站），會聚節(jié)點收到數據后，通過接入網關完成和承載網絡的連接；當用戶應用系統(tǒng)需要下發(fā)控制信息時，接入網關接收到承載網絡的數據后，由會聚節(jié)點將數據發(fā)送給感知節(jié)點，完成感知節(jié)點與承載網絡之間的數據轉發(fā)和交互功能。感知節(jié)點與末稍網絡承擔物聯(lián)網的信息采集和控制任務，構成傳感網，實現(xiàn)傳感網的功能。2024年2月28日3.核心承載網絡核心承載網絡可以有很多種，主要承擔接入網與信息服務系統(tǒng)之間的數據通信任務。根據具體應用需要，承載網絡可以是公共通信網，譬如2G、3G、4G移動通信網、WiFi、WiMAX、互聯(lián)網，以及企業(yè)專用網，甚至是新建的專用于物聯(lián)網的通信網。2024年2月28日4.信息服務系統(tǒng)硬件設施物聯(lián)網信息服務系統(tǒng)硬件設施由各種應用服務器（包括數據庫服務器）組成，還包括用戶設備（如PC、手機）、客戶端等。主要是對采集數據的融合/匯聚、轉換、分析，以及用戶呈現(xiàn)的適配和事件的觸發(fā)等。對于信息采集，由于從感知節(jié)點獲取大量的原始數據，并且這些原始數據對于用戶來說只有經過轉換、篩選、分析處理后才有實際價值。對這些有實際價值的信息，由服務器根據用戶端設備進行信息呈現(xiàn)的適配，并根據用戶的設置觸發(fā)相關的通知信息；當需要對末端節(jié)點進行控制時，信息服務系統(tǒng)硬件設施生成控制指令，并發(fā)送進行控制。針對不同的應用將設置不同的應用服務器。2024年2月28日1.3.2

物聯(lián)網軟件平臺組成一般說來，物聯(lián)網軟件平臺建立在分層的通信協(xié)議體系之上，通常包括數據感知系統(tǒng)軟件、中間件系統(tǒng)軟件、網絡操作系統(tǒng)包括嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網管理及信息中心（包括機構物聯(lián)網管理中心、國家物聯(lián)網管理中心、國際物聯(lián)網管理中心及其信息中心）的管理信息系統(tǒng)(MIS)等。2024年2月28日1．數據感知系統(tǒng)軟件數據感知系統(tǒng)軟件主要完成物品的識別和物品EPC碼的采集和處理，主要由企業(yè)生產的物品、物品電子標簽、傳感器、讀寫器、控制器、物品代碼（EPC）等部分組成。存儲有EPC碼的電子標簽在經過讀寫器的感應區(qū)域時，物品EPC碼會自動被讀寫器捕獲，從而實現(xiàn)EPC信息采集的自動化，采集的數據交由上位機信息采集軟件進行進一步處理，如數據校對、數據過濾、數據完整性檢查等，這些經過整理的數據可以為物聯(lián)網中間件、應用管理系統(tǒng)使用。對于物品電子標簽國際上多采用EPC標簽，用PML語言來標記每一個實體和物品。2024年2月28日2．物聯(lián)網中間件系統(tǒng)軟件中間件是位于數據感知設施（讀寫器）與在后臺應用軟件之間的一種應用系統(tǒng)軟件。

一般，物聯(lián)網中間件系統(tǒng)包含有讀寫器接口、事件管理器、應用程序接口、目標信息服務和對象名解析服務等功能模塊。2024年2月28日3．網絡操作系統(tǒng)物聯(lián)網通過互聯(lián)網實現(xiàn)物理世界中的任何物品的互聯(lián)，在任何地方、任何時間可識別任何物品，使物品成為附有動態(tài)信息的“智能產品”，并使物品信息流和物流完全同步，從而為物品信息共享提供一個高效、快捷的網絡通信及云計算平臺。2024年2月28日4．物聯(lián)網信息管理系統(tǒng)物聯(lián)網也要管理，類似于互聯(lián)網上網絡管理。目前，物聯(lián)網大多數是基于SMNP建設的管理系統(tǒng)，這與一般的網絡管理類似。重要的是提供名稱解析服務（ONS）。名稱解析服務類似與互聯(lián)網的DNS，要有授權，并且有一定的組成架構。它能把每一種物品的編碼進行解析，在通過URLs服務獲得相關物品的進一步信息。2024年2月28日1.4物聯(lián)網的關鍵技術物聯(lián)網技術涵蓋了從信息獲取、傳輸、存儲、處理直至應用的全過程，在材料、器件、軟件、網絡、系統(tǒng)各個方面都要有所創(chuàng)新才能會促進其發(fā)展。國際電信聯(lián)盟報告提出，物聯(lián)網主要需要4項關鍵性應用技術：①標簽物品的RFID技術；②感知事物的傳感網絡技術（Sensortechnologies）；③思考事物的智能技術（Smarttechnologies）；④微縮事物的納米技術（Nanotechnology）。顯然這是側重了物聯(lián)網的末梢網絡。歐盟《物聯(lián)網研究路線圖》將物聯(lián)網研究劃分為10個層面：①感知，ID發(fā)布機制與識別；②物聯(lián)網宏觀架構；③通信（OSI物理與數據鏈路層）；④組網（OSI網絡層）；⑤軟件平臺、中間件（OSI網絡層以上）；⑥硬件；⑦情報提煉；⑧搜索引擎；⑨能源管理；⑩安全。當然這些都是物聯(lián)網研究的內容，但對于實現(xiàn)物聯(lián)網而言略顯重點不夠突出。2024年2月28日1.4.1節(jié)點感知技術節(jié)點感知技術是實現(xiàn)物聯(lián)網的基礎。它包括用于對物質世界進行感知識別的電子標簽、新型傳感器、智能化傳感網節(jié)點技術等。1.電子標簽在感知技術中，電子標簽用于對采集點信息進行標準化標識，通過射頻識別讀寫器、二維碼識讀器等實現(xiàn)物聯(lián)網應用的數據采集和設備控制。射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術,屬于近程通信，與之相關的技術還有藍牙技術等。RFID通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,識別過程無須人工干預,可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。RFID技術與互聯(lián)網、通信等技術相結合,可實現(xiàn)全球范圍內物品跟蹤與信息共享。2024年2月28日2.新型傳感器傳感器是節(jié)點感知物質世界的

“感覺器官”,用來感知信息采集點的環(huán)境參數。傳感器可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號,為物聯(lián)網系統(tǒng)的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的數據信息。隨著電子技術的不斷進步提高,傳統(tǒng)的傳感器正逐步實現(xiàn)微型化、智能化、信息化、網絡化；同時，也正經歷著一個從傳統(tǒng)傳感器(dumbsensor)→智能傳感器(smartsensor)→嵌入式Web傳感器(embeddedwebsensor)不斷豐富發(fā)展的過程。應用新理論、新技術，采用新工藝、新結構、新材料，研發(fā)各類新型傳感器，提升傳感器功能與性能，降低成本是實現(xiàn)物聯(lián)網的基礎。目前，市場上已經有大量門類齊全且技術成熟的傳感器產品可供選擇使用。2024年2月28日3.智能化傳感網節(jié)點技術所謂智能化傳感網節(jié)點是指一個微型化的嵌入式系統(tǒng)。在感知物質世界及其變化的過程中,需要檢測的對象很多,譬如溫度、壓力、濕度、應變等,因此需要微型化、低功耗的傳感網節(jié)點來構成傳感網的基礎層支持平臺。因此，需要針對低功耗傳感網節(jié)點設備的低成本、低功耗、小型化、高可靠性等要求，研制低速、中高速傳感網節(jié)點核心芯片，以及集射頻、基帶、協(xié)議、處理于一體，具備通信、處理、組網和感知能力的低功耗片上系統(tǒng)；針對物聯(lián)網行業(yè)應用，研制系列節(jié)點產品。這不但需要采用MEMS加工技術,設計符合物聯(lián)網要求的微型傳感器，使之可識別、配接多種敏感元件,并適用于主被動各種檢測方法；另外,傳感網節(jié)點還應具有強抗干擾能力，以適應惡劣工作環(huán)境的需求。重要的是，如何利用傳感網節(jié)點具有的局域信號處理功能,在傳感網節(jié)點附近局部完成一定的信號處理,使原來由中央處理器實現(xiàn)的串行處理、集中決策的系統(tǒng),成為一種并行的分布式信息處理系統(tǒng)。這還需要開發(fā)基于專用操作系統(tǒng)的節(jié)點級系統(tǒng)軟件。2024年2月28日1.4.2節(jié)點組網及通信網絡技術根據對物聯(lián)網所賦予的含義，其工作范圍可以分成兩大塊：一塊是體積小、能量低、存儲容量小、運算能力弱的智能小物體的互聯(lián)，即傳感網；另一塊是沒有約束機制的智能終端互聯(lián)，如智能家電、視頻監(jiān)控等。目前，對于智能小物體網絡層的通信技術有兩項：一是基于ZigBee聯(lián)盟開發(fā)的ZigBee協(xié)議，實現(xiàn)傳感器節(jié)點或者其它智能物體的互聯(lián)；另一項技術是IPSO聯(lián)盟倡導的通過IP實現(xiàn)傳感網節(jié)點或者其它智能物體的互聯(lián)。2024年2月28日1.傳感網技術（1）傳感網體系結構及底層協(xié)議（2）協(xié)同感知技術（3)對傳感網自身的檢測與自組織（4)傳感網安全（5)ZigBee技術2024年2月28日2.核心承載網通信技術WiFiWiMAXMBWA3G/B3G標準組織IEEE802.11IEEE802.16IEEE802.203GPP,3GPP2多址方式CCK，OFDMOFDM，OFDMAFLASH-OFDM，F(xiàn)HCDMA工作頻段2.4GHz(免許可)2～11GHz(部分免許可)＜3.5GHz2G頻段需要許可最高傳輸速率54Mb/s＞70Mb/s3Mb/s,16Mb/s2Mb/s,14Mb/s覆蓋范圍微蜂窩（＜300m）宏蜂窩（＜50km）宏蜂窩（＜30km）宏蜂窩（＜7km）信道帶寬22/20MHz＞5MHz1.25MHz1.25～5MHz移動性步行120km/h(802.16e)250km/h高速移動頻帶利用率＜2.7（b/s）/Hz＜3.75（b/s）/Hz＜1.6（b/s）/HzQoS支持不支持支持支持支持終端PC卡PC卡、智能信息設施手機、PDA、PC卡業(yè)務語音、數據語音、數據、視頻數據、IP語音語音、數據表

1-1無線通信技術（WiFi、WiMAX、MBWA和3G/B3G）比較2024年2月28日3.互聯(lián)網技術若將物聯(lián)網建立在數據分組交換技術基礎之上，則將采用數據分組網即IP網作為核心承載網。其中，IPv6作為下一代IP網絡協(xié)議，具有豐富的地址資源，能夠支持動態(tài)路由機制，可以滿足物聯(lián)網對網絡通信在地址、網絡自組織以及擴展性方面的要求。但是，由于IPv6協(xié)議棧過于龐大復雜，不能直接應用到傳感器設備中，需要對IPv6協(xié)議棧和路由機制作相應的精簡，才能滿足低功耗、低存儲容量和低傳送速率的要求。目前有多個標準組織進行了相關研究，IPSO聯(lián)盟于2008年10月，已發(fā)布了一款最小的IPv6協(xié)議棧μIPv6。2024年2月28日1.4.3數據融合與智能技術由于物聯(lián)網應用是由大量傳感網節(jié)點構成的，在信息感知的過程中，采用各個節(jié)點單獨傳輸數據到匯聚節(jié)點的方法是不可行的，需要采用數據融合與智能技術進行處理。因為網絡中存有大量冗余數據，會浪費通信帶寬和能量資源。此外，還會降低數據的采集效率和及時性。2024年2月28日1.數據融合與處理所謂數據融合是指將多種數據或信息進行處理，組合出高效、符合用戶要求的信息的過程。在傳感網應用中，多數情況只關心監(jiān)測結果，并不需要收到大量原始數據，數據融合是處理該類問題的有效手段。例如，借助數據稀疏性理論在圖像處理中的應用，可將其引入傳感網數據壓縮，以改善數據融合效果。數據融合技術需要人工智能理論的支撐，包括智能信息獲取的形式化方法、海量數據處理理論和方法、網絡環(huán)境下數據系統(tǒng)開發(fā)與利用方法，以及機器學習等基礎理論。同時，還包括智能信號處理技術，如信息特征識別和數據融合、物理信號處理與識別等。2024年2月28日2.海量數據智能分析與控制海量數據智能分析與控制是指依托先進的軟件工程技術，對物聯(lián)網的各種數據進行海量存儲與快速處理，并將處理結果實時反饋給網絡中的各種“控制”部件。智能技術就是為了有效地達到某種預期目的,對數據進行知識分析所采用的各種方法和手段。當傳感網節(jié)點具有移動能力時，網絡拓撲結構如何保持實時更新；當環(huán)境惡劣時，如何保障通信安全；如何進一步降低能耗。通過在物體中植入智能系統(tǒng),可以使得物體具備一定的智能性,能夠主動或被動的實現(xiàn)與用戶的溝通,這也是物聯(lián)網的關鍵技術之一。智能分析與控制技術主要包括人工智能理論、先進的人-機交互技術、智能控制技術與系統(tǒng)等。物聯(lián)網的實質性含義是要給物體賦予智能,以實現(xiàn)人與物的交互對話,甚至實現(xiàn)物體與物體之間的交互或對話。為了實現(xiàn)這樣的智能性,需要智能化的控制技術與系統(tǒng)。例如，怎樣控制智能服務機器人完成既定任務包括運動軌跡控制、準確的定位及目標跟蹤等。2024年2月28日1.4.4云計算云計算是一個美好的網絡應用模式，由Google首先提出。云計算最基本的概念是透過網絡將龐大的計算處理程序自動分拆成無數個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統(tǒng)經搜尋、計算分析之后將處理結果回傳給用戶。通過云計算技術，網絡服務提供者可以在數秒之內，形成處理數以千萬計甚至億計的數據，達到與超級計算機同樣強大效能的網絡服務。2024年2月28日云計算是分布式計算技術的一種，可以從狹義和廣義兩個角度理解。狹義的云計算是指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源；廣義云計算是指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。這種服務可以是IT與軟件、互聯(lián)網相關的，也可以是任意其它的服務，它具有超大規(guī)模、虛擬化、可靠安全等獨特功效。云計算的核心是要提供服務。譬如，Microsoft的云計算有三個典型特點：即軟件+服務、平臺戰(zhàn)略和自由選擇。未來的互聯(lián)網世界將會是“云+端”的組合，用戶可以便捷地使用各種終端設備訪問云端中的數據和應用，這些設備可以是便攜式計算機和手機，甚至是電視等大家熟悉的各種電子產品，同時用戶在使用各種設備訪問云中服務時，得到的是完全相同的無縫體驗。

云計算的概念2024年2月28日云計算可以如下幾種方式支撐物聯(lián)網的應用發(fā)展：1.單中心、多終端應用模式2.多中心、多終端應用模式

3.信息與應用分層處理，海量終端應用模式2024年2月28日1.5物聯(lián)網應用及發(fā)展