物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)《農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用》1.物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)分為三層：即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。分為四層：即感知層、傳輸層、服務(wù)管理層（也稱智能層）和應(yīng)用層。本質(zhì)上講這兩種分法都是一樣的。1.物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)感知層：實(shí)現(xiàn)對(duì)外界的感知，識(shí)別或定位物體，采集外界信息等。主要包括二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽、讀寫器、攝像頭、各種終端、GPS等定位裝置、各種傳感器或局部傳感器網(wǎng)絡(luò)等。傳輸層：負(fù)責(zé)感知信息或控制信息的傳輸，物聯(lián)網(wǎng)通過信息在物體間的傳輸可以虛擬成為一個(gè)更大的“物體”，或者通過網(wǎng)絡(luò)，將感知信息傳輸?shù)礁h(yuǎn)的地方。傳輸層包括各種有線和無線組網(wǎng)技術(shù)、接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)等。1.物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)服務(wù)管理層：對(duì)感知層通過傳輸層傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行動(dòng)態(tài)匯集、存儲(chǔ)、分解、合并、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等智能處理，并為應(yīng)用層提供物理世界所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)等。其中主要包括數(shù)據(jù)庫技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、智能信息處理技術(shù)、智能軟件技術(shù)、語義網(wǎng)技術(shù)等。應(yīng)用層：應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的各種具體的應(yīng)用并提供服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)具有廣泛的行業(yè)結(jié)合的特點(diǎn)，根據(jù)某一種具體的行業(yè)應(yīng)用，應(yīng)用層實(shí)際上依賴感知層、傳輸層和服務(wù)管理層共同完成應(yīng)用層所需要的具體服務(wù)。1.物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：全面感知、可靠傳輸、智能處理、自動(dòng)控制。主要技術(shù)：有二維碼技術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、紅外感知技術(shù)、定位技術(shù)、無線通信與組網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)（如IPV6技術(shù)）、物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、語義網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、智能決策、信息安全與隱私保護(hù)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)等（如嵌入式開發(fā)技術(shù)、系統(tǒng)開發(fā)集成技術(shù)等）。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知與識(shí)別技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的感知與識(shí)別技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的感知與識(shí)別。感知與識(shí)別都屬于自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，即應(yīng)用一定的識(shí)別裝置，通過被識(shí)別物品和識(shí)別裝置之間的接近活動(dòng)，自動(dòng)地獲取被識(shí)別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺(tái)的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。識(shí)別技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)識(shí)別物體本身的存在，定位物體位置、移動(dòng)情況等等。常采用的技術(shù)包括射頻識(shí)別技術(shù)如RFID技術(shù)、GPS定位技術(shù)、紅外感應(yīng)技術(shù)、聲音及視覺識(shí)別技術(shù)、生物特征識(shí)別技術(shù)等。感知技術(shù)主要通過在物體上或物體周圍嵌入各類傳感器，感知物體或環(huán)境的各種物理或化學(xué)變化等。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知與識(shí)別技術(shù)射頻識(shí)別RFID技術(shù)：射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification，簡稱RFID）是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用射頻信號(hào)及其空間耦合傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)或移動(dòng)物體的自動(dòng)識(shí)別。RFID技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無接觸的自動(dòng)識(shí)別，具有全天候、識(shí)別穿透能力強(qiáng)、無接觸磨損、可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)物品的自動(dòng)識(shí)別等特點(diǎn)。產(chǎn)品電子代碼(EPC)采用RFID電子標(biāo)簽技術(shù)作為載體，大大推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用。RFID技術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用成熟，標(biāo)簽成本低廉，但RFID一般不具備數(shù)據(jù)采集功能，多用來進(jìn)行物品的甄別和屬性的存儲(chǔ)。目前在國內(nèi)RFID已經(jīng)在身份證、電子收費(fèi)系統(tǒng)和物流管理等領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知與識(shí)別技術(shù)傳感器技術(shù)：是一門涉及物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、電子學(xué)以及通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多學(xué)科交叉的高新技術(shù)。其中的傳感器是一種物理裝置，能夠探測(cè)、感受外界的各種物理量（如光、熱、濕度）、化學(xué)量（如煙霧、氣體等）、生物量，以及未定義的自然參量等。傳感器技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，綜合傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、無線通訊技術(shù)等，使嵌入到任何物體的微型傳感器相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和信息采集，形成一種集感知、傳輸、處理于一體的終端末梢網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知與識(shí)別技術(shù)一種典型終端末梢網(wǎng)絡(luò)：主要由多個(gè)帶有傳感器或RFID射頻的節(jié)點(diǎn)、讀寫器、控制器等組成，在該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，不僅僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和路由等。這些局部的節(jié)點(diǎn)經(jīng)過匯聚節(jié)點(diǎn)（比如網(wǎng)關(guān)）將信息匯聚后，再利用核心承載網(wǎng)絡(luò)如3G、4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、WiMAX、企業(yè)專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等連接到信息服務(wù)系統(tǒng)，從而形成一個(gè)更大的虛擬網(wǎng)絡(luò)，或者將數(shù)據(jù)處理后用于應(yīng)用服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.1感知與識(shí)別技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.2通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)涉及的網(wǎng)絡(luò)種類：有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)；短距離網(wǎng)絡(luò)和長距離網(wǎng)絡(luò)；企業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)、公用網(wǎng)絡(luò)；局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等等。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.2通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)可以通過有線網(wǎng)絡(luò)連接，比如飛機(jī)上的傳感器網(wǎng)絡(luò)；無線聯(lián)網(wǎng)，比如手機(jī)就是一種無線的聯(lián)網(wǎng)方式。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也使用無線組網(wǎng)方式。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)可以是專用網(wǎng)絡(luò)，比如企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，也可以是公用網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于實(shí)際的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也可以由上述網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)混合網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)，無線網(wǎng)絡(luò)具有特別的吸引力，比如不用部署線路并且特別適合于移動(dòng)物體。

物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.2通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)豐富多樣，根據(jù)距離不同，可以組成個(gè)域網(wǎng)、局域網(wǎng)和城域網(wǎng)。近距離的無線技術(shù)組成個(gè)域網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)最為活躍的部分，其通信距離可能是幾厘米到幾百米之間，常用的主要有WI-FI、藍(lán)牙、ZigBee、RFID、NFC和UWB等技術(shù)。對(duì)于各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需要可以有所取舍。在物流領(lǐng)域，RFID以其低成本占據(jù)著核心地位。而在智能家居的應(yīng)用中，ZigBee逐步占據(jù)重要地位。但對(duì)于安防使用高清攝像的應(yīng)用，Wi-Fi或者直接連接到互聯(lián)網(wǎng)可能是唯一的選擇。

物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.2通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的許多應(yīng)用，比如比較分散的野外監(jiān)測(cè)點(diǎn)、市政各種傳輸管道的分散監(jiān)測(cè)點(diǎn)、農(nóng)業(yè)大棚的監(jiān)測(cè)信息匯聚點(diǎn)、無線網(wǎng)關(guān)，移動(dòng)的監(jiān)測(cè)物體（如汽車等）等，一般需要遠(yuǎn)距離的無線通信技術(shù)。常用的遠(yuǎn)距離通信技術(shù)主要有GSM、GPRS、WIMAX、2G／3G／4G移動(dòng)通信，甚至衛(wèi)星通信等。從能耗上看，長距離無線通信比短距離無線通信往往具有更高的能耗，但其移動(dòng)性和長距離通信使物聯(lián)網(wǎng)具有更大的監(jiān)測(cè)空間和更多有吸引力的應(yīng)用。從近距離通信網(wǎng)絡(luò)到遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)往往會(huì)涉及連接到互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。使用新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如IPV6可以給每一個(gè)物體分配一個(gè)IP地址。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理與服務(wù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能信息處理并為應(yīng)用層提供服務(wù)。信息處理與服務(wù)層主要解決感知數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)（如物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)）、如何檢索（搜索引擎等）、如何使用（云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等）、如何不被濫用（數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)等）的問題。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，信息的智能處理是最為核心的部分。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅要收集物體的信息，更重要的在于利用這些信息對(duì)物體實(shí)現(xiàn)管理，因此信息處理技術(shù)是提供服務(wù)與應(yīng)用的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理與服務(wù)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的信息處理與服務(wù)技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)挖掘、智能決策、云計(jì)算、安全及隱私保護(hù)等，本節(jié)主要介紹如云計(jì)算技術(shù)、智能化技術(shù)、安全及隱私保護(hù)、中間件技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理與服務(wù)技術(shù)云計(jì)算(CloudComputing)：云技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)拆分成無數(shù)個(gè)較小的子程序，再交給多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)計(jì)算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。通過這項(xiàng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在數(shù)秒之內(nèi)，達(dá)成處理數(shù)以千萬計(jì)甚至億計(jì)的信息，達(dá)到和超級(jí)計(jì)算機(jī)同樣強(qiáng)大效能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理與服務(wù)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算二者并不等同：云計(jì)算是一種分布式的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，而物聯(lián)網(wǎng)可以說是利用云技術(shù)實(shí)現(xiàn)其自身的應(yīng)用。但物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算關(guān)系緊密。首先，物聯(lián)網(wǎng)采集到的數(shù)據(jù)量很大，使用云計(jì)算來承載數(shù)據(jù)處理任務(wù)具有非常顯著的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，使“云”有用武之地。其次，物聯(lián)網(wǎng)依賴云計(jì)算設(shè)施對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、挖掘，可以更加迅速、準(zhǔn)確、智能地對(duì)物理世界進(jìn)行管理和控制，使人類可以更加及時(shí)、精細(xì)地管理物質(zhì)世界，大幅提高資源利用率和社會(huì)生產(chǎn)力水平，實(shí)現(xiàn)“智慧化”的狀態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理與服務(wù)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的智能化技術(shù)：物聯(lián)網(wǎng)的智能化技術(shù)將智能技術(shù)的研究成果應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能化。物聯(lián)網(wǎng)根據(jù)具體應(yīng)用結(jié)合人工智能，可以實(shí)現(xiàn)智能控制和決策。人工智能或稱機(jī)器智能，是研究如何用計(jì)算機(jī)來表示和執(zhí)行人類的智能活動(dòng)，以模擬人腦所從事的推理、學(xué)習(xí)、思考和規(guī)劃等思維活動(dòng)，并解決需要人類的智力才能處理的復(fù)雜問題，如醫(yī)療診斷、管理決策等。

物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理與服務(wù)技術(shù)人工智能一般有兩種不同的方式：工程學(xué)方法（EngineeringApproach）和模擬法（ModelingApproach）。模擬法應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)方向是專家系統(tǒng)，這是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。另外一個(gè)方向?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別，通過計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動(dòng)處理和判讀，如用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模式（文字、聲音、人物、物體等）的自動(dòng)識(shí)別。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理與服務(wù)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)安全及隱私保護(hù)：物聯(lián)網(wǎng)是一種虛擬網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)實(shí)世界實(shí)時(shí)交互的系統(tǒng)，其特點(diǎn)是無處不在的數(shù)據(jù)感知、以無線為主的信息傳輸、智能化的信息處理。正如互聯(lián)網(wǎng)上的安全問題一樣，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，安全問題擺在了重要位置。與互聯(lián)網(wǎng)不同，從物聯(lián)網(wǎng)的信息處理過程來看，感知信息經(jīng)過采集、匯聚、融合、傳輸、決策與控制等過程，整個(gè)信息處理的過程體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的安全特征與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全存在著巨大的差異。在發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的同時(shí)，必須對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的安全問題更加重視，保證物聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的安全，可以參照互聯(lián)網(wǎng)所設(shè)計(jì)的安全防范體系，在傳感層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的安全防范體系。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2.3信息處理與服務(wù)技術(shù)中間件：位于位于數(shù)據(jù)感知設(shè)施和后臺(tái)應(yīng)用軟件之間的應(yīng)用系統(tǒng)軟件。中間件的兩個(gè)關(guān)鍵特征：

1.為系統(tǒng)應(yīng)用提供平臺(tái)服務(wù)。

2.需要連接到網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，并且保持運(yùn)行工作狀態(tài)。中間件為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供一系列計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能，對(duì)感知系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲、過濾、匯聚、計(jì)算，數(shù)據(jù)校對(duì)、解調(diào)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和任務(wù)管理，減少從感知系統(tǒng)向應(yīng)用系統(tǒng)中心傳送的數(shù)據(jù)量。中間件還可提供與其它支撐軟件系統(tǒng)進(jìn)行互操作等功能。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架和關(guān)