物联网技术物联网体系架构(2-1)

1、物联网技术基础李世明 副教授/硕士生导师网络信息工程教研室Tel: Email: HSDLSM163.COMQQ : 43242567计算机科学与信息工程学院第2章 物联网体系架构o 问题1：物联网究竟是什么样的？o 问题2：物联网应用系统究竟是什么样的？o 问题3：繁杂的物联网系统有没有共性？如果有，这个共性是什么？o 问题4：如何来理解、分析或设计物联网？第2章 物联网体系架构o 2.1 概述o 2.2 物联网标准体系构架n 2.2.1 总体标准n 2.2.2 感知层标准n 2.2.3 网络层标准n 2.2.4 服务支撑标准n 2.2.5 应用层标准n 2.2.6 共性标准o 2.3小结学

2、习指导o 学时分配：理论4学时； o 重点内容：n 物联网标准体系结构n 感知层标准n 网络层标准n 服务支撑标准n 应用层标准和共性标准n 以及各标准中的关键技术简介。引子：物联网应用2.1 概述o 至今还没有一个被广泛认同的体系结构，其相关的国际标准也没有被正式发布o 我国已提交部分物联网技术标准n 交通运输部推动制订的集装箱RFID货运标签系统，并于2010年由ISO）正式发布成为物流和物联网领域中首个国际标准；n “物联网概述”（Y.IoT-overview）标准草案（标准编号为Y.2060）由国际电信联盟（ITU-T）第13研究组会议审议通过。o 国外:欧美EPC Global;日本

3、的U-Japan等2.1 概述o 常见的一种物联网体系结构o 特点：层次清晰、便于理解；过于笼统2.1 概述o 物联网扩展体系架构o 缺少如物联网安全等重要问题方面的考虑2.1 概述o 新的物联网技术体系架构o 中国物联网标准联合工作组提出2.1 概述o 物联网标准体系构架o 中国物联网标准联合工作组提出2.2 物联网标准体系构架o 2.2.1 总体标准o 2.2.2 感知层标准o 2.2.3 网络层标准o 2.2.4 服务支撑标准o 2.2.5 应用层标准o 2.2.6 共性标准2.2.1 总体标准o 物联网标准体系影响着整个物联网的发展规模、研究内容和产业化形式，标准的全面性和先进性直接影

4、响着物联网产业的发展方向和发展速度。2.2.1 总体标准o 1物联网的核心层次2.2.1 总体标准o （1）物品编码n 物联网需要在现有互联网的技术基础上进行技术扩展和衍生，并按照新的网络架构及协议，在对全球范围内的物品进行管理或信息共享时，需要从公共物联网的角度探讨物品的编码方案，使全球物品都纳入到统一的编码方案之中，以便于利用物联网技术进行管理。o （2）物品识别n 物联网能够让物品“开口说话”，将物理世界与虚拟世界进行融合，从而达到对物品的透明管理；要想达到上述目标，物品的自动识别技术成为其核心技术。2.2.1 总体标准o （3）网络服务n 物联网利用了Internet的开放性，在计算机

5、网络的信息交换与信息共享过程中为物联网的网络服务体系提供网络服务和系统应用功能，其中物联网信息服务器用于存放物品的信息，物联网名称解析服务器用于解析物联网信息服务器的IP地址，物品的相关信息应该采用实体标记语言表述和传递，物联网最终将完成信息传输和信息管理的功能。2.2.1 总体标准o 2物联网的核心功能n 物联网技术利用传感器采集数据并通过网络技术进行传输，由于感知到数据种类纷繁复杂，要想正确、快速处理这些数据，物联网必须解决如下问题：n （1）数据异构性问题o 解决数据的异构性问题必须从基础软件入手。o 节点操作系统o 不同的数据结构o 物联网中间件2.2.1 总体标准o 2物联网的核心功

6、能n （2）数据的海量计算和实时处理问题o 流数据o 海量数据n 两种策略：o 把所有的数据都提交给服务器来处理，为此必须利用更高性能的服务器甚至为计算中心o 将数据化整为零，提高物联网中每一个元素（或节点）的智能化水平或计算能力，使其自身能够完成数据的中间处理过程，未完成的计算则传递到服务器上进行最终处理2.2.1 总体标准o 2物联网的核心功能n （3）数据传输问题o 传感器采集到的数据被安全可靠地传输给数据处理中心是得到正确计算结果的前提。o 各类传感器、各种物联网节点、RFID标签或读写器等都是物联网数据的源头和枢纽，它们都是数据采集和传输的关键部件。o 各部件的能耗、系统的可靠性和抗

7、干扰性等决定物联网系统是否能够长期可靠地运行，因此必须重视优质数据源头器件硬件的研发、基础架构理论的研究和探索。2.2.2 感知层标准o 感知层技术是实现物联网感知能力的核心o 关键在于要求物品具备更精确、更全面的感知能力，同时还要满足低功耗、低成本和微型化的要求o 感知层标准是保证物联网感知和捕获物理世界信息的首要方案2.2.2 感知层标准o 不同结构的物联网应用系统2.2.2 感知层标准o 1数据采集n 在感知层，数据采集主要依靠装备了各种传感器（或执行器）的传感网节点来感知捕获外界信息的n （1）传感器o 传感器是指能按照一定的规律将感知到的被测量转换成可用输出信号的器件或装置；也就是说

8、，传感器是感知延伸层获取数据的一种设备，它通常由敏感元件和转换元件两部分组成。常见的传感器有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、超生波测距传感器、加速度传感器和气敏传感器等。2.2.2 感知层标准o 1数据采集n （2）射频识别技术o 射频识别技术（Radio Frequency Identification Devices，RFID）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，其识别过程无须人工干预。o RFID具有无需接触、不怕油渍和灰尘污染、自动化程度高、耐用可靠、识别速度快、适应各种工作环境、可实现高速和多标签同时识别2.2.2 感知层标准o RFID2

9、.2.2 感知层标准o RFID结构2.2.2 感知层标准o 1数据采集n （3）二维码技术o 物联网感知技术中最基本、最关键的技术之一o 最大的优势在于其成本较低，一条二维码的成本仅为几分钱，而RFID标签因其芯片成本较高，制造工艺复杂，目前价格较高。2.2.2 感知层标准o 1数据采集n （4）数据采集接口o 传感器输出的信号是模拟信号或数字信号o 数据采集接口完成对传感器输出信号的接收和处理，处理后的信号为可供测量、控制使用及便于计算2.2.2 感知层标准o 2短距离传输和自组织组网n 补充和延伸接入网络n （1）短距离传输o IEEE802.15.4n 经济、高效、低数据速率（250k

10、bps）、工作在2.4GHz和868/915MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络o UWBn 超宽带（Ultra Wideband，UWB）是一种无载波通信技术，在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。2.2.2 感知层标准o 2短距离传输和自组织组网n 近距离无线通讯技术o 飞利浦公司和索尼公司共同开发的一种非接触式识别和互联技术o 运行在13.56MHz的频率范围内，能在大约10cm范围内建立设备之间的连接，传输速率可为106kbit/s、212kbit/s、424kbit/s，未来可提高到848kbit/so 可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智

11、能控件工具间进行近距离无线通信2.2.2 感知层标准o 2短距离传输和自组织组网n 蓝牙o 一种低成本、短距离的无线个人网络传输技术o 固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的短距离无线接口o 传输频段为全球公共通用的2.4GHz频段，能提供1Mbit/s的传输速率和10m的传输距离o 采用时分双工传输方案实现全双工传输2.2.2 感知层标准o 2短距离传输和自组织组网n （2）自组织组网n 传感器网o 微小传感器节点、自组织、多跳无线网络等n 个域网o 无线连接技术且用于与一个人关系密切的计算机设备之间通信的个人局域网n 车域网等o 汽车环境、信息识别和传感设备2.2.2 感知层标准o 网

12、关作用2.2.2 感知层标准o 2短距离传输和自组织组网n （3）网关o 连接感知网络与传统通信网络的纽带o 实现数据在异构网之间的传输o 实现与局域网及广域网的互联o 具备设备管理功能2.2.2 感知层标准o 3协同信息处理和服务支持n （1）提供标准的开发接口，开发交互界面，编写详细的数据上传、下载、存储以及其他等业务交互流程。n （2）采用节点中间件方式实现传感器节点与上层功能模块的之间接口，通过定义一系列统一的、标准的应用程序接口，屏蔽相关业务节点底层资源的差异性，使得基于各功能模块业务能力而开发的应用可以独立于底层资源，使业务应用具有开放性和可移植性，为业务应用的开发提供了一个相对稳定的高层应用环境。2.2.2 感知层标准o 3协同信息处理和服务支持n （3）物联网信息处理依托于不同行业应用系统、社会公共服务系统提供的服务支持，实现行业信息的整合，从而为用户提供海量数据的存储、分析和挖掘，并且通过云计算提供优质服务。课堂练习o 2-1 请简述物联网标准体