物联网技术基础

第3章物联网技术基础第3章物联网技术基础上一章分析了物联网的几个案例应用，从中我们可以看到物联网的主要支撑技术：M2M技术RFID技术WSN技术PLC技术等等.本章将从以下四个方面来介绍物联网的基础技术物联网三个层次八层构建四大支撑技术两个技术范畴第3章物联网技术基础3.1物联网的三个层次

3应用层2网络层1感知层3.1物联网的三个层次相应的技术体系应用层技术感知层技术网络层技术与各层相应的技术3.2物联网的八层架构IBM大中华区首席技术官、IBM中国研究院院长李实恭在接受51CTO.com记者专访时谈到，“物联网的重点在于这个“网”字，如果只有物没有网，那未来将是非常可怕的现象。IBM在多年的研究积累和时间中提炼出了八层的物联网参考架构。”3.2物联网的八层架构第一层：传感器/执行器层

物联网中任何一个物体都要通过感知设备获取相关信息以及传递感应到的信息给所有需要的设备或系统。传感器/执行器层是最直接与周围物体接触的域。3.2物联网的八层架构第二层：传感网层

这是传感器之间形成的网络。这些网络有可能基于公开协议，比如IP地址，也有可能基于一些私有协议。而目的就是为了使传感器之间可以互联互通以及传递感应信息。3.2物联网的的八层架架构第三层：：传感网网关层物联网世世界里的的对象和和信息量量将会是是巨大的的，五花花八门的的，这些些信息直直接传递递给所需需要的系系统，那那么将会会对网络络造成巨巨大的压压力和不不必要的的资源浪浪费。因因此最好好的方法法是通过过某种程程度的网网关将信信息进行行过滤，，协议转转换，信信息压缩缩加密等等等，使使得信息息更优化化和安全全的在公公共网络络上传递递。3.2物联网的的八层架架构第四层：：广域网网络层在这一层层中主要要是为了了将感知知层的信信息传递递到需要要信息处处理或者者业务应应用的系系统中。。可以采采用IPv4或者IPv6的协议。。3.2物联网的的八层架架构第五层：：应用用网关层层在传输过过程中为为了更好好地利用用网络资资源以及及优化信信息处理理过程，，设置局局部或者者区域性性的应用用网关：：好处：信息汇总总与分发发最大限度度的利用用IT与通讯资资源，提提高信息息的传输输和处理理能力，，提高可可靠性和和持续性性。3.2物联网的的八层架架构第六层：：服务平平台层服务平台台层是为为了使不不同的服服务提供供模式得得以实施施，同时时把物联联网世界界中的信信息处理理方面的的共性功功能进行行集中优优化，缓缓解传统统应用系系统或者者应用系系统整合合平台的的压力。。3.2物联网的的八层架架构第七层：：应用层层应用层包包括了各各种不同同业务或或者服务务所需要要的应用用处理系系统。这这些系统统利用传传感的信信息进行行处理、、分析、、执行不不同的业业务，并并把处理理的信息息再反馈馈给传感感器进行行更新，，刷新服服务以及及对终端端使用者者提供服服务，使使得整个个物联网网的每个个环节都都更加连连续和智智能。3.2物联网的的八层架架构第八层：：分析与与优化层层在物联网网世界中中，从信信息的业业务价值值和IT信息处理理的角度度看，它它与互联联网最大大的不同同就是信信息和信信息量。。物联网网的信息息来源广广阔，信信息是海海量的，，在这种种情况下下如何利利用信息息更好地地为我们们服务，，就是基基于信息息分析和和优化的的基础之之上。射频识别别（RFID）传感器技技术无线传感感网络（WSN/ZigBee）智能服务务RFID是一种非非接触式式自动识识别技术术，可以以快速读读写、长长期跟踪踪管理，，有着非非常好的的发展前前景WSN/ZigBee的特点是是短距离离、低功功耗，这这为搭建无处处不在的的物联网网提供了了可能以MEMS为代表的的传感技技术，拉拉近了人人与自然然世界的距距离智能服务务技术为为发展物物联网的的应用提提供了服服务内容3.3物联网的的四大支支撑技术术3.3物联网的的四大支支撑技术术技术无线射频频识别技技术(RFID)作为本世世纪最有有发展前前途的信信息技术术之一，，已得到到全球业业界的高高度重视视,未来的十十年内，，所有的的东西都都将会被被植入RFID标签。技术（1）RFID介绍RFID是射频识识别技术术的英文文(RadioFrequencyIdentification)的缩写，，射频识识别技术术是20世纪90年代开始始兴起并并逐渐走走向成熟熟的一种种自动识识别技术术，射频频识别技技术是一一项利用用射频信信号通过过空间耦耦合(交变磁场场或电磁磁场)实现无接接触信息息传递并并通过所所传递的的信息达达到识别别目的的的技术。。技术RFID系统如图图所示，，由三部部分组成成:电子标签签（Tag）天线(Antenna)阅读器(Reader)技术（2）RFID特征数据的读读写(ReadWrite)机能2.容易小型型化和多多样化的的形状3.耐环境性性4.可重复使使用5.穿透性6.数据的记记忆容量量大7.系统安全全：8.数据安全全技术（3）RFID的工作原原理通常情况况下，RFID的应用系系统主要要由读写写器和RFID卡两部分分组成的的,如图所示示。技术模块名称

作用组成读写器一般作为计算机终端实现对RFID卡的数据读写和存储控制单元、高频通讯模块和天线RFID卡一种无源的应答器一块集成电路(IC)芯片及其外接天线；RFID芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路（3）RFID的工作原原理技术（3）RFID应用系统统的工作作原理RFID卡进入读读写器的的射频场场后,由其天线线获得的的感应电电流经升升压电路路作为芯芯片的电电源，同同时将带带信息的的感应电电流通过过射频前前端电路路检测得得到数字字信号，，并将数数字信号号送入逻逻辑控制制电路进进行信息息处理；；所需回回复的信信息则从从存储器器中获取取，经由由逻辑控控制电路路送回射射频前端端电路，，最后通通过天线线发回给给读写器器。技术

低频30KHZ-300KHZ

中频3MHZ-30MHZ

高频300MHZ-3GHZRFID的工作频率读写功能有源/无源调制方式主动式(Activetag)被动式(Activetag)只读卡（RO）一次写入多次读出卡(WORM)可读写写卡(RW)有源RFID标签无源RFID标签（4）RFID技术的分分类技术（5）RFID技术标准准目前国际际制定RFID标准的组组织比较较著名的的有三个个，分别别是ISO、以美国国为首的的EPCglobal以及日本本的UbiquitousIDCenter目前常用用的RFID国际标准准主要有有以下几几种：技术ISO11784和ISO11785ISO10536、ISO15693、ISO14443ISO10374用于对动动物识别别用于非接接触智能能卡用于集装装箱识别别技术（6）RFID系统的应应用和发发展趋势势物流：物物流过程程中的货货物追踪踪，信息息自动采采集，仓仓储应用用，港口口应用，，邮政，，快递递。零售：商商品的的销售数数据实时时统计，，补货，，防盗。。制造业：：生产数数据的实实时监控控，质量量追踪，，自动化化生产。。服装业：：自动化化生产，，仓储管管理，品品牌管理理，单品品管理，，渠道管管理。技术（6）RFID系统的应应用和发发展趋势势交通：高高速不停停车收费费，出租租车管理理，公交交车枢纽纽管理，，铁路机机车识识别等。。食品：水水果，，蔬菜，，生鲜，，食品等等保鲜度度管理。。动物识别别：训训养动物物，畜牧牧牲口，，宠物等等识别管管理。图书馆：：书店，，图书馆馆，出版版社等应应用。技术（1）什么是是ZigBeeWSN是wirelesssensornetwork的简称，，即无线线传感网网络传感器、、感知对对象和观观察者构构成了无无线传感感器网络络的三个个要素无线传感感网络内内的各个个要素通通过一个个统一的的协议进进行信息息的传输输，这个个协议就就是Zigbee。ZigBee协议传感器观察者感知对象象3.3.2WSN/ZigBee技术3.3.2WSN/ZigBee技术（1）什么是ZigBeeZigBee是协议的代名名词。根据据这个协议议规定的技技术是一种种短距离、、低功耗的的无线通信信技术。这一名称来来源于蜜蜂蜂的八字舞舞，也就是是说蜜蜂依依靠这样的的方式传递递信息，并并构成了群群体中的通通信网络。。3.3.2WSN/ZigBee技术目前超过150多家家成员员公司正积积极进行ZigBee规格的制定定工作。当当中包括7位推广委员员，半导体体生产商、、无线技术术供应商及及代工生产产商。7位推广委员员分别为：：Honeywell，Invensys，Mitsubishi，Freescale，Philips，Samsung，Chipcom，ember。（如下图图）3.3.2WSN/ZigBee技术3.3.2WSN/ZigBee技术ZigBeeZigBee数传模块ZigBeeZigBee是一种高可可靠的无线线数传网络络，类似于于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类类似于移动动网络基站。通讯距离离从标准的的75m到几百米、、几公里，，并且支持持无限扩展展ZigBee是一个由可可多到65000个无线数传传模块组成成的一个无无线数传网网络平台，，在整个网网络范围内内，每一个个ZigBee网络数传模模块之间可可以相互通通信。（2）WSN/ZigBee无线数据传传输网络描描述3.3.2WSN/ZigBee技术ZigBee是采用数据据帧的概念念，每个无无线帧包括括了大量无无线包装，，包含了大大量时间、、地址、命命令、同步步等信息，，真正的数数据信息只只占很少部部分，且这这正是ZigBee可以实现网网络组织管管理、实现现高可靠传传输的关键键。同时，，ZigBee采用了MAC技术和DSSS（直扩序列列调制）技技术，能够够实现高可可靠、大规规模网络传传输。3.3.2WSN/ZigBee技术（2）WSN/ZigBee无线数据传传输网络描描述ZigBee定义了两种种物理设备备类型：全功能设备备FFD(FullFunctionDevice)精简功能设设备RFD(ReducedFunctionDevice)。3.3.2WSN/ZigBee技术（2）WSN/ZigBee无线数据传传输网络描描述在交换数据据的网络中中，有三种种典型的设设备类型:（i）协调器（ii）路由器（iii）终端设备备。一个ZigBee由一个协调调器节点、、若干个路路由器和一一些终端设设备节点构构成。设备备类型并不不会限制运运行在特定定设备上的的应用类型型。3.3.2WSN/ZigBee技术（2）WSN/ZigBee无线数据传传输网络描描述协调器用于于初始化一一个ZigBee网络。它是是网络中的的第一个设设备。协调调器节点选选择一个信信道和一个个网络标识识符（也叫叫PANID），然后启启动一个网网络。3.3.2WSN/ZigBee技术（2）WSN/ZigBee无线数据传传输网络描描述图所示展示示了一个示示例网络，，它具有ZigBee协调器（菱菱形），路路由器（矩矩形）和终终端节点（（圆形）。。3.3.2WSN/ZigBee技术（2）WSN/ZigBee无线数据传传输网络描描述与移动通信信的CDMA网或GSM网不同的是是，ZigBee网络主要是是为工业现现场自动化化控制数据据传输而建建立，因而而，它必须须具有简单单，使用方方便，工作作可靠，价价格低的特特点。3.3.2WSN/ZigBee技术（2）WSN/ZigBee无线数据传传输网络描描述每个ZigBee网络节点本本身可以作作为监控对对象可以自动中中转别的网网络节点传传过来的数数据资料每一个ZigBee网络节点（（FFD）还可在自自己信号覆覆盖的范围围内，和多多个不成单单网络的孤孤立子节点点（RFD）无线连接接。如图所示为为Zigbee模块：3.3.2WSN/ZigBee技术（2）WSN/ZigBee无线数据传传输网络描描述下面就是Zigbee模块3.3.2WSN/ZigBee技术（3）ZigBee自身的技术术优势低功功耗低功耗低成本。低速率。近距离。短时延高容量。高安全免执照频段。3.3.2WSN/ZigBee技术（4）ZigBee的应用领域域Zigbee技术的目标标就是针对对工业，家家庭自动化化，遥测遥遥控，汽车车自动化、、农业自动动化和医疗疗护理等，，例如灯光光自动化控控制，传感感器的无线线数据采集集和监控，，油田，电电力，矿山山和物流管管理等应用用领域。另另外它还可可以对局部部区域内移移动目标例例如城市中中的车辆进进行定位。。ZigBee的应用领域域下图表示：：ZigBee的典型应用用常见组网技技术WIFI技术蓝牙技术GPS技术PLC(电力线通信信)技术常见的组网网技术现场总线技技术（1）现场总线线技术现场总线控控制系统技技术是20世纪80年代中期在在国际上发发展起来的的一种崭新新的工业控控制技术。。现场总线线控制系统统（FCS）的出现引引起了传统统的可编程程逻辑控制制器（PLC）和和分分布布式式控控制制系系统统（（DCS）基基本本结结构构的的革革命命性性变变化化。。现场场总总线线是是用用于于现现场场电电器器、、现现场场仪仪表表及及现现场场设设备备与与控控制制室室主主机机系系统统之之间间的的一一种种开开放放的的、、全全数数字字化化、、双双向向、、多多站站的的通通信信系系统统。。（1）现现场场总总线线技技术术基本本概概念念工业业现现场场+一根根导导线线==现场场总总线线传统统的的接接线线方方式式现场场总总线线接接线线方方式式（1）现现场场总总线线技技术术现场场总总线线的的特特点点现场场总总线线技技术术实实际际上上是是采采用用串串行行数数据据传传输输和和连连接接方方式式代代替替传传统统的的并并联联信信号号传传输输和和连连接接方方式式的的方方法法，，它它依依次次实实现现了了控控制制层层和和现现场场总总线线设设备备层层之之间间的的数数据据传传输输，，同同时时在在保保证证传传输输实实时时性性的的情情况况下下实实现现信信息息的的可可靠靠性性和和开开放放性性。。实时性（1）现现场场总总线线技技术术一般般的的现现场场总总线线具具有有以以下下几几个个特特点点现场场总总线线技术术布线线简单单开放放性性可靠靠性性（1）现现场场总总线线技技术术现场场总总线线的的应应用用领领域域在控控制制系系统统的的金金字字塔塔结结构构中中，，都都有有现现场场总总线线的的应应用用。。（1）现现场场总总线线技技术术下图图例例举举了了几几种种主主要要现现场场总总线线的的应应用用范范围围（2）WIFI技术术基本本概概念念WiFi全称称WirelessFidelity，又又称称802.11b标准准。。IEEE802.11b无线线网网络络规规范范是是IEEE802.11a网络络规规范范的的变变种种，，最最高高带带宽宽为为11Mbps，在在信信号号较较弱弱或或有有干干扰扰的的情情况况下下，，带带宽宽可可调调整整为为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，带带宽宽的的自自动动调调整整，，有有效效地地保保障障了了网网络络的的稳稳定定性性和和可可靠靠性性。。（2）WIFI技术术WIFI无线线网网络络结结构构WiFi无线线网网络络的的拓拓扑扑结结构构主主要要有有两两种种，，即即：：Ad-Hoc和Infrastructure。两种种结结构构如如下下图图所所示示：：（2）WIFI技术术WIFI无线线网网络络结结构构：：Ad-Hoc拓扑扑结结构构Infrastructure拓扑扑构构（2）WIFI技术术WIFI优点点：：线电电波波的的覆覆盖盖范范围围广广，，基基于于蓝蓝牙牙技技术术的的电电波波覆覆盖盖范范围围非非常常小小，，半半径径大大约约只只有有50英尺左右约合合15米WiFi的半径则可达达300英尺左右约合合100米。WiFi技术传输速度度非常快，可可以达到11mbps，符合个人和和社会信息化化的需求。进入该领域的的门槛比较低低（2）WIFI技术WIFI应用WiFi当前主要面对对个人、家庭庭/企业及行业用用户.提供家庭/企业服务、公公众区/会展区服务。。从覆盖区域域来看，可重重点应用于以以下区域:1)有线资源成本本太高或布线线困难的区域域；2)酒店、机场、、医院、茶楼楼等人员流动动频繁的地方方；3)校园、办公室室、会议室等等人员聚集的的地方；4)展览馆、体育育馆、新闻中中心等信息需需求量大的地地方。（2）WIFI技术WIFI的技术发展虽然WiFi技术的商用遇遇到一些问题题，但这种先先进的技术也也不可能包办办所有功能的的通信系统。。可以说只有有各种接入手手段相互补充充使用才能带带来经济性、、可靠性和有有效性。因而而，它可以在在特定的区域域和范围内发发挥对3G的重要补充作作用，WiFi技术与3G技术相结合将将具有广阔的的发展前景。。（3）蓝牙技术蓝牙技术概述述蓝牙是一种支支持设备短距距离通信（一一般10m内）的无线电电技术。能在在包括移动电电话、PDA、无线耳机、、笔记本电脑脑、相关外设设等众多设备备之间进行无无线信息交换换。蓝牙采用分散散式网络结构构以及快跳频频和短包技术术，支持点对对点及点对多多点通信，工工作在全球通通用的2.4GHzISM（即工业、科科学、医学））频段。其数数据速率为1Mbps。采用时分双双工传输方案案实现全双工工传输。（3）蓝牙技术蓝牙技术概述述蓝牙技术是一一个开放性、、短距离无线线通信的标准准。图蓝牙标志与蓝蓝牙耳机（3）蓝牙技术蓝牙技术系统统参数和技术术指标（3）蓝牙技术蓝牙技术的特特点1.能传送语音和和数据；2.全球范围适用用，使用频段段无需申请；；3.低成本、低功功耗和低辐射射；4.安全性、抗干干扰性和稳定定性强；5.可以建立临时时性的对等连连接，支持点点对多的通信信方式；（3）蓝牙技术蓝牙模块如下下图所示：（3）蓝牙技术文件传输Internet网桥局域网接入三合一电话(threeinonephone)终端耳机应用模型蓝牙技术的应应用蓝牙SIG（蓝牙技术联联盟）定义以以下几种基本本的应用模型型。（3）蓝牙技术蓝牙产品：主要应用在手手机、掌上计计算机、耳机机、数字照相相机、数字摄摄像机、汽车车套件等蓝牙技术的应应用蓝牙系统：可以嵌入微波波炉、洗衣机机、电冰箱、、空调机等传传统家用电器器（4）GPS技术GPS概述GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统统）的简称，而而其中文简称称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆陆海空三军联联合研制的新新一代空间卫卫星导航定位位系统，经过过20余年的研究实实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布布设完成。（4）GPS技术GPS空间星座部分分GPS地面监控部分分用户设备部分分(GPS接收机)全球定位系统统（GPS）GPS组成（4）GPS技术定位精度高观测时间短应用广泛全天候多功能操作简便GPS特点（4）GPS技术GPS的应用GPS应用范围广泛泛，在导航、、跟踪、精确确测量方面，，都有很大的的应用。在定位导航方方面，GPS的使用对象主主要是汽车、、船舶、飞机机等运动物体体。对于警察察、消防及医医疗等部门的的紧急救援、、追踪目标和和个人旅游及及野外探险的的导引等。（4）GPS技术GPS的应用下图为车载中中的GPS导航仪（4）GPS技术前景一前景二GPS民用信号精度度在全球范围围内得到改善善作为先进的测测量手段和新新的生产力，，已经融入了了国民经济建建设、国防建建设和社会发发展的各个应应用领域。利用C/A码进行单点定定位的精度由由100米提高到20米，这将进一一步推动GPS技术的应用，，刺激GPS市场的增长。GPS前景提高生产力、、作业效率、、科学水平以以及人们的生生活质量（5）PLC(电力线通信)技术主要形式（之之一）在中高压输电电网(35kV以上)上通过电线载载波机利用较较低的频率(9~490kHz)传送数据或话话音低速PLC高速PLC在低压(220V)领域,PLC技术首先用于于负荷控制、、远程抄表和和家居自动化化,其传输速率一一般为200b/s或更低利用低压电力力线传输速率率在1Mb/s以上的电力线线通信技术电力线通信概概述电力线通信(PowerLineCommunication)技术简称PLC,是指利用电力力线传输数据据和话音信号号的一种通信信方式。（5）PLC(电力线通信)技术电力线通信概概述目前高速PLC已可传输高达达45Mb/s的数据,而且能同时传传输数据、语语音、视频和和电力,有可能带来““四网合一””的新趋势。。典型的PLC系统应用示意图：（5）PLC(电力线通信)技术PLC的关键技术目前国际上高高速电力线通通信采用的调调制技术主要要有：扩展频频谱类和OFDM(Orthog-onalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复复用)调制技术。正交频分复用用（OFDM）技术，是一一种并行数据据传输系统，，可以在同一一电力线不同同带宽的信道道上传输数据据。（5）PLC(电力线通信)技术PLC的特点1)高压载波路由由合理,通道建设投资资相对较低2)传输频带受限限,传输容量相对对较小3)可靠性要求高高4)线路噪声大5)受外界的干扰扰小6)网络应用要求求更高（5）PLC(电力线通信)技术正向向大容量量、高速率方方向发展同时转向采用低压配电网进行载波通信,实现家庭用户利用电力线打电话、上网等多种业务PLC的发展展望（5）PLC(电力线通信)技术PLC的发展展望国外如美国、、日本、以色色列等国家正正在开展低压压配电网网通信的研究究和试验。由美国3COM,Intel,Cisco,日本松下等13家公司联合组组建使用电力力线作为传送送媒介的家庭庭网络推进团团体——“HomeplugPowerlineAlliance”（家庭插插电联盟）,已经提出家庭庭插座(HomePlug)计划,旨在推动以电电力线为传输输媒介的数字字化家庭(DigitalHome)。未来的PLC实现与远程网网的无缝连接接传输能力的宽宽带化通信业务的综综合化网络管理的智智能化（5）PLC(电力线通信)技术PLC的发展展望（5）PLC(电力线通信)技术PLC的发展展望目前,还存在以下两两个方面的问问题有待进一一步研究:(1)硬件平台(2)软件平台(3)网络管理问题题:（6）微机电系统统技术MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）是微机电系系统的缩写。。MEMS是美国的叫法法，在日本被被称为微机械械，在欧洲被被称为微系统统。MEMS是在融合多种种微细加工技技术，并应用用现代信息技技术的最新成成果的基础上上发展起来的的高科技前沿沿学科。（6）微机电系统统技术目前MEMS市场的主导产产品为压力传感器、加速度计、、微陀螺仪、墨水喷咀和和硬盘驱动头头等。经过几十年的的发展，已成成为世界瞩目目的重大科技技领域之一。。它涉及电子子、机械、材材料、物理学学、化学、生生物学、医学学等多种学科科与技术，具具有广阔的应应用前景。目目前，全世界界有大约600余家单位从事事MEMS的研制和生产产工作（6）微机电系统统技术1一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域,它们的尺寸更小.2采用以硅为主的材料，电气性能优良3采用与集成电路（IC）类似的生成技术（1）MEMS技术简述MEMS是：Clicktoedittitlestyle目标是：把信息的获取取、处理和执执行集成在一一起，组成具具有多功能的的微型系统，，集成于大尺尺寸系统中，，从而大幅度度地提高系统统的自动化、、智能化和可可靠性水平。。微传感器信号处理和控控制电路微执行器通讯接口电源完整的MEMS（6）微机电系统统技术（2）MEMS技术的发展历历史:MEMS第一轮商业化化浪潮始于20世纪70年代末80年代初，当时时用大型蚀刻刻硅片结构和和背蚀刻膜片片制作压力传传感器;第二轮商业化化出现于20世纪90年代，主要围围绕着PC和信息技术的的兴起第三轮商业化化可以说出现现于世纪之交交，微光学器器件通过全光光开关及相关关器件而成为为光纤通讯的的补充。（6）微机电系统统技术（2）MEMS技术的的发展展历史史:目前MEMS产业呈呈现的的新趋趋势是是产品品应用用的扩扩展，，其开开始向向工业业、医医疗、、测试试仪器器等新新领域域扩张张。推推动第第四轮轮商业业化的的其它它应用用包括括一些些面向向射频频无源源元件件、在在硅片片上制制作的的音频频、生生物和和神经经元探探针，，以及及所谓谓的'片上实实验室室'生化药药品开开发系系统和和微型型药品品输送送系统统的静静态和和移动动器件件。（6）微机机电系系统技技术MEMS的应用用在不不断扩扩大。。它的的主要要应用用市场场消费费电子子市场场。下下图所所示为为2002-2012年间消消费类类电子子加速速度计计的应应收和和出货货量预预测。。（6）微机机电系系统技技术（3）微传传感器器研究究的现现状与与发展展方向向从MEMS的起源源和MEMS的市场场来看看，ME-MS未来的的发展展趋势势可以以归纳纳为以以下4个方面面：微细化化集成化化多元化化产业化化。（6）微机机电系系统技技术微传感器微加速速度传传感器器微机械械压力力传感感器微机械械陀螺螺仪微气敏敏传感感器微流量量传感感器微机械械温度度传感感器（3）微传传感器器研究究的现现状与与发展展方向向3.4两个技技术范范畴智能网网络空空间技技术1智能网网络空空间技技术2物联网网的两两个技技术范范畴：：智能网网络空空间技技术智能空间(intelligentspace/iSpace/smartspace)的研究究为智智能服服务技技术提提供了了理论论依据据，为为如何何利用用空间间信息息提供供服务务提供供了解解决方方法。。到目前前为止止,尚未形形成明明确定定义。。按照照美国国国家家标准准和技技术学学会（（NIST）给出出的定定义，，智能能空间间是““一个个嵌入入了计计算、、信息息设备备和多多模态态的传传感器器的工工作空空间，，其目目的是是使用用户能能非常常方便便地在在其中中访问问信息息和获获得计计算机机的服服务来来高效效地进进行单单独工工作和和与他他人的的协同同工作作”。理解三大基基本功功能目的可以看看成是是物理理世界界和信信息空空间的的融合合1.感知/观察分析/推理决策/执行智能网网络空空间技技术建立一一个以以人为为中心心的充充满计计算和和通信信能力力的空空间,让计算算机参参与到到从未未涉及及到计计算行行为的的活动动中,让用户户能像像与他他人一一样与与计算算机系系统发发生交交互,从而使使用户户能随随时随随地、、透明明地获获得人人性化化的服服务务。智能空空间智能网网络空空间技技术智能空空间示示意图图：智能网网络空空间技技术基本要要求(1)基本要要求(2)基本要要求(3)基本要要求(4)用户及及其携携带的的移动动设备备能方方便地地与智智能空空间进进行交交互,从而为为用户户的日日常活活动提提供方方便能自动动捕获获和动动态监监测其其中发发生的的活动动,提供信信息显显示和和活动动记录录能对发发生的的特定定事件件做出出合理理反应应并采采取相相应措措施对空间间中的的各种种动态态变化化具有有鲁棒棒性和和适应应性。智能空空间应应具备备的基基本要要求可可概括括为:智能网络空空间技术智能空间主主要包括如如下特点：：1)智能空间是是一个庞大大的系统工工程,涉及的领域域甚广,要解决的问问题繁多,须综合各种种技术进行行构建;2)是一个嵌入入性和移动动性都很高高的计算环环境;3)用普适网络络联系物理理世界,是物理世界界和信息空空间的融合合;4)可做出实时时的、上下下文敏感的的决策;5)系统具有适适应性,能提供便捷捷性的应用用;6)与智能空间间相结合的的物理范围围，形成了了所谓的““广域智能能空间”。。智能网络空空间技术智能空间中中包含有大大量作为““接口”的的硬件设备备,根据用途可可以大致分分为两大类类:(1)用来维持正正常运行的的系统设备备；(2)用来提供日日常服务的的用户设备备；需要说明的的是,这两大类设设备之间并并不是严格格区分的,有的设备可可以同时归归为系统设设备和用户户设备,如机器人、、生物传感感器等智能网络空空间技术智能空间中中对硬件设设备提出了了新的和更更高的要求求:1)具有很强的的硬件通信信、信息处处理、存储储能力;2)要求设备尺尺寸多样化化、重量轻轻型化、功功耗微小化化、成本廉廉价化;3)为设备提供供充足的能能量,同时要求芯芯片节能;4)要求用户界界面富于表表达情感、、能与用户户方便地交交流。智能网络空空间技术智能空间:要在智能空空间中构建建一个安全全、保密、、可信任的的普适网络络,应具备如下下要求:明显特点用普适网络络(pervasivenetworking)连接物理世世界。能自动构建建合作区域域,产生可适应应流动和变变化的拓扑扑结构要求(1)要求(2)要求(3)要求(4)对网络状况况(如网络拥塞塞、无线传传输误差等等)和环境的动动态变化具具有适应性性在没有手动动配置和管管理的情况况下,提供自动的的资源和位位置发现为访问网络络资源提供供安全、专专用、可鉴鉴别的机制制智能网络空空间技术智能网络空空间技术物联网智能能空间技术术分类：通信介质的的选取研究究（WIFI,WSN,PLC,232）服务中心/网关/控制器的研研究子网适配器器/控制器的研研究软件中间件件/MULTI-AGENT技术智能算法与与服务模型型数据挖掘技技术云计算技术术实时数据库库技术智能网络空空间技术系统软件(softwareinfrastructure)的作用是对对智能空间间中大量的的物体、信信息设备、、计算实体体进行管理理,为它们之间间的数据交交换、消息息交互、服服务发现、、任务协调调、任务迁迁移等提供供系统级的的支持。智能空间中中的系统软软件主要有有两个基本本特点:物理集成(physicalintegration)和自发互操操作(spontaneousinteroperation)。物联网终端端技术物联网终端端是物联网网中连接传传感网络层层和传输网网络层，实实现采集数数据及向网网络层发送送数据的设设备。它担担负着数据据采集、初初步处理、、加密、传传输等多种种功能。目前，物联联网终端，，包括连接接它的业务务网关接入网络主要有两两大形式，，即通过有有线接入或或者移动网无线接入入。因此，，对终端的的管理必然然要跨越不不同的网络络，不同的的技术。物联网终端端技术（1）物联网终终端的基本本原理及作作用原理：物联网终端端基本由外外围感知（（传感）接接口，中央央处理模块块和外部通通讯接口三三个部分组组成，通过过外围感知知接口与传传感设备连连接，将这这些传感设设备的数据据进行读取取并通过中中央处理模模块处理后后，按照网网络协议，，通过外部部通讯接口口，发送到到以太网的的指定中心心处理平台台。物联网终端端技术物联网终端端内部结构构图物联网终端端技术作用：物联网终端端属于传感感网络层和和传输网络络层的中间间设备，也也是物联网网的关键设设备，通过过他的转换换和采集，，才能将各各种外部感感知数据汇汇集和处理理，并将数数据通过各各种网络接接口方式传传输到互联联网中。如如果没有他他的存在，，传感数据据将无法送送到指定位位置，“物”的联网将不不复存在。。物联网终端端技术（2）物联网终终端的分类类1、按照行业业应用分类类主要包括工工业设备检检测终端，，设施农业业检测终端端，物流RFID识别终端，，电力系统统检测终端端，安防视视频监测终终端等。2、按照使用用场合分类类主要包括以以下三种：：固定终端端，移动终终端和手持持终端。物联网终端端技术3、按照传输输方式分类类主要包括以以太网终端端、WIFI终端、2G终端、3G终端等，有有些智能终终端具有上上述两种或或两种以上上的接口。。4、按照使用用扩展性分分类主要包括单单一功能终终端和通用用智能终端端。5、按照传输输通路分类类主要包括括数据透透传终端端和非数数据透传传终端。。物联网终终端技术术(3)物联网终终端的广广泛应用用1、终端推推广的最最大障碍碍——终端的标标准化：：硬件接口口标准化化数据协议议标准化化2、终端的的广泛应应用分析析物联网终终端技术术(4)物联网终终端实例例[1]家用机器器人猫猫机器器人外形形设计图图物联网终终端技术术(4)物联网终终端实例例[2]物联网控控制子网网关物联网控控制子网网关硬件件实物图图物联网控控制子网网关工作作方式物联网终终端技术术(4)物联网终终端实例例[3]物联网智智能药盒盒物联网智智能药盒盒的远程程医疗架架构图物联网智智能药盒盒外形设设计图物联网的的标准体体系物联网标准体系应用服务层标准

共性支撑标准网络传输层标准感知控制层标准物联网标标准体系系可以根根据物联联网技术术体系的的框架进进行划分分，即分分为网络络传输层层标准、、感知控控制层标标准、应应用服务务层标准准及共性性支撑标标准，如如下表所所示。3.5云计算智能技术术其实就就是我们们常说的的人工智智能技术术，它是是研究、、开发用用于模拟拟、延伸伸和扩展展人的智智能的理理论、方方法、技技术及应应用系统统的一门门新的技技术科学学。云计算的的概念是是由Google提出的，，这是一一个美丽丽的网络络应用模模式。3.5云计算狭义云计计算是指指IT基础设施施的交付付和使用用模式，，指通过过网络以以按需、、易扩展展的方式式获得所所需的资资源；广广义云计计算是指指服务的的交付和和使用模模式，指指通过网网络以按按需、易易扩展的的方式获获得所需需的服务务云计算（（CloudComputing）是网络络计算、、分布式式计算、、并行计计算、效效用计算算、网络络存储、、虚拟化化、负载载均衡等等传统计计算机技技术和网网络技术术发展融融合的产产物。3.5云计算云计算的的基本原原理是：：通过使使计算分分布在大大量的分分布式计计算机上上，而非非本地计计算机或或远程服服务器中中，企业业数据中中心的运运行将更更与互联联网相似似。这使使得企业业能够将将资源切切换到需需要的应应用上，，根据需需求访问问计算机机和存储储系统。。3.5云计算计算有以以下四个个显著特特点：云计算提提供了最最可靠、、最安全全的数据据存储中中心，用用户不用用再担心心数据丢丢失、病病毒入侵侵等麻烦烦。云计算对对用户端端的设备备要求最最低，使使用起来来也最方方便。云计算可可以轻松松实现不不同设备备间的数数据与应应用共享享。云计算为为我们使使用网络络提供了了几乎无无限多的的可能。。3.5云计算目前公众众认可的的云计算算的服务务模式有有三种——IaaS、PaaS、SaaS。IaaS(Infrastructure-as-a-Service)：基础设设施即服服务。PaaS(Platform-as-a-Service)：平台即即服务。。SaaS(Software-as-a-Service)：软件即即服务本章小结结本章我们们在物联联网典型型应用的的基础上上学习了了物联网网的技术术基础，，主要包包括物联联网的三三层结构构，四大大支撑技技术，八八层架构构以及两两个技术术范畴。。技术是是应用的的基础，，没有技技术就无无法成功功实现应应用，所所以学好好技术非非常关键键。最后后简单介介绍了云云计算与与物联网网的联系系。习题1.简述物联联网的三三个层次次2简述物联联网的八八层架构构3.画出物联联网的框框架模型型4.简述物联联网的四四大支撑撑技术5.RFID基本组成成部分有有哪些，，并说明明各个部部分的作作用是什什么6.名字解释释：WSN；Zigbee；WIFI；GPS；PLC；MEMS7.说出Zigbee的技术优优势所在在8.简述ZigBee协议与标准的联联系与区区别9.什么叫现现场总线线？它有有什么特特点？10.说一下GPS有哪几部部分组成成11.PLC（电力线线通信））的关键键技术是是什么？？习题12.请说出几几种常见见的微传传感器13.简述物联联网的两两大技术术范畴14.智能空间间应具备备的基本本要求是是什么？？15.请说出物物联网智智能空间间技术分分类16.请说出什什么是物物联网终终端，它它有什么么作用？？17.物联网终终端的基基本原理理是什么么？18.请简述云云计算的的概念习题解答答1.简述物联联网的三三个层次次答：物联网包包括物联联网感知知层、物物联网网网络层、、物联网网应用层层。感知知层--数据采集与感感知主要用于于采集物理世世界中发生的的物理事件和和数据；网络络层--实现更加广泛泛的互联功能能，能够把感感知到的信息息无障碍、高高可靠性、高高安全性地进进行传送；应应用层--应用层主要包包含应用支撑撑平台子层和和应用服务子子层。2简述物联网的的八层架构答：第一层传感器器/执行器层：物联网中任任何一个物体体都要通过感感知设备获取取相关信息以以及传递感应应到的信息给给所有需要的的设备或系统统。传感器/执行器层是最最直接与周围围物体接触的的域。第二层传感网网层：习题解答这是传感器之之间形成的网网络。这些网网络有可能基基于公开协议议，比如IP地址，也有可可能基于一些些私有协议。。而目的就是是为了使传感感器之间可以以互联互通以及及传递感应信信息。第三层传感网关层：物联网世界界里的对象和信息量将会会是巨大的，，五花八门的的，这些信息息直接传递给给所需要的系系统，那么将会会对网络造成成巨大的压力力和不必要的的资源浪费。。因此最好的的方法是通过某某种程度的网网关将信息进进行过滤，协协议转换，信信息压缩加密密等等，使得信信息更优化和和安全的在公公共网络上传传递。第四层广域网网络层：在这一层中中主要是为了了将感知层的的信息传递到到需要信息处处理或者业务务应用的系统中中。可以采用用IPv4或者IPv6的协议。第五层应用网网关层：在传输过程中为为了更好地利利用网络资源源以及优化信信息处理过程程，设置局部部或者区域性的的应用网关。。第六层服务平平台层：服务平台层层是为了使不不同的服务提供模模式得以实施施，同时把物物联网世界中中的信息处理理方面的共性性功能进行集中中优化，缓解解传统应用系系统或者应用用系统整合平平台的压力习题解答第七层应用层层:应用层包括了了各种不同业业务或者服务务所需要的应应用处理系统。这些系统统利用传感的的信息进行处处理、分析、、执行不同的的业务，并把把处理的信息再再反馈给传感感器进行更新新，刷新服务务以及对终端端使用者提供供服务，使得整整个物联网的的每个环节都都更加连续和和智能。第八层分析与与优化层：在物联网世世界中，从信信息的业务价价值和IT信息处理的角角度看，它与互联网最大大的不同就是是信息和信息息量。物联网网的信息来源源广阔，信息息是海量的，在在这种情况下下如何利用信信息更好地为为我们服务，，就是基于信信息分析和优化化的基础之上上。3.画出物联网的的框架模型答：见下图：：习题解答物联网框架模模型习题解答4.简述物联网的的四大支撑技技术答：物联网的的支撑技术则则融合了RFID（射频识别））、WSN（无线传感网网络）/ZigBee技术、传感器器技术、智能能服务等多种种技术：RFID是一种非接触触式自动识别别技术，可以以快速读写、、长期跟踪管管理，在智能能识别领域有有着非常看好好的发展前景景；以短距低低功耗为特点点的WSN（无线传感网网络）/ZigBee技术使得搭建建无处不在的的网络变为可可能；以MEMS为代表的传感感器技术拉近近了人与自然然世界的距离离；智能服务务技术则为发发展物联网的的应用提供了了服务内容。。5.RFID基本组成部分分有哪些，并并说明各个部部分的作用是是什么答：电子标签签(Tag)：由耦合元件件及芯片组成成，且每个电电子标签具有有全球唯一的的识别号(ID)，无法修改、、无法仿造，，这样提供了了安全性。电电子标签附着着在物体上标标识目标对象象。电子标签签中一般保存存有约定格式式的电子数据据，在实际应应用中，电子子标签附着在在待识别物体体的表面。天线(Antenna)：在标签和阅读器间传递射频信信号，即标签签的数据。习题解答信息。阅读器(Reader)：读取(或写入)电子标签信息息的设备，可可设计为手持式或固固定式。阅读器可无接接触地读取并并识别电子标标签中所保存存的电子数据，，从而达到自自动识别物体体的目的。通通常阅读器与与计算机相连连，所读取的标标签信息被传传送到计算机机上，进行下下一步处理。。6.名字解释：WSN；Zigbee；WIFI；GPS；PLC；MEMS答：WSN：WSN是wirelesssensornetwork的简称，即无无线传感网络络。是由部署署在监测区域域内大量的廉廉价微型传感感器节点组成成，通过无线线通信方式形形成的一个多多跳的自组织织的网络系统统，其目的是是协作地感知知、采集和处处理网络覆盖盖区域中被感感知对象的信信息，并发送送给观察者。。传感器、感感知对象和观观察者构成了了无线传感器器网络的三个个要素。Zigbee：无线传感网络络内的各个要要素通过一个个统一的协议议进行信息的的传输，这个个协议就是Zigbee。可以说ZigBee是协议的代名词词。根据这个个协议规定的的技术是一种种短距离、低低功耗的无线线通信技术。。习题解答WIFI：也即无线传传感网络，WiFi全称WirelessFidelity，又称802.11b标准，它的最最大优点就是是传输速度较较高，可以达达到11Mbps，另外它的有有效距离也很很长，同时也也与已有的各各种802.11DSSS设备兼容。GPS：GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统统）的简称，而而其中文简称称为“球位系”，GPS是20世纪70年代由美国陆陆海空三军联联合研制的新新一代空间卫卫星导航定位位系统。其其主要目的是是为陆、海、、空三大领域域提供实时、、全天候和和全球性的导导航服务，并并用于情报收收集、核爆监监测和应急通通讯等一些军军事目的。PLC：电力线通信信(PowerLineCommunication)技术简称PLC,是指利用电力力线传输数据据和话音信