物联网架构技术

第2章物联网架构技术

学习任务物联网结构未来的物联网架构技术

案例:上海嘉定物联网工程示范项目123本章主要涉及：2.1物联网结构从物联网的功能上来说，应该具备四个特征：一是全面感知能力，可以利用RFID、传感器、二维条形码等获取被控/被测物体的信息;二是数据信息的可靠传递，可以通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去;2.1物联网结构三是可以智能处理，利用现代控制技术提供的智能计算方法，对大量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。四是可以根据各个行业、各种业务的具体特点形成各种单独的业务应用，或者整个行业及系统的建成应用解决方案。2.1物联网结构2.1物联网结构

而按照更为科学及严谨的表述，物联网结构应分成:①感知识别层②网络构建层③管理服务层④综合应用层2.1.1感知识别层感知层是物联网发展和应用的基础，RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术是感知层的主要技术。例如张贴安装在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器都属于物联网的感知层。现在的高速公路不停车收费系统、超市仓储管理系统等都是基于这一类结构的物联网。2.1.1感知识别层感知层由传感器节点接入网关组成，智能节点感知信息（温度、湿度、图像等），并自行组网传递到上层网关接入点，由网关将收集到的感应信息通过网络层提交到后台处理。当后台对数据处理完毕，发送执行命令到相应的执行机构完成对被控/被测对象的控制参数调整或发出某种提示信号以实现对其的一个远程监控。2.1.1感知识别层由传感器组成的感知结构

2.1.2网络构建层网络是物联网最重要的基础设施之一。网络构建层在物联网四层模型中连接感知识别层和管理服务层，具有强大的纽带作用，高效、稳定、及时、安全地传输上下层的数据。物联网在网络构建层存在各种网络形式，通常使用的网络形式有如下几种：网络构建层①互联网：：互联网/电信网是物联联网的核心网网络、平台和和技术支持。。IPv6的使用扫清了了可接入网络络的终端设备备在数量上的的限制。②无线宽带网：：WiFi/WiMAX等无线宽带技技术的覆盖范范围较广，传传输速度较快快，为物联网网提供高速可可靠廉价且不不受接入设备备位置限制的的互联手段。。网络构建层③无线低速速网：ZigBee/蓝牙/红外等低速网网络协议能够够适应物联网网中能力较低低的节点的低低速率、低通通信半径、低低计算能力和和低能量来源源等特征。④移动通信信网：移动通信网络络将成为“全全面、随时、、随地”传输输信息的有效效平台。高速速、实时、高高覆盖率、多多元化处理多多媒体数据，，为“物品触触网”创造条条件。网络构构建层层网络构构建层层管理服服务层层管理服服务层层位于于感知知识别别和网网络构构建层层之上上，综综合应应用层层之下下，人人们通通常把把物联联网应应用冠冠以“智能能”的的名称称，如如智能能电网网、智智能交交通、、智能能物流流等，，其中中的智智慧就就来自自这一一层。。当感知知识别别层生生成的的大量量信息息经过过网络络层传传输汇汇聚到到管理理服务务层，，管理理服务务层解解决数数据如如何存存储（（数据据库与与海量量存储储技术术）、、如何何检索索（搜搜索引引擎））、如如何使使用（（数据据挖掘掘与机机器学学习））、如如何不不被滥滥用（（数据据安全全与隐隐私保保护））等问问题。。管理服服务层层1.数据库库物联网网数据据特点点是海海量性性，多多态性性，关关联性性及语语义性性。适适应这这种需需求，，在物物联网网中主主要使使用的的是关关系数数据库库和新新兴数数据库库系统统。①关关系数数据库库系统统作为为一项项有着着近半半个世世纪历历史的的数据据处理理技术术，仍仍可在在物联联网中中使用用，为为物联联网的的运行行提供供支撑撑。②新新兴数数据库库系统统（NoSQL数据库库）针针对非非关系系型、、分布布式的的数据据存储储，并并不要要求数数据库库具有有确定定的表表模式式，通通过避避免连连接操操作提提升数数据库库性能能。管理服服务层层2.海量信信息存存储海量信信息存存储早早期采采用大大型服服务器器存储储，基基本都都是以以服务务器为为中心心的处处理模模式，，使用用直连连存储储（DAS，DirectAttachedStorage），存存储设设备（（包括括磁盘盘阵列列，磁磁带库库，光光盘库库等））作为为服务务器的的外设设使用用。管理服服务层层随着网网络技技术的的发展展，服服务器器之间间交换换数据据或向向磁盘盘库等等存储储设备备备份份时，，都是是通过过局域域网进进行，，这是是主要要应用用网络络附加加存储储（NAS，NetworkAttachedStorage）技术术来实实现网网络存存储，，但这将将占用用大量量的网网络开开销，，严重重影响响网络络的整整体性性能。。管理服服务层层为了能能够共共享打打容量量，高高速度度存储储设备备，并并且不不占用用局域域网资资源的的海量量信息息传输输和备备份，，就需需要专专用存存储区区域网网络（（SAN,StorageAreaNetwork）来实实现。。管理服服务层层3.数据中中心数据中中心不不仅包包括计计算机机系统统和配配套设设备（（如通通信/存储设设备）），还还包括括冗余余的数数据通通信连连接/环境控控制设设备/监控设设备及及安全全装置置，是是一大大型的的系统统工程程。通通过高高度的的安全全性和和可靠靠性提提供及及时持持续的的数据据服务务，为为物联联网应应用提提供良良好的的支持持。典型的的数据据中心心如Google/Hadoop数据中中心。。管理服服务层层4.搜索引引擎Web搜索引引擎是是一个个能够够在合合理响响应时时间内内，根根据用用户的的查询询关键键词，，返回回一个个包含含相关关信息息的结结果列列表（（hitslist）服务务的综综合体体。传统的的Web搜索引引擎是是基于于查询询关键键词的的，对对于相相同的的关键键词，，会得得到相相同的的查询询结果果。而物联联网时时代的的搜索索引擎擎必须须是从从智能能物体体角度度思考考搜索索引擎擎与物物体之之间的的关系系，主主动识识别物物体并并提取取有用用信息息。从从用户户角度度上的的多模模态信信息利利用，，使查查询结结果更更精确确，更更智能能，更更定制制化。。管理服服务层层5.数据挖挖掘技技术物联网网需要要对海海量的的数据据进行行更透透彻的的感知知要求求对海海量数数据多多维度度整合合与分分析，，更深深入的的智能能化需需要普普适性性的数数据搜搜索和和服务务，需要从从大量量数据据中获获取潜潜在有有用的的且可可被人人理解解的模模式，，基本类类型有有关联联分析析，聚聚类分分析，，演化化分析析等。。这些些需求求都使使用了了数据据挖掘掘技术术。管理服服务层层例如用用于精精准农农业可可以实实时监监测环环境数数据，，挖掘掘影响响产量量的重重要因因素，，获得得产量量最大大化配配置方方式。。而用于市场场营销则可可以通过数数据库行销销和货篮分分析等方式式获取顾客客购物取向向和兴趣。。综合应用层层传统互联网网经历了以以数据为中中心到以人人为中心的的转化，典典型应用包包括文件传传输、电子子邮件、万万维网、电电子商务、、视频点播播、在线游游戏和社交交网络等；；而物联网应应用以“物”或者者物理世界界为中心，，涵盖物品品追踪、环环境感知、、智能物流流、智能交交通、智能能电网等等等。物联网网应用目前前正处于快快速增长期期，具有多多样化、规规模化、行行业化等特特点。综合应用层层①智能物物流：现代物流系系统希望利利用信息生生成设备，，如RFID设备、感应应器或全球球定位系统统等种种装装置与互联联网结合起起来而形成成的一个巨巨大网络，，并能够在在这个物联联化的物流流网络中实实现智能化化的物流管管理。②智能交交通：通过在基础础设施和交交通工具当当中广泛应应用信息、、通讯技术术来提高交交通运输系系统的安全全性、可管管理性、运运输效能同同时降低能能源消耗和和对地球环环境的负面面影响。综合应用层层③绿色建建筑：物联网技术术为绿色建建筑带来了了新的力量量。通过建建立以节能能为目标的的建筑设备备监控网络络，将各种种设备和系系统融合在在一起，形形成以智能能处理为中中心的物联联网应用系系统，有效效的为建筑筑节能减排排提供有力力的支撑。。④智能电电网：以先进的通通信技术、、传感器技技术、信息息技术为基基础，以电电网设备间间的信息交交互为手段段，以实现现电网运行行的可靠、、安全、经经济、高效效、环境友友好和使用用安全为目目的的先进进的现代化化电力系统统。综合应用层层⑤环境监监测：通过对人类类和环境有有影响的各各种物质的的含量、排排放量、以以及各种环环境状态参参数的检测测，跟踪环环境质量的的变化，确确定环境质质量水平，，为环境管管理、污染染治理、防防灾减灾等等工作提供供基础信息息、方法指指引和质量量保证。2.2未来的物联联网架构技技术通过专业人人员对物联联网体系结结构的长期期讨论，目目前可以明明确以下几几点：首先，未来来的物联网网需要一个个开放的架架构来最大大限度的满满足各种不不同系统和和分布式资资源之间的的互操作性性需求。这些系统和和资源既可可能是来自自于信息和和服务的提提供者，也也可能来自自于信息和和服务的使使用者或者者客户。2.2未来的物联联网架构技技术其次，未来来的物联网网的架构还还需要有良良好的、明明确定义的的、呈现为为粒度形式式的层次划划分。物联网的架架构技术应应该促进用用户丰富的的选择权，，而不应该该将用户锁锁定到必须须使用某一一家或者某某几家大的的、处于垄垄断地位的的解决方案案服务提供供商所发布布的各种应应用上。2.2未来的物联联网架构技技术同时，物联联网的架构构技术需要要设计为可可以抵御物物理网络中中各种中断断以及干扰扰的形式，，尽可能将将这些情况况所带来的的影响降低低到最小程程度。而且，未来来的物联网网架构还需需要考虑到到这样一个个事实：即即，以后网网络中的很很多节点和和网络设备备将是移动动的。2.2未来的物联联网架构技技术最后，从对对于未来物物联网的架架构技术来来说，要理理解下列几几件事情：：第一，对于于身处未来来物联网中中的各种节节点，他们们中的大多多数将需要要有能力与与其他节点点一起动态态的、自主主的组建各各式各样的的本地或者者远程对等等网络。2.2未来的物联联网架构技技术第二，可以以预料到，，未来的物物联网中产产生的数据据将是海量量的。物联网的架架构技术一一定要同时时支持移动动的“智能”与与、自主的的信息过滤滤、自主模模式识别、、自主机器器学习以及及自主判断断决策能力力，要让这这些能力能能够达到各各种物联网网子网络的的边缘地带带，而无需需考虑数据据是在附近近产生的还还是远程生生成的。2.2未来的物物联网架架构技术术第三，在在未来物物联网架架构的设设计过程程中，我我们要一一方面使使得基于于事件的的处理、、路由、、存储、、检索以以及引用用能力成成为可能能，另一方面面还要允允许这些些能力可可以在离离线的、、非连接接情况（（比如，，那些网网络连接接是时断断时续的的，或者者根本没没有网络络覆盖的的地方））下进行行操作。。2.3案例:上海嘉定定物联网网工程示示范