物联网层次结构

第I章物联网基础

物联网层次结构以及与互联网的关系学习任务物联网层次结构物联网与互联网的关系122物联网的层次结构在研究物联网的层次结构之前，我们先来了解一下我们对客观物理世界的感知和处理过程：依据感知器官来感知信息；由神经系统传递给大脑；大脑综合感知的信息和存储的知识来做出判断，以选择最佳方案。3物联网的层次结构如果将人对问题智慧处理的能力形式与物联网工作过程做一个比较，不难看出两者也有惊人的相似之处。人的感官用来获取信息，人的神经用来传输信息，人的大脑用来处理信息，使人具有智慧处理各种问题的能力。物联网处理问题同样也要经过三个过程：全面感知、可靠传输、智能应用（处理）4物联网的层次结构物联网工作过程与人的智能处理问题过程比较5物联网的层次结构设计一个复杂的、庞大的系统必然要采用“化整为零，分而治之”的“分层结构”思想。物联网是一个形式多样、涉及社会生活各个领域的复杂系统。从实现技术角度看，物联网的特点是：网络的异构性，规模的差异性，接入的多样性。6物联网的层次结构物联网应用系统的规划、设计和实现涉及多种技术，属于交叉学科的范畴。尽管物联网系统结构复杂，不同物联网应用系统的功能、规模差异很大，但是它们之间必然存在着很多内在的共性特征。根据物联网的技术架构，结合互联网的分层模型，也可以对物联网进行分层。7物联网层次结构模型物联网可分为感知层、网络层、应用层8物联网感知层感知层位于物联网层次结构中的最底层，主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据等。感知层的作用相当于人的眼、耳、鼻、喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体、采集信息。数据采集技术有多种，主要包括传感器、RFID、多媒体信息采集、实时定位等。9物联网感知层感知层实现对物理世界智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层，是实现互联网全面感知的基础。感知层中的关键技术包括传感器技术、RFID技术和传感器网络等。10感知层层-传感器器在物联联网中中传感感器主主要负负责接接收物物品““讲话话”的的内容容。传感器器技术术是从从自然然信源源获取取信息息并对对获取取的信信息进进行处处理、、变换换、识识别的的一门门多学学科交交叉的的现代代科学学与工工程技技术，，它涉涉及传传感器器、信信息处处理和和识别别的规规划设设计、、开发发、制制造、、测试试、应应用及及评价价改进进活动动等内内容。。11感知层层-传感器器传感器器(Transducer/Sensor)是一种种检测装装置，能感感受到到被测测量的的信息息或自自动控控制执执行工工作，，并按按一定定规律律转换换为电电信号号或其其他所所需形形式的的信息息输出出，是是物联联网采采集信信息的的终端端工具具。传感器器可以以看成成物联联网的的“眼眼睛””、““鼻子子”、、“耳耳朵””和““指尖尖”，，通过过传感感器可可实现现自动动检测测和自自动控控制。。12感知层-RFID技术是物联网网中“让让物品开开口说话话”的关关键技术术，物联联网中RFID标签上存存着规范范而具有有互通性性的信息息，通过过无线数数据通信信网络把把他们自自动采集集到中央央信息系系统中实实现物品品的识别别。13感知层-RFID技术RFID是一种非非接触式式的自动动识别技技术，它它利用射射频方式式进行非非接触双双向通信信，以达达到自动动识别目目标对象象并获取取相关数数据。优点：精度高、、适应环环境能力力强、抗抗干扰能能力强、、操作快快捷等。。从本质上上看，RFID是一种特特殊的传传感器技技术。14感知层-传感器网网络传感器网网络是由由众多传传感器节节点组成成、通过过无线通通信方式式形成的的多跳自自组织网网络。传传感器网网络将大大量独立立的传感感器连接接起来，，实现采采集信息息的传输输。15感知层-发展方向向感知层主主要由遍遍布各种种建筑、、楼宇、、街道、、公路桥桥梁、车车辆、地地表和管管网中的的各类传传感器、、二维条条形码、、RFID标签和RFID识读器、、摄像头头、GPS、M2M（MachinetoMachine）设备以以及各种种嵌入式式终端等等组成的的传感器器网络。。是物联联网的基基础。感知层的的发展方方向是具具备更敏敏感、更更全面的的感知能能力，解解决传感感器设备备低功耗耗、小型型化和低低成本的的问题。。16物联网网网络层网络层处处于物联联网网络络结构模模型中的的第二层层，使用用感知层层并向上上为应用用层服务务。网络层由由各种私私有网络络、互联联网、有有线和无无线通信信网、网网络管理理系统和和云计算算平台等等组成，，相当于于人的神神经中枢枢和大脑脑，负责责传递和和处理感感知层获获取的信信息。17物联网网网络层感知层的的信息经经由网关关转化为为网络能能够识别别的信息息后就传传到了网网络层，，网络层层再进行行信息的的传递与与处理。。网络层包包括2G通信网络络、3G通信网络络、Wi-Fi、互联网网等，信信息可以以经由任任何一种种网络或或几种网网络组合合的形式式进行传传输。18物联网网网络层网络层还还包括物物联网的的管理中中心及物物联网的的信息中中心。以以提升对对信息的的传输和和运营能能力。物联网管管理中心心负责物物品的统统一标识识编码管管理、认认证、鉴鉴权、计计费等；物联网信信息中心心则负责责物品信信息的存存储和统统一分析析计算处处理。19网络层-关键技术术网络层关关键技术术包括高高/低速近/远距离无无线通信信技术、、低功耗耗路由、、自组织织通信、、无线接接入M2M通信增强强、IP承载技术术、网络络传送技技术、异异构网络络融合接接入技术术以及认认知无线线电技术术。20网络层-发展方向向网络层的的发展方方向为多多网络融融合以及及它与感感知层和和应用层层的更好好结合。。理想中的的物联网网中，网网络层可可以把感感知层感感知到的的信息无无障碍、、高可靠靠性、高高安全性性地传输输。21物联网应应用层应用层位位于物联联网的最最上层，，其使用用网络层层为用户户提供智智能应用用。应用层是是物联网网的核心心和灵魂魂，是物物联网和和用户(包括人、、组织和和其他系系统)的接口，，它包括括物联网网应用基基础设施施、中间间件、运运行环境境和集成成框架、、通用的的基础构构件库和和行业化化的应用用套件等等，它与与行业需需求相结结合，实实现物联联网的智智能应用用。22物联网应应用层应用层在物联网的感感知层和网络络层的支撑下下，将物联网技术术与各类行业业的应用相结结合，实现无无所不在的智智能化应用。。典型应用有：：智能交通、、绿色农业、、工业监控、、动物标识、、远程医疗、、智能家居、、环境检测、、公共安全、、食品溯源、、城市管理、、智能物流等等。这些应用涉及及的内容可以以是跨行业的的，也可以是是某行业内部部的；用户可可能是普通公公众，也可能能是政府机构构、企业组织织等。23应用层-关键技术应用层的关键键技术包括云云计算、数据据挖掘和SOA等。云计算和数据据挖掘是海量量信息智能处处理的基础；；SOA技术有助于实现快快速可重用的的系统开发和和部署，可提提高物联网架架构的扩展性性，提升应用用开发效率，，充分整合和和复用信息资资源。24应用层-关键技术云计算是采用基于虚虚拟化、弹性性规模扩展、、分布式存储储、分布式计计算和多租户户等技术，基基于互联网实实现的一种虚虚拟化计算服服务。云计算提供了了一个巨大的的资源池，而而不同的应用用具有不同的的需求，云计计算可以根据据需求对应用用的资源进行行动态伸缩，，从而显著提提高资源的利利用率。25应用层-关键技术数据挖掘一般是指从大大量的数据中中通过算法搜搜索隐藏于其其中信息的过过程。数据挖掘通常常与计算机科科学有关，并并通过统计、、在线分析处处理、情报检检索、机器学学习、专家系系统（依靠过过去的经验法法则）和模式式识别等诸多多方法来实现现上述目标。。26应用层-关键技术SOA（Service-OrientedArchitecture）面向服务的的体系结构是是一个组件模模型，它将应应用程序的不不同功能单元元（也叫服务务）通过这些些服务之间定定义好的接口口和契约联系系起来。可从企业外部部访问随时可用可重用的服务务27标准化的服务务接口支持各种消息息模式精确定义的服服务契约物联网与互联联网的关系28传统互联网结结构-国际标准化组组织制定的开开放系统互连连参考模型(OSI)。自下而上分别别为物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物联网与互互联网关系系物联网与互互联网有着着显著的区区别，同时时也存在着着密切的联联系。和传传统的互联联网相比，，物联网有有其鲜明的的特征。物联网是各各种感知技技术的广泛泛应用。物联网是一一种建立在在互联网上上的泛在网网络。物联网不仅仅仅提供了了传感器的的连接，其其本身也具具有智能处处理的能力力，能够对对物体实施施智能控制制29物联网上部部署了海量量的多种类类型传感器器，每个传传感器都是是一个信息息源，不同同类别的传传感器所捕捕获的信息息内容和信信息格式不不同。传感感器获得的的数据具有有实时性，，按一定的的频率周期期性地采集集环境信息息，不断更更新数据。。30物联网与互互联网关系系物联网技术术的重要基基础和核心心仍旧是互互联网，通通过各种有有线和无线线网络与互互联网融合合，将物体体的信息实实时准确地地传递出去去。物联网网上的传感感器定时采采集的信息息需要通过过网络传输输，由于其其数量极其其庞大，形形成了海量量信息，在在传输过程程中，为了了保障数据据的正确性性和及时性性，必须适适应各种异异构网络和和协议。31物联网与互互联网关系系物联网不仅仅仅提供了了传感器的的连接，其其本身也具具有智能处处理的能力力，能够对对物体实施施智能控制制。物联网将传传感器和智智能处理相相结合，利利用云计算算、模式识识别等各种种智能技术术，扩充其其应用领域域，从传感感器获得的的海量信息息中分析、、加工和处处理出有意意义的数据据，以适应应不同用户户的不同需需求，发现现新的应用用领域和应应用模式。。32物联网与互互联网关系系物联网是基基于互联网网之上的一一种高级网网络形态，，它们之间间最明显的的不同点是是：物联网网的连接主主体从人向向“物”延延伸，网络络社会形态态从虚拟向向现实拓展展，信息采采集与处