物联网技术基础

第3章物联网技术基础1物联网的三个层次物联网的八层架构1.二物联网的四大支撑技术三第3章物联网技术基础物联网的两个技术范畴四1.一2射频识别（RFID）无线传感网络（WSN/ZigBee）传感器技术智能服务

3.3物联网的四大支撑技术33.3.3

GPS技术

GPS概述

GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。43.3.3

GPS技术GPS空间星座部分GPS地面监控部分用户设备部分(GPS接收机)全球定位系统（GPS）GPS组成53.3.3

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63.3.3

GPS技术GPS的应用

GPS应用范围广泛，在导航、跟踪、精确测量方面，都有很大的应用。

在定位导航方面，GPS的使用对象主要是汽车、船舶、飞机等运动物体。对于警察、消防及医疗等部门的紧急救援、追踪目标和个人旅游及野外探险的导引等。73.3.3

GPS技术GPS的应用下图为车载中的GPS导航仪83.3.3

GPS技术前景一

前景二GPS民用信号精度在全球范围内得到改善作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。

利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米，这将进一步推动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、科学水平以及人们的生活质量9中国第二代卫星导航系统专项管理办公室10中国北斗卫星导航系统10

中国自上世纪80年代决策建设独立自主的卫星导航系统。2003年，北斗卫星导航试验系统建成，并在多个领域进行了很好的应用。目前，北斗卫星导航系统正在建设当中。

1111北斗导航系统组成：空间段：由5颗GEO卫星和30颗Non-GEO卫星组成Non-GEO卫星GEO卫星星座12北斗使命按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，建设北斗卫星导航系统，满足国家对卫星导航的战略需求，实现卫星导航产业的经济效益，促进国家信息化建设和经济发展方式转变。13北斗使命为保证国防、经济、社会发展安全使用，所建成的北斗卫星导航系统必须是高质量的；为最大限度地满足国防、经济、社会发展的需求，所建成的北斗卫星导航系统必须是技术一流的；为使国家获取更大的经济利益，所建成的北斗卫星导航系统，必须在核心技术领域掌握自主知识产权。14开放性自主性兼容性渐进性

北斗导航系统建设的基本原则151516开放性

北斗卫星导航系统将为用户免费提供高质量的开放服务，并且欢迎全世界的用户使用北斗系统。

中国将与其他国家就卫星导航有关问题进行广泛深入的交流，以推动GNSS及其相关技术和产业的发展。

1617自主性

中国将独立自主地发展和运行北斗卫星导航系统。北斗系统能够独立为全球用户提供服务，尤其是将为亚太地区提供更高质量的服务。

1718兼容性北斗系统将致力于实现与其他卫星导航系统的兼容和互操作。

1819渐进性

北斗卫星导航系统将依据中国的技术和经济发展实际，遵循循序渐进的模式建设。

北斗系统将通过改进系统性能，确保系统建设阶段平稳过渡，为用户提供长期连续的服务。19服务和性能两种全球服务开放服务：免费、开放定位精度:10m授时精度:20ns测速精度:0.2m/s授权服务:确保高可靠应用（甚至是在复杂条件下）。2020部署步骤第一步——北斗卫星导航试验系统212000年以来，成功发射3颗GEO卫星，建成北斗卫星导航试验系统。系统能够提供基本的定位、授时和短报文通信服务。2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日110.5E21作为全球系统，北斗卫星导航系统首先在2012年左右覆盖亚太地区，并将在2020年前覆盖全球。

北斗系统第二阶段北斗系统第三阶段2012年左右2020年前部署步骤第二步——全球系统2222应用23北斗卫星导航试验系统已在多个领域发挥了非常重要的作用，包括：测绘通信水利减灾海事交通勘探森林防火等等23射频识别（RFID）无线传感网络（WSN/ZigBee）传感器技术智能服务

3.3物联网的四大支撑技术24智能服务：

是指能够自动辨识用户的显性和隐性需求，并且主动、高效、安全、绿色地满足其需求的服务。25智能服务的产生人类社会已经历了农业化、工业化、信息化阶段，正在跨越智能化时代的门槛。物联网、移动互联网、云计算方兴未艾，面向个人、家庭、集团用户的各种创新应用层出不穷，代表各行业服务发展趋势的“智能服务”应运而生。26智能服务特点智能服务实现的是一种按需和主动的智能，即通过捕捉用户的原始信息，通过后台积累的数据，构建需求解构模型，进行数据挖掘和商业智能分析，除了可以分析用户的习惯、喜好等显性需求外，还可以进一步挖掘与时空、身份、工作生活状态关联的隐性需求，主动给用户提供精准、高效的服务。这里需要的不仅仅只是传递和反馈数据，更需要系统进行多维度、多层次的感知和主动、深入的辨识。27智能服务的安全

高安全性是智能服务的基础，没有安全保障的服务是没有意义的，只有通过端到端的安全技术和法律法规实现了对用户信息的保护，才能建立用户对服务的信任，进而形成持续消费和服务升级。28智能服务的现实需求和数字地球相比，智能服务立足于中国行业服务发展趋势，站在用户角度，强调按需和主动特征，更加具体和现实。中国当前正处于消费需求大力带动服务行业的高速发展期，消费者对服务行业也提出了越来越高的要求，服务行业从低端走向高端势在必行，而这个产业升级要想实现，必须依靠智能服务。29社区综合服务智能终端？社区综合服务智能终端是由无锡丁丁计算机科技有限公司研发成功并申请了国家发明专利。该智能终端主要是由触摸式一体机等硬件设备以及智能化服务软件系统构成的，该智能服务终端依拓互联网技术以及物联网技术实现了小区与社会之间高度的信息交互，不仅能为社区居民提供多媒体信息服务，同时还具有社区管理、公益服务以及社区民生类服务订购等功能。该智能终端一般要装在每个楼道的一楼电梯井位置，随着该系统的不断完善升级，可以真正实现居民足不出户就能买菜、购物、订票、订餐等绝大多数民生类服务的订购。30物联网的三个层次物联网的八层架构1.二物联网的四大支撑技术三第3章物联网技术基础物联网的两个技术范畴四1.一313.4两个技术范畴智能网络空间技术1物联网终端技术2物联网的两个技术范畴：323.4.1智能网络空间技术智能空间(intelligentspace/iSpace/smartspace)的研究为智能服务技术提供了理论依据，为如何利用空间信息提供服务提供了解决方法。到目前为止,尚未形成明确定义。按照美国国家标准和技术学会（NIST）给出的定义，智能空间是“一个嵌入了计算、信息设备和多模态的传感器的工作空间，其目的是使用户能非常方便地在其中访问信息和获得计算机的服务来高效地进行单独工作和与他人的协同工作”。33理解三大基本功能目的可以看成是物理世界和信息空间的融合1.感知/观察分析/推理决策/执行3.4.1智能网络空间技术

建立一个以人为中心的充满计算和通信能力的空间,让用户能像与他人一样与计算机系统发生交互,从而使用户能随时随地、透明地获得人性化的服务。智能空间343.4.1智能网络空间技术基本要求(1)基本要求(2)基本要求(3)基本要求(4)用户及其携带的移动设备能方便地与智能空间进行交互,从而为用户的日常活动提供方便能自动捕获和动态监测其中发生的活动,提供信息显示和活动记录能对发生的特定事件做出合理反应并采取相应措施对空间中的各种动态变化具有鲁棒性和适应性。智能空间应具备的基本要求可概括为:353.4.1智能网络空间技术智能空间主要包括如下特点：1)智能空间是一个庞大的系统工程,涉及的领域甚广,要解决的问题繁多,须综合各种技术进行构建;2)是一个嵌入性和移动性都很高的计算环境;3)用普适网络联系物理世界,是物理世界和信息空间的融合;4)可做出实时的、上下文敏感的决策;5)系统具有适应性,能提供便捷性的应用;6)与智能空间相结合的物理范围，形成了所谓的“广域智能空间”。363.4.1智能网络空间技术

智能空间中包含有大量作为“接口”的硬件设备,根据用途可以大致分为两大类:(1)用来维持正常运行的系统设备；(2)用来提供日常服务的用户设备；需要说明的是,这两大类设备之间并不是严格区分的,有的设备可以同时归为系统设备和用户设备,如机器人、生物传感器等。373.4.1智能网络空间技术智能空间中对硬件设备提出了新的和更高的要求：1)具有很强的硬件通信、信息处理、存储能力；2)要求设备尺寸多样化、重量轻型化、功耗微小化、成本廉价化；3)为设备提供充足的能量,同时要求芯片节能；4)要求用户界面富于表达情感、能与用户方便地交流。383.4.1智能网络空间技术智能空间:

要在智能空间中构建一个安全、保密、可信任的普适网络,应具备如下要求:明显特点用普适网络(pervasivenetworking)连接物理世界。39能自动构建合作区域,产生可适应流动和变化的拓扑结构

要求(1)

要求(2)

要求(3)

要求(4)对网络状况(如网络拥塞、无线传输误差等)和环境的动态变化具有适应性在没有手动配置和管理的情况下,提供自动的资源和位置发现为访问网络资源提供安全、专用、可鉴别的机制3.4.1智能网络空间技术403.4.2物联网终端技术

物联网终端是物联网中连接传感网络层和传输网络层，实现采集数据及向网络层发送数据的设备。它担负着数据采集、初步处理、加密、传输等多种功能。

目前，物联网终端，包括连接它的业务网关接入网络主要有两大形式，即通过有线接入或者移动网无线接入。因此，对终端的管理必然要跨越不同的网络，不同的技术。413.4.2物联网终端技术（1）物联网终端的基本原理及作用原理：物联网终端基本由外围感知（传感）接口，中央处理模块和外部通讯接口三个部分组成，通过外围感知接口与传感设备连接，将这些传感设备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后，按照网络协议，通过外部通讯接口，发送到以太网的指定中心处理平台。423.4.2物联网终端技术物联网终端内部结构图433.4.2物联网终端技术作用：

物联网终端属于传感网络层和传输网络层的中间设备，也是物联网的关键设备，通过他的转换和采集，才能将各种外部感知数据汇集和处理，并将数据通过各种网络接口方式传输到互联网中。如果没有他的存在，传感数据将无法送到指定位置，“物”的联网将不复存在。443.4.2物联网终端技术（2）物联网终端的分类

按照行业应用分类

主要包括工业设备检测终端，设施农业检测终端，物流RFID识别终端，电力系统检测终端，安防视频监测终端等。按照使用场合分类

主要包括以下三种：固定终端，移动终端和手持终端。453.4.2物联网终端技术

按照传输方式分类

主要包括以太网终端、WIFI终端、2G终端、3G终端等，有些智能终端具有上述两种或两种以上的接口。

按照使用扩展性分类

主要包括单一功能终端和通用智能终端。

按照传输通路分类主要包括数据透传终端和非数据透传终端。463.4.2物联网终端技术(3)物联网终端的广泛应用终端推广的最大障碍——终端的标准化：

硬件接口标准化数据协议标准化终端的广泛应用分析

473.4.2物联网终端技术(4)物联网终端实例

[3]物联网智能药盒物联网智能药盒的远程医疗架构图物联网智能药盒外形设计图483.4.3物联网的标准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准体系可以根据物联网技术体系的框架进行划分，即分为网络传输层标准、感知控制层标准、应用服务层标准及共性支撑标准，如下表所示。493.5云计算智能技术其实就是我们常说的人工智能技术，它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。云计算的概念是由