《物联网概论》总复习课件

《物联网概论》总复习考试题型及分值单项选择题（2%*10=20%）填空题（2%*10=20%）简答题（8%*5=40%）论述题（20%*1=20%）考试时间6月14号（15周周五3：00—5：00）物联网的定义最初的定义：将各种信息传感设备（如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置）与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络。ITU定义：fromanytime,anyplaceconnectivityforanyone,wewillnowhaveconnectivityforanything。物联网的三大特征全面感知利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。可靠传递通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递给用户。智能处理利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。感知中国2009年8月温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。物联网发展中国的优势我国1999年就启动了物联网核心传感网技术研究，研发水平处于世界前列；在传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高；我国是能够实现物联网完整产业链的国家之一；我国无线通信网络和宽带覆盖率高，为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持；我国已经成为世界第三大经济体，有较为雄厚的经济实力支持物联网发展。物联网的应用前景智能物流：现代物流系统希望利用信息生成设备，如RFID设备、感应器或全球定位系统等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，并能够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理。智能交通：通过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息、通讯技术来提高交通运输系统的安全性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的负面影响。绿色建筑：物联网技术为绿色建筑带来了新的力量。通过建立以节能为目标的建筑设备监控网络，将各种设备和系统融合在一起，形成以智能处理为中心的物联网应用系统，有效的为建筑节能减排提供有力的支撑。物联网的应用前景（续）智能电网：以先进的通信技术、传感器技术、信息技术为基础，以电网设备间的信息交互为手段，以实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全为目的的先进的现代化电力系统。环境监测：通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量、以及各种环境状态参数的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法指引和质量保证。2RFID技术分析RFID系统由五个组件构成，包括：传送器、接收器、微处理器、天线、标签。传送器、接收器和微处理器通常都被封装在一起，又统称为阅读器(Reader)，所以工业界经常将RFID系统分为为阅读器、天线和标签三大组件。低频（LF）范围为30kHz-300kHz，RFID典型低频工作频率有125kHz和133kHz两个，该频段的波长大约为2500m。低频标签一般都为无源标签，其工作能量通过电感耦合的方式从阅读器耦合线圈的辐射场中获得，通信范围一般小于1米。除金属材料影响外，低频信号一般能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。天线匝数较多。适用于近距离、低速、数据量小的场合：汽车防盗、酒店门锁系统、自动停车场收费及管理系统等。低频RFID特点高频（HF）范围为3MHz-30MHz，RFID典型工作频率为13.56MHz,该频率的波长大概为22米，通信距离一般也小于1米。该频率的标签不再需要线圈绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作标签内的天线，采用电感耦合的方式从阅读器辐射场获取能量。可以同时读取多个标签，数据传输率较高。典型应用：图书管理系统、固定资产管理系统、医药物流系统高频RFID特点超高频（UHF）范围为300MHz-3GHz，3GHz以上为微波范围。采用超高频和微波的RFID系统一般统称为超高频RFID系统，典型的工作频率为：433MHz，860-960MHz，2.45GHz，5.8GHz，频率波长大概在30厘米左右。超高频标签可以是有源标签与无源标签两种，通过电磁耦合方式同阅读器通信。通信距离一般大于1米，典型情况为4-6米，最大可超过10米。数据传输率高，可以在短时内读取大量的标签。典型应用：集装箱管理、航空包裹管理、供应链管理超高频RFID特点基于帧的分时隙ALOHA防冲突算法（FSA，FramedSlottedAloha）思想：在S-ALOHA基础上，将若干个时隙组织为一帧，阅读器按照帧为单元进行识别。每帧开始时，Reader广播帧长度f（时隙个数）每个标签随机选择I[0,f-1]，并存储在寄存器SN中；Reader启动新时隙，若Tag的SN值为0则发送；否则减1若发送成功，进入休眠状态；若冲突，进入等待状态，在下帧中重新尝试。重复上述过程，直到在某帧中Reader没有收到任何Tag解决FAS算法固定帧的局限性动态自适应设置帧长度的算法可以解决FAS算法固定帧的局限性。一种根据前一帧通信获取的空的时隙数目，发生碰撞的时隙数目和成功识别标签的时隙数目的数量估计当前的标签数并设置下一帧的最优的长度；另一种根据前一时隙的反馈动态调整帧长为2的整数倍，这种方法最具代表性的是EPCglobalGen2标准中设计的Q算法。EPC技术EPC系统构成一个完整的EPC工作系统由8部分组成:EPC编码EPC标签读写器EPCSavantONS服务器PMLEPC-IS服务器InternetGPS：主要优缺点优点精度高全球覆盖，可用于险恶环境缺点启动时间长(3-5分钟)室内信号差需要GPS接收机蜂窝基站定位：主要优缺点优点不需要GPS接收机，可通讯即可定位启动速度快信号穿透能力强，室内亦可接收到缺点定位精度相对较低基站需要有专门硬件，造价昂贵A-GPS（AssistedGPS）特点GPS定位和蜂窝基站定位的结合体利用基站定位确定大致范围连接网络查询当前位置可见卫星大大缩短搜索卫星的时间全程数十秒7无线连接的特点信号强度衰减无线信号能量随着传输距离增长而减弱。非视线传输若发送者与接收者之间的路径部分被阻挡，则称其为非视线传输。无线信号可能会被阻挡物吸收或迅速衰减。信号干扰相同无线频段的信号会相互干扰，例如2.4GHz。外部环境的电磁噪声，例如微波炉、汽车、高压电线。多径传播无线信号由于阻挡物的反射和折射，到达接收端的时间可能略微不同。无线宽带网络和有线宽带网络的主要区别在于数据链路层和物理层。为什么需要低速网络协议？物联网背景下连接的物体，既有智能的也有非智能的。适应物联网中那些能力较低的节点低速率低通信半径低计算能力低能量需要对物联网中各种各样的物体进行操作的前提就是先将他们连接起来，低速网络协议是实现全面互联互通的前提。8无线传感网节点的特点节点功能小→计算不能太复杂节点能量少→尽量减少不必要传输节点通信范围小→需要多跳网络设计节点内存小→不可能保存全部路由表节点工作环境复杂→高适应性协议8.3

无线传感网组网：网络层设计主要特点（无线传感网络路由与传统路由的区别）无线传感器网络中的链路是不可靠的无线传感器节点的功能和资源极其受限的，使得节点不能进行很复杂的计算，测量以及维护庞大的路由表。链路质量成为影响路由协议性能的重要指标。许多无线传感器网络路由协议在其路径选择过程中均考虑了链路质量。ETX是广泛使用的路径选择指标，可实现无线传感网典型的链路测量方法。ETX：路径选择指标ETX：

（ExpectedTransmissionCount），传输成功每个包需要的总传输次数，一条路径的ETX越小代表在这条路径上引起的总传输次数最小。Linkthroughput

1/LinkETXETX计算假设链路有ACKs和重传P(TXsuccess)=P(Datasuccess)P(ACKsuccess)LinkETX=1/P(TXsuccess)=1/[P(Datasuccess)P(ACKsuccess)]实际计算ETXP(Datasuccess)measuredfwddeliveryratiorfwdP(ACKsuccess)measuredrevdeliveryratiorrevLinkETX1/(rfwdrrev)CDMA系统CDMA与GSM并列的第二大移动通信系统，也是3G系统的基础。CDMA可以同时区分并分离多个同时传输的信号。CDMA有以下特点：抗干扰性好抗多径衰落保密安全性高容量质量之间可以权衡取舍同频率可在多个小区内重复使用呼吸效应及解决方案呼吸效应：在CDMA系统中，基站的实际有效覆盖面积会随着干扰信号的增强而缩小，反之则会增大。这种覆盖面积随用户数目的增加而收缩的现象为“呼吸效应”。干扰信号同移动用户的数目是密切相关的；导致“呼吸效应”的主要原因是CDMA系统是一个自干扰系统；CDMA2000和W-CDMA属于同频自干扰系统，邻近用户间自干扰现象明显，从而降低了实际传输速率。TD-SCDMA解决方案：利用低带宽的FDMA和TDMA限制了系统的最大干扰；在单时隙中应用CDMA技术提高系统容量；利用联合检测和SDMA技术对客户终端的信号跟踪；充分利用下行信号能量，最大程度上抑制了客户之间的干扰。TD-SCDMA系统不再是一个自干扰系统，“呼吸效应”基本被消除。TD-CDMA解决的移动通信问题（续）“远近效应”：移动通信干扰的另一问题。手机用户到基站的距离不断变化；固定的通信功率不仅会造成严重的功率过剩，且可能形成有害的电磁辐射。如何解决？动态调控功率：手机终端依据自己到基站的通信距离动态的调整自己的传输功率，从而尽可能的减少过剩，且依然保证可连通性。数据库与物联网物联网数据特点：海量性，多态性，关联性及语义性关系数据库系统作为一项有着近半个世纪历史的数据处理技术，仍可在物联网中大展拳脚，为物联网的运行提供支撑。与此同时，结合物联网应用提出的新需求，数据库技术也在进行不断的更新，发展出新的方向。新兴数据库系统（NoSQL数据库）针对非关系型、分布式的数据存储，并不要求数据库具有确定的表模式，通过避免连接操作提升数据库性能。关系数据库系统的缺点缺乏对真实世界实体的有效表达缺乏对复杂查询的有效处理缺乏对WEB应用的有效支持(允许延迟、高效存储查询、并发存取）Page38IPv6地址分类单播地址（UnicastAddress）组播地址（MulticastAddress）任播地址（AnycastAddress）特殊地址地址类型二进制前缀IPv6标识未指定00...0(128bits)::/128环回地址00...1(128bits)::1/128组播FF00::/8链路本地地址1111111010FE80::/10站点本地地址1111111011FEC0::/10全局单播（其他）2000::/3GlobalUnicastAddressesequivalenttopublicIPv4addressesFixedportionsetto001–Thethreehigh-orderbitsaresetto001.Theaddressprefixforcurrentlyassignedglobaladdressesis2000::/3.GlobalRoutingPrefix–Indicatestheglobalroutingprefixforaspecificorganization'ssite.SubnetID–TheSubnetIDisusedwithinanorganization'ssitetoidentifysubnets.InterfaceID–Indicatestheinterfaceonaspecificsubnetwithinthesite.The