物联网导论复习

第一章：概述物联网概念物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。普通对象设备化，自治终端互联化和普适服务智能化是其三个重要特征。物联网的特征（特点）（1）普通对象设备化，自治终端互联化和普适服务智能化是其三个重要特征；（2）联网终端规模化：物联网时代每一件物品均具通信功能成为网络终端，5-10年内联网终端规模有望突破百亿；（3）感知识别普适化：无所不在的感知和识别将传统上分离的物理世界和信息世界高度融合；（4）异构设备互联化：各种异构设备利用无线通信模块和协议自组成网，异构网络通过“网关”互通互联。（5）管理处理智能化：物联网高效可靠组织大规模数据，与此同时，运筹学，机器学习，数据挖掘，专家系统等决策手段将广泛应用于各行各业。（6）应用服务链条化：以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，生产调度，节能减排，仓储物流到产品销售，售后服务等各个环节。物联网的起源与发展具有来源多样性物联网的核心技术(四层)根据信息生成、传输、处理和应用将物联网分为感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层。物联网的发展趋势（1）更广泛的互联互通：互联互通的对象从人延伸到物体互联互通方式的扩展；（2）更透彻的感知：通信功能使传感器能够协同工作；（3）更深入的智能：多传感器实现“人多力量大”的智能；多维感知数据实现“防患于未然”的智能；大数据挖掘实现“见微知著”的智能；物联网的应用领域（1）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。（2）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；（3）智能建筑：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。（4)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。第二章：自动识别技术的类别（1）光符号识别、语音识别（2）虹膜识别（3）指纹识别（4）IC技术（5）可以通过腐蚀活字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。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。严格意义上，2.45GHz和5.8GHz属于微波范围。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。RFID标签防冲突算法第三章：无线传感器网无线传感器的发展趋势特点无线传感器节点并没有像摩尔定律预测的速度发展，及无线传感器性能是缓慢提升。传感器组成、无线传感器节点的组成传感器组成：一般由敏感元件、转换元件和基本电路组成。无线传感节点的组成：电池、传感器、微处理器、无线通信芯片无线传感器网络概念 是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。制约传感器性能提升的因素有哪些？（1）功耗的制约：无线传感节点一般被部署在野外，不能通过有线供电。其硬件设计必须以节能为重要设计目标。（2）价格的制约：无线传感节点一般需要大量组网，以完成特定的功能。其硬件设计必须以廉价为重要设计目标。（3）体积的制约：无线传感节点一般需要容易携带，易于部署。其硬件设计必须以微型化为重要设计目标。大规模长时间部署传感器的设计要求？（1）低成本与微型化（2）低功耗（3）灵活性和扩展性（4）鲁棒性传感器的按工作原理的分类（1）电参数传感器（电阻式、电感式、电容式传感器）（2）压电式传感器（3）光电式传感器（一般光电式、光纤式、激光式、红外式等）（4）热电式传感器（5）半导体式传感器（6）波式和辐射式传感器。微处理器的关键特性、通信芯片的重要指标(1)微处理器关键特性:功耗特性、唤醒时间、供电电压、运算速度、内存大小。(2)通信芯片的重要指标：睡眠功耗、唤醒时间、发射功率、接收灵敏度、接受功耗。常见的节点操作系统有哪些?TinyOS系统、ContikiOS系统、MantisOS系统、Nanno-RK系统、SenSpireOS系统等。无线传感器网络中的选路指标-ETX（总传输次数）传输成功每个包需要的总传输次数（ETX,ExpectedTransmissionCount)：Linkthroughput=1/LinkETX选路指标ETX的计算课本P55；数据收集协议和数据分发协议（1）数据收集协议：初始化阶段：网络中每个节点广播自己到汇聚节点的路径的ETX。每个节点收到广播包之后，依据邻居节点广播的路径ETX，动态选择父节点，使得自己到汇聚节点的路径ETX尽量小。经过不断更新，网络中的每个节点都能够选择到一条到汇聚节点ETX之和最小的路径。（2）数据分发协议：Drip为每一个数据项分配一个版本号，版本号越高的数据为越新的数据。网络中每个节点周期性的广播关于一个数据项的版本信息。当一个Drip节点发现自己的数据需要更新时，则向邻居借点发送请求包。Drip节点在收到请求包后即广播关于被请求数据项的包。第四章：定位系统位置信息包括哪些方面？（1）所在的地理位置（2）处在该地理位置的时间（3）处在该地理位置的对象（人或设备）。现存的主流定位系统有哪些？GPS定位系统的组成部分（1）卫星定位：GPS；（2）蜂窝基站定位；（3）室内精确定位；（4）WiFi基站定位；常见的定位技术有哪些？TOA、TDOA、RSS等（1）基于距离（时间）的定位（TimeofArrival,ToA）（2）基于距离（时间）差的定位（TimeDifferenceofArrival,TDoA）（3）基于信号特征的定位（ReceivedSignalStrength,RSS）。每一种定位技术的特点及优缺点（1）ToA：特点：需要接收端特殊装置；缺点：需要参考点和测量目标时钟同步；（2）TDoA：特点：需要接收端特殊装置；优点：不需要参考点和测量目标时钟同步；缺点：参考点之间仍然需要时钟同步（3）RSS：缺点：需要事先建立精细的特征地图，不能应对动态变化。LANDMARC定位法的特点除了信号发送源，再布置一系列RFID标签作为参考标志；每个标志随时记录自己收到的RSS信号强度特征向量；将目标测得的信号特征向量与参考标志此时的特征向量进行比对，确定位置，误差在1m范围以内。室内定位有哪些技术方案（1）一般不利用TOA、TDoA、AOA等技术，需要较贵的硬件支持，而一般采取基于RSS技术。（2）利用已有设备与网络：蓝牙，WiFi，ZigBee（部署方便、成本低、精度有限）（3）利用专门设备与网络：红外线、超声波、RFID、超宽带(UWB)等（精度高、部署成本高。）第六章：无线宽带网络无线网络的组成元素（1）无线网络用户（2）基站（3）自组网（4）无线连接无线网络的类别、带宽分布等。无线网络的类别（1）个域网（2）城域网（3）局域网（4）广域网无线网络的难点，多径传播等。（1）信号强度衰减：无线信号能量随着传输距离增长而减弱。（2）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。（3）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。（4）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。Wifi技术标准802.11CSMA/CA协议工作原理。是指即使侦听到信道为空，也为了避免冲突而等待一小段随机时间以后再发送数据帧。无线城域网的技术标准。802.16a、无线低速网络常见无线低速网络协议有哪些？（1）红外(InfraredCommunication)（2）蓝牙(Bluetooth)通信协议（3）IEEE802.15.4/ZigBee协议（4）体域网(BodyAreaNetwork)协议（5）容迟网络(Delay/DisruptionTolerantNetwork)协议。蓝牙技术的背景与标准蓝牙的标准：IEEE802.15.1标准蓝牙技术的特点（1）全球范围适用（2）同时传输语音数据（3）可建立临时对等连接（4）近距离通信（5）很好的抗干扰能力和安全性（6）设备功耗低，体积小蓝牙设备的工作模式（两种角色）蓝牙设备有两种可能的角色，分别为主设备和从设备。同一个蓝牙设备可以在这两种角色之间转换。蓝牙系统的组成（1）天线单元（2）链路控制（固件）单元（3）软件（协议栈）单元（4）链路管理单元Zigbee标准及特点标准：IEEE802.15.4特点：低功耗低成本时延短网络容量大可靠安全IEEE802.15.4/ZigBee体系结构ZigBee的设备类型及角色•两种设备类型:•精简功能设备(RFD)•全功能设备(FFD)FFD与RFD的差别：FFD有能力成为协调者并选取一个频道建立新的网络，而RFD只能透过向协调者注册并连结后才能使用网络；另一个差别在于，并不是任何节点都有资格向协调者提出GTS使用申请，此节点必须属于FFD才可向协调者要求保证传输时槽使用权。•三种设备角色:•端设备Enddevice(RFDorFFD)：只具有简单的收发功能，不能进行分组的转发。•协调器Coordinator(FFD)：通常通过发送信标实现与周围节点的同步，且具有转发分组的功能。•网络协调器PANCoordinator(FFD)：为整个网络的主控节点，并且每个IEEE802.15.4网络只能有一个网络协调点ZigBee的网络拓扑结构类型星形网（2）网状网（3）树状网ZigBee协议栈中MAC层设计，如何降低能耗？（1）低功率侦听协议（LPL，lowpowerlistening）：采样侦听、链路层调度（2）采样侦听：无线收发模块在没有数据的时候关闭、定时采样获取信道的信息。ZigBee无线收发模块的工作特点无线收发模块占据大部分的能量消耗。无线收发器件（radiotransceiver）工作时通常处于三种状态，发送，侦听和空闲状态。空闲侦听（idlelistening）：是指节点处于侦听状态，但是并未侦听到任何数据，从而浪费掉了能量。空闲（idle）：空闲状态是指节点物理地关闭一些硬件功能，从而达到较低的能耗。ZigBee网络层路由协议网络层采用的基本路由协议是按需距离矢量路由协议（AODV）体域网概念及标准（1）概念：体域网（wirelessbodysensornetwork,WBSN或BSN）是基于无线传感器网络（WSN）的，是人体上的或移植到人体内的生物传感器共同形成的一个无线网络，它不仅是一种新的普适医疗保健、疾病监控和预防的解决方案，还是物联网（Internetofthings）的重要感知及组成部分。（2）标准：IEEE802.15.6容迟网概念及典型应用领域（1）概念：容迟网络(DelayTolerantNetwork，DTN)：是指网络中端到端的路径通常很难建立，网络中消息传播具有很大延时，使得传统因特网上基于TCP/IP的协议、无线AdHoc网络中面向端到端的路由协议变得失效。DTN并不侧重于构建一种新的数据链路层，而是根据网络应用的特点，抽象出的一种新的网络结构。（2）典型应用领域：深空监测、野生斑马研究、湖水质量检测、乡村通信、移动机会网络。第八章：移动通信网络了解移动通信发展历史蜂窝网络工作原理GSM（一种蜂窝网络系统）后台网络系统包括以下模块系统：1）基站系统，包括基站和相关控制器2）网络和交换系统，也称为核心网，负责衔接各个部分3）GPRS核心网，可用于基于报文的互联网连接，为可选部分4）身份识别模块，也称为SIM卡，主要用于保存手机用户数据。CDMA：它利用编码技术可以区分并分离多个同时传输的信号。它允许用户可以任何时刻在任何频段发送信号，对于冲突的信号，可以从混合信号中提取出期望的数据信号，同时拒绝所有其他的噪音信号。3G技术发展历史，3G技术标准有哪些？（2）3G技术标准：a.我国自主研究制定的TD-SCDMA标准；b.CDMA技术以其特有的优势为众多标准的基础c.WCDMAd.CDMA20003G技术在我国的发展情况中国移动获得TD-SCDMA牌照中国联通WCDMA中国电信获得CDMA2000牌照了解4G技术的发展情况第九章：大数据与海量存储网络存储分类、三种网络存储特点网络存储分类：a.直接附加存储（DAS）。b.网络附加存储（NAS）。c.存储区域网络（SAN）。网络存储特点：a.DAS：优点：管理容易，结构简单；缺点：集中式体系结构，不能满足大规模数据访问的需求；存储资源利用率低，资源共享能力差，造成“信息孤岛”。b.NAS：优点：网络的存储实体，容易实现文件级别共享；缺点：性能严重依赖于网络流量，用户数过多，读写过频繁时性能受限。c.SAN：优点：存储共享、支持服务器从SAN直接启动，存储管理简化，存储容量利用率提高；缺点：无直接文件级别的访问能力，但可在SAN基础上建立文件系统。了解数据中心概念维基百科：“数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备（例如通信和存储系统），还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。”Google：“多功能的建筑物，能容纳多个服务器以及通信设备。这些设备被放置在一起是因为它们具有相同的对环境的要求以及物理安全上的需求，并且这样放置便于维护。”了解数据中心技术（Hadoop、HDFS、MapReduce、Hbase等）GFS（GoogleFileSystem）的设计观念：•组件失效不再被认为是意外，而是被看做正常的现象•GFS的文件非常巨大•对文件的操作具有特定的模式•应用程序和文件系统API的协同设计提高了整个系统的灵活性。MapReduce是一种针对超大规模数据集的编程模型和系统；用MapReduce开发出的程序可在大量商用计算机集群上并行执行、处理计算机的失效以及调度计算机间的通信。BigTable是一种用来在海量数据规模下（例如包含以PB为单位的数据量和数千台廉价计算机的应用）管理结构化数据的分布式存储系统。Apache开源组织的一个分布式计算开源框架；用于在大型集群的廉价服务器设备上运行的数据密集型分布式应用程序；在早期实际上是Google文件系统与MapReduce分布式计算框架及相关IT基础服务的开源实现。Hadoop:最重要的三个组成部分分别是：HOFS（HadoopDistributedFileSystem），MapReduce，Hbase。a.其中HDFS是设计用来在大规模集群中存储海量数据文件的分布式文件系统，它的灵感来自于Google的GFS。b.Hadoop中的MapReduce实际上就是GoogleMapReduce的开源实现。c.Hbase是一种仿照GoogleBigTable的开源、分布式、面向列存储的数据库。第十章：数据库系统了解数据库发展历史早期的数据库系统：导航式数据库；（2）关系数据库：RDBMS有哪些类型数据库系统导航示数据库：SABRE、IBM的IMS、Cullinet的