《邮政快递信息技术应用》课件-物联网

——物联网的基本原理及架构目录contents物联网的基本原理123物联网的核心价值未来的物联网架构技术一、物联网的基本原理物联网典型体系架构物联网典型体系架构感知层是实现物联网全面的感知的核心能力是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本的问题广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网络提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发物联网应用层物联网网络层物联网感知层物联网典型体系架构分层描述一、物联网的基本原理一、物联网的基本原理物联网的连接对象物理对象(不论是智能的或非智能的物体)数量非常巨大，需要联网互动、通信、控制以便参与业务流程或管理的物件其数量也比人口多百倍。按照更为科学及严谨的表述，物联网结构应分成:

（一）感知识别层（二）网络构建层（三）管理服务层（四）综合应用层一、物联网的基本原理（一）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。一、物联网的基本原理（一）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。由传感器组成的感知结构

一、物联网的基本原理（二）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。网络构建层

一、物联网的基本原理（二）网络构建层——网络形式互联网：互联网/电信网是物联网的核心网络、平台和技术支持。IPv6的使用扫清了可接入网络的终端设备在数量上的限制。无线宽带网：WiFi/WiMAX等无线宽带技术的覆盖范围较广，传输速度较快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互联手段。无线低速网：ZigBee/蓝牙/红外等低速网络协议能够适应物联网中能力较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源等特征。移动通信网：移动通信网络将成为“全面、随时、随地”传输信息的有效平台。高速、实时、高覆盖率、多元化处理多媒体数据，为“物品触网”创造条件。一、物联网的基本原理（三）管理服务层管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综合应用层之下，人们通常把物联网应用冠以“智能”的名称，如智能电网、智能交通、智能物流等，其中的智慧就来自这一层。当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇聚到管理服务层，管理服务层解决数据如何存储（数据库与海量存储技术）、如何检索（搜索引擎）、如何使用（数据挖掘与机器学习）、如何不被滥用（数据安全与隐私保护）等问题。一、物联网的基本原理（三）管理服务层1.数据库物联网数据特点是海量性，多态性，关联性及语义性。适应这种需求，在物联网中主要使用的是关系数据库和新兴数据库系统。①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，仍可在物联网中使用，为物联网的运行提供支撑。②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。一、物联网的基本原理（三）管理服务层2.海量信息存储海量信息存储早期采用大型服务器存储，基本都是以服务器为中心的处理模式，使用直连存储（DAS，DirectAttachedStorage），存储设备（包括磁盘阵列，磁带库，光盘库等）作为服务器的外设使用。3.数据中心数据中心不仅包括计算机系统和配套设备（如通信/存储设备），还包括冗余的数据通信连接/环境控制设备/监控设备及安全装置，是一大型的系统工程。通过高度的安全性和可靠性提供及时持续的数据服务，为物联网应用提供良好的支持。典型的数据中心如Google/Hadoop数据中心。一、物联网的基本原理（三）管理服务层4.搜索引擎Web搜索引擎是一个能够在合理响应时间内，根据用户的查询关键词，返回一个包含相关信息的结果列表（hitslist）服务的综合体。物联网时代的搜索引擎必须是从智能物体角度思考搜索引擎与物体之间的关系，主动识别物体并提取有用信息。从用户角度上的多模态信息利用，使查询结果更精确，更智能，更定制化。5.数据挖掘技术物联网需要对海量的数据进行更透彻的感知要求对海量数据多维度整合与分析，更深入的智能化需要普适性的数据搜索和服务。基本类型有关联分析，聚类分析，演化分析等。这些需求都使用了数据挖掘技术。一、物联网的基本原理（四）综合应用层传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化，典型应用包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、视频点播、在线游戏和社交网络等；而物联网应用以“物”或者物理世界为中心，涵盖物品追踪、环境感知、智能物流、智能交通、智能电网等等。一、物联网的基本原理（四）综合应用层智能物流：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。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。一、物联网的基本原理二、物联网的核心价值物联网智能管理(跟踪、监控、管理)泛在服务(识别、定位、跟踪)=感知传输智能++价值所在二、物联网的核心价值核心推动力—物联网应用全面感知可靠传输智能中间件感知传输智能

AnytimeAnywhereAnyoneAnything物联网应用！二、物联网的核心价值（一）综合感知二、物联网的核心价值（一）综合感知物联网的传感器多种多样物流和商品管理中的RFID阅读器、二条码扫描器智能电网中的电表计量芯片城市安防系统中的视频监控智能交通管理系统中的安装车辆上的定位及标识装置……二、物联网的核心价值（一）综合感知从神经生物学角度看感觉，分以下五种基本种类：视觉听觉嗅觉味觉躯体感觉，包括触觉、痛觉、温度觉、体位觉、运动觉和震动觉。大脑神经元：综合感知物联网感知的人体模型二、物联网的核心价值（一）综合感知I类感知节点：单传感器信息感知II类感知节点：多传感器信息感知智能感知节点：具有前端智能的感知，与业务相关多样化感知按照网格化理念：以网格为单位，设立各类感知节点包括温湿度、标识信息、视频信息、交通流量信息、违章信息等网格化感知二、物联网的核心价值（二）可靠传输一切设备都可以进入网络进行通讯，可查询甚至可控制智能电表连网报告实时用电信息，而不是人工用电总量的查询汽车导航仪可以通过网络接收实时交通和道路信息家用电器也可以通过PLC或Zigbee一类的技术入网能通讯的机器二、物联网的核心价值（二）可靠传输面向物联的虚拟专用网络多种感知节点的接入具有一定的业务相关性和业务智能“物”之汇聚边界网关物联信息的内部传递业务无关内部网关二、物联网的核心价值（三）智能处理元数据经过汇总后，对数据进行业务云计算，以生成具有业务属性的数据，供应用层使用不同业务具有不同的云计算模块云存储和云计算前端智能：综合感知节点的智能汇聚智能：边界智能网关的智能中心智能：云计算的智能业务智能：业务层面的智能系统化的智能二、物联网的核心价值IO传感器音频视频RFID（三）智能处理深层应用智能管理网络传输信息采集字节字节K字节M字节字节字节K字节M字节简单数据简单数据中等数据大量数据简单简单中等大量二、物联网的核心价值三、未来的物联网架构技术移动通信网络物联网平台ChinaNET通信网关个人及家庭用户WMMP-AWMMP-T业务平台+企业应用系统通信模组物联网终端承载网络运营支撑系统应用系统控制器传感器物联网网关无线传感器网络物联网平台是业务运营和管理的关键设备WMMP协议是物联网通信的基础物联网网关是传感网与电信网融合的关键基础设备通信模组是终端标准化的重要部分无线传感网是感知客观世界有效手段和物联网基础摄像头读码器三、未来的物联网架构技术三、未来的物联网架构技术未来的物联网需要一个开放的架构来最大限度的满足各种不同系统和分布式资源之间的互操作性需求。物联网的架构技术需要设计为可以抵御物理网络中各种中断以及干扰的形式，尽可能将这些情况所带来的影响降低到最小程度。未来的物联网架构还需要考虑到这样一个事实：即，以后网络中的很多节点和网络设备将是移动的。物联网的架构技术一定要同时支持移动的“智能”与、自主的信息过滤、自主模式识别、自主机器学习以及自主判断决策能力，要让这些能力能够达到各种物联网子网络的边缘地带，而无需考虑数据是在附近产生的还是远程生成的。——物联网的技术体系目录contents物联网的关键技术1234物联网的技术体系框架物联网的技术体系物联网面临的主要技术问题识别技术体系技术数据和信号处理技术功率与能量存储技术发现技术网络技术硬件技术安全与隐私技术网管技术通信技术软件与算法标准化欧盟于2009年9月发布的《欧盟物联网战略研究路线图》白皮书中列出12类关键技术一、物联网的关键技术技术体系框架二、物联网的技术体系框架三、物联网的技术体系1、感知、网络通信和应用关键技术①传感和识别技术是物联网感知物理世界获取信息和实现物体控制的首要环节。传感器将物理世界中的物理量、化学量、生物量转化成可供处理的数字信号。识别技术实现对物联网中物体标识和位置信息的获取。②网络通信技术主要实现物联网数据信息和控制信息的双向传递、路由和控制.重点包括低速近距离无线通信技术、低功耗路由、自组织通信、无线接入M2M通信增强、IP承载技术、网络传送技术、异构网络融合接入技术以及认知无线电技术。三、物联网的技术体系1、感知、网络通信和应用关键技术识别技术—RFID射频标签三、物联网的技术体系1、感知、网络通信和应用关键技术识别技术——编号与寻址全球识别方案、识别管理、识别编码/加密、识别和寻址方案及其认证和储存管理、全球查号业务和发现业务。2010年前2010-2015年2015-2020年2020后识别技术GS1,IPv6,等各种方案的域名ID用于唯一识别的统一框架，物联网开放框架 URI、身份管理，语义、隐私知觉性 “物品DNA”身份三、物联网的技术体系1、感知、网络通信和应用关键技术识别技术——编号与寻址IPv4/IPv6M2M业务使用E.164编码和IMSI码通信标识物品编码：EAN.UCC（GS1）标准RFID标识：私有编码或EPCglobal传感器标识:需要有传感器标识和传感器网络节点标识标准物体标识物联网会出现一个物件有多个识别号的情况（例如制造商编号、网络地址、在一个ad-hoc集合中的临时编号，嵌入到物件中的传感器和读写器还可以有各自的地址)。需要开发全球识别方案、识别管理、识别编码/加密、匿名、使用识别和寻址方案的认证和储存管理、认证寻址方案、全球查号和发现业务。三、物联网的技术体系1、感知、网络通信和应用关键技术传感网协议三、物联网的技术体系1、感知、网络通信和应用关键技术信息聚合—连接数字世界和物理世界三、物联网的技术体系1、感知、网络通信和应用关键技术③海量信息智能处理综合运用高性能计算、人工智能、数据库和模糊计算等技术，对收集的感知数据进行通用处理，重点涉及数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现等。④面向服务的体系架构（Service-orientedArchitecture，SOA）是一种松耦合的软件组件技术，它将应用程序的不同功能模块化，并通过标准化的接口和调用方式联系起来，实现快速可重用的系统开发和部署。SOA可提高物联网架构的扩展性，提升应用开发效率，充分整合和复用信息资源。三、物联网的技术体系2、支撑技术①微机电系统可实现对传感器、执行器、处理器、通信模块、电源系统等的高度集成，是支撑传感器节点微型化、智能化的重要技术。②嵌入式系统是满足物联网对设备功能、可靠性、成本、体积、功耗等的综合要求，可以按照不同应用定制裁剪的嵌入式计算机技术，是实现物体智能的重要基础。三、物联网的技术体系③软件和算法是实现物联网功能、决定物联网行为的主要技术，重点包括各种物联网计算系统的感知信息处理、交互与优化软件与算法、物联网计算系统体系结构与软件平台研发等。④电源和储能是物联网关键支撑技术之一，包括电池技术、能量储存、能量捕获、恶劣情况下的发电、能量循环、新能源等技术2、支撑技术三、物联网的技术体系2、支撑技术网络发现技术—授权认证和配置物联网应具有基于智能匹配而不是预置模板与属性来对网中的物件自动指配作用、自动部署与激活、解除激活和性能监视，开始、停止、管理和调度发现过程，还可在任何时间对所分配的作用进行调整和监视属性，或按需创建新的属性。物联网中的物件间的交互并不需要预配置或硬连接，只要它们的地址或服务端点是关联的就可以。发现的服务必然应基于授权认证机理，以保护隐私和安全。目前可参考使用的在LAN级别的发现协议有WS-Discovery(作为WS-DD的一部分),Bonjour和SSDP(作为UPnP的一部分)。三、物联网的技术体系2、支撑技术算法和软件—操作系统和中间件开发分布与联合应用的面向服务的计算（SOC)，利用SOC组织Web服务并使其成为虚拟网；基于交互单元/模块抽象资源和网络功能的轻型开放中间件及其平台；能效微操作系统（例如Contiki)和能量感知的操作系统及其实现；自优化、自配置、自愈的分布自适应软件；自管理技术；口令分配机理；面向目标的软件、目标交互的语言、仿生算法（例如自组织）和游戏理论（克服风险和对恶意节点的反应）；库存管理、产品调度和数据挖掘的数学模型,优化资源分配的算法；关系数据库的综合。三、物联网的技术体系2、支撑技术能量获取技术能量获取技术：生物、化学、感应、静电、压电、热电、光伏、微燃料电池、无线供电等；能量存储技术：薄膜电池、Li-Ion平板电池、印刷电池、可生物降解的电池；能量存储和超电容技术；能量测量技术：能源消耗映射，硬件元