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1、第2章物联网体系架构,2.1 概述,2.1.1 物联网应用场景 2.1.2 物联网需求分析 2.1.3 物联网体系架构,2.1.1 物联网应用场景,物联网是近年来的热点，人人都在提物联网，但物联网到底是什么？究竟能做什么？本节将对几种与普通用户关系紧密的物联网应用进行介绍。,应用场景一： 当你早上拿车钥匙出门上班，在电脑旁待命的感应器检测到之后就会通过互联网络自动发起一系列事件，比如通过短信或者喇叭自动播报今天的天气，在电脑上显示快捷通畅的开车路径并估算路上所花时间，同时通过短信或者即时聊天工具告知你的同事你将马上到达等。,应用场景二： 想象一下，联网冰箱可以监视冰箱里的食物，在我们去超市的时
2、候，家里的冰箱会告诉我们缺少些什么，也会告诉我们食物什么时候过期。它还可以跟踪常用的美食网站，为你收集食谱并在你的购物单里添加配料。这种冰箱知道你喜欢吃什么东西，依据的是你给每顿饭做出的评分。它可以照顾你的身体，因为它知道什么食物对你有好处。,应用场景三： 用户开通了家庭安防业务，可以通过PC或手机等终端远程查看家里的各种环境参数、安全状态和视频监控图像。当网络接入速度较快时，用户可以看到一个以三维立体图像显示的家庭实景图，并且采用警示灯等方式显示危险；用户还可以通过鼠标拖动从不同的视角查看具体情况；在网络接入速度较慢时，用户可以通过一个文本和简单的图示观察家庭安全状态和危险信号。,物联网在我
3、们日常生活中的应用丰富多彩 。,综上所述，从体系架构角度可以将物联网支持的业务应用可分为3类：,（1）具备物理世界认知能力的应用。（2）在网络融合基础上的泛在化应用。（3）基于应用目标的综合信息服务应用。,2.1.2 物联网需求分析,“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施。物联网的本质就是物理世界和数字世界的融合。,物联网是为了打破地域限制，实现物物之间按需进行的信息获取、传递、存储、融合、使用等服务的网络。因此，物联网应该具备如下3个能力 ：全面感知、可靠传递、智能处理。,（1）全面感知：利用RFID、传感器、二维码等
4、随时随地获取物体的信息，包括用户位置、周边环境、个体喜好、身体状况、情绪、环境温度、湿度，以及用户业务感受、网络状态等。,（2）可靠传递：通过各种网络融合、业务融合、终端融合、运营管理融合，将物体的信息实时准确地传递出去。,（3）智能处理：利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体进行实时智能化控制。,2.1.2 物联网体系架构,目前在业界物联网体系架构也大致被公认为有这三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层 。,从层次的维度，物联网是一个层次化的网络,第一层是感知网络,第二层是传输网络,第三层是业务和应用网络,
5、返回,感知层是物联网的皮肤和五官识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等，主要作用是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。,网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。,应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会 。,2.2 感知层,2.2.1 感知层功能 2.2.2
6、 感知层关键技术,2.2.1 感知层功能,物联网在传统网络的基础上，从原有网络用户终端向“下”延伸和扩展，扩大通信的对象范围，即通信不仅仅局限于人与人之间的通信，还扩展到人与现实世界的各种物体之间的通信。,物联网感知层解决的就是人类世界和物理世界的数据获取问题。,感知层处于三层架构的最底层，是物联网发展和应用的基础，具有物联网全面感知的核心能力。作为物联网的最基本一层，感知层具有十分重要的作用。,感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分。 此处的短距离传输技术，尤指像蓝牙、ZigBee这类传输距离小于100m，速率低于1Mbit/s的中低速无线短距离传输技术。,2.2.2 感知层关键技术,
7、感知层所需要的关键技术包括检测技术、中低速无线或有线短距离传输技术等。,传感器技术,计算机类似于人的大脑，而仅有大脑而没有感知外界信息的“五官”显然是不够的，计算机也还需要它们的“五官”传感器。,物联网核心技术：RFID,RFID是一种能够让物品“开口说话”的技术，也是物联网感知层的一个关键技术。,物联网核心技术：RFID,技术沿革,物联网核心技术：RFID,系统工作原理,物联网核心技术：RFID,RFID主要频段标准及特性,物联网核心技术：RFID,RFID应用领域,在对物联网的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过有线或无线的方式把它们自动采集到中央信息系统，实现物品（商
8、品）的识别，进而通过开放式的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。,2.3 网络层,2.3.1 网络层功能 2.3.2 网络层关键技术,2.3.1 网络层功能,网络层主要承担着数据传输的功能,在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，它解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输问题。,2.3.1 网络层的关键技术, Internet 移动通信网 无线传感器网络,Internet,物联网也被认为是Internet的进一步延伸。 Internet将作为物联网主要的传输网络之一，它将使物联网无所不在、无处不在地深入社会每个角
9、落。,移动通信网,移动通信网由无线接入网、核心网和骨干网三部分组成。无线接入网主要为移动终端提供接入网络服务，核心网和骨干网主要为各种业务提供交换和传输服务。,移动通信网为人与人之间通信、人与网络之间的通信、物与物之间的通信提供服务。 在移动通信网中，当前比较热门的接入技术有3G、Wi-Fi和WiMAX。,无线传感器网络,无线传感器网络（WSN）的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。,无线传感器网络的特点： 节点数目更为庞大（上千甚
10、至上万），节点分布更为密集 由于环境影响和存在能量耗尽问题，节点更容易出现故障 环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化 通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的 传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限。,2.4 应用层,2.4.1 应用层功能 2.4.2 应用层关键技术,2.4.1 应用层功能,感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。,这一层解决的是信息处理和人机界面的问题。,2.4.2 应用层关键技术,M2M云计算人工智能数据挖掘中间件,M2M,根据不同场景代表Machine-to-Machine Man-to-Mac
11、hineMachine-to-ManMobile-to-MachineMachine-to-Mobile,M2M是现阶段物联网普遍的应用形式，是实现物联网的第一步。,M2M将多种不同类型的通信技术有机地结合在一起，将数据从一台终端传送到另一台终端，也就是机器与机器的对话。,M2M技术的目标就是使所有机器设备都具备联网和通信能力，其核心理念就是网络一切（Network Everything）。,云计算,云计算（Cloud Computing）是分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展
12、，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。,用户可以在多种场合，利用各类终端，通过互联网接入云计算平台来共享资源。,人工智能,人工智能（Artificial Intelligence）是探索研究使各种机器模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等），使人类的智能得以物化与延伸的一门学科。,在物联网中，人工智能技术主要负责分析物品所承载的信息内容，从而实现计算机自动处理。,数据挖掘,数据挖掘（Data Mining）是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的及随机的实际应用数据中，挖掘出隐含的、未知的、对决策有潜在价值的数据的过程。,在物联网中，数据挖掘只是一个代表性概念，它是一些能够实现物联网“智能化”、“智慧化”的分析技术和应用的统称。,中间件,中间件是为了实现每个小的应用环境或系统的标准化以及它们之间的通信，在后台应用软件和读写器之间设置的一个通用的平台和接口。,物联网中间件的主要作用在于将实体对象转换为信息环境下的虚拟对象，因此数据处理是中间件最重要的功能。,2.5 小结,本章对物联网体系架构从感知层、网络层、应用层分别进行了介绍。通过介绍各层的关键技术和在物联网中的功能，帮助读者更好地理解和研究物联网。,
