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1、 学士学位论文题 目： 物联网感知层结构研究学 生：丹丹指导教师：东哥 讲师年 级：2008级专 业：计算机工程与应用系 别：信息工程系学 院：计算机科学与信息工程学院学 士 学 位 论 文题 目： 物联网感知层结构研究学 生： 丹丹指导教师：东哥 讲师年 级：2008级专 业：计算机工程与应用系 别：信息工程系学 院：计算机科学与信息工程学院家里蹲大学2012年5月摘 要：物联网是现今整个信息化产业的新宠和发展方向，是“智慧地球”实现的技术关键。我国提出了“感知中国”的国家战略计划，将物联网作为新的科技革命以推进社会变革,，使其成为创新型经济的巨大推动力。物联网产业具有产业链长、涉及多个产业
2、群的特点，其应用范围几乎覆盖了各行各业，在其发展的同时还将带动传感器、微电子、视频识别等一系列产业的同步发展，带来巨大的产业集群生产效益。物联网分为感知层、网络层和应用层，感知层由各种具有感知能力的设备组成，主要用于感知和采集物理世界中发生的物理事件和数据。感知层至关重要, 是物物相连的基础, 是实现物联网的最底层技术。物联网感知层是物联网络建立的基础，深入的了解物联网感知层的网络层部分为建立低成本、高效、灵敏的物联网络提供一定的一局。因此，这片论文将针对于物联网的感知层结构，以及感知层中网络层的相关探讨研究。将网络看成是双子代数下的线性DEDS系统，研究了双子代数尤其是极大代数理论在计算机网
3、络建模与性能分析中的应用。采用极大代数分析了令牌桶的输入输出特性，得到了( b，) 令牌桶在极大代数下的状态空间方程组与传输矩阵；提出了基于极大代数的网络演算，定义了极大到达曲线与极大服务曲线，利用这两个概念得出了极大代数下有关延迟以及输出流突发性的定理。最后采用基于极大代数的网络演算对非抢占优先级多路复用以及保证速率服务器两个模型进行了分析，得出了两种模型各自在极大代数网络演算下的服务曲线。本文还把基于极大代数的网络分析方法与基于极小代数的分析方法进行了比较，阐明了基于极大代数方法的优点与适用场合。关键词：物联网；感知层；双子代数；线性DEDS系统目录第一章 绪论11.1 物联网感知层结构研
4、究的目的与意义11.2 国内外研究现状11.3 本章小结1第二章 物联网概述22.1物联网的发展22.2物联网的定义22.3物联网的基本特征32.4物联网其他相关概念42.4.1智慧的地球42.4.2感知中国42.4.3MZM系统42.5 物联网的发展历程42.6国内外物联网产业现状及发展趋势62.6.1产业现状62.6.2 发展趋势72.7 本章小结7第三章 物联网感知层标准体系架构83.1 技术术语83.2 需求分析83.4 接口93.4.1传感器接口93.4.2数据类型和格式103.5 通信和网络标准103.5.1物理层103.5.2MAC 层103.5.3网络层103.5.4主干网接入
5、层113.6 网络管理113.7 移动支持113.8 协同信息处理113.9 信息服务支持123.9.1信息描述123.9.2信息存储123.9.3信息标识123.9.4目录服务123.10 服务质量123.11 中间件功能133.12 网络安全与隐私133.13 一致性和互用性测试133.14 应用层面133.15 本章小结15第四章 离散事件动态系统的理论与应用154.1离散事件动态系统概述154.1.1离散事件动态系统 (DEDS) 的主要特征164.1.2 DEDS 研究中建模和控制问题164.2DEDS 的逻辑层次模型及其理论进展164.2.1基于事件反馈的R-W 监控理论174.2
6、.2 Petri网理论174.2.3 其它逻辑层次的模型174.3时间层次模型及其理论进展174.4 统计性能层次模型及理论发展184.5 DEDS理论的应用及发展趋势184.6离散事件动态系统结构194.7离散事件动态系统的组合204.7.1层次组合方式204.7.2并列组合方式( Juxtaposed connection)224.8 D E D S 理论在若干领域中的应用234.9 本章小结24第五章 基于双子代数理论的网络建模与分析245.1 双子代数的定义255.2基于极大代数的令牌桶分析255.2.1 网络模型255.2.2 极大与极小分析方法的比较265.2.3 令牌桶的输出27
7、5.3 基于极大代数的网络演算理论285.4理论应用实例304.4.1 非抢占优先节点305.4.2基于极大代数的网络演算在GR 节点性能分析中的应用315.5 本章小结32第六章 物联网传感网络安全协议研究326.1 无线传感网络综述及研究现状326.2 安全协议形式化研究综述346.2.1 安全协议设计的困难性346.2.2 形式化方法设计356.2.3 形式化方法分析366.2.4形式化方法验证376.2.5形式化方法定理证明376.3 物联网传感网络建模376.3.1 物联网传感网络特点386.3.2 物联网传感网络建模386.3.3 物联网传感网络建模分析406.3.4 物联网传感网
8、络通信主体的抽象416.4 本章小结42总结42参考文献43Abstrct4545第一章 绪论1.1 物联网感知层结构研究的目的与意义物联网是现今整个信息化产业的新宠和发展方向， 是“智慧地球”实现的技术关键。我国提出了“ 感知中国”的国家战略计划，将物联网作为新的科技革命以推进社会变革,，使其成为创新型经济的巨大推动力。物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点，其应用范围几乎覆盖了各行各业，在其发展的同时还将带动传感器、微电子、视频识别等一系列产业的同步发展，带来巨大的产业集群生产效益。6月22日在上海开幕的2010中国国际物联网大会指出，物联网将成为全球信息通信行业的万亿美元级新兴产业
9、。到2020年之前，全球接入物联网的终端将达到500亿个。物联网的发展将引领新的技术浪潮。物联网分为感知层、网络层和应用层，感知层由各种具有感知能力的设备组成，主要用于感知和采集物理世界中发生的物理事件和数据。感知层至关重要, 是物物相连的基础, 是实现物联网的最底层技术。物联网感知层是物联网络建立的基础，深入的了解物联网感知层的网络层部分为建立低成本、高效、灵敏的物联网络提供一定的一局。因此，这片论文将针对于物联网的感知层结构，以及感知层中网络层的相关探讨研究。1.2 国内外研究现状在当前，物联网发展进程中，技术趋势呈现出融合化、嵌入化、可信化和智能化的特征，管理应用趋势呈现出标准化、服务化
10、、开放化和工程化的特征。在国家重大科技专项、国家自然科学基金和863计划的支持下，国内新一代宽带无线通信、高性能计算与大规模并行处理技术、光子和微电子器件与集成系统技术、传感网技术、物联网体系架构及其演进技术等研究与开发取得重大进展，先后建立了传感技术国家重点实验室、传感器网络实验室和传感器产业基地等一批专业研究机构和产业化基地，开展了一批具有示范意义的重大应用项目。物联网产业正在逐步成为各地战略性新兴产业发展的重要领域。例如：在能源行业，作为智能电网发展的一部分，智能电表将会通过无线、有线或电力线连接近于实时地报告电力消费情况，以便对电网进行更高效的管理；在运输行业，消费性汽车市场上很快就会
11、出现追踪与维护监控设备的服务。在安全与监视领域，将有2060万部设备相互连接，这一数量包括民用与工业设备，年增长率为37%；在医疗领域，到年底将有150万部设备相互连接，增长率为20%至25%。这些设备通常被佩戴在病人身上以长期监控身体健康情况，如建议心脏病病人何时吃药的设备。在未来的一段时间内，我们将深刻的感受到物联网给我们生活带来的巨大改变。1.3 本章小结 本章针对本课题研究的目的、意义及国内外研究现状做了简单介绍，接下来各章节将针对物联网、感知层、离散事件动态系统、双子代数、传感网络安全做进一步介绍。第二章 物联网概述近年来，物联网成为炙手可热的名词，许多人预言物联网将彻底改变人们的生
12、活方式，带动万亿级的产业发展，成为信息化发展的新的推动力量。但是究竟什么是物联网?它离我们还有多远？如何实现在使用方便的同时保证数据的授权使用和传输的安全？本章节对物联网的发展、定义作了简单的介绍。2.1物联网的发展根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息、与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。物联网概念的兴起很大程度上得益于国际电信联盟(IT功2005年以物联网为标题的年度互联网报告。然而，ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。有专家认为，物联网就是一张传感网，
13、连接着各种不同的传感器、大29读写器和Tag物联网传感网络安全协议形式化研究标签、以及其他嵌入式智能设备，其可不必接入互联网，例如上海浦东机场的传感器网络，以及广州出租车五几M/GPS网络等。另外一些专家认为互联网是物联网的一部分L101，是互联网的延伸和扩展，Internet把电脑终端连接在了一起，Internet of things把Internet扩展到了物品身上，使得物品也具有了通信和交流的能力。从宏观意义说，物联网将会将人们置身于一个无处不在的网络中，人们可以随时随地的跟周围的人或物品交换信息。2.2物联网的定义物联网(Internet Of Things，IOT)，自被提出至今，还
14、没有统一的文字概念，对它的定义都偏重在对功能和特点的描述上，主要有以下几种定义:（1）目前比较常用的表述:通过RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。这种定义有两层意思:第一，物联网的核心和基础仍然是互联网;第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。（2）2005年工TU发布了ITU互联网报告2005:物联网给出的定义如下：“By embedding short一range mobile transceivers into a wid
15、e array of additional gadgets and everyday items，enabling new forms of communication between People and things，and between things themselves. From anytime，anyplace connectivity for anyone，we will now have connectivity for anything.”“物联网包括人与物、物与物之间的连接，即在任何时间，任何地点，任何物品间都可以进行通信”。即随时随地实现人与人(通过PC和非PC)，人与物，物与物之间的交互。（3）基于RFID技术应用的定义如下：
