物联网概论报告

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1、江豫大堂JIANGSU UNIVERSITY物联网概论报告学院：计算机科学与通信学院班级：软件工程 1202班学号：3120608052姓名：蒋宇一.物联网简介1.1 什么是物联网物联网实际是中国人的发明，整合了美国CPS(Cyber-Physical Systems)、 欧盟IoT (Internet of Things) 和日本U-Japan等概念。它是一个基于互联网、 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。1.2 物联网的主要内容根据信息生成、传输、处理和应用可将物联网分为感知识别层、网

2、络构建 层、【管理服务层和综合应用层】。1.2.1 核心技术：感知识别层：通过感知识别技术，让物品“开口说话、发布信息”是融合物理世界和信 息世界的重要一环，是物联网区别于其他网络的最独特的部分。物联网的“触手”是位于感知识别层的大量信息生成设备，既包括采用自动生成方式的RFID传感器、定位系统等，也包括采用人工生成方式的各种智能 设备，例如智能手机、PDA多媒体播放器、上网本、笔记本电脑等等。信息生 成方式多样化是物联网的重要特征之一。感知识别层位于物联网三/四层模型的最底端，是所有上层结构的基础。1.2.2 感知识别层的应用技术：RFID基本组成：工业界经常将 RFID系统分为标签，阅读器

3、和天线三大组件。工作原理：阅读器通过天线发送电 磁信号，标签接收到信号后发射内部存 储的标识信息，阅读器再通过天线接收并识别标签发回的信息，最后阅读器再将识别结果发送给主机。ZigBee AllianceWirele Control That Simplv Works Bluetooth林线局域网WiFi无线城域网） 交用 wiMax wmax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三/四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。1.2.4 各种网络应用于物联网的方式互联网：IPv6扫清了可接入网络的终端设备在数量上的限制。

4、互联网 /电 信网是物联网的核心网络、平台和技术支持。无线宽带网：WiFi/WiMAX等无线宽带技术覆盖范围较广,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1.2.5 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，是物联 网智慧的源泉。人们通常把物联网应用冠以“智能”的名称

5、，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，如果不能有效地整合与利用，那无异于入宝山 而空返，望”数据的海洋”而兴叹。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。1.2.6 综合应用层“实践出真知”，无论任何技术，应用是决定成败的关键。物联网丰富的内 涵催生出更加丰富的外延应用。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

6、 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。物联网应用目前正处于快速增长期，具有多样化、规 模化、行业化等特点。1.3 物联网的主要特点1.3.1 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。1.3.2 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。1.3.3 联网终端规模化5-10年内联网终物联网时代每一件物品均具有通信功能，成为网络终端，端规模有望突破百亿。1.3.4 管理调控智能化物联网高效、可靠地组织大规模数据，与此同时，运筹学、机器学习、数据 挖掘、专家

7、系统等决策手段将广泛应用于各行各业。1.3.5 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。1.3.6 经济发展跨越化物联网技术有望成为从劳动密集型向知识密集型，从资源浪费型向环境友好型国民经济发展过程中的重要动力。二.认识物联网2.1 典型的物联网系统2.1.1 基于RFID的供应链物联网系统框架如下:业务流程 处理层WMSOMSTMS分储配送应用集成仓储配送优化模型智能分析决策i数据层数据处理流程处理引擎2.1.2 智能家居物联网智能家居市场特点：需求旺盛，产业链长，带动性强，渗透性广电开关窗布控制器智能开关声抨并

8、也2.1.3 煤矿安防物联网煤矿安防物联网的分层系统如下:网络层A感知层矿井监控中心矿井监控中心传感器乂传感器J J大区电网智能调度中心智能采 集终端智能采 集终端智能采 集终端智能采 集终端智能采 集终端智能采 集终端2.1.4 智能电网物联网智能电网物联网的控制结构:智能控制中心层2.2 物联网的共性特征物联网具有其共性特征，如前所述，我们可以归纳为三个层次：感知层、 网络层和应用层结构如下：层绿色农业工业监控公共安全城市管理 远程医疗智能家居环境监测智能交+4G网络/物联网 网络层2G网络物联网管理中心（编码、认证、鉴权、计费）物联网信息中心3G网络（信息库、计算能力集）2.2.1 感知

9、层感知层主要负责数据采集与感知，获取物理世界中发生的物理事件和数 据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、 RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术，通过传感器网络组网和协 同信息处理技术实现传感器、RFID等数据采集，获取数据的短距离传输、自组 织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理。2.2.2 网络层网络层实现更加广泛的互联功能，把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性 地进行传送。需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。经过十余年 的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足物联网数据传 输的需要。2.2.3 应用层应用层主要

10、负责物联网在有关行业的拓展应用，目前典型的应用行业有环境监 测、绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能物 流和智能交通等。2.3 物联网关键技术2.3.1 感知技术2.3.2 传输技术2.3.3 应用支撑技术三.物联网感知与数据采集3.1 感知节点与传感芯片3.1.1 特定传感器节点平台侧重于节点的超低功耗和体积微型化设计，但同时也决定了其处理能力和传输能力非常有限。UC Berkeley大学的Spec节点就是在2.5mmX 2.5mm的硅片 上集成了处理器、RAM、通信接口和传感器的一种节点，它依靠一个附带的微 型电池供电可以连续工作几年。另外，由 UC Berke

11、ley研发的Smart Dust也是一 种超微型的节点，其体积的设计目标是 1mm3左右。为了减少体积和功耗，Smart Dust放弃了传统的射频通信方式，而是采用光通信 作为它的通信方式，由于采用了光通信的主动和被动两种工作模式， 其功耗可以 进一步降低。Smart Dust节点采用了微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems, MEMS） 技术。3.1.2 通用传感器节点平台UC Berkeley的Mica系列节点为典型代表，主要包括Rene Mica、Mica2、 Mica2dot和MicaZ等不同版本，还包括性能增强版本IRIS节点。另外，还包括 SU

12、N公司生产的SUN SPOT节点，我国中科院计算技术研究所宁波分部设计生 产的GAINSJ系列节点。3.1.3 高性能传感器节点平台Imote2是一款先进的无线传感器节点平台，集成了 Intel公司低功耗的 PXA271 XScale CPU 和兼容 IEEE 802.15.4 的 CC2420 射频芯片。Intel PXA271 处理器可工作于低电压（0.85V）、低频率（13MHz）的模式，可进行低功耗操作， 该处理器支持几种不同的低功耗模式，如睡眠和深度睡眠模式。Imote2节点使用 动态电压调节技术，频率范围可从 13MHz达到416MHz。Imote2的正反两面都设计有扩展接口等标准

13、组件，正面提供标准I/O接口，用于扩展基本的芯片；反面附加高速接口，用于特殊I/O。正反两面都可以连接的电池板为系统提供电源。Imote2可用于数字图象处理、状态维修、工业监控和分析 和地震及振动监控等领域。3.1.4 网关节点平台网关平台是无线传感器网络中不可缺少的部分，通常，它的处理能力和 接口带宽比其他几类更高。它实现的是无线传感器网络与其他类型网络之间， 或 者是不同无线传感器网络之间的数据交换，由通用接口使用协议转换功能实现 。3.1.5 节点组织结构传感器节点一般由：微控制器模块、无线通信模块、传感器模块和电源 管理模块四个部分组成。无线通信模块微控制器模块传感器模块电源管理模块3

14、.1.6 传感器传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。传感器种类繁多，具体应用时，必须根据实际需求选择合适的传感器。 传感 器有多种分类标准。3.2 RFID读写系统3.2.1 RFID读写系统概念主要由电子标签和读写器构成，但也需要结合使用许多其他组件，例如, 计算机、通信网络和软件系统。电子标签、读写器和所有这些组件共同工作，组成了完整的解决方案。3.2.2 RFID标签的组成RFID电子标签一般由天线、调制器、编码发生器、时钟及存储器等模块组成。I3.2.3 RFID标签的组成时钟把所有电路功能时序化（timing）,以使存储器中的数据在精确的时间内 被传送到读写器。存储器中的数据是应用系统规定的唯一性编码，在电子标签被安装在识别对象上以前已经被写入。标签数据被读出时，编码发生器对存储器中的数据进行编码， 而调制器接收由编码器编码后的信息，并通过天线电路将此信息发射/反射到读写器。数据写入时，由控制器控制，将天线接收到的信号解码后写入到存储器。3.2.4 RFID标签的分类标签供电方式标签工作方式标签读写方式标签作用距离标签工作频率。3.2.5 RFID读写系统的核心模块核心模块包括读写器和标签，其基本组织模型:台匕旦 耳匕里3.3 节点定位无线传感器网络是用来监测网