《物联网详细讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物联网详细讲解（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高级计算机网络技术学院：信息工程学院专业：信号与信息处理姓名：学号：指导教师：2011年06 月CCITT :国际电报电话咨询委员会。从1993年3月1日起，国际电报电话 咨询委员会(CCITT )改组为国际电信联盟(ITU )电信标准化部门，简称 ITU-T。一 物联网的定义：物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是 “The Internet of things。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的 互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在 互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物 品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联
2、网的定义是通过射频识别 (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相连接，进行信息交换和通信，以实现对物 品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。二“物”的涵义这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围:1.要有数据传输通路;2、要有一定的存储功能；3、要有CPU； 4、要有操作系统；5、要有专门的 应用程序；6、遵循物联网的通信协议；7、在世界网络中有可被识别的唯一编 号。三.物联网的拓扑结构接入關奈应用终瑞物联网控制系统由RFID、传感器、通信网关和应用终端构成。(1) RFID和传感器往往也是执行器，负责开关
3、的通断和实时信号的采集和传播。(2) 通信网关是传感器和互联网的接入设备，往往由嵌入式系统构成。负责异 构网络的接入和通信。(3) 应用终端由常见的通信器件构成，如手机和电脑等任何可以接入互联网的 设备。终端实际上相当于控制器，可以查看和控制远程执行器。技术架构：从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应 用层。3.1感知层感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS 等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是 物联网获识别物体，米集信息的来源，其主要功能是识别物体，米集
4、信息。物联网与传统网络的主要区别在于，物联网扩大了传统网络的通信范围，即物联 网不仅仅局限于人与人之间的通信，还扩展到人与物、物与物之间的通信。感知层的功能：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。这里的“物”并不是自然物品，而是要满足一定的条件才能够被纳入物联网的范 围，例如有相应的信息接收器和发送器、数据传输通路、数据处理芯片、操作系 统、存储空间等，遵循物联网的通信协议，在物联网中有可被识别的标识。可以 看到现实世界的物品未必能满足这些要求，这就需要特定的物联网设
5、备的帮助才 能满足以上条件，并加入物联网。物联网设备具体来说就是嵌入式系统、传感器、RFID 等。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，包括各类物 理量、标识、音频、视频数据。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，即首先通过传感器、摄 像头等设备采集外部物理世界的数据，通过蓝牙、红外、ZigBee、工业现场总线 等短距离有线或无线传输技术进行协同工作或者传递数据到网关设备。也可以只 有数据的短距离传输这一部分，特别是在仅传递物品的识
6、别码的情况下。在实际 上，感知层这两个部分有时很难以明确区分开。3.2网络层a.网络层功能：物联网网络层是在现有网络的基础上建立起来的，它与目前主流的移动通信网、 国际互联网、企业内部网、各类专网等网络一样，主要承担着数据传输的功能， 特别是当三网融合后，有线电视网也能承担数据传输的功能。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。同时，物联网网络层将承担比现有网络更大的数据量和面临更高的服 务质量要求，所以现有网络尚不能满足物联网的需求，这就意味着物联网需要对 现有网络进行融合和扩展
7、，利用新技术以实现更加广泛和高效的互联功能。由于广域通信网络在早期物联网发展中的缺位，早期的物联网应用往往在部 署范围、应用领域等诸多方面有所局限，终端之间以及终端与后台软件之间都难 以开展协同。随着物联网发展，建立端到端的全局网络将成为必须。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计 算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。 3.3应用层应用层功能：应用是物联网发展的驱动力和目的。应用层的主要功能是把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。具体的讲
8、，应用层将网络层传输来的数据通过各类信息系统进行处理，并通过各 种设备与人进行交互。这一层也可按形态直观地划分为两个子层：一个是应用程 序层；另一个是终端设备层。应用程序层进行数据处理，完成跨行业、跨应用、 跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能，包括电力、医疗、银行、交通、环 保、物流、工业、农业、城市管理、家居生活等，可用于政府、企业、社会组织 家庭、个人等，这正是物联网作为深度信息化网络的重要体现。而终端设备层主 要是提供人机界面，物联网虽然是“物物相连的网”，但最终是要以人为本的，最 终还是需要人的操作与控制，不过这里的人机界面已远远超出现在人与计算机交 互的概念，而是泛指与应用程序相
9、连的各种设备与人的反馈。物联网的应用可分为监控型（物流监控、污染监控），查询型（智能检索、 远程抄表），控制性（智能交通、智能家居、路灯控制），扫描型（手机钱包、高 速公路不停车收费）等。目前，软件开发、智能控制技术发展迅速，应用层技术 将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。同时，各种行业和家庭应用的开发将会 推动物联网的普及，也给整个物联网产业链带来利润。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求 结合，实现物联网的智能应用。四.物联网核心技术及相关技术 感知层技术1.传感器技术人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感觉来感知外界的信息，感知的信息输入大 脑进行分析判断和处理
10、，大脑再指挥人做出相应的动作，这是人类认识世界和改 造世界具有的最基本的能力。但是通过人的五官感知外界的信息非常有限，例如， 人无法利用触觉来感知超过几十甚至上千度的温度，而且也不可能辨别温度的微 小变化，这就需要电子设备的帮助。同样，利用电子仪器特别像计算机控制的自 动化装置来代替人的劳动时，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。传感器是一种检测装置，能感受到被测的信息，并能将检测感受到的信息，按一 定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、 存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和
11、自动控制的首要环节。在 物联网系统中，对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备，被称为物联网 传感器。传感器可以独立存在，也可以与其他设备以一体方式呈现，但无论哪种 方式，它都是物联网中的感知和输入部分。在未来的物联网中，传感器及其组成 的传感器网络将在数据采集前端发挥重要的作用。传感器的分类方法多种多样，比较常用的有按传感器的物理量、工作原理、输出 信号的性质这3种方式来分类。此外，按照是否具有信息处理功能来分类的意义 越来越重要，特别是在未来的物联网时代。按照这种分类方式，传感器可分为一 般传感器和智能传感器。一般传感器采集的信息需要计算机进行处理；智能传感 器带有微处理器，本身具有采集
12、、处理、交换信息的能力，具备数据精度高、高 可靠性与高稳定性、高信噪比与高分辨力、强自适应性、低价格性能比等特点。 传感器是摄取信息的关键器件，它是物联网中不可缺少的信息采集手段，也是采 用微电子技术改造传统产业的重要方法，对提高经济效益、科学研究与生产技术 的水平有着举足轻重的作用。传感器技术水平高低不但直接影响信息技术水平， 而且还影响信息技术的发展与应用。目前，传感器技术已渗透到科学和国民经济 的各个领域，在工农业生产、科学研究及改善人民生活等方面，起着越来越重要 的作用。2. RFID技术RFID是射频识别（Radio Frequency Identification）的英文缩写，是2
13、0世纪90 年代开始兴起的一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接 触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别。RFID既可以看做是一种设备标 识技术，也可以归类为短距离传输技术。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。 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。RFID系统主要由三部分组成：电子标签（Tag）、读写器（Reader）和天线（Antenna）。 其中，电子标签
14、芯片具有数据存储区，用于存储待识别物品的标识信息；读写器 是将约定格式的待识别物品的标识信息写入电子标签的存储区中（写入功能）， 或在读写器的阅读范围内以无接触的方式将电子标签内保存的信息读取出来（读 出功能）；天线用于发射和接收射频信号，往往内置在电子标签和读写器中。 RFID技术的工作原理是：电子标签进入读写器产生的磁场后，读写器发出的射 频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签 或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签）；读写器 读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。由于RFID具有无需接触、自动化程度高、耐用可靠、识别速度
15、快、适应各种工 作环境、可实现高速和多标签同时识别等优势，因此可用于广泛的领域，如物流 和供应链管理、门禁安防系统、道路自动收费、航空行李处理、文档追踪/图书 馆管理、电子支付、生产制造和装配、物品监视、汽车监控、动物身份标识等。 以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等， 构筑一个由大量联网的读写器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的 物联网成为RFID技术发展的趋势。3二维码技术二维码（2-dimensional bar code）技术是物联网感知层实现过程中最基本和关键 的技术之一。二维码也叫二维条码或二维条形码，是用某种特定的几何形体按一
16、定规律在平面上分布（黑白相间）的图形来记录信息的应用技术。从技术原理来 看，二维码在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”和“1”比特流 的概念，使用若干与二进制相对应的几何形体来表示数值信息，并通过图像输入 设备或光电扫描设备自动识读以实现信息的自动处理。与一维条形码相比二维码有着明显的优势，归纳起来主要有以下几个方面：数据 容量更大，二维码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面 积内表达大量的信息；超越了字母数字的限制；条形码相对尺寸小；具有抗损毁 能力。此外，二维码还可以引入保密措施，其保密性较一维码要强很多。二维码可分为堆叠式/行排式二维码和矩阵式二维码。其中，堆叠式/行排式二维 码形态上是由多行短截的一维码堆叠而成；矩阵式二维码以矩阵的形式组成，在 矩阵相应元素位置上用
