物聯(lián)網(wǎng)技術與應用(第三部分).ppt

第三章物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術和相關技術,第三章目錄,3.1物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術及技術難點3.2物聯(lián)網(wǎng)的相關技術3.3物聯(lián)網(wǎng)的感知實現(xiàn)3.4現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的安全特點及安全模型,第三章目錄,3.1物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術及技術難點3.2物聯(lián)網(wǎng)的相關技術3.3物聯(lián)網(wǎng)的感知實現(xiàn)3.4現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的安全特點及安全模型,物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的提出,2005年，國際電聯(lián)發(fā)表了一份題為物聯(lián)網(wǎng)的報告,在該報告中指出物聯(lián)網(wǎng)主要有四個關鍵性的應用技術：RFID技術，無線傳感器網(wǎng)絡，智能技術，納米技術。,3.1.1RFID技術,定義：射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）是一種應用于信息采集系統(tǒng)的非接觸式自動識別技術，它通過無線射頻方式自動識別目標對象、獲取相關數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對RFID標簽的信息獲取。,RFID技術的發(fā)展歷程,RFID系統(tǒng)的構成：電子標簽+讀寫器,目前廣泛使用的RFID系統(tǒng)主要由存儲物品數(shù)據(jù)信息的電子標簽、用于識讀及寫入標簽數(shù)據(jù)的讀寫器兩部分構成。,電子標簽由專用芯片和標簽天線或線圈組成，通過電感耦合或電磁反射原理與讀寫器進行通信。電子標簽分為被動標簽和主動標簽兩種，主動標簽自身帶有電池供電，讀寫距離較遠、體積較大，與被動標簽相比成本更高，也稱為有源標簽；被動標簽在閱讀器產(chǎn)生的磁場中獲取工作所需的能量，成本很低且具有很長的使用壽命，比主動標簽更小、更輕，讀寫距離則較近，也稱為無源標簽。一般來說，無源標簽是取代條形碼標簽的主要發(fā)展方向，有源標簽則因為其長距離識別的優(yōu)勢，主要應用于大型的高速運動物體標識的識別，如機動車的跟蹤和識別，動物或人類身份的跟蹤和識別。,被動電子標簽的內部結構,電子標簽內的專用芯片由高速的射頻接口、控制單元、EEPROM三個模塊組成，其中的EEPROM用來存儲識別碼（EPC）或其它數(shù)據(jù)，控制單元用來控制數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，芯片外圍連接電感線圈（主動電子標簽連接天線和電池）。,標簽天線,在電子標簽和讀寫器進行通信的過程中，天線起到了重要的作用，標簽天線的性能對提高RFID系統(tǒng)的性能有著重要的意義。近年來，標簽天線技術取得了較大的進展，各種新技術和新材料的應用使標簽天線的性能得到了較大的提升。防金屬技術小型化技術(1)分形天線(2)偶極子天線(3)倒F天線材料技術,標簽天線的發(fā)展方向,低成本構造低成本電子標簽的關鍵在于降低天線的成本。隨著信息技術的進一步發(fā)展和應用領域的擴大，標簽天線的成本還有望大幅降低。一體集成化將標簽天線和標簽芯片集成在一起，成為了標簽天線技術發(fā)展的主要趨勢之一。智能化OMRON開發(fā)了一種新型的天線技術，可以直接控制讀寫器發(fā)射出來的電磁波束的方向，這樣就可以避開環(huán)境或阻擋物的影響，以達到最好的效果。近年來，電子標簽智能天線的研究也日漸受到重視。,典型的讀寫器工作原理,物聯(lián)網(wǎng)Savant系統(tǒng)通過應用軟件發(fā)送數(shù)據(jù)接收指令給讀寫器的控制模塊，控制模塊向廣播接口發(fā)出數(shù)據(jù)接收請求，廣播接口通過讀寫器的天線向電子標簽發(fā)送數(shù)據(jù)接收指令，電子標簽在接到指令后，發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器，通過讀寫器的天線將數(shù)據(jù)傳送給廣播接口，繼而廣播接口將數(shù)據(jù)傳送給控制模塊，最終由控制模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給物聯(lián)網(wǎng)Savant系統(tǒng)中的應用軟件，在Savant中進行各種數(shù)據(jù)處理操作。,RFID系統(tǒng)的工作原理,RFID技術的技術難點和發(fā)展瓶頸,RFID技術的技術難點(1)RFID識別準確度問題(2)RFID天線研究(3)工作頻率的選擇(4)安全與隱私問題RFID技術的發(fā)展瓶頸(1)企業(yè)技術研發(fā)水平薄弱(2)過高的標簽成本限制了RFID應用范圍的擴大(3)推廣中困難重重(4)缺乏國家標準(5)行業(yè)人才匱乏,3.1.2無線傳感器網(wǎng)絡,1.1.2visualSTATE事件處理機制,概述：近年來，隨著微電子和微系統(tǒng)（MEMS）、無線通信、信號處理這三個技術領域的飛速發(fā)展，一個新的研究領域成為國內外關注的熱點，這就是基于大量具有通信功能的微型無線傳感器構造的無線傳感器網(wǎng)絡（WirelessSensorNetwork，WSN）。WSN具有極其廣泛的應用，例如感知戰(zhàn)場狀態(tài)（軍事應用）、環(huán)境監(jiān)控（氣候、地理、污染變化的監(jiān)控）、物理安全監(jiān)控、城市道路交通監(jiān)控、安全場所的視頻監(jiān)控等。在前一章中我們初步了解了傳感器網(wǎng)絡的概念及結構，本節(jié)將詳細描述無線傳感器網(wǎng)絡技術。,RFID與WSN的融合,在物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術中，RFID技術和WSN各有側重且優(yōu)勢互補。RFID側重于識別，能夠實現(xiàn)對目標的標識和管理，同時RFID系統(tǒng)具有讀寫距離有限、抗干擾性差、實現(xiàn)成本較高的不足；WSN側重于組網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，具有部署簡單，實現(xiàn)成本低廉等優(yōu)點，但一般WSN并不具有節(jié)點標識功能。RFID與WSN的結合存在很大的契機。RFID與WSN可以在兩個不同的層面進行融合：物聯(lián)網(wǎng)架構下RFID與WSN的融合傳感器網(wǎng)絡架構下RFID與WSN的融合(1)智能基站(2)智能節(jié)點(3)智能傳感標簽,物聯(lián)網(wǎng)架構下RFID與WSN的融合,傳感器網(wǎng)絡架構下RFID與WSN的融合(1)智能基站,傳感器網(wǎng)絡架構下RFID與WSN的融合(2)智能節(jié)點,傳感器網(wǎng)絡架構下RFID與WSN的融合(3)智能傳感標簽,無線傳感器網(wǎng)絡的組網(wǎng)結構,平面拓撲結構,無線傳感器網(wǎng)絡的組網(wǎng)結構,邏輯分層結構,傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的基本組成,傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的基本組成包括如下幾個基本單元：傳感單元(由傳感器和模數(shù)轉換功能模塊組成)、處理單元(包括處理器、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等)、通信單元(由無線網(wǎng)絡、MAC和收發(fā)器組成)以及能量單元。此外，可以選擇的其他功能單元包括：定位系統(tǒng)、移動系統(tǒng)以及電源自供電系統(tǒng)等。,無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合技術,在大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡中，使各個節(jié)點多跳傳輸感測數(shù)據(jù)到Sink節(jié)點前，使用數(shù)據(jù)融合技術對數(shù)據(jù)進行融合處理是非常有必要的。目前，無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合技術主要使用以下兩種算法實現(xiàn)。集中式數(shù)據(jù)融合算法(1)分簇模型的LEACH算法(2)分簇模型的PEGASIS算法分布式數(shù)據(jù)融合算法(1)規(guī)則網(wǎng)絡情況下的分布式數(shù)據(jù)融合算法(2)不規(guī)則網(wǎng)絡情況下的分布式數(shù)據(jù)融合算法,3.1.3智能技術,概述：智能技術是為了有效地達到某種預期的目的,利用知識所采用的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統(tǒng),可以使得物體具備一定的智能性,能夠主動或被動的實現(xiàn)物體與用戶的溝通。在目前的技術水平下，智能技術主要是通過嵌入式技術實現(xiàn)的，智能系統(tǒng)也主要是由一個或多個嵌入式系統(tǒng)組成的。,嵌入式系統(tǒng)組成,嵌入式系統(tǒng)是指將應用程序、操作系統(tǒng)與計算機硬件集成在一起的系統(tǒng)，它以應用為中心，以計算機技術為基礎,而且軟硬件可以裁剪,因而是能夠滿足應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)具有高度自動化、可靠性高等特點，它主要由硬件和軟件兩部分組成。嵌入式系統(tǒng)的硬件主要包括嵌入式核心芯片、存儲器、I/O端口等；嵌入式系統(tǒng)軟件由嵌入式操作系統(tǒng)和相應的各種應用程序構成，有時把這兩者結合起來，應用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為，而操作系統(tǒng)控制著應用程序編程與硬件的交互作用。,智能技術存在的技術難點,人工智能理論研究先進的人-機交互技術與系統(tǒng)智能控制技術與系統(tǒng)智能信號處理,3.1.4納米技術,概述：納米技術不是物聯(lián)網(wǎng)的專有技術。目前，納米技術在物聯(lián)網(wǎng)技術中的應用主要體現(xiàn)在RFID設備的微小化設計、感應器設備的微小化設計、加工材料和微納米加工技術上。納米技術是研究尺寸在0.1-100nm的物質組成體系的運動規(guī)律和相互作用以及可能的實際應用中的技術問題的科學，主要包括：納米體系物理學、納米化學、納米材料學、納米生物學、納米電子學、納米加工學、納米力學等。其中，納米物理學和納米化學是納米科學的理論基礎，而納米電子學是納米科學最重要的內容，納米電子技術也是納米技術的核心。,納米電子技術,納米電子技術的最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，它是在現(xiàn)代物理學與先進工程技術相結合的基礎上誕生的一門基礎研究與應用探索緊密聯(lián)系的新型科學技術，是納米技術與電子技術結合的產(chǎn)物。納米電子產(chǎn)品包括了納米電子材料，如納米半導體陶瓷材料、納米硅材料和現(xiàn)在很熱門的納米硅薄膜材料等；納米電子器件，比如集成電路、MEMS技術、納米導線和微探頭等。為了能夠制造出更低功率消耗、更低成本、更小尺寸、更加穩(wěn)定和性能更好的半導體芯片，將電子器件逼近到納米器件的領域，于是納米電子技術應運而生，從而解決了微電子技術的問題。納米電子器件不僅僅是微電子器件尺寸的進一步減小，更重要的是它們的工作將依賴于器件的量子特性，所以也稱為量子器件。它主要是通過控制電子波的相位來實現(xiàn)某種功能，因此量子器件具有更高的響應速度和更低的功耗，將從根本上解決日益嚴重的功耗問題。,納米技術存在的問題,種種跡象已經(jīng)表明納米物質具有與常規(guī)物質完全不同的毒性，在人類健康、生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展等方面會引發(fā)諸多問題。所以，提高納米技術的安全性，對納米技術研究提出了新的挑戰(zhàn)。,思考題,RFID技術可識別高速運動的物體并可同時識別多個標簽，其中的速度限制和標簽數(shù)量限制分別為多少？你能舉出多少RFID技術在當今現(xiàn)實生活中應用的例子？傳感器是機器感知物質世界的“感覺器官”，你了解哪些傳感器，它們的性能如何？什么是多跳網(wǎng)絡？你能想到哪些已經(jīng)應用或適合應用無線傳感器網(wǎng)絡的領域？設想一下無線傳感器網(wǎng)絡在某一領域的應用。,第三章目錄,3.1物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術及技術難點3.2物聯(lián)網(wǎng)的相關技術3.3物聯(lián)網(wǎng)的感知實現(xiàn)3.4現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的安全特點及安全模型,3.2.1ZigBee技術,概述：無線傳感器網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術之一，而ZigBee技術則是無線傳感器網(wǎng)絡的熱門技術。ZigBee是一種低數(shù)據(jù)傳輸速率的短距離無線通信技術，其出發(fā)點是希望發(fā)展一種拓展性強，容易布建的低成本無線網(wǎng)絡，強調低功耗、雙向傳輸和感應功能等特色。2002年由英國Invensys公司、日本三菱電氣、美國摩托羅拉公司宣布組成ZigBee技術聯(lián)盟，共同研發(fā)ZigBee技術。IEEE也于2003年制定了針對ZigBee技術的IEEE802.15.4-2003無線規(guī)范，定義了一種新的無線設備的物理層和MAC層，并致力于開發(fā)一種可以應用在固定或移動設備上的低成本、低功耗、低速率的無線連接技術。,1.1.2visualSTATE事件處理機制,ZigBee協(xié)議,ZigBee協(xié)議自下而上包括物理層、MAC層、網(wǎng)絡層、安全層和應用層。其中，物理層和MAC層由IEEE802.15.4定義，網(wǎng)絡層、應用層和安全服務由ZigBee聯(lián)盟定義。IEEE802.15.4物理層IEEE802.15.4MAC層ZigBee應用層,ZigBee技術強大的組網(wǎng)能力,網(wǎng)狀型拓撲結構的網(wǎng)絡具有強大的功能，可以通過“多級跳”的方式來通信，還可以組成極為復雜的網(wǎng)絡，而且這種網(wǎng)絡還具備自組織、自愈功能；星型和樹型網(wǎng)絡適合多點、距離相對較近的應用。每個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，還可以自動中轉別的網(wǎng)絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料，而且每一個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點還可在自己信號覆蓋的范圍內。,ZigBee技術強大的組網(wǎng)能力,3.2.2IPV6技術,物聯(lián)網(wǎng)豐富的應用和龐大的節(jié)點規(guī)模既帶來了商業(yè)上的巨大潛力，同時也帶來了技術上的挑戰(zhàn)，使物聯(lián)網(wǎng)陷入如下網(wǎng)絡困境：物聯(lián)網(wǎng)由眾多的節(jié)點連接構成，無論是采用自組織方式，還是采用現(xiàn)有的公眾網(wǎng)進行連接，這些節(jié)點之間的通信必然牽涉到尋址問題。目前互聯(lián)網(wǎng)的移動性不足也造成了物聯(lián)網(wǎng)移動能力的瓶頸。網(wǎng)絡質量保證也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中必須解決的問題。物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的安全性和可靠性也需要重新考慮。,基于IPv6技術的物聯(lián)網(wǎng)技術解決方案,為了走出物聯(lián)網(wǎng)的各種網(wǎng)絡困境，提出了基于IPv6技術的物聯(lián)網(wǎng)技術解決方案，該方案包括：IPv6地址技術IPv6移動性技術IPv6服務質量技術IPv6安全性與可靠性技術。,IPv6存在的技術問題,IPv6具有很多適合物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模應用的特性，但目前也存在一些技術問題需要解決。例如無狀態(tài)地址分配中的安全性問題，移動IPv6中的綁定緩沖安全更新問題，流標簽的安全防護，全球任播技術的研究等。雖然IPv6還有眾多的技術細節(jié)需要完善，但從整體來看，使用IPv6不僅能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)的地址需求，同時還能滿足物聯(lián)網(wǎng)對節(jié)點移動性、節(jié)點冗余、基于流的服務質量保障的需求，很有希望成為物聯(lián)網(wǎng)應用的基礎網(wǎng)絡技術。,3.2.3M2M技術,從狹義上講，M2M是將數(shù)據(jù)從一臺終端傳送到另一臺終端的技術，也就是機器與機器（MachinetoMachine）的對話，但從廣義上講，M2M可代表機器與機器（MachinetoMachine）、人與機器（MantoMachine）、機器與人（MachinetoMan）、移動網(wǎng)絡與機器(MobiletoMachine)之間的連接與通信，它涵蓋了所有實現(xiàn)人、機器、系統(tǒng)之間建立通信連接的技術和手段。,M2M技術的發(fā)展現(xiàn)狀,國外當前M2M技術已經(jīng)在歐美、韓國和日本實現(xiàn)商用，主要應用在安全監(jiān)測、機械服務和維修業(yè)務、公共交通系統(tǒng)、車隊管理、工業(yè)自動化、城市信息化等領域。Sprint已經(jīng)通過ODI（OpenDeviceInitiative）計劃認證了160個廠商的M2M終端設備，這些終端設備被廣泛應用到智能抄表、無線POS機、車載管理等多個行業(yè)領域內。國內我國正處在工業(yè)化和信息化融合的網(wǎng)絡化推進階段，工業(yè)控制需要實現(xiàn)智能化、遠程化、實時化和自動化，M2M推廣應用正當其時，潛力巨大。而3G網(wǎng)絡建設帶來的無線帶寬突破，更為M2M服務的發(fā)展提供了承載基礎。,M2M的應用領域,M2M無處不在，應用遍布各個領域，主要包括：交通領域（物流管理、定位導航）電力領域（遠程抄表和負載監(jiān)控）農業(yè)領域（大棚監(jiān)控、動物溯源）城市管理（電梯監(jiān)控、路燈控制）安全領域（城市和企業(yè)安防）環(huán)保（污染監(jiān)控、水土檢測）企業(yè)（生產(chǎn)監(jiān)控和設備管理）家居（老人和小孩看護、智能安防）,M2M技術的典型應用,電力抄表應用近幾年電力抄表逐漸通過自動抄表代替人工抄表，并且在偏遠山區(qū)和寒冷的大興安嶺地區(qū)都是通過數(shù)據(jù)采集來完成抄表工作。目前，電力抄表主要通過在GPRS集抄器上插入SIM卡來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和通信功能?，F(xiàn)在電力抄表是M2M技術最主要，也是需求量最大的典型應用之一。車載調度和監(jiān)控管理當前物流運輸管理和定位導航是M2M技術的另一個發(fā)展最為廣泛的應用。很多企業(yè)都是通過車載安裝M2M設備來實現(xiàn)車輛調度和物流監(jiān)控管理的。數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控領域農業(yè)灌溉、城市照明、電梯監(jiān)控和工業(yè)控制都離不開M2M產(chǎn)品。智能家居應用未來我們可以在下班之前就將家里的空調制冷、熱水器開啟、按照當前的菜譜來預訂各種食品，并且通過手機監(jiān)控系統(tǒng)可以看到家里老人和小孩的安全狀態(tài)。,M2M的規(guī)?；?、標準化問題,為了解決目前M2M發(fā)展遇到的規(guī)?；藴驶瘑栴}，除了呼吁政府加快推進兩化融合，開放一些政府信息資源外，有關專家認為運營商應該做以下幾點工作：第一，運營商要牽頭建立基于WMMP的M2M業(yè)務開放式產(chǎn)業(yè)鏈；第二，運營商應該完善和繼續(xù)投資3G網(wǎng)絡，發(fā)揮無線帶寬優(yōu)勢；第三，大力創(chuàng)新發(fā)展適合運營商網(wǎng)絡承載的M2M業(yè)務；第四，運營商應與應用開發(fā)商、終端廠商加強合作，建設標準化的行業(yè)應用，形成運營商建設、用戶租用的運營模式。同時，運營商要利用網(wǎng)絡優(yōu)勢搭建全網(wǎng)統(tǒng)一的運營平臺。,M2M技術的安全需求,對簽約信息及M2M設備的保護對通信信息的保護M2M用戶更換運營商時的安全威脅防護政策法規(guī)影響,3.2.4云計算技術和安全問題,概述：物聯(lián)網(wǎng)具備全面感知、可靠傳遞和智能處理三個特征。物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將會遠遠超過互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)量，智能處理利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能化控制?？梢?，海量數(shù)據(jù)的存儲與計算處理需要云計算技術的應用。但是，當物聯(lián)網(wǎng)將越來越多的社會資源通過網(wǎng)絡和云計算整合到一起的時候，安全問題也隨之而來。在云的網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)是否安全、經(jīng)濟數(shù)據(jù)能否審計、大規(guī)模分布系統(tǒng)的錯誤和障礙對社會行為、經(jīng)濟結構和經(jīng)濟活動的破壞作用如何評估、如何預防等問題成為我們急需研究的課題，同時，也成為“后物聯(lián)網(wǎng)”時代要面臨的巨大挑戰(zhàn)。,云計算的定義,在IBM的技術白皮書（CloudComputing）中對云計算作的定義：“云計算一詞用來同時描述一個系統(tǒng)平臺或者一種類型的應用程序。”一個云計算的平臺按需進行動態(tài)地部署（Provision）、配置（Configuration）、重新配置（Reconfigure）以及取消服務（Deprovision）等。在云計算平臺中的服務器可以是物理的服務器或者虛擬的服務器。高級的計算云通常包含一些其它的計算資源，例如存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SANs）、網(wǎng)絡設備、防火墻以及其它安全設備等。在描述應用方面，云計算描述了一種可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行訪問的可擴展的應用程序。“云應用”使用大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心以及功能強勁的服務器來運行網(wǎng)絡應用程序與網(wǎng)絡服務，任何一個用戶可以通過合適的互聯(lián)網(wǎng)接入設備以及一個標準的瀏覽器就能夠訪問一個云計算應用程序。,云計算的基本原理,云計算的基本原理是，通過使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運行將更與互聯(lián)網(wǎng)相似。這使得企業(yè)能夠將資源切換到需要的應用上，根據(jù)需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)。這就好比是早期的單個發(fā)電站模式轉向了如今的國家電網(wǎng)集中供電的模式，如同全國各地的發(fā)電站組成國家電網(wǎng)，分布在全國各地的分布式計算機組成“云”。它意味著計算能力也可以作為一種商品進行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費用低廉。最大的不同在于，它通過互聯(lián)網(wǎng)進行傳輸?shù)?。超級計算機（分布在全國各地的分布式計算機組成“云”）連接上高速互聯(lián)網(wǎng)，使用者通過網(wǎng)絡就能獲取運算結果。因此，任何有需求的單位甚至個人都能享受超級計算機所帶來的便利。,云計算的特征,基于虛擬化技術快速部署資源或獲得服務；實現(xiàn)動態(tài)的、可伸縮的擴展；按需求提供資源，按使用量付費；通過互聯(lián)網(wǎng)提供、面向海量信息處理；用戶可以方便地參與；形態(tài)靈活，聚散自如。,國內外對云計算的關注,在國外2007年10月Google與IBM開始在美國大學校園（包括卡內基美隆大學、麻省理工學院、斯坦福大學、加利福尼亞大學伯克利分校及馬里蘭大學等）推廣云計算的計劃。2008年7月29日，雅虎、惠普和英特爾宣布了一項涵蓋美國、德國和新加坡的聯(lián)合研究計劃，推出云計算研究測試床，推進云計算的發(fā)展。2008年8月3日，美國專利商標局網(wǎng)站信息顯示，戴爾正在申請“云計算”商標，此舉旨在加強對這一未來可能重塑技術架構的術語的控制權。在國內清華大學的張堯學教授領導的研究小組從1998年開始就從事透明計算系統(tǒng)和理論的研究，到2004年前后正式提出并不斷完善了透明計算的概念和相關理論。,云計算中存在的安全問題,非法用戶非法操作數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲的透明度數(shù)據(jù)加密數(shù)據(jù)的高可靠性操作記錄行政干預持久的服務,應對安全問題的策略,數(shù)據(jù)內容身份認證使用過濾器數(shù)據(jù)中心的管理云計算供應商的服務,實現(xiàn)云計算與物聯(lián)網(wǎng)結合的四個關鍵技術點,互聯(lián)網(wǎng)技術在物聯(lián)網(wǎng)的擴展，包括IP技術在各種物體的實現(xiàn)，無線接入網(wǎng)絡，網(wǎng)絡與信息的融合等方面。IT虛擬化技術（云計算的基礎），實現(xiàn)了IT虛擬化，才能真正實現(xiàn)資源共享和IT服務能力的按需提供。這就涉及到服務器、網(wǎng)絡和存儲虛擬化。如果能將服務器、網(wǎng)絡和存儲進行融合，讓服務器與網(wǎng)絡、網(wǎng)絡與存儲之間也能夠達到資源共享的虛擬化，這將會在計算能力的有效利用、服務能力的錯峰處理和綠色節(jié)電環(huán)保等方面更具有吸引力。如何對物聯(lián)網(wǎng)、云計算平臺進行管理、控制和應用，才能讓其更好地實現(xiàn)可靠、安全、連續(xù)的服務?；谠朴嬎愫臀锫?lián)網(wǎng)的各種業(yè)務與應用，只有通過合適的業(yè)務模式和實用的實際服務才能讓物聯(lián)網(wǎng)和云計算更好為人類服務，才能形成一個有效、良性的價值鏈體系和業(yè)務生態(tài)系統(tǒng)，從而推動整個信息產(chǎn)業(yè)、IT及各行各業(yè)良性地可持續(xù)發(fā)展。,3.2.5云連接技術,概述：物聯(lián)網(wǎng)的實質是整合感應層、連接層和應用層，“云計算”平臺將在各種通信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡中，分布云連接節(jié)點，從而實現(xiàn)各種信息之間的交互與共享，突破物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的“連接層”技術瓶頸。所謂云連接（CloudConnection）是指將網(wǎng)絡以最安全、最快速的方式實現(xiàn)互聯(lián)，以按需、易擴展的方式將應用安全、可靠、快速地交付給所需者。云連接是云計算時代網(wǎng)絡連接的綜合表現(xiàn)，它融合了SaaS、應用交付、P2P等多種模式和技術，每一個用戶等同于一個節(jié)點，實現(xiàn)大量客戶端的“超節(jié)點池”應用，用戶只需要建立連接通道，就可以隨時通過各節(jié)點從任何地方安全、高速地獲取所需資源。,云連接的主要特征,隨時隨地地獲取所需資源。只要建立連接通道，用戶就可以通過一個唯一的通行證在任何設備、任何網(wǎng)絡環(huán)境下按需獲取資源。連接性能。采用超級節(jié)點技術，用戶獲取所需應用的安全性及速度更有保障。,云連接的原理,思考題,什么是DSSS擴頻技術？了解BPSK和O-BPSK調制方式。什么是網(wǎng)絡信標（Beacon）？與IPv4相比，IPv6有哪些優(yōu)點，IPv6的推廣使用難點在哪里？什么是虛擬服務器，與物理服務器有何不同？你能想到哪些設備可以用在物聯(lián)網(wǎng)的感知層，哪些設備可以用在物聯(lián)網(wǎng)的應用層？根據(jù)云連接的基本原理，如同3.2.5一節(jié)中的舉例設計一個應用場景。,第三章目錄,3.1物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術及技術難點3.2物聯(lián)網(wǎng)的相關技術3.3物聯(lián)網(wǎng)的感知實現(xiàn)3.4現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的安全特點及安全模型,概述,物聯(lián)網(wǎng)是將各種信息傳感設備，如射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡。其目的，是讓所有的物品都與網(wǎng)絡連接在一起，方便識別和管理。在物聯(lián)網(wǎng)中，射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡、激光掃描器等裝置，就猶如人的眼睛、耳朵、鼻子，可以分別去感知外界事物的不同信息，射頻識別技術和無線傳感器網(wǎng)絡在本章第一節(jié)中已經(jīng)講述，本節(jié)主要講述紅外感應技術、全球定位技術、遙感技術、激光掃描器。,3.3.1紅外感應技術,概述：人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。比紫光波長更短的光叫紫外線，比紅光波長更長的光叫紅外線。自然界中絕大多數(shù)物體都可以看成紅外線輻射源。紅外傳感器是一種能探測紅外線的器件，能把紅外輻射量變化轉換成電量變化。按其工作原理可分為熱電型和光電型紅外傳感器。熱電紅外傳感器是利用紅外輻射的熱效應制成的，采用熱敏元件。,熱釋電效應,當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當溫度變化時，晶體結構中的正負電荷重心相對移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。熱釋電效應形成的原理如下圖所示。,熱釋電傳感器的工作原理,熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內溫度有T的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產(chǎn)生的電荷Q會跟空氣中的離子結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=0，傳感器無輸出；當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有信號輸出。若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。,熱釋電紅外傳感器的結構及內部電路,3.3.2全球定位技術,概述：全球定位技術，是當今世界發(fā)展最為迅速的科學技術之一。它已被廣泛應用于軍事、航空航天、交通運輸、航海等諸多領域。全球定位技術的高度自動化及所達到的高精度和具有的發(fā)展?jié)摿Γ惨鹆藦V大測量工作者的極大興趣并已在測量工作中得到較為廣泛的應用，對經(jīng)典大地測量學的各個方面產(chǎn)生了極其深刻的影響。在大地測量學及其相關領域，如海洋大地測量學、衛(wèi)星遙感、工程變形監(jiān)測、精密工程測量、地殼運動監(jiān)測、城市控制網(wǎng)的改善等方面的應用及其所取得的成功經(jīng)驗，充分地顯示了這一衛(wèi)星定位技術的高精度、高效益，充分地展示了它的顯著的優(yōu)越性和巨大潛力。,GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成,空間部分GPS星座地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)用戶設備部分GPS信號接收機,GPS定位原理,ri=(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)21/2+ctu+c(tAi-ti),(i=1,2,3,4),全球定位系統(tǒng)的特點,全球覆蓋全天候多用途,3.3.3遙感技術,概述：遙感起源于20世紀60年代，它的特征是不直接接觸被研究的目標，感測目標的特征信息（一般是電磁波的反射、輻射和發(fā)射輻射），經(jīng)過傳輸、處理，從中提取人們感興趣的信息，這個過程叫遙感。遙感技術則是實現(xiàn)這種過程所采取的各種技術手段的總稱，遙感包括攝影、陸地、航空、航天攝影測量等技術。,遙感技術的分類與發(fā)展,遙感技術依其波譜性質，可分為：(1)電磁波遙感技術(2)聲學遙感技術(3)物理場遙感技術電磁波遙感技術經(jīng)過了地面遙感技術、航空遙感技術、航天遙感技術三個階段。隨著空間技術、電子技術、光學技術和計算機技術的發(fā)展，遙感器的運輸工具從飛機很快發(fā)展到衛(wèi)星、宇宙飛船和航天飛機，遙感譜段從可見光發(fā)展到紅外和微波，遙感信息的記錄和傳輸從圖像的直接傳輸?shù)椒菆D像的無線傳輸。,遙感技術的特點,遙感技術日益呈現(xiàn)出“三高”（即高光譜、高時間分辨率、高空間分辨率）、“三全”（即全天候、全天時、全球）、“3W”（即What、When、Where）、“三結合”（即大小衛(wèi)星結合、航空與航天結合、技術與應用結合）等特點，這些都為遙感技術在全社會的廣泛應用提供了很好的基礎。尤其體現(xiàn)在人流、物流、信息流高度集中和膨脹的城市當中，遙感技術的發(fā)展更是日新月異，其應用的深度和廣度都在飛速拓展。,3.3.4激光掃描器,概述：激光掃描器是一種遠距離條碼閱讀設備，因其性能優(yōu)越，而在各個行業(yè)中被廣泛應用。它有單線掃描、光柵式掃描和全角度掃描三種掃描方式。手持式激光掃描器屬單線掃描，其景深較大，掃描首讀率和精度較高，掃描寬度不受設備開口寬度限制；臥式激光掃描器為全角掃描器，操作方便，操作者可雙手對物品進行操作，只要條碼符號面向掃描器，不管其方向如何，均能實現(xiàn)自動掃描，超級市場大都采用這種設備。,激光掃描器的基本工作原理,如上圖所示，手持式激光掃描器通過一個激光二極管發(fā)出一束光線，照射到一個旋轉的棱鏡或來回擺動的鏡子上，反射后的光線穿過閱讀窗照射到條碼表面，光線經(jīng)過條形碼的條或空的反射后返回到閱讀器，由一個鏡子進行采集、聚焦，通過光電轉換器轉換成電信號，該信號將通過掃描器或終端上的譯碼軟件進行譯碼。,激光掃描器的工作流程,激光掃描器的優(yōu)點,可以很杰出的用于非接觸掃描，