物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用體系架構(gòu)課件

1、 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)朱淑真 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)朱淑真 2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景物聯(lián)網(wǎng)是近年來的熱點，人人都在提物聯(lián)網(wǎng)，但物聯(lián)網(wǎng)到底是什么？究竟能做什么？本節(jié)將對幾種與普通用戶關(guān)系緊密的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行介紹。 應(yīng)用場景一：當(dāng)你早上拿車鑰匙出門上班，在電腦旁待命的感應(yīng)器檢測到之后就會通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)自動發(fā)起一系列事件，比如通過短信或者喇叭自動播報今天的天氣，在電腦上顯示快捷通暢的開車路徑并估算路上所花時間，同時通過短信或者即時聊天工具告知你的同事你將馬上到達(dá)等。 應(yīng)用場景二：聯(lián)網(wǎng)冰箱也將是最常見的物聯(lián)網(wǎng)物品之一。想象一下，聯(lián)網(wǎng)冰箱可以監(jiān)視冰箱里的食物，在我們?nèi)コ械臅r候，家里的冰箱會告訴我們?nèi)鄙傩┦裁?，也會?/p>

2、訴我們食物什么時候過期。它還可以跟蹤常用的美食網(wǎng)站，為收集食譜并在你的購物單里添加配料。這種冰箱知道你喜歡吃什么東西，依據(jù)的是你給每頓飯做出的評分。它可以照顧你的身體，因為它知道什么食物對你有好處。 2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景 右圖形象地表示了物聯(lián)網(wǎng)在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用。圖中只是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的很小一部分，實際的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更加豐富多彩，還有待于人們不斷地開發(fā)實現(xiàn)。 目前已經(jīng)有不少物聯(lián)網(wǎng)范疇的應(yīng)用，譬已經(jīng)投入試點運(yùn)營的高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC），基于 RFID 的手機(jī)錢包付費(fèi)應(yīng)用等。等各類感知節(jié)點遍布中國之后，即使坐在家中，你也能感知黃果樹瀑布流速和水量的大??；通過物聯(lián)網(wǎng)，

3、能了解到你中意的樓盤的噪聲情況、甲醛是否超標(biāo)，等等，生活方式會有很多意想不到的改變。不僅是大家的日常生活，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用遍及智能交通、公共安全等多個領(lǐng)域，必將擁有巨大市場。2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景 右圖形象地表示了物聯(lián)網(wǎng)在我們2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)需求分析物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是物理世界和數(shù)字世界的融合。 物聯(lián)網(wǎng)是為了打破地域限制，實現(xiàn)物物之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲、融合、使用等服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。因此，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該具備如下 3 個能力。 （1）全面感知：利用 RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息，包括用戶位置、周邊環(huán)境、個體喜好、身體狀況、情緒、環(huán)境溫度、濕度，以及用戶業(yè)務(wù)感受、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等。

4、（2）可靠傳遞：通過各種網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)融合、終端融合、運(yùn)營管理融合，將物體的信息實時準(zhǔn)確地傳遞出去。 （3）智能處理：利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對物體進(jìn)行實時智能化控制。 2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)需求分析物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是物理世界和數(shù)字世界2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 物聯(lián)網(wǎng)的特征在于感知、互聯(lián)和智能的疊加。因此，物聯(lián)網(wǎng)由三個部分組成：感知部分，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實現(xiàn)對“物”的識別；傳輸網(wǎng)絡(luò)，即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸；智能處理，即利用云計算、數(shù)據(jù)挖掘、中間件等技術(shù)實現(xiàn)對物品的自動控制與智能管理等。 目前在業(yè)界物聯(lián)

5、網(wǎng)體系架構(gòu)也大致被公認(rèn)為有這三個層次，底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層，第二層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層，最上面則是內(nèi)容應(yīng)用層，如下圖所示。所以，下面將分別從三個層次進(jìn)行介紹。2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 物聯(lián)網(wǎng)的特征在于感知、互2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 在物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中，可以這樣理解：感知層相當(dāng)于人體的皮膚和五官；網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于人體的神經(jīng)中樞和大腦；應(yīng)用層相當(dāng)于人的社會分工。 感知層是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官識別物體，采集信息。感知層包括二維碼標(biāo)簽和識讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等，作用是識別物體，采集信息。 網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦信息傳

6、遞和處理。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心和信息處理中心等。網(wǎng)絡(luò)層將感知層獲取的信息進(jìn)行傳遞和處理。 應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會分工”與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)廣泛智能化。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合，與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)行業(yè)智能化，這類似于人的社會分工，最終構(gòu)成人類社會。2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 在物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中，可以這樣理解2.2 感知層 物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別在于，物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信范圍，即物聯(lián)網(wǎng)不僅僅局限于人與人之間的通信，還擴(kuò)展到人與物、物與物之間的通信。在物聯(lián)網(wǎng)具體實現(xiàn)過程中，如何完成對物的感知這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)？物聯(lián)網(wǎng)感知層解決的就是人類世界和物理世界的數(shù)

7、據(jù)獲取問題，包括各類物理量、標(biāo)識、音頻、視頻數(shù)據(jù)。感知層處于三層架構(gòu)的最底層，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，具有物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力。作為物聯(lián)網(wǎng)的最基本一層，感知層具有十分重要的作用。感知層一般包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)短距離傳輸兩部分，即首先通過傳感器、攝像頭等設(shè)備采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，通過藍(lán)牙、紅外、ZigBee、工業(yè)現(xiàn)場總線等短距離有線或無線傳輸技術(shù)進(jìn)行協(xié)同工作或者傳遞數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān)設(shè)備。也可以只有數(shù)據(jù)的短距離傳輸這一部分，特別是在僅傳遞物品的識別碼的情況下。 2.2 感知層 物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別在于，物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大2.2 感知層感知層關(guān)鍵技術(shù)：傳感器技術(shù) 物品標(biāo)識技術(shù)： RFID技術(shù) 二維碼技

8、術(shù)短距離無線傳輸技術(shù)： Zigbee 藍(lán)牙（Bluetooth）2.2 感知層感知層關(guān)鍵技術(shù)：2.2 感知層-傳感器技術(shù) 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，對各種參量進(jìn)行信息采集和簡單加工處理的設(shè)備，被稱為物聯(lián)網(wǎng)傳感器。傳感器可以獨立存在，也可以與其他設(shè)備以一體方式呈現(xiàn)，但無論哪種方式，它都是物聯(lián)網(wǎng)中的感知和輸入部分。在未來的物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器及其組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)將在數(shù)據(jù)采集前端發(fā)揮重要的作用。按是否具有信息處

9、理功能來分，傳感器可分為一般傳感器和智能傳感器。一般傳感器采集的信息需要計算機(jī)進(jìn)行處理；智能傳感器帶有微處理器，本身具有采集、處理、交換信息的能力，具備數(shù)據(jù)精度高、高可靠性與高穩(wěn)定性、高信噪比與高分辨力、強(qiáng)自適應(yīng)性、高性價比等特點。 2.2 感知層-傳感器技術(shù) 傳感器是一種檢測裝置，能感受到2.2 感知層-RFID技術(shù)RFID 是射頻識別（Radio Frequency Identification）的英文縮寫，是 20 世紀(jì) 90 年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，它利用射頻信號通過空間電磁耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通所傳遞的信息實現(xiàn)物體識別。RFID 系統(tǒng)主要由三部分組成：電子標(biāo)簽（Tag）、

10、讀寫器（Reader）和天線（Antenna）。其中，電子標(biāo)簽芯片具有數(shù)據(jù)存儲區(qū)，用于存儲待識別物品的標(biāo)識信息；讀寫器是將約定格式的待識別物品的標(biāo)識信息寫入電子標(biāo)簽的存儲區(qū)中（寫入功能），或在讀寫器的閱讀范圍內(nèi)以無接觸的方式將電子標(biāo)簽內(nèi)保存的信息讀取出來（讀出功能）；天線用于發(fā)射和接收射頻信號，往往內(nèi)置在電子標(biāo)簽和讀寫器中。RFID 技術(shù)的工作原理是：電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場后，讀寫器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽）；讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。廣泛的應(yīng)

11、用領(lǐng)域：物流和供應(yīng)鏈管理、門禁安防系統(tǒng)、道路自動收費(fèi)、航空行李處理、文檔追蹤/圖書館管理、電子支付、生產(chǎn)制造和裝配、物品監(jiān)視、汽車監(jiān)控、動物身份標(biāo)識等 2.2 感知層-RFID技術(shù)RFID 是射頻識別（Radi2.2 感知層-二維碼技術(shù)二維碼（2-dimensional bar code）也叫二維條碼或二維條形碼，是用某種特定的幾何形體按一定規(guī)律在平面上分布（黑白相間）的圖形來記錄信息的應(yīng)用技術(shù)。從技術(shù)原理來看，二維碼在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”和“1”比特流的概念，使用若干與二進(jìn)制相對應(yīng)的幾何形體來表示數(shù)值信息，并通過圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動識讀以實現(xiàn)信息的自動

12、處理。 2.2 感知層-二維碼技術(shù)二維碼（2-dimensiona2.2 感知層二維碼的特點歸納如下:（1）高密度編碼，信息容量大：可容納多達(dá) 1850 個大寫字母或節(jié)或 500 多個漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。 （2）編碼范圍廣：二維碼可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信息進(jìn)行編碼，并用條碼表示。 （3）容錯能力強(qiáng)，具有糾錯功能：二維碼因穿孔、污損等引起局部損壞時，甚至損壞面積達(dá) 50%時，仍可以正確得到識讀。（4）譯碼可靠性高：比普通條碼譯碼錯誤率百萬分之二要低得多，誤碼率不超過千萬分之一。 （5）可引入加密措施：保密性、防偽性好。（6）成本低，易制作，持久耐用。 （

13、7）條碼符號形狀、尺寸大小比例可變。 （8）二維碼可以使用激光或 CCD 攝像設(shè)備識讀，十分方便。 與 RFID 相比，二維碼最大的優(yōu)勢在于成本較低，一條二維碼的成本僅為幾分錢，而 RFID標(biāo)簽因其芯片成本較高，制造工藝復(fù)雜，價格較高。 2.2 感知層二維碼的特點歸納如下:2.2 感知層-ZigbeeZigBee 是一種短距離、低功耗的無線傳輸技術(shù)，是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)，它是 IEEE 802.15.4 協(xié)議的代名詞。ZigBee 的名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，即蜜蜂靠飛翔和“嗡嗡”（Zig）地抖動翅膀與同伴傳遞新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向等信息，也就是

14、說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。 ZigBee 采用分組交換和跳頻技術(shù)，并且可使用 3 個頻段，分別是 2.4GHz 的公共通用頻段、歐洲的 868MHz 頻段和美國的 915MHz 頻段。ZigBee 主要應(yīng)用在短距離范圍并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。與藍(lán)牙相比，ZigBee 更簡單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。同時，由于 ZigBee 技術(shù)的低速率和通信范圍較小的特點，也決定了 ZigBee 技術(shù)只適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。 其目標(biāo)市場主要有 PC 外設(shè)（鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿）、消費(fèi)類電子設(shè)備（電視機(jī)、CD、VCD、DVD 等設(shè)備上的遙控裝置）、家庭內(nèi)智能控制（

15、照明、煤氣計量控制及報警等）、玩具（電子寵物）、醫(yī)護(hù)（監(jiān)視器和傳感器）、工控（監(jiān)視器、傳感器和自動控制設(shè)備）等非常廣闊的領(lǐng)域。2.2 感知層-ZigbeeZigBee 是一種短距離、低2.2 感知層ZigBee 技術(shù)主要包括以下特點。 （1）數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有 10250kbit/s，專注于低傳輸應(yīng)用。（2）低功耗。ZigBee 設(shè)備只有激活和睡眠兩種狀態(tài)，而且 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中通信循環(huán)次數(shù)非常少，工作周期很短，所以一般來說兩節(jié)普通 5 號干電池可使用 6 個月以上。 （3）成本低。因為 ZigBee 數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本。 （4）網(wǎng)絡(luò)容量大。ZigBee 支持星

16、形、簇形和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多可支持 255 個設(shè)備，也就是說每個 ZigBee 設(shè)備可以與另外 254 臺設(shè)備相連接。 （5）有效范圍小。有效傳輸距離 1075m，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境。 （6）工作頻段靈活。使用的頻段分別為 2.4GHz、868MHz（歐洲）及 915MHz（美國），均為免執(zhí)照頻段。（7）可靠性高。采用了碰撞避免機(jī)制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免 了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突；節(jié)點模塊之 間具有自動動態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整 個ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中通過自動路由的方式進(jìn)行傳

17、輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?（8）時延短。ZigBee 針對時延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。（9）安全性高。ZigBee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒定功能，采用 AES-128 加密算法，同時根據(jù)具體應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。 2.2 感知層ZigBee 技術(shù)主要包括以下特點。 2.2 感知層-藍(lán)牙藍(lán)牙（Bluetooth）是一種無線數(shù)據(jù)與話音通信的開放性全球規(guī)范，和 ZigBee 一樣，也是一種短距離的無線傳輸技術(shù)。其實質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的短距離無線接口，將通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來，是各種設(shè)備在無電線或電纜相互連

18、接的情況下，能在短距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作的一種技術(shù)。 藍(lán)牙采用高速跳頻（Frequency Hopping）和時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）等先進(jìn)技術(shù)，支持點對點及點對多點通信。其傳輸頻段為全球公共通用的 2.4GHz 頻段，能提供1Mbit/s 的傳輸速率和 10m 的傳輸距離，并采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。藍(lán)牙除具有和 ZigBee 一樣，可以全球范圍適用、功耗低、成本低、抗干擾能力強(qiáng)等特點外，還有許多它自己的特點。 （1）同時可傳輸話音和數(shù)據(jù)。藍(lán)牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路話音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步話

19、音同時傳輸?shù)男诺馈?（2）可以建立臨時性的對等連接（Ad hoc Connection)。（3）開放的接口標(biāo)準(zhǔn)。為了推廣藍(lán)牙技術(shù)的使用，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）將藍(lán)牙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全部公開，全世界范圍內(nèi)的任何單位和個人都可以進(jìn)行藍(lán)牙產(chǎn)品的開發(fā)，只要最終通過 Bluetooth SIG 的藍(lán)牙產(chǎn)品兼容性測試，就可以推向市場。2.2 感知層-藍(lán)牙藍(lán)牙（Bluetooth）是一種無線數(shù)2.3 網(wǎng)絡(luò)層物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立起來的，它與目前主流的移動通信網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、各類專網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)一樣，主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽貏e是當(dāng)三網(wǎng)融合后，有線電視網(wǎng)也能承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?/p>

20、能。在物聯(lián)網(wǎng)中，要求網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知層感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送，它解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，尤其是遠(yuǎn)距離地傳輸問題。同時，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將承擔(dān)比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)更大的數(shù)據(jù)量和面臨更高的服務(wù)質(zhì)量要求，所以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)尚不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求，這就意味著物聯(lián)網(wǎng)需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合和擴(kuò)展，利用新技術(shù)以實現(xiàn)更加廣泛和高效的互聯(lián)功能。由于廣域通信網(wǎng)絡(luò)在早期物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的缺位，早期的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用往往在部署范圍、應(yīng)用領(lǐng)域等諸多方面有所局限，終端之間以及終端與后臺軟件之間都難以開展協(xié)同。隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，建立端到端的全局網(wǎng)絡(luò)將成為必須。 2.3 網(wǎng)絡(luò)層物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立起

21、來的，2.3 網(wǎng)絡(luò)層由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是建立在 Internet 和移動通信網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，除具有目前已經(jīng)比較成熟的如遠(yuǎn)距離有線、無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)外，為實現(xiàn)“物物相連”的需求，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將綜合使用 IPv6、2G/3G、Wi-Fi 等通信技術(shù)，實現(xiàn)有線與無線的結(jié)合、寬帶與窄帶的結(jié)合、感知網(wǎng)與通信網(wǎng)的結(jié)合。同時，網(wǎng)絡(luò)層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的技術(shù)。下面將對物聯(lián)網(wǎng)依托的 Internet、移動通信網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 3 種主要網(wǎng)絡(luò)形態(tài)以及涉及的 IPv6、

22、Wi-Fi 等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹 2.3 網(wǎng)絡(luò)層由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是建立在 Internet 2.3 網(wǎng)絡(luò)層- InternetInternet，中文譯為因特網(wǎng)，廣義的因特網(wǎng)叫互聯(lián)網(wǎng)，是以相互交流信息資源為目的，基于一些共同的協(xié)議，并通過許多路由器和公共互聯(lián)網(wǎng)連接而成，它是一個信息資源和資源共享的集合。 引入 IPv6 技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)不僅可以為人類服務(wù)，還將服務(wù)于眾多硬件設(shè)備，如家用電器、傳感器、遠(yuǎn)程照相機(jī)、汽車等，它將使物聯(lián)網(wǎng)無所不在、無處不在地深入社會每個角落。 2.3 網(wǎng)絡(luò)層- InternetInternet，中文譯2.3 網(wǎng)絡(luò)層-移動通信網(wǎng)移動通信網(wǎng)絡(luò)以其覆蓋廣、建設(shè)成本低、部署方便、終端

23、具備移動性等特點將成為物聯(lián)網(wǎng)重要的接入手段和傳輸載體，為人與人之間通信、人與網(wǎng)絡(luò)之間的通信、物與物之間的通信提供服務(wù)。 移動通信網(wǎng)由無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)三部分組成。無線接入網(wǎng)主要為移動終端提供接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)主要為各種業(yè)務(wù)提供交換和傳輸服務(wù)。從通信技術(shù)層面看，移動通信網(wǎng)的基本技術(shù)可分為傳輸技術(shù)和交換技術(shù)兩大類。 2.3 網(wǎng)絡(luò)層-移動通信網(wǎng)移動通信網(wǎng)絡(luò)以其覆蓋廣、建設(shè)成本2.3 網(wǎng)絡(luò)層-移動通信網(wǎng)在移動通信網(wǎng)中，當(dāng)前比較熱門的接入技術(shù)有 3G、Wi-Fi 和 WiMAX。在移動通信網(wǎng)中， 3G 是指第三代支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術(shù)，3G 網(wǎng)絡(luò)則綜合了蜂窩、無繩、集群、移

24、動數(shù)據(jù)、衛(wèi)星等各種移動通信系統(tǒng)的功能，與固定電信網(wǎng)的業(yè)務(wù)兼容，能同時提供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。3G 的目標(biāo)是實現(xiàn)所有地區(qū)（城區(qū)與野外）的無縫覆蓋，從而使用戶在任何地方均可以 使用系統(tǒng)所提供的各種服務(wù) 。3G 包括 3 種主要國際標(biāo)準(zhǔn) ，cdma2000，WCDMA，TD-SCDMA，其中 TD-SCDMA 是第一個由中國提出的，以我國知識產(chǎn)權(quán)為主的、被國際上廣泛接受和認(rèn)可的無線通信國際標(biāo)準(zhǔn)。Wi-Fi 全稱 Wireless Fidelity（無線保真技術(shù)），傳輸距離有幾百米，可實現(xiàn)各種便攜設(shè)備（手機(jī)、筆記本電腦、PDA 等）在局部區(qū)域內(nèi)的高速無線連接或接入局域網(wǎng)。Wi-Fi 是由接入點 AP（Ac

25、cess Point）和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡(luò)。主流的 Wi-Fi 技術(shù)無線標(biāo)準(zhǔn)有 IEEE 802.11b及 IEEE 802.11g 兩種，分別可以提供 11Mbit/s 和 54Mbit/s 兩種傳輸速率。 WiMAX 全稱 World Interoperability for Microwave Access（全球微波接入互操作性），是一種城域網(wǎng)（MAN）無線接入技術(shù)，是針對微波和毫米波頻段提出的一種空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其信號傳輸半徑可以達(dá)到 50km，基本上能覆蓋到城郊。正是由于這種遠(yuǎn)距離傳輸特性，WiMAX不僅能解決無線接入問題，還能作為有線網(wǎng)絡(luò)接入（有線電視、DSL）的無線擴(kuò)展，方便地

26、實現(xiàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)連接。 2.3 網(wǎng)絡(luò)層-移動通信網(wǎng)在移動通信網(wǎng)中，當(dāng)前比較熱門的接2.3 網(wǎng)絡(luò)層-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過自組織的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而將各自采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸匯總，以實現(xiàn)對空間分散范圍內(nèi)的物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，并根據(jù)這些信息進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。很多文獻(xiàn)將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)歸為感知層技術(shù)，實際上無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)貫穿物聯(lián)網(wǎng)的3 個層面，是結(jié)合了計算機(jī)、通信、傳感器 3 項技術(shù)的一門新興技術(shù)，具有較大范圍、低成本、高密度、靈活布設(shè)、實時采集、全天候工作的優(yōu)勢，且對物聯(lián)網(wǎng)其他產(chǎn)業(yè)具有顯著帶動作用。本書更側(cè)重于

27、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸方面的功能，所以放在網(wǎng)絡(luò)層介紹。 傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計目標(biāo)是能源的高效利用，這也是傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最重要的區(qū)別之一，涉及節(jié)能技術(shù)、定位技術(shù)、時間同步等關(guān)鍵技術(shù)。 2.3 網(wǎng)絡(luò)層-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的基2.4 應(yīng)用層應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動力和目的。應(yīng)用層的主要功能是把感知和傳輸來的信息進(jìn)行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)。這一層解決的是信息處理和人機(jī)界面的問題。 應(yīng)用層將網(wǎng)絡(luò)層傳輸來的數(shù)據(jù)通過各類信息系統(tǒng)進(jìn)行處理，并通過各種設(shè)備與人進(jìn)行交互。這一層也可按形態(tài)直觀地劃分為兩個子層：一個是應(yīng)用程序?qū)?；另一個是終端設(shè)備層。應(yīng)用程序

28、層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能，包括電力、醫(yī)療、銀行、交通、環(huán)保、物流、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市管理、家居生活等，可用于政府、企業(yè)、社會組織、家庭、個人等，這正是物聯(lián)網(wǎng)作為深度信息化網(wǎng)絡(luò)的重要體現(xiàn)。而終端設(shè)備層主要是提供人機(jī)界面，物聯(lián)網(wǎng)雖然是“物物相連的網(wǎng)”，但最終是要以人為本的，最終還是需要人的操作與控制，不過這里的人機(jī)界面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)在人與計算機(jī)交互的概念，而是泛指與應(yīng)用程序相連的各種設(shè)備與人的反饋。 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控），查詢型（智能檢索、遠(yuǎn)程抄表），控制性（智能交通、智能家居、路燈控制），掃描型（手機(jī)錢包、高速公路不停車收費(fèi)

29、）等。2.4 應(yīng)用層應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動力和目的。應(yīng)用層的主要2.4 應(yīng)用層-M2M技術(shù)M2M 是 Machine-to-Machine（機(jī)器對機(jī)器）的縮寫，根據(jù)不同應(yīng)用場景，往往也被解釋為 Man-to-Machine（人對機(jī)器）、Machine-to-Man（機(jī)器對人）、Mobile-to-Machine（移動網(wǎng)絡(luò)對機(jī)器）、Machine-to-Mobile（機(jī)器對移動網(wǎng)絡(luò)）。由于 Machine 一般特指人造的機(jī)器設(shè)備，而物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）中的 Things 則是指更抽象的物體，范圍也更廣。例如，樹木和動物屬于 Things，可以被感知、被標(biāo)記，屬于

30、物聯(lián)網(wǎng)的研究范疇，但它們不是 Machine，不是人為事物。冰箱則屬于 Machine，同時也是一種 Things。所以，M2M 可以看作是物聯(lián)網(wǎng)的子集或應(yīng)用。 M2M 將多種不同類型的通信技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，將數(shù)據(jù)從一臺終端傳送到另一臺終端，也就是機(jī)器與機(jī)器的對話。M2M 技術(shù)綜合了數(shù)據(jù)采集、GPS、遠(yuǎn)程監(jiān)控、電信、工業(yè)控制等技術(shù)，可以在安全監(jiān)測、自動抄表、機(jī)械服務(wù)、維修業(yè)務(wù)、自動售貨機(jī)、公共交通系統(tǒng)、車隊管理、工業(yè)流程自動化、電動機(jī)械、城市信息化等環(huán)境中運(yùn)行并提供廣泛的應(yīng)用和解決方案。 M2M 技術(shù)的目標(biāo)就是使所有機(jī)器設(shè)備都具備聯(lián)網(wǎng)和通信能力，其核心理念就是網(wǎng)絡(luò)一切（Network Ev

31、erything）。 2.4 應(yīng)用層-M2M技術(shù)M2M 是 Machine-to2.4 應(yīng)用層-云計算云計算通過共享基礎(chǔ)資源（硬件、平臺、軟件）的方法，將巨大的系統(tǒng)池連接在一起以提供各種IT 服務(wù)，這樣企業(yè)與個人用戶無需再投入昂貴的硬件購置成本，只需要通過互聯(lián)網(wǎng)來租賃計算力等資源。用戶可以在多種場合，利用各類終端，通過互聯(lián)網(wǎng)接入云計算平臺來共享資源。 云計算涵蓋的業(yè)務(wù)范圍，一般有狹義和廣義之分。狹義云計算指 IT 基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源（硬件、平臺、軟件）。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”?！霸啤敝械馁Y源在使用者看來是可以無限擴(kuò)展的，并且可以隨時獲取、按

32、需使用、隨時擴(kuò)展、按使用付費(fèi)。這種特性經(jīng)常被稱為像水電一樣使用的 IT 基礎(chǔ)設(shè)施。廣義云計算指服務(wù)的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)。這種服務(wù)可以是 IT 和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以使用任意其他的服務(wù)。 云計算由于具有強(qiáng)大的處理能力、存儲能力、帶寬和極高的性價比，可以有效用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和業(yè)務(wù)，也是應(yīng)用層能提供眾多服務(wù)的基礎(chǔ)。它可以為各種不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供統(tǒng)一的服務(wù)交付平臺，可以為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供海量的計算和存儲資源，還可以提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲格式和數(shù)據(jù)處理方法。利用云計算大大簡化了應(yīng)用的交付過程，降低交付成本，并能提高處理效率。同時，物聯(lián)網(wǎng)也將成為云計算最大的用戶，促

33、使云計算取得更大的商業(yè)成功。2.4 應(yīng)用層-云計算云計算通過共享基礎(chǔ)資源（硬件、平臺、2.4 應(yīng)用層-人工智能人工智能（Artificial Intelligence）是探索研究使各種機(jī)器模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等），使人類的智能得以物化與延伸的一門學(xué)科。該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。目前主要的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計算和粒度計算 3 種。在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技術(shù)主要負(fù)責(zé)分析物品所承載的信息內(nèi)容，從而實現(xiàn)計算機(jī)自動處理。人工智能技術(shù)的優(yōu)點在于：大大改善操作者作業(yè)環(huán)境，減輕工作強(qiáng)度；提高了作業(yè)質(zhì)量和工作效率；一些危險場合或重點施工應(yīng)用得到解決；環(huán)保、節(jié)能；提高了機(jī)器的自動化程度及智能化水平；提高了設(shè)備的可靠性，降低了維護(hù)成本；故障診斷實現(xiàn)了智能化等。2.4 應(yīng)用層-人工智能人工智能（Artificial 2.4 應(yīng)用層-數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘（Data Mini