物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

1、河南工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系鄧淼磊物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 概述1感知層 2小結(jié) 5網(wǎng)絡(luò)層 3應(yīng)用層 4主要內(nèi)容容 “物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)”概念念的問(wèn)世世，打破破了之前前的傳統(tǒng)統(tǒng)思維。在“物物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代，鋼筋混混凝土、電纜將將與芯片片、寬帶帶整合為為統(tǒng)一的的基礎(chǔ)設(shè)設(shè)施。物物聯(lián)網(wǎng)的的本質(zhì)就就是物理理世界和和數(shù)字世世界的融融合。 物聯(lián)網(wǎng)需需求分析析物聯(lián)網(wǎng)是是為了打打破地域域限制，實(shí)現(xiàn)物物物之間間按需進(jìn)進(jìn)行的信信息獲取取、傳遞遞、存儲(chǔ)儲(chǔ)、融合合、使用用等服務(wù)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。因此此，物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該該具備如如下3個(gè)個(gè)能力：全面感知知、可靠靠傳遞、智能處處理 物聯(lián)網(wǎng)需需求分析析（1）全全面感知知：利用RFID、傳感感器、二二維碼

2、等等隨時(shí)隨隨地獲取取物體的的信息，包括用用戶位置置、周邊邊環(huán)境、個(gè)體喜喜好、身身體狀況況、情緒緒、環(huán)境境溫度、濕度，以及用用戶業(yè)務(wù)務(wù)感受、網(wǎng)絡(luò)狀狀態(tài)等。 物聯(lián)網(wǎng)需需求分析析（2）可可靠傳遞遞：通過(guò)各各種網(wǎng)絡(luò)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)融融合、終終端融合合、運(yùn)營(yíng)營(yíng)管理融融合，將將物體的的信息實(shí)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確確地傳遞遞出去。 物聯(lián)網(wǎng)需需求分析析（3）智智能處理理：利用云云計(jì)算、模糊識(shí)識(shí)別等各各種智能能計(jì)算技技術(shù)，對(duì)對(duì)海量數(shù)數(shù)據(jù)和信信息進(jìn)行行分析和和處理，對(duì)物體體進(jìn)行實(shí)實(shí)時(shí)智能能化控制制。物聯(lián)網(wǎng)需需求分析析 物聯(lián)網(wǎng)體體系架構(gòu)構(gòu)目前在業(yè)業(yè)界物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)體系系架構(gòu)也也大致被被公認(rèn)為為有這三三個(gè)層次次，底層層是用來(lái)來(lái)感知數(shù)數(shù)據(jù)的感

3、知層，第二層層是數(shù)據(jù)據(jù)傳輸?shù)牡木W(wǎng)絡(luò)層，最上面面則是內(nèi)內(nèi)容應(yīng)用層。 感知層是是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的皮膚和五官識(shí)別別物體，采集信信息。感感知層包包括二維碼標(biāo)標(biāo)簽和識(shí)識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和和讀寫(xiě)器器、攝像頭、GPS等，主要要作用是是識(shí)別物物體，采采集信息息，與人人體結(jié)構(gòu)構(gòu)中皮膚膚和五官官的作用用相似。物聯(lián)網(wǎng)體體系架構(gòu)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)層是是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的神經(jīng)中樞樞和大腦信息息傳遞和和處理。網(wǎng)絡(luò)層層包括通信與互互聯(lián)網(wǎng)的的融合網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理理中心和信息處理理中心等。網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層將感感知層獲獲取的信信息進(jìn)行行傳遞和和處理，類似于于人體結(jié)結(jié)構(gòu)中的的神經(jīng)中中樞和大大腦。物聯(lián)網(wǎng)體體系架構(gòu)構(gòu) 應(yīng)用層是是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的“社會(huì)分工工”與與行業(yè)需需

4、求結(jié)合合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)廣泛智智能化。應(yīng)用層層是物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)與行行業(yè)專業(yè)業(yè)技術(shù)的的深度融融合，與與行業(yè)需需求結(jié)合合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)行業(yè)智智能化，這類似似于人的的社會(huì)分分工，最最終構(gòu)成成人類社社會(huì)。物聯(lián)網(wǎng)體體系架構(gòu)構(gòu) 概述1感知層 2小結(jié) 5網(wǎng)絡(luò)層 3應(yīng)用層 4主要內(nèi)容容 感知層功功能物聯(lián)網(wǎng)在在傳統(tǒng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基基礎(chǔ)上，從原有有網(wǎng)絡(luò)用用戶終端端向“下下”延伸伸和擴(kuò)展展，擴(kuò)大大通信的的對(duì)象范范圍，即即通信不不僅僅局局限于人人與人之之間的通通信，還還擴(kuò)展到到人與現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界界的各種種物體之之間的通通信。物聯(lián)網(wǎng)感感知層解解決的就就是人類類世界和和物理世世界的數(shù)數(shù)據(jù)獲取取問(wèn)題。感知層處處于三層層架構(gòu)的的最底層層，是物物聯(lián)網(wǎng)發(fā)發(fā)展

5、和應(yīng)應(yīng)用的基基礎(chǔ)，具具有物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)全面面感知的的核心能能力。作作為物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的最最基本一一層，感感知層具具有十分分重要的的作用。 感知層一一般包括括數(shù)據(jù)采集集和數(shù)據(jù)短距距離傳輸輸兩部分此處的短短距離傳傳輸技術(shù)術(shù)，尤指指像藍(lán)牙牙、ZigBee這類類傳輸距距離小于于100m，速速率低于于1Mbit/s的的中低速速無(wú)線短短距離傳傳輸技術(shù)術(shù)。感知層功功能 感知層關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)感知層所所需要的的關(guān)鍵技技術(shù)包括括檢測(cè)技技術(shù)（傳感器、RFID、二二維碼等等）、中低低速無(wú)線線或有線線短距離離傳輸技技術(shù)（Zigbee、藍(lán)牙等等）等。 牙刷也上上物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)傳感器技技術(shù)計(jì)算機(jī)類類似于人人的大腦腦，而僅僅有大腦腦而沒(méi)有有感知

6、外外界信息息的“五五官”顯顯然是不不夠的，計(jì)算機(jī)機(jī)也還需需要它們們的“五五官”傳感感器。傳感器是是攝取信信息的關(guān)關(guān)鍵器件件，它是是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)中不可可缺少的的信息采采集手段段，也是是采用微微電子技技術(shù)改造造傳統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的重重要方法法 傳輸處理存儲(chǔ)顯示記錄控制傳感器功功能 RFID技術(shù)RFID是射頻頻識(shí)別（RadioFrequency Identification）的英英文縮寫(xiě)寫(xiě)，是20世紀(jì)紀(jì)90年年代開(kāi)始始興起的的一種自自動(dòng)識(shí)別別技術(shù)，它利用用射頻信信號(hào)通過(guò)過(guò)空間電電磁耦合合實(shí)現(xiàn)無(wú)無(wú)接觸信信息傳遞遞并通過(guò)過(guò)所傳遞遞的信息息實(shí)現(xiàn)物物體識(shí)別別。 RFID射頻識(shí)別別 RFID系統(tǒng)構(gòu)成 一般由RFID標(biāo)簽、

7、標(biāo)簽讀讀寫(xiě)器和和后端數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)構(gòu)成RFID標(biāo)簽(Tag)：由由耦合元元件及芯芯片組成成，每個(gè)個(gè)標(biāo)簽具具有唯一一的電子子編碼，附著在在物體上上標(biāo)識(shí)目目標(biāo)對(duì)象象。也稱稱卡片。讀寫(xiě)器(Reader)：讀讀取(有有時(shí)還可可以寫(xiě)入入)標(biāo)簽簽信息的的設(shè)備，可設(shè)計(jì)計(jì)為手持持式或固固定式。也稱讀讀卡器，或讀頭頭等。包包括天線線（Antenna）。后端數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)可以以是運(yùn)行行于任意意硬件平平臺(tái)的數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)系系統(tǒng)，通通常具有有強(qiáng)大計(jì)計(jì)算和存存儲(chǔ)能力力，同時(shí)時(shí)它包含含所有Tag的的信息。電子標(biāo)簽簽進(jìn)入讀讀寫(xiě)器產(chǎn)產(chǎn)生的磁磁場(chǎng)后，讀寫(xiě)器器發(fā)出射射頻信號(hào)號(hào)憑借感應(yīng)應(yīng)電流所所獲得的的能量發(fā)發(fā)送出存存儲(chǔ)在芯芯片中的的產(chǎn)品信信息（

8、無(wú)源標(biāo)簽簽或被動(dòng)動(dòng)標(biāo)簽），或者者主動(dòng)發(fā)發(fā)送某一一頻率的的信號(hào)（有源標(biāo)簽簽或主動(dòng)動(dòng)標(biāo)簽）讀寫(xiě)器讀讀取信息息并解碼碼后，送送至后端端數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)處理理RFID技術(shù)的工工作原理理 二維碼技技術(shù) 二維碼在在代碼編編制上巧巧妙地利利用構(gòu)成成計(jì)算機(jī)機(jī)內(nèi)部邏邏輯基礎(chǔ)礎(chǔ)的“0”和“1”比比特流的的概念，使用若若干與二二進(jìn)制相相對(duì)應(yīng)的的幾何形形體來(lái)表表示數(shù)值值信息，并通過(guò)過(guò)圖像輸輸入設(shè)備備或光電電掃描設(shè)設(shè)備自動(dòng)動(dòng)識(shí)讀以以實(shí)現(xiàn)信信息的自自動(dòng)處理理。二維碼技技術(shù)原理理 數(shù)據(jù)容量量更大二維碼能能在橫向向和縱向向兩個(gè)方方位同時(shí)時(shí)表達(dá)信信息成本低，易制作作，持久久耐用容錯(cuò)能力力強(qiáng)，具具有糾錯(cuò)錯(cuò)功能條碼符號(hào)號(hào)形狀、尺

9、寸大大小比例例可變二維碼還還可以引引入保密密措施，其保密密性較一一維碼要要強(qiáng)很多多二維碼的的優(yōu)勢(shì) ZigBee技術(shù)ZigBee是是一種短短距離、低功耗耗的無(wú)線線傳輸技技術(shù)，是是一種介介于無(wú)線線標(biāo)記技技術(shù)和藍(lán)藍(lán)牙之間間的技術(shù)術(shù)，它是是IEEE802.15.4協(xié)議議的代名名詞。ZigBee采采用分組組交換和和跳頻技技術(shù)，并并且可使使用3個(gè)個(gè)頻段，分別是是2.4GHz 的公公共通用用頻段、歐洲的的868MHz頻段和和美國(guó)的的915MHz頻段。 短距離范范圍數(shù)據(jù)流量量較小的的業(yè)務(wù)ZigBee技術(shù)應(yīng)用用場(chǎng)合 數(shù)據(jù)傳輸輸速率低低低功耗成本低網(wǎng)絡(luò)容量量大有效范圍圍小工作頻段段靈活可靠性高高安全性高高ZigB

10、ee技術(shù)特點(diǎn)點(diǎn) 藍(lán)牙藍(lán)牙（Bluetooth）是一種種無(wú)線數(shù)數(shù)據(jù)與話話音通信信的開(kāi)放放性全球球規(guī)范，和ZigBee一樣樣，是一一種短距距離的無(wú)無(wú)線傳輸輸技術(shù)。藍(lán)牙采用用高速跳跳頻（FrequencyHopping）和和時(shí)分多多址（Time Division Multiple Access，TDMA）等先先進(jìn)技術(shù)術(shù)，支持持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)對(duì)多點(diǎn)通通信 同時(shí)可傳傳輸話音音和數(shù)據(jù)據(jù)可以建立立臨時(shí)性性的對(duì)等等連接（Adhoc Connection)開(kāi)放的接接口標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)藍(lán)牙的技技術(shù)特點(diǎn)點(diǎn) 概述1感知層 2小結(jié) 5網(wǎng)絡(luò)層 3應(yīng)用層 4主要內(nèi)容容 網(wǎng)絡(luò)層功功能網(wǎng)絡(luò)層主主要承擔(dān)擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸輸?shù)墓δ茉谖锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)中，要

11、要求網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層能夠夠把感知知層感知知到的數(shù)數(shù)據(jù)無(wú)障障礙、高高可靠性性、高安安全性地地進(jìn)行傳傳送，它它解決的的是感知知層所獲獲得的數(shù)數(shù)據(jù)在一一定范圍圍內(nèi)，尤尤其是遠(yuǎn)距離地傳輸問(wèn)問(wèn)題 網(wǎng)絡(luò)層的的關(guān)鍵技技術(shù)Internet移動(dòng)通信信網(wǎng)無(wú)線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò) Internet物聯(lián)網(wǎng)也也被認(rèn)為為是Internet的進(jìn)一一步延伸伸Internet將作作為物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)主要要的傳輸輸網(wǎng)絡(luò)之之一，它它將使物物聯(lián)網(wǎng)無(wú)無(wú)所不在在、無(wú)處處不在地地深入社社會(huì)每個(gè)個(gè)角落 移動(dòng)通信信網(wǎng)移動(dòng)通信信網(wǎng)由無(wú)線接入入網(wǎng)、核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)三部分組組成。無(wú)無(wú)線接入入網(wǎng)主要要為移動(dòng)動(dòng)終端提提供接入入網(wǎng)絡(luò)服服務(wù)，核核心網(wǎng)和和骨干網(wǎng)網(wǎng)主要為為各種業(yè)業(yè)務(wù)

12、提供供交換和和傳輸服服務(wù)。 移動(dòng)通信信網(wǎng)為人人與人之之間通信信、人與與網(wǎng)絡(luò)之之間的通通信、物物與物之之間的通通信提供供服務(wù)在移動(dòng)通通信網(wǎng)中中，當(dāng)前前比較熱熱門(mén)的接接入技術(shù)術(shù)有3G、Wi-Fi和WiMAX移動(dòng)通信信網(wǎng) 無(wú)線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)無(wú)線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)（WSN）的的基本功能能是將一系系列空間間分散的的傳感器器單元通通過(guò)自組組織的無(wú)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)進(jìn)行連接，從而將將各自采采集的數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)過(guò)無(wú)線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行行傳輸匯總總，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)空間間分散范范圍內(nèi)的的物理或或環(huán)境狀狀況的協(xié)作監(jiān)控控，并根據(jù)據(jù)這些信信息進(jìn)行行相應(yīng)的的分析和處處理 監(jiān)控終端端無(wú)線或有有線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)監(jiān)控接入入簇頭節(jié)點(diǎn)點(diǎn)簇頭節(jié)點(diǎn)點(diǎn)無(wú)線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)體

13、系結(jié)結(jié)構(gòu) 節(jié)點(diǎn)數(shù)目目更為龐龐大（上上千甚至至上萬(wàn)），節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分布更更為密集集由于環(huán)境境影響和和存在能能量耗盡盡問(wèn)題，節(jié)點(diǎn)更更容易出出現(xiàn)故障障環(huán)境干擾擾和節(jié)點(diǎn)點(diǎn)故障易易造成網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)的的變化通常情況況下，大大多數(shù)傳傳感器節(jié)節(jié)點(diǎn)固定定不動(dòng)傳感器節(jié)節(jié)點(diǎn)具有有的能量量、處理理能力、存儲(chǔ)能能力和通通信能力力等都十十分有限限無(wú)線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)特點(diǎn) 概述1感知層 2小結(jié) 5網(wǎng)絡(luò)層 3應(yīng)用層 4主要內(nèi)容容 應(yīng)用層功功能功能：將將感知和和傳輸來(lái)來(lái)的信息息進(jìn)行分分析和處處理，做做出正確確的控制制和決策策，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)智能化化的管理、應(yīng)用和服務(wù)這一層解解決的是是信息處理理和人機(jī)界面面的問(wèn)題 應(yīng)用層關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)M2M云

14、計(jì)算人工智能能數(shù)據(jù)挖掘掘中間件 M2M根據(jù)不同同場(chǎng)景代代表Machine-to-MachineMan-to-MachineMachine-to-ManMobile-to-MachineMachine-to-Mobile M2M是是現(xiàn)階段段物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)普遍的的應(yīng)用形形式，是是實(shí)現(xiàn)物物聯(lián)網(wǎng)的的第一步步M2M將將多種不不同類型型的通信信技術(shù)有有機(jī)地結(jié)結(jié)合在一一起，將將數(shù)據(jù)從從一臺(tái)終終端傳送送到另一一臺(tái)終端端，也就就是機(jī)器器與機(jī)器器的對(duì)話話。M2M技技術(shù)的目目標(biāo)就是是使所有有機(jī)器設(shè)設(shè)備都具具備聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)和通信信能力，其核心心理念就就是網(wǎng)絡(luò)絡(luò)一切（NetworkEverything）M2M 云計(jì)算云計(jì)算（Clo

15、udComputing）是分布式計(jì)計(jì)算（DistributedComputing）、并行計(jì)算算（ParallelComputing）和網(wǎng)格計(jì)算算（GridComputing）的發(fā)展展，或者者說(shuō)是這這些計(jì)算算機(jī)科學(xué)學(xué)概念的的商業(yè)實(shí)實(shí)現(xiàn)。用戶可以以在多種種場(chǎng)合，利用各各類終端端，通過(guò)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)接入云云計(jì)算平平臺(tái)來(lái)共共享資源源。 人工智能能人工智能能（ArtificialIntelligence）是探探索研究究使各種種機(jī)器模模擬人的的某些思思維過(guò)程程和智能能行為（如學(xué)習(xí)習(xí)、推理理、思考考、規(guī)劃劃等），使人類類的智能能得以物物化與延延伸的一一門(mén)學(xué)科科。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)中，人人工智能能技術(shù)主主要負(fù)責(zé)責(zé)分析物品品所承載載的信息息內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自自動(dòng)處理理。 數(shù)據(jù)挖掘掘數(shù)據(jù)挖掘掘（DataMining）是從從大量的的、不完完全的、有噪聲聲的、模模糊的及及隨機(jī)的的實(shí)際應(yīng)應(yīng)用數(shù)據(jù)據(jù)中，挖挖掘出隱隱含的、未知的的、對(duì)決決策有潛潛在價(jià)值值的數(shù)據(jù)據(jù)的過(guò)程程。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)中，數(shù)數(shù)據(jù)挖掘掘只是一一個(gè)代表性概概念，它是一一些能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)“智能能化”、“智慧慧化”的的分析技技術(shù)和應(yīng)應(yīng)用的統(tǒng)稱。 中間件中間件是是為