物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)

第I章物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)

物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系學(xué)習(xí)任務(wù)物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系122物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)在研究物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)之前，我們先來了解一下我們對客觀物理世界的感知和處理過程：依據(jù)感知器官來感知信息；由神經(jīng)系統(tǒng)傳遞給大腦；大腦綜合感知的信息和存儲的知識來做出判斷，以選擇最佳方案。3物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)如果將人對問題智慧處理的能力形式與物聯(lián)網(wǎng)工作過程做一個比較，不難看出兩者也有驚人的相似之處。人的感官用來獲取信息，人的神經(jīng)用來傳輸信息，人的大腦用來處理信息，使人具有智慧處理各種問題的能力。物聯(lián)網(wǎng)處理問題同樣也要經(jīng)過三個過程：全面感知、可靠傳輸、智能應(yīng)用（處理）4物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)工作過程與人的智能處理問題過程比較5物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計一個復(fù)雜的、龐大的系統(tǒng)必然要采用“化整為零，分而治之”的“分層結(jié)構(gòu)”思想。物聯(lián)網(wǎng)是一個形式多樣、涉及社會生活各個領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。從實現(xiàn)技術(shù)角度看，物聯(lián)網(wǎng)的特點是：網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，規(guī)模的差異性，接入的多樣性。6物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計和實現(xiàn)涉及多種技術(shù)，屬于交叉學(xué)科的范疇。盡管物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的功能、規(guī)模差異很大，但是它們之間必然存在著很多內(nèi)在的共性特征。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的分層模型，也可以對物聯(lián)網(wǎng)進行分層。7物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層8物聯(lián)網(wǎng)感知層感知層位于物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)中的最底層，主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識、音頻、視頻數(shù)據(jù)等。感知層的作用相當(dāng)于人的眼、耳、鼻、喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源，其主要功能是識別物體、采集信息。數(shù)據(jù)采集技術(shù)有多種，主要包括傳感器、RFID、多媒體信息采集、實時定位等。9物聯(lián)網(wǎng)感知層感知層實現(xiàn)對物理世界智能感知識別、信息采集處理和自動控制，并通過通信模塊將物理實體連接到網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，是實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)全面感知的基礎(chǔ)。感知層中的關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)等。10感知層層-傳感器器在物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)中中傳感感器主主要負(fù)負(fù)責(zé)接接收物物品““講話話”的的內(nèi)容容。傳感器器技術(shù)術(shù)是從從自然然信源源獲取取信息息并對對獲取取的信信息進進行處處理、、變換換、識識別的的一門門多學(xué)學(xué)科交交叉的的現(xiàn)代代科學(xué)學(xué)與工工程技技術(shù)，，它涉涉及傳傳感器器、信信息處處理和和識別別的規(guī)規(guī)劃設(shè)設(shè)計、、開發(fā)發(fā)、制制造、、測試試、應(yīng)應(yīng)用及及評價價改進進活動動等內(nèi)內(nèi)容。。11感知層層-傳感器器傳感器器(Transducer/Sensor)是一種種檢測裝裝置，能感感受到到被測測量的的信息息或自自動控控制執(zhí)執(zhí)行工工作，，并按按一定定規(guī)律律轉(zhuǎn)換換為電電信號號或其其他所所需形形式的的信息息輸出出，是是物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)采采集信信息的的終端端工具具。傳感器器可以以看成成物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的的“眼眼睛””、““鼻子子”、、“耳耳朵””和““指尖尖”，，通過過傳感感器可可實現(xiàn)現(xiàn)自動動檢測測和自自動控控制。。12感知層-RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)中“讓讓物品開開口說話話”的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)，物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)中RFID標(biāo)簽上存存著規(guī)范范而具有有互通性性的信息息，通過過無線數(shù)數(shù)據(jù)通信信網(wǎng)絡(luò)把把他們自自動采集集到中央央信息系系統(tǒng)中實實現(xiàn)物品品的識別別。13感知層-RFID技術(shù)RFID是一種非非接觸式式的自動動識別技技術(shù)，它它利用射射頻方式式進行非非接觸雙雙向通信信，以達(dá)達(dá)到自動動識別目目標(biāo)對象象并獲取取相關(guān)數(shù)數(shù)據(jù)。優(yōu)點：精度高、、適應(yīng)環(huán)環(huán)境能力力強、抗抗干擾能能力強、、操作快快捷等。。從本質(zhì)上上看，RFID是一種特特殊的傳傳感器技技術(shù)。14感知層-傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是由由眾多傳傳感器節(jié)節(jié)點組成成、通過過無線通通信方式式形成的的多跳自自組織網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。傳傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將大大量獨立立的傳感感器連接接起來，，實現(xiàn)采采集信息息的傳輸輸。15感知層-發(fā)展方向向感知層主主要由遍遍布各種種建筑、、樓宇、、街道、、公路橋橋梁、車車輛、地地表和管管網(wǎng)中的的各類傳傳感器、、二維條條形碼、、RFID標(biāo)簽和RFID識讀器、、攝像頭頭、GPS、M2M（MachinetoMachine）設(shè)備以以及各種種嵌入式式終端等等組成的的傳感器器網(wǎng)絡(luò)。。是物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的基基礎(chǔ)。感知層的的發(fā)展方方向是具具備更敏敏感、更更全面的的感知能能力，解解決傳感感器設(shè)備備低功耗耗、小型型化和低低成本的的問題。。16物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層處處于物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)結(jié)構(gòu)模模型中的的第二層層，使用用感知層層并向上上為應(yīng)用用層服務(wù)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層由由各種私私有網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)、有有線和無無線通信信網(wǎng)、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理理系統(tǒng)和和云計算算平臺等等組成，，相當(dāng)于于人的神神經(jīng)中樞樞和大腦腦，負(fù)責(zé)責(zé)傳遞和和處理感感知層獲獲取的信信息。17物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層感知層的的信息經(jīng)經(jīng)由網(wǎng)關(guān)關(guān)轉(zhuǎn)化為為網(wǎng)絡(luò)能能夠識別別的信息息后就傳傳到了網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層，，網(wǎng)絡(luò)層層再進行行信息的的傳遞與與處理。。網(wǎng)絡(luò)層包包括2G通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、3G通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、Wi-Fi、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)等，信信息可以以經(jīng)由任任何一種種網(wǎng)絡(luò)或或幾種網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組合合的形式式進行傳傳輸。18物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層還還包括物物聯(lián)網(wǎng)的的管理中中心及物物聯(lián)網(wǎng)的的信息中中心。以以提升對對信息的的傳輸和和運營能能力。物聯(lián)網(wǎng)管管理中心心負(fù)責(zé)物物品的統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)識識編碼管管理、認(rèn)認(rèn)證、鑒鑒權(quán)、計計費等；物聯(lián)網(wǎng)信信息中心心則負(fù)責(zé)責(zé)物品信信息的存存儲和統(tǒng)統(tǒng)一分析析計算處處理。19網(wǎng)絡(luò)層-關(guān)鍵技術(shù)術(shù)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)包括高高/低速近/遠(yuǎn)距離無無線通信信技術(shù)、、低功耗耗路由、、自組織織通信、、無線接接入M2M通信增強強、IP承載技術(shù)術(shù)、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)傳送技技術(shù)、異異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)融合接接入技術(shù)術(shù)以及認(rèn)認(rèn)知無線線電技術(shù)術(shù)。20網(wǎng)絡(luò)層-發(fā)展方向向網(wǎng)絡(luò)層的的發(fā)展方方向為多多網(wǎng)絡(luò)融融合以及及它與感感知層和和應(yīng)用層層的更好好結(jié)合。。理想中的的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)中，網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層可可以把感感知層感感知到的的信息無無障礙、、高可靠靠性、高高安全性性地傳輸輸。21物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)應(yīng)用層應(yīng)用層位位于物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的最最上層，，其使用用網(wǎng)絡(luò)層層為用戶戶提供智智能應(yīng)用用。應(yīng)用層是是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的核心心和靈魂魂，是物物聯(lián)網(wǎng)和和用戶(包括人、、組織和和其他系系統(tǒng))的接口，，它包括括物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)用基基礎(chǔ)設(shè)施施、中間間件、運運行環(huán)境境和集成成框架、、通用的的基礎(chǔ)構(gòu)構(gòu)件庫和和行業(yè)化化的應(yīng)用用套件等等，它與與行業(yè)需需求相結(jié)結(jié)合，實實現(xiàn)物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的智智能應(yīng)用用。22物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)應(yīng)用層應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)的感感知層和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層的支撐下下，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)術(shù)與各類行業(yè)業(yè)的應(yīng)用相結(jié)結(jié)合，實現(xiàn)無無所不在的智智能化應(yīng)用。。典型應(yīng)用有：：智能交通、、綠色農(nóng)業(yè)、、工業(yè)監(jiān)控、、動物標(biāo)識、、遠(yuǎn)程醫(yī)療、、智能家居、、環(huán)境檢測、、公共安全、、食品溯源、、城市管理、、智能物流等等。這些應(yīng)用涉及及的內(nèi)容可以以是跨行業(yè)的的，也可以是是某行業(yè)內(nèi)部部的；用戶可可能是普通公公眾，也可能能是政府機構(gòu)構(gòu)、企業(yè)組織織等。23應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用層的關(guān)鍵鍵技術(shù)包括云云計算、數(shù)據(jù)據(jù)挖掘和SOA等。云計算和數(shù)據(jù)據(jù)挖掘是海量量信息智能處處理的基礎(chǔ)；；SOA技術(shù)有助于實現(xiàn)快快速可重用的的系統(tǒng)開發(fā)和和部署，可提提高物聯(lián)網(wǎng)架架構(gòu)的擴展性性，提升應(yīng)用用開發(fā)效率，，充分整合和和復(fù)用信息資資源。24應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)云計算是采用基于虛虛擬化、彈性性規(guī)模擴展、、分布式存儲儲、分布式計計算和多租戶戶等技術(shù)，基基于互聯(lián)網(wǎng)實實現(xiàn)的一種虛虛擬化計算服服務(wù)。云計算提供了了一個巨大的的資源池，而而不同的應(yīng)用用具有不同的的需求，云計計算可以根據(jù)據(jù)需求對應(yīng)用用的資源進行行動態(tài)伸縮，，從而顯著提提高資源的利利用率。25應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)挖掘一般是指從大大量的數(shù)據(jù)中中通過算法搜搜索隱藏于其其中信息的過過程。數(shù)據(jù)挖掘通常常與計算機科科學(xué)有關(guān)，并并通過統(tǒng)計、、在線分析處處理、情報檢檢索、機器學(xué)學(xué)習(xí)、專家系系統(tǒng)（依靠過過去的經(jīng)驗法法則）和模式式識別等諸多多方法來實現(xiàn)現(xiàn)上述目標(biāo)。。26應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)SOA（Service-OrientedArchitecture）面向服務(wù)的的體系結(jié)構(gòu)是是一個組件模模型，它將應(yīng)應(yīng)用程序的不不同功能單元元（也叫服務(wù)務(wù)）通過這些些服務(wù)之間定定義好的接口口和契約聯(lián)系系起來?？蓮钠髽I(yè)外部部訪問隨時可用可重用的服務(wù)務(wù)27標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)務(wù)接口支持各種消息息模式精確定義的服服務(wù)契約物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系28傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)結(jié)構(gòu)-國際標(biāo)準(zhǔn)化組組織制定的開開放系統(tǒng)互連連參考模型(OSI)。自下而上分別別為物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)與互互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系系物聯(lián)網(wǎng)與互互聯(lián)網(wǎng)有著著顯著的區(qū)區(qū)別，同時時也存在著著密切的聯(lián)聯(lián)系。和傳傳統(tǒng)的互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)相比，，物聯(lián)網(wǎng)有有其鮮明的的特征。物聯(lián)網(wǎng)是各各種感知技技術(shù)的廣泛泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)是一一種建立在在互聯(lián)網(wǎng)上上的泛在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅僅提供了了傳感器的的連接，其其本身也具具有智能處處理的能力力，能夠?qū)ξ矬w實施施智能控制制29物聯(lián)網(wǎng)上部部署了海量量的多種類類型傳感器器，每個傳傳感器都是是一個信息息源，不同同類別的傳傳感器所捕捕獲的信息息內(nèi)容和信信息格式不不同。傳感感器獲得的的數(shù)據(jù)具有有實時性，，按一定的的頻率周期期性地采集集環(huán)境信息息，不斷更更新數(shù)據(jù)。。30物聯(lián)網(wǎng)與互互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系系物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)術(shù)的重要基基礎(chǔ)和核心心仍舊是互互聯(lián)網(wǎng)，通通過各種有有線和無線線網(wǎng)絡(luò)與互互聯(lián)網(wǎng)融合合，將物體體的信息實實時準(zhǔn)確地地傳遞出去去。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)上的傳感感器定時采采集的信息息需要通過過網(wǎng)絡(luò)傳輸輸，由于其其數(shù)量極其其龐大，形形成了海量量信息，在在傳輸過程程中，為了了保障數(shù)據(jù)據(jù)的正確性性和及時性性，必須適適應(yīng)各種異異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和和協(xié)議。31物聯(lián)網(wǎng)與互互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系系物聯(lián)網(wǎng)不僅僅僅提供了了傳感器的的連接，其其本身也具具有智能處處理的能力力，能夠?qū)ξ矬w實施施智能控制制。物聯(lián)網(wǎng)將傳傳感器和智智能處理相相結(jié)合，利利用云計算算、模式識識別等各種種智能技術(shù)術(shù)，擴充其其應(yīng)用領(lǐng)域域，從傳感感器獲得的的海量信息息中分析、、加工和處處理出有意意義的數(shù)據(jù)據(jù)，以適應(yīng)應(yīng)不同用戶戶的不同需需求，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)新的應(yīng)用用領(lǐng)域和應(yīng)應(yīng)用模式。。32物聯(lián)網(wǎng)與互互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系系物聯(lián)網(wǎng)是基基于互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)之上的一一種高級網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，，它們之間間最明顯的的不同點是是：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的連接主主體從人向向“物”延延伸，網(wǎng)絡(luò)絡(luò)社會形態(tài)態(tài)從虛擬向向現(xiàn)實拓展展，信息采采集與處