物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

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)關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第1頁(yè)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)關(guān)系122物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第2頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)在研究物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)之前，我們先來(lái)了解一下我們對(duì)客觀物理世界感知和處理過(guò)程：依據(jù)感知器官來(lái)感知信息；由神經(jīng)系統(tǒng)傳遞給大腦；大腦綜合感知信息和存放知識(shí)來(lái)做出判斷，以選擇最正確方案。3物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第3頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)假如將人對(duì)問(wèn)題智慧處理能力形式與物聯(lián)網(wǎng)工作過(guò)程做一個(gè)比較，不難看出二者也有驚人相同之處。人感官用來(lái)獲取信息，人神經(jīng)用來(lái)傳輸信息，人大腦用來(lái)處理信息，使人含有智慧處理各種問(wèn)題能力。物聯(lián)網(wǎng)處理問(wèn)題一樣也要經(jīng)過(guò)三個(gè)過(guò)程：全方面感知、可靠傳輸、智能應(yīng)用（處理）4物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第4頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)工作過(guò)程與人智能處理問(wèn)題過(guò)程比較5物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第5頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜、龐大系統(tǒng)必定要采取“化整為零，分而治之”“分層結(jié)構(gòu)”思想。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)形式多樣、包括社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)。從實(shí)現(xiàn)技術(shù)角度看，物聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性，規(guī)模差異性，接入多樣性。6物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第6頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)包括各種技術(shù)，屬于交叉學(xué)科范圍。盡管物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不一樣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)功效、規(guī)模差異很大，不過(guò)它們之間必定存在著很多內(nèi)在共性特征。依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)分層模型，也能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)進(jìn)行分層。7物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第7頁(yè)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85物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第8頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知層感知層位于物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)中最底層，主要用于采集物理世界中發(fā)生物理事件和數(shù)據(jù)，包含各類(lèi)物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻數(shù)據(jù)等。感知層作用相當(dāng)于人眼、耳、鼻、喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息起源，其主要功效是識(shí)別物體、采集信息。數(shù)據(jù)采集技術(shù)有各種，主要包含傳感器、RFID、多媒體信息采集、實(shí)時(shí)定位等。9物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第9頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知層感知層實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界智能感知識(shí)別、信息采集處理和自動(dòng)控制，并經(jīng)過(guò)通信模塊將物理實(shí)體連接到網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)全方面感知基礎(chǔ)。感知層中關(guān)鍵技術(shù)包含傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)等。10物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第10頁(yè)感知層-傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中傳感器主要負(fù)責(zé)接收物品“講話”內(nèi)容。傳感器技術(shù)是從自然信源獲取信息并對(duì)獲取信息進(jìn)行處理、變換、識(shí)別一門(mén)多學(xué)科交叉當(dāng)代科學(xué)與工程技術(shù)，它包括傳感器、信息處理和識(shí)別規(guī)劃設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制造、測(cè)試、應(yīng)用及評(píng)價(jià)改進(jìn)活動(dòng)等內(nèi)容。11物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第11頁(yè)感知層-傳感器傳感器(Transducer/Sensor)是一個(gè)檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量信息或自動(dòng)控制執(zhí)行工作，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其它所需形式信息輸出，是物聯(lián)網(wǎng)采集信息終端工具。傳感器能夠看成物聯(lián)網(wǎng)“眼睛”、“鼻子”、“耳朵”和“指尖”，經(jīng)過(guò)傳感器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制。12物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第12頁(yè)感知層-RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中“讓物品開(kāi)口說(shuō)話”關(guān)鍵技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)中RFID標(biāo)簽上存著規(guī)范而含有互通性信息，經(jīng)過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)把他們自動(dòng)采集到中央信息系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)物品識(shí)別。13物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第13頁(yè)感知層-RFID技術(shù)RFID是一個(gè)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以到達(dá)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、操作快捷等。從本質(zhì)上看，RFID是一個(gè)特殊傳感器技術(shù)。14物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第14頁(yè)感知層-傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由眾多傳感器節(jié)點(diǎn)組成、經(jīng)過(guò)無(wú)線通信方式形成多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)將大量獨(dú)立傳感器連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)采集信息傳輸。15物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第15頁(yè)感知層-發(fā)展方向感知層主要由遍布各種建筑、樓宇、街道、公路橋梁、車(chē)輛、地表和管網(wǎng)中各類(lèi)傳感器、二維條形碼、RFID標(biāo)簽和RFID識(shí)讀器、攝像頭、GPS、M2M（MachinetoMachine）設(shè)備以及各種嵌入式終端等組成傳感器網(wǎng)絡(luò)。是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)。感知層發(fā)展方向是具備更敏感、更全方面感知能力，處理傳感器設(shè)備低功耗、小型化和低成本問(wèn)題。16物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第16頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層處于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型中第二層，使用感知層并向上為應(yīng)用層服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，相當(dāng)于人神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取信息。17物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第17頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層感知層信息經(jīng)由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)能夠識(shí)別信息后就傳到了網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層再進(jìn)行信息傳遞與處理。網(wǎng)絡(luò)層包含2G通信網(wǎng)絡(luò)、3G通信網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、互聯(lián)網(wǎng)等，信息能夠經(jīng)由任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)組合形式進(jìn)行傳輸。18物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第18頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層還包含物聯(lián)網(wǎng)管理中心及物聯(lián)網(wǎng)信息中心。以提升對(duì)信息傳輸和運(yùn)行能力。物聯(lián)網(wǎng)管理中心負(fù)責(zé)物品統(tǒng)一標(biāo)識(shí)編碼管理、認(rèn)證、鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)等；物聯(lián)網(wǎng)信息中心則負(fù)責(zé)物品信息存放和統(tǒng)一分析計(jì)算處理。19物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第19頁(yè)網(wǎng)絡(luò)層-關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)包含高/低速近/遠(yuǎn)距離無(wú)線通信技術(shù)、低功耗路由、自組織通信、無(wú)線接入M2M通信增強(qiáng)、IP承載技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合接入技術(shù)以及認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)。20物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第20頁(yè)網(wǎng)絡(luò)層-發(fā)展方向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)展方向?yàn)槎嗑W(wǎng)絡(luò)融合以及它與感知層和應(yīng)用層更加好結(jié)合。理想中物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知層感知到信息無(wú)障礙、高可靠性、高安全性地傳輸。21物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第21頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層應(yīng)用層位于物聯(lián)網(wǎng)最上層，其使用網(wǎng)絡(luò)層為用戶提供智能應(yīng)用。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵和靈魂，是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(包含人、組織和其它系統(tǒng))接口，它包含物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施、中間件、運(yùn)行環(huán)境和集成框架、通用基礎(chǔ)構(gòu)件庫(kù)和行業(yè)化應(yīng)用套件等，它與行業(yè)需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)用。22物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第22頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)感知層和網(wǎng)絡(luò)層支撐下，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各類(lèi)行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)所不在智能化應(yīng)用。經(jīng)典應(yīng)用有：智能交通、綠色農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、動(dòng)物標(biāo)識(shí)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居、環(huán)境檢測(cè)、公共安全、食品溯源、城市管理、智能物流等。這些應(yīng)用包括內(nèi)容能夠是跨行業(yè)，也能夠是某行業(yè)內(nèi)部；用戶可能是普通公眾，也可能是政府機(jī)構(gòu)、企業(yè)組織等。23物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第23頁(yè)應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)包含云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘和SOA等。云計(jì)算和數(shù)據(jù)挖掘是海量信息智能處理基礎(chǔ)；SOA技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)快速可重用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和布署，可提升物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)擴(kuò)展性，提升應(yīng)用開(kāi)發(fā)效率，充分整合和復(fù)用信息資源。24物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第24頁(yè)應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算是采取基于虛擬化、彈性規(guī)模擴(kuò)展、分布式存放、分布式計(jì)算和多租戶等技術(shù)，基于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬化計(jì)算服務(wù)。云計(jì)算提供了一個(gè)巨大資源池，而不一樣應(yīng)用含有不一樣需求，云計(jì)算能夠依據(jù)需求對(duì)應(yīng)用資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)伸縮，從而顯著提升資源利用率。25物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第25頁(yè)應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)挖掘普通是指從大量數(shù)據(jù)中經(jīng)過(guò)算法搜索隱藏于其中信息過(guò)程。數(shù)據(jù)挖掘通常與計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)，并經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)、在線分析處理、情報(bào)檢索、機(jī)器學(xué)習(xí)、教授系統(tǒng)（依靠過(guò)去經(jīng)驗(yàn)法則）和模式識(shí)別等很多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。26物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第26頁(yè)應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)SOA（Service-OrientedArchitecture）面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序不一樣功效單元（也叫服務(wù)）經(jīng)過(guò)這些服務(wù)之間定義好接口和契約聯(lián)絡(luò)起來(lái)?？蓮钠髽I(yè)外部訪問(wèn)隨時(shí)可用可重用服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)接口支持各種消息模式準(zhǔn)確定義服務(wù)契約27物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第27頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)-國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型(OSI)。自下而上分別為物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層28物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第28頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)有著顯著區(qū)分，同時(shí)也存在著親密聯(lián)絡(luò)。和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)有其鮮明特征。物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術(shù)廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)建立在互聯(lián)網(wǎng)上泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)不但僅提供了傳感器連接，其本身也含有智能處理能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制29物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第29頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)上布署了海量各種類(lèi)型傳感器，每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源，不一樣類(lèi)別傳感器所捕捉信息內(nèi)容和信息格式不一樣。傳感器取得數(shù)據(jù)含有實(shí)時(shí)性，按一定頻率周期性地采集環(huán)境信息，不停更新數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系30物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第30頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要基礎(chǔ)和關(guān)鍵依舊是互聯(lián)網(wǎng)，經(jīng)過(guò)各種有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去。物聯(lián)網(wǎng)上傳感器定時(shí)采集信息需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，因?yàn)槠鋽?shù)量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過(guò)程中，為了保障數(shù)據(jù)正確性和及時(shí)性，必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系31物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第31頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)不但僅提供了傳感器連接，其本身也含有智能處理能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種智能技術(shù)，擴(kuò)充其應(yīng)用領(lǐng)域，從傳感器取得海量信息中分析、加工和處理出有意義數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不一樣用戶不一樣需求，發(fā)覺(jué)新應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系32物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第32頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)之上一個(gè)高級(jí)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，它們之間最顯著不一樣點(diǎn)是：物聯(lián)網(wǎng)連接主體從人向“物”延伸，網(wǎng)絡(luò)社會(huì)形態(tài)從虛擬向現(xiàn)實(shí)拓展，信息采集與處理從人工為主向智能化為主轉(zhuǎn)化。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系33物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第33頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)通信模型物聯(lián)網(wǎng)通信模型借鑒了“FlatIP”技術(shù)，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了扁平化處理，從而形成了三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。34物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第34頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)通信模型35物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系第35頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)通信模型物聯(lián)網(wǎng)通信模型借鑒了“FlatIP”技術(shù)，這么不但