《信息科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課件-第4章

第4章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)4.1通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4.2數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)4.3互聯(lián)網(wǎng)4.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)4.5物聯(lián)網(wǎng)4.6移動互聯(lián)網(wǎng)4.7云計算4.8本章小結(jié)

◆教學(xué)提示

隨著系統(tǒng)用戶的不斷增加，通信網(wǎng)絡(luò)成為今天主要的系統(tǒng)形式，我們已經(jīng)離不開網(wǎng)絡(luò)。本章簡單介紹通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等常見網(wǎng)絡(luò)，及其所涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)。其中，重點是移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)等。

信息傳輸領(lǐng)域的基本矛盾是：有限的頻譜資源和日益增長的用戶需求之間的矛盾。為了解決這個矛盾，通信由點到點之間的通信發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)通信。4.1通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4.1.1從點到點通信到通信網(wǎng)絡(luò)

圖4-1所示為不同的通信方式。

點到點的通信模型是基本的通信形式。要實現(xiàn)多用戶間的通信，則需要一個合理的拓撲結(jié)構(gòu)將多個用戶有機地連接在一起，并定義標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，以使它們能協(xié)同工作，這樣就形成了一個通信網(wǎng)絡(luò)。

信息技術(shù)、管理科學(xué)、經(jīng)濟與社會的發(fā)展，促成了物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，如圖4-2所示。

圖4-1不同的通信方式

圖4-2物聯(lián)網(wǎng)的形成通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大致經(jīng)過了三個階段。

第一階段大約在1880～1970年，屬于模擬通信網(wǎng)絡(luò)時代，網(wǎng)絡(luò)的主要特征是模擬化、單業(yè)務(wù)單技術(shù)。這一時期電話通信網(wǎng)絡(luò)占統(tǒng)治地位，電話業(yè)務(wù)是網(wǎng)絡(luò)運營商的主要業(yè)務(wù)，這一時期整個通信網(wǎng)絡(luò)都是面向話音業(yè)務(wù)來優(yōu)化設(shè)計的。

第二階段大約在1970～1994年，是骨干通信網(wǎng)絡(luò)由模擬網(wǎng)向數(shù)字網(wǎng)轉(zhuǎn)變的階段。這一時期數(shù)字技術(shù)和計算機技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用，除傳統(tǒng)PSTN外，還出現(xiàn)了多種不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)。這一時期是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)最重要的一個發(fā)展階段，它幾乎奠定了未來通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的所有技術(shù)基礎(chǔ)，比如數(shù)字技術(shù)、分組交換技術(shù)等，這些技術(shù)奠定了未來網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。

第三階段是1995年起至今，這一時期可以說是信息通信技術(shù)發(fā)展的黃金時期，出現(xiàn)了很多新技術(shù)和新業(yè)務(wù)。這一時期骨干通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了全數(shù)字化，骨干傳輸網(wǎng)實現(xiàn)了光纖化，同時數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)增長迅速，獨立于業(yè)務(wù)網(wǎng)的傳送網(wǎng)也已形成。4.1.2通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，需要使用交換技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)用戶之間不再直接通信，而是經(jīng)過交換機進行鏈路鏈接。

常用的交換方式有兩種：

(1)電路交換：用于語音通信。在兩個用戶通話之前，系統(tǒng)需要為兩個用戶連接一條鏈路，供通信雙方專用。等通信結(jié)束后，系統(tǒng)會釋放該鏈路，以便其他用戶使用。

(2)分組交換：用于數(shù)據(jù)通信。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，不需要專門鏈路，而是根據(jù)路由情況，選擇合適的路徑傳輸數(shù)據(jù)。對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展影響最大的技術(shù)主要有以下三種：

(1)計算機技術(shù)。硬件方面，計算成本下降，計算能力大大提高；軟件方面，分布處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)已發(fā)展成熟，極大地提高了大型信息處理系統(tǒng)的處理能力，降低了其開發(fā)成本。其影響是PC得以普及，智能網(wǎng)IN、電信管理網(wǎng)得以實現(xiàn)，這些為下一步的網(wǎng)絡(luò)智能以及業(yè)務(wù)智能奠定了基礎(chǔ)。另外，終端智能化使得許多原來由網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行的控制和處理功能可以轉(zhuǎn)移到終端來完成，骨干網(wǎng)的功能可由此而簡化，這有利于提高其穩(wěn)定性和信息吞吐能力。

(2)光傳輸技術(shù)。大容量光傳輸技術(shù)的成熟和成本的下降，使得基于光纖的傳輸系統(tǒng)在骨干網(wǎng)中迅速普及并取代了線纜技術(shù)。實現(xiàn)寬帶多媒體業(yè)務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)帶寬上已不存在問題了。

(3)

Internet。1995年后，基于IP技術(shù)的Internet的發(fā)展和迅速普及，使得數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長速率遠遠超過電話業(yè)務(wù)。近幾年內(nèi)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等其他業(yè)務(wù)全面超越電話業(yè)務(wù)，成為運營商的主營業(yè)務(wù)和主要收入來源，促進了通信產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。4.1.3通信網(wǎng)絡(luò)的組成

通信網(wǎng)絡(luò)的定義：通信網(wǎng)絡(luò)是由一定數(shù)量的節(jié)點(包括終端節(jié)點、交換節(jié)點)和連接這些節(jié)點的傳輸系統(tǒng)有機地組織在一起的，按約定的信令或協(xié)議完成任意用戶間信息交換的通信體系。用戶使用它可以克服空間、時間等障礙來進行有效的信息交換。

在通信網(wǎng)絡(luò)上，信息的交換可以在：

(1)兩個用戶間進行。

(2)兩個計算機進程間進行。

(3)在一個用戶和一個設(shè)備間進行。交換的信息包括：

(1)用戶信息(如話音、數(shù)據(jù)、圖像等)。

(2)控制信息(如信令信息、路由信息等)。

(3)網(wǎng)絡(luò)管理信息。

由于信息在網(wǎng)上通常以電或光信號的形式進行傳輸，因而現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)又稱電信網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)只是實現(xiàn)大規(guī)模、遠距離通信系統(tǒng)的一種手段。與簡單的點到點的通信系統(tǒng)相比，它的基本任務(wù)并未改變。

通信的有效性和可靠性仍然是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時要解決的兩個基本問題，只是由于用戶規(guī)模、業(yè)務(wù)量、服務(wù)區(qū)域的擴大，使解決這兩個基本問題的手段變得復(fù)雜了。實際的通信網(wǎng)絡(luò)是由軟件和硬件按特定方式構(gòu)成的一個通信系統(tǒng)，每一次通信都需要軟硬件設(shè)施的協(xié)調(diào)配合來完成。從硬件構(gòu)成來看，通信網(wǎng)絡(luò)由終端節(jié)點、交換節(jié)點、業(yè)務(wù)節(jié)點和傳輸系統(tǒng)構(gòu)成，它們完成通信網(wǎng)絡(luò)的接入、交換和傳輸?shù)然竟δ堋＼浖O(shè)施則包括信令、協(xié)議、控制、管理、計費等，它們主要完成通信網(wǎng)絡(luò)的控制、管理、運營和維護，實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的智能化。通信網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成主要包括以下幾個方面：

(1)終端節(jié)點。最常見的終端節(jié)點有電話機、傳真機、計算機、視頻終端和PBX等，它們是通信網(wǎng)絡(luò)上信息的產(chǎn)生者，同時也是通信網(wǎng)絡(luò)上信息的使用者，其主要功能是處理用戶信息和信令信息。

(2)交換節(jié)點。交換節(jié)點是通信網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，最常見的有電話交換機、分組交換機、路由器、轉(zhuǎn)發(fā)器等。交換節(jié)點負責(zé)集中、轉(zhuǎn)發(fā)終端節(jié)點產(chǎn)生的用戶信息，但它自己并不產(chǎn)生和使用這些信息。

(3)業(yè)務(wù)節(jié)點。最常見的業(yè)務(wù)節(jié)點有智能網(wǎng)中的業(yè)務(wù)控制節(jié)點(SCP)、智能外設(shè)、語音信箱系統(tǒng)，以及Internet上的各種信息服務(wù)器等。它們通常由連接到通信網(wǎng)絡(luò)中的計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。

(4)傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)為信息的傳輸提供傳輸信道，并將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點連接在一起。通常傳輸系統(tǒng)的硬件組成應(yīng)包括線路接口設(shè)備、傳輸媒介、交叉連接設(shè)備等部分。4.1.4通信網(wǎng)絡(luò)的分類

通信產(chǎn)業(yè)經(jīng)過一百多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系，對它們可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)進行分類。

1)按業(yè)務(wù)類型分

按業(yè)務(wù)類型，可以將通信網(wǎng)絡(luò)分為電話通信網(wǎng)絡(luò)(如PSTN、移動通信網(wǎng)絡(luò)等)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)(如X.25、Internet、幀中繼網(wǎng)等)、廣播電視網(wǎng)等。

2)按空間距離分

按空間距離，可以將通信網(wǎng)絡(luò)分為廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork，WAN)、城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork，MAN)和局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork，LAN)。

3)按信號傳輸方式分

按信號傳輸方式，可以將通信網(wǎng)絡(luò)分為模擬通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。

4)按運營方式分

按運營方式，可以將通信網(wǎng)絡(luò)分為公用通信網(wǎng)絡(luò)和專用通信網(wǎng)絡(luò)。4.1.5通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲

網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)是一個非常重要的內(nèi)容，認識一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，最重要的是要搞清楚它的拓撲結(jié)構(gòu)。這是一種與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計以及網(wǎng)絡(luò)性能有關(guān)的劃分方法。

拓撲的概念源于圖論，從拓撲學(xué)的觀點來看，將計算機網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點抽象為“點”，通信鏈路抽象為“線”，形成點、線構(gòu)成的幾何圖形。采用拓撲學(xué)方法將網(wǎng)絡(luò)抽象成幾何圖形，稱之為網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。

1)網(wǎng)狀網(wǎng)

網(wǎng)狀網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖4-3(a)所示。它是一種完全互連的網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)任意兩節(jié)點間均由直達線路連接，N個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)需要N(N－1)/2條傳輸鏈路。

其優(yōu)點是線路冗余度大，網(wǎng)絡(luò)可靠性高，任意兩點間可直接通信；缺點是線路利用率低，網(wǎng)絡(luò)成本高，另外網(wǎng)絡(luò)的擴容也不方便，每增加一個節(jié)點，就需增加N條線路。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通常用于節(jié)點數(shù)目少，又有很高可靠性要求的場合。

圖4-3通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)

2)星型網(wǎng)

星型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖4-3(b)所示。星型網(wǎng)又稱輻射網(wǎng)，該結(jié)構(gòu)與網(wǎng)狀網(wǎng)相比，增加了一個中心轉(zhuǎn)接節(jié)點，其他節(jié)點都與轉(zhuǎn)接節(jié)點有線路相連。N個節(jié)點的星型網(wǎng)需要N-1條傳輸鏈路。

其優(yōu)點是降低了傳輸鏈路的成本，提高了線路的利用率；缺點是網(wǎng)絡(luò)的可靠性差，一旦中心轉(zhuǎn)接節(jié)點發(fā)生故障或轉(zhuǎn)接能力不足時，全網(wǎng)的通信都會受到影響。

通常在傳輸鏈路費用高于轉(zhuǎn)接設(shè)備、可靠性要求又不高的場合，可以采用星型結(jié)構(gòu)，以降低建網(wǎng)成本。

3)復(fù)合型網(wǎng)

復(fù)合型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖4-3(c)所示。它是由網(wǎng)狀網(wǎng)和星型網(wǎng)復(fù)合而成的。它以星型網(wǎng)為基礎(chǔ)，在業(yè)務(wù)量較大的轉(zhuǎn)接交換中心之間采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因而整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟，且穩(wěn)定性較好。

由于復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)兼具了星型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)的優(yōu)點，因此目前在規(guī)模較大的局域網(wǎng)和電信骨干網(wǎng)中廣泛采用分級的復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

4)總線型網(wǎng)

總線型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖4-3(d)所示。它屬于共享傳輸介質(zhì)型網(wǎng)絡(luò)，總線型網(wǎng)中的所有節(jié)點都連至一個公共的總線上，任何時候只允許一個用戶占用總線發(fā)送或接送數(shù)據(jù)。

其優(yōu)點是需要的傳輸鏈路少，節(jié)點間通信無需轉(zhuǎn)接節(jié)點，控制方式簡單，增減節(jié)點也很方便；缺點是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能的穩(wěn)定性差，節(jié)點數(shù)目不宜過多，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍也較小。

總線結(jié)構(gòu)主要用于計算機局域網(wǎng)、電信接入網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)中。

5)環(huán)型網(wǎng)

環(huán)型網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖4-3(e)所示。該結(jié)構(gòu)中所有節(jié)點首尾相連，組成一個環(huán)。N個節(jié)點的環(huán)網(wǎng)需要N條傳輸鏈路。環(huán)網(wǎng)可以是單向環(huán)，也可以是雙向環(huán)。

其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，雙向自愈環(huán)結(jié)構(gòu)可以對網(wǎng)絡(luò)進行自動保護；缺點是節(jié)點數(shù)較多時轉(zhuǎn)接時延無法控制，并且環(huán)型結(jié)構(gòu)不好擴容，每加入一個節(jié)點都要破環(huán)。

環(huán)型結(jié)構(gòu)目前主要用于計算機局域網(wǎng)、光纖接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)中。4.1.6交換技術(shù)

實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的方法主要有兩種：

(1)在任意兩個用戶之間提供點到點的連接，從而構(gòu)成一個網(wǎng)狀網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，如圖4-4(a)所示。

該方法中每一對用戶之間都需要獨占一個永久的通信線路，由于該方法存在著巨大的浪費并且不便集中管理，故不適用于構(gòu)建大型廣域通信網(wǎng)絡(luò)。

(2)在網(wǎng)絡(luò)中引入交換節(jié)點，組建交換式網(wǎng)絡(luò)，如圖4-4(b)所示。在交換式網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端都通過用戶線與交換節(jié)點相連，交換節(jié)點之間通過中繼線相連，任何兩個用戶之間的通信都要通過交換節(jié)點進行轉(zhuǎn)接交換。

在網(wǎng)絡(luò)中，交換節(jié)點負責(zé)用戶的接入、業(yè)務(wù)量的集中、用戶通信連接的創(chuàng)建、信道資源的分配、用戶信息的轉(zhuǎn)發(fā)，以及必要的網(wǎng)絡(luò)管理與控制功能的實現(xiàn)。

(a)點到點網(wǎng)絡(luò)(b)交換式網(wǎng)絡(luò)

圖4-4通信網(wǎng)絡(luò)交換的真正含義是讓網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶實際的需求為其分配通信所需的網(wǎng)絡(luò)資源，即用戶有通信需求時，網(wǎng)絡(luò)為其分配資源，通信結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)再回收分配給用戶的資源，讓其他用戶使用，從而達到網(wǎng)絡(luò)資源共享，降低通信成本的目的。

其中網(wǎng)絡(luò)負責(zé)管理和分配的最重要資源就是通信線路上的帶寬資源。

在交換式網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端至交換節(jié)點可以使用有線接入方式，也可以采用無線接入方式，可以采用點到點的接入方式，也可以采用共享介質(zhì)的接入方式。傳統(tǒng)有線電話網(wǎng)中使用有線、點到點的接入方式，即每個用戶使用一條單獨的雙絞線接入交換節(jié)點。如果多個用戶采用共享介質(zhì)方式接入交換節(jié)點，則需解決多址接入的問題。目前常用的多址接入方式有頻分多址接入(FDMA)、時分多址接入(TDMA)、碼分多址接入(CDMA)等。交換式網(wǎng)絡(luò)主要有以下兩個優(yōu)點：

(1)大量的用戶可以通過交換節(jié)點連到骨干通信網(wǎng)絡(luò)上。由于大多數(shù)用戶并不是永久地處于通信狀態(tài)，因此骨干網(wǎng)上交換節(jié)點間可以用少量的中繼線路以共享的方式為大量用戶服務(wù)，這樣大大降低了骨干網(wǎng)的建設(shè)成本。

(2)交換節(jié)點的引入也增加了網(wǎng)絡(luò)擴容的方便性，便于網(wǎng)絡(luò)的控制與管理。實際中的大型交換網(wǎng)絡(luò)都是由多級復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，為用戶建立的通信連接往往涉及多段線路、多個交換節(jié)點。

4.2.1數(shù)據(jù)通信的概念

數(shù)據(jù)通信是指由源點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，按照一定的通信協(xié)議，形成數(shù)據(jù)流在信道中傳送到終點的過程。主要是“人-機”或“機-機”通信。

數(shù)據(jù)通信包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理三部分。所以，數(shù)據(jù)通信研究的內(nèi)容包括傳輸、通信接口和通信處理三個方面。4.2數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)4.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

1.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由以下三部分組成：

(1)終端設(shè)備子系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)終端設(shè)備及有關(guān)的傳輸控制設(shè)備組成。

(2)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，由傳輸信道和兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備組成。

(3)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，指包括通信控制器在內(nèi)的電子計算機。

2.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的分類

按照不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為不同的類型。具體介紹如下：

(1)按照傳輸和設(shè)備子系統(tǒng)是否與處理子系統(tǒng)相連接，可分為脫機系統(tǒng)和聯(lián)機系統(tǒng)。

(2)按照處理子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理的形式，可分為聯(lián)機實時系統(tǒng)、遠程批處理系統(tǒng)和分時處理系統(tǒng)。

在一個通信系統(tǒng)中，任意兩臺設(shè)備之間直接相連是不切實際的。有效的解決方法是把所有設(shè)備都連接到一個通信網(wǎng)絡(luò)上。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)由硬件和軟件兩部分組成，硬件指數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備和通信線路等，軟件指支持硬件配置實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能的各種程序。

(3)按照覆蓋的物理范圍不同，可分為如下幾種：

①廣域網(wǎng)，指覆蓋范圍很廣的遠程網(wǎng)絡(luò)，由結(jié)點交換機及其連接的線路組成。目前主要采用分組交換技術(shù)。

②局域網(wǎng)，指通過通信線路，把較小地域范圍內(nèi)的各種設(shè)備連接在一起的通信網(wǎng)絡(luò)。

③城域網(wǎng)，指覆蓋范圍界于前兩者之間的，面向企業(yè)的公用網(wǎng)絡(luò)。④個域網(wǎng)，指個體附件的小范圍網(wǎng)絡(luò)。

無線網(wǎng)絡(luò)可分三類：系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)、無線LAN網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，又稱計算機網(wǎng)絡(luò)，是通信技術(shù)與計算機技術(shù)密切結(jié)合的產(chǎn)物，如圖4-5所示。

這兩種技術(shù)既相互滲透又密切結(jié)合，主要體現(xiàn)在兩個方面：

(1)通信技術(shù)為多臺計算機之間進行信息傳輸和交換提供了必要的手段。

(2)計算機技術(shù)應(yīng)用于各個通信領(lǐng)域，極大地提高了通信系統(tǒng)的各項性能。

圖4-5基于電話網(wǎng)的計算機網(wǎng)絡(luò)

圖4-6基于通信子網(wǎng)的計算機網(wǎng)絡(luò)

4.3.1互聯(lián)網(wǎng)的概念

互聯(lián)網(wǎng)是大家最熟悉的通信網(wǎng)絡(luò)，它已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠?。互?lián)網(wǎng)是構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，如圖4-7所示。4.3互聯(lián)網(wǎng)

圖4-7基于互聯(lián)網(wǎng)的計算機網(wǎng)絡(luò)

TCP/IP體系結(jié)構(gòu)以網(wǎng)絡(luò)互連為基礎(chǔ)，提供了一個建立不同計算機網(wǎng)絡(luò)間通信的標(biāo)準(zhǔn)框架。目前，幾乎所有的計算機設(shè)備和操作系統(tǒng)都支持該體系結(jié)構(gòu)，它已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4.3.2互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

1.OSI參考模型

OSI(OpenSystemInterconnection開放系統(tǒng)互連)參考模型是ISO在1977年提出的開發(fā)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)框架。這里“開放”的含義是指，任何兩個遵守OSI標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)均可進行互連。

如圖4-8所示，OSI參考模型可以分為七個獨立層次，各層的具體功能如下：

(1)應(yīng)用層：為用戶提供到OSI環(huán)境的接入和分布式信息服務(wù)。

(2)表示層：將應(yīng)用進程與不同的數(shù)據(jù)表示方法獨立開來。

(3)會話層：為應(yīng)用間的通信提供控制結(jié)構(gòu)，包括建立、管理、終止應(yīng)用之間的會話。

(4)運輸層：為兩個端點之間提供可靠的、透明的數(shù)據(jù)傳輸，以及端到端的差錯恢復(fù)和流量控制能力。

(5)網(wǎng)絡(luò)層：使高層與連接建立所使用的數(shù)據(jù)傳輸和交換技術(shù)獨立開來，并負責(zé)建立、保持、終止一個連接。

(6)數(shù)據(jù)鏈路層：發(fā)送帶有必需的同步、差錯控制和流量控制信息的數(shù)據(jù)塊(幀)，保證物理鏈路上數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(7)物理層：負責(zé)物理介質(zhì)上無結(jié)構(gòu)的比特流傳輸，定義接入物理介質(zhì)的機械的、電氣的、功能的特性。

圖4-8TCP/IP協(xié)議與OSI分層結(jié)構(gòu)

2.TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

TCP/IP可以分為五個獨立層次，各層的具體功能如下：

(1)應(yīng)用層：該層包含支持不同的用戶應(yīng)用的應(yīng)用邏輯。每一種不同的應(yīng)用層需要一個與之相對應(yīng)的獨立模塊來支持。

(2)運輸層：為應(yīng)用層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸機制。對每一個應(yīng)用，運輸層保證所有的數(shù)據(jù)都能到達目的地應(yīng)用，并且保證數(shù)據(jù)按照其發(fā)送時的順序到達。

(3)?IP層：該層執(zhí)行在不同網(wǎng)絡(luò)之間IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)和路由的選擇。其中，使用IP協(xié)議執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)，使用RIP、OSPF、BGP等協(xié)議來發(fā)現(xiàn)和維護路由，人們習(xí)慣上將該層簡稱為IP層。

(4)網(wǎng)絡(luò)接入層：它負責(zé)一個端系統(tǒng)和它所在的網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換。

(5)物理層：定義數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與物理介質(zhì)或它所連接的網(wǎng)絡(luò)之間的物理接口。

Internet的成功主要歸功于TCP/IP協(xié)議的簡單性和開放性。

從技術(shù)上看，TCP/IP的主要貢獻在于，明確了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間基于網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)互連的思想。

4.4.1傳感網(wǎng)的概念

隨著半導(dǎo)體技術(shù)、微機電系統(tǒng)技術(shù)、無線通信和數(shù)字電子技術(shù)的進步和日益成熟，出現(xiàn)了具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器。4.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1988年，MarkWeiser提出了“UbiquitousComputing(縮寫為Ubicomp或UC)”思想，即常講的“普適計算”，促使計算、通信和傳感器等3項技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了傳感網(wǎng)。

傳感網(wǎng)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)和計算技術(shù)，它可以將客觀世界中不斷變化的信息持續(xù)高效地傳遞給人們，為人們提供各種形式的服務(wù)，在軍事、商業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境保護以及災(zāi)難拯救等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

傳感網(wǎng)包含3個基本要素：傳感器、感知對象和觀察者。

1.傳感網(wǎng)的特點

傳感網(wǎng)作為一種新型的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。同傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，傳感網(wǎng)具有如下顯著特點：

(1)傳感器節(jié)點數(shù)目大，密度高，采用空間位置尋址。

(2)傳感器節(jié)點的能量、計算能力和存儲容量有限。

(3)傳感網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)易變化，具有自組織能力。

(4)傳感網(wǎng)具有自動管理和高度協(xié)作性。

(5)傳感器節(jié)點具有數(shù)據(jù)融合能力。

(6)傳感網(wǎng)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。

(7)傳感網(wǎng)存在諸多安全威脅。

2.傳感網(wǎng)的應(yīng)用

傳感網(wǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：

(1)軍事應(yīng)用。

(2)環(huán)境監(jiān)測。

(3)工業(yè)應(yīng)用。

(4)醫(yī)療應(yīng)用。

(5)其他方面的應(yīng)用。

3.傳感網(wǎng)的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

傳感網(wǎng)作為一種自組織通信網(wǎng)絡(luò)，它的基本組成單位是感知節(jié)點和匯聚節(jié)點(或基站節(jié)點)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議分層以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的集合，是對網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成功能的定義和描述。對傳感網(wǎng)來說，其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)，圖4-9是傳感網(wǎng)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4-9傳感網(wǎng)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)示意圖4.4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成

通常情況下，一個典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成結(jié)構(gòu)如圖4-10所示。它主要由以下部分組成：

(1)分布式傳感器節(jié)點。

(2)匯聚節(jié)點。

(3)互聯(lián)網(wǎng)。

(4)遠程用戶管理節(jié)點。

圖4-10無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成結(jié)構(gòu)大量傳感器節(jié)點散布在感知區(qū)域內(nèi)部或附近，這些節(jié)點都可以采集數(shù)據(jù)，并利用自組織多跳路由無線方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點；同時匯聚節(jié)點也可以將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給各節(jié)點。

匯聚節(jié)點直接與互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)以有線方式或無線方式相連，通過互聯(lián)網(wǎng)或無線方式實現(xiàn)與管理節(jié)點(即用戶)之間的相互通信。

管理節(jié)點對傳感網(wǎng)進行配置和管理，發(fā)布測控任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。

傳感器節(jié)點是一個微型化的嵌入式系統(tǒng)，它構(gòu)成了傳感網(wǎng)的基礎(chǔ)層支持平臺。

1.傳感器節(jié)點

典型的傳感器節(jié)點由以下幾部分組成：

(1)數(shù)據(jù)采集的感知模塊。感知模塊由傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器組成，負責(zé)感知監(jiān)控對象的信息。

(2)數(shù)據(jù)處理和存儲模塊。數(shù)據(jù)處理模塊包括存儲器和微處理器等部分，負責(zé)控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)。

(3)無線通信模塊。無線通信模塊完成節(jié)點間的交互通信工作，一般為無線電收發(fā)裝置。

(4)節(jié)點供電的電源供給模塊。能源供給單元負責(zé)供給節(jié)點工作所消耗的能量，一般為小體積的電池。

有些節(jié)點上還裝配有能源再生裝置、移動或執(zhí)行機構(gòu)、定位系統(tǒng)及復(fù)雜信號處理(包括聲音、圖像、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)融合)等擴展設(shè)備，以獲得更完善的功能。

圖4-11是傳感器節(jié)點硬件基本組成示意圖。

圖4-11傳感器節(jié)點硬件基本組成示意圖由于具體的應(yīng)用背景不同，目前國內(nèi)外出現(xiàn)了多種傳感網(wǎng)節(jié)點的硬件平臺。典型的節(jié)點包括美國CrossBow公司開發(fā)的Mote系列節(jié)點Mica2、MicaZ以及Mica2Dot，Infineon公司開發(fā)的EYES傳感器節(jié)點等。

與應(yīng)用相關(guān)的傳感器有光傳感器、熱傳感器、壓力傳感器以及濕度傳感器等。雖然具體應(yīng)用不同，傳感器節(jié)點的設(shè)計也不盡相同，但其基本結(jié)構(gòu)是一樣的。

2.匯聚節(jié)點

匯聚節(jié)點的處理能力、存儲能力和通信能力相對傳感器節(jié)點更強，它連接著傳感網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)等，實現(xiàn)兩種協(xié)議棧協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，同時發(fā)布管理節(jié)點的監(jiān)測任務(wù)，并將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)上。

匯聚節(jié)點既可以是一個具有增強功能的傳感器節(jié)點，有足夠的能量提供給更多的內(nèi)存與計算資源；也可以是沒有監(jiān)測功能僅帶有無線通信接口的特定網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

4.5.1物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

1.物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程

1995年，比爾·蓋茨在《未來之路》中提出了“物-物”相聯(lián)的概念，給出了物聯(lián)網(wǎng)的雛形。

1998年，MIT提出EPC系統(tǒng)，給出了物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想。

1999年，美國提出物聯(lián)網(wǎng)概念，給出了物聯(lián)網(wǎng)的3個主要組成部分：物品編碼、射頻識別和互聯(lián)網(wǎng)。4.5物聯(lián)網(wǎng)

2005年，國際點心聯(lián)盟ITU在《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》中，提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。

2008年，全球首個國際物聯(lián)網(wǎng)會議，物聯(lián)網(wǎng)2008召開。

2009年，溫家寶總理提出感知中國的概念：

(1)推進3G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合；

(2)成立中國移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究院。

2010年，中國成立傳感(物聯(lián))網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

溫家寶總理在政府工作報告中指出，要加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用。

2.物聯(lián)網(wǎng)的概念及含義

1999年，美國麻省理工學(xué)院(MIT)最早提出的物聯(lián)網(wǎng)概念是：把所有物品通過射頻識別(RFID)、條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。

2005年，國際電信聯(lián)盟(ITU)對物聯(lián)網(wǎng)概念進行了擴展，物聯(lián)網(wǎng)的概念涵蓋了：

(1)任何時刻、任何地點、任意物體之間的互聯(lián)。

(2)無所不在的網(wǎng)絡(luò)。

(3)無所不在計算的發(fā)展遠景。

ITU的物聯(lián)網(wǎng)概念示意圖如圖4-12所示。

圖4-12國際電信聯(lián)盟的物聯(lián)網(wǎng)概念從圖4-12可以看出，物聯(lián)網(wǎng)是在任何時間、環(huán)境，任何物品、人、企業(yè)、商業(yè)，采用任何通信方式(包括匯聚、連接、收集、計算等)，以滿足提供的任何服務(wù)。按照國際電信聯(lián)盟給出的這個定義，物聯(lián)網(wǎng)主要解決物品到物品、人到物品、人到人之間的互聯(lián)。

物聯(lián)網(wǎng)通過接口與無線接入，聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)物物相聯(lián)，如圖4-13所示。

圖4-13物聯(lián)網(wǎng)的組成

3.物聯(lián)網(wǎng)的特點

物聯(lián)網(wǎng)具有以下特點：

(1)物聯(lián)網(wǎng)是指對具有全面感知能力的物體及人的互聯(lián)集合。兩個或兩個以上物體如果能交換信息即可稱為物聯(lián)。

使物體具有感知能力需要在物品上裝置不同類型的識別裝置，譬如電子標(biāo)簽、條碼與二維碼等，或通過傳感器、紅外感應(yīng)器等感知其存在。同時，這一概念也排除了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的主從關(guān)系，能夠自組織。

(2)物聯(lián)必須遵循約定的通信協(xié)議，并通過相應(yīng)的軟、硬件實現(xiàn)。互聯(lián)的物品要互相交換信息就需要實現(xiàn)不同系統(tǒng)中的實體的通信。

為了成功地通信，它們必須遵守相關(guān)的通信協(xié)議，同時需要相應(yīng)的軟件、硬件來實現(xiàn)這些規(guī)則，并可以通過現(xiàn)有的各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進行信息交換。

(3)物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)對各種物品(包括人)進行智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能。這也是組建物聯(lián)網(wǎng)的目的。

4.物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別

物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)最大的區(qū)別是：

(1)?H2T，是指人利用通用裝置與物品之間的連接。

(2)

H2H，是指人之間不依賴于個人計算機而進行的互聯(lián)。

需要利用物聯(lián)網(wǎng)才能解決的是傳統(tǒng)意義上的互聯(lián)網(wǎng)沒有考慮的、對于任何物品連接的問題。

從技術(shù)層面上看，物聯(lián)網(wǎng)是指物體通過智能感知裝置，經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)到達指定數(shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)人與人、物與物、人與物之間信息交互與處理的智能化網(wǎng)絡(luò)。如果將傳感器的概念進一步擴展，把射頻識別、二維條碼等信息的讀取設(shè)備、音視頻錄入設(shè)備等數(shù)據(jù)采集設(shè)備都認為是一種傳感器，并提升到智能感知水平，則范圍擴展后的傳感網(wǎng)絡(luò)也可以認為是物聯(lián)網(wǎng)。

傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)是一個概念的兩種不同表述，都是依托各種信息設(shè)備實現(xiàn)物理世界和信息世界的無縫融合。此外，也有觀點認為，物聯(lián)網(wǎng)是從產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用角度，傳感網(wǎng)是從技術(shù)角度對同一事物的不同表述，從應(yīng)用的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)主要是在提升數(shù)據(jù)傳送效率、改善民生、提高生產(chǎn)率、降低企業(yè)管理成本等方面發(fā)揮重要作用。

物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)存的其他網(wǎng)絡(luò)，如傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)絡(luò)以及其他網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)之間的關(guān)系如圖4-14所示。

圖4-14物聯(lián)網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系4.5.2物聯(lián)網(wǎng)的組成

GuyPujolle提出一種采用自主通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)自主體系結(jié)構(gòu)，如圖4-15所示。所謂自主通信，是指以自主件(SelfWare)為核心的通信。

圖4-15一種采用自主通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)自主體系結(jié)構(gòu)自主件在端到端層次以及中間節(jié)點，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)控制面已知的或者新出現(xiàn)的任務(wù)。自主件可以確保通信系統(tǒng)的可進化特性。

物聯(lián)網(wǎng)的這種自主體系結(jié)構(gòu)包括：

(1)數(shù)據(jù)面。數(shù)據(jù)面主要用于數(shù)據(jù)分組的傳送。

(2)控制面?？刂泼嫱ㄟ^向數(shù)據(jù)面發(fā)送配置信息，優(yōu)化數(shù)據(jù)面的吞吐量，提高可靠性。

(3)知識面。知識面是最重要的一個面，它提供整個網(wǎng)絡(luò)信息的完整視圖，并且提煉成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的知識，用于指導(dǎo)控制面的適應(yīng)性控制。

(4)管理面。管理面用于協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)面、控制面和知識面的交互，提供物聯(lián)網(wǎng)的自主能力。

物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的是全球物品的信息實時共享。顯然，首先要做的是實現(xiàn)全球物品的統(tǒng)一編碼，即對在地球上任何地方生產(chǎn)出來的任何一件物品，都要給它打上電子標(biāo)簽。

射頻識別系統(tǒng)包括EPC標(biāo)簽和讀寫器。EPC標(biāo)簽是編號(每一個商品惟一的號碼，即牌照)的載體，當(dāng)EPC標(biāo)簽貼在物品上或內(nèi)嵌在物品中時，該物品與EPC標(biāo)簽中的產(chǎn)品電子代碼就建立起了一對一的映射關(guān)系。一個EPC物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)主要由EPC編碼、EPC標(biāo)簽及RFID讀寫器、中間件系統(tǒng)、ONS服務(wù)器和EPCIS服務(wù)器等部分構(gòu)成，如圖4-16所示。

圖4-16EPC物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

RFID讀寫器從含有一個EPC或一系列EPC的標(biāo)簽上讀取物品的電子代碼，然后將讀取的物品電子代碼送到中間件系統(tǒng)中進行處理。當(dāng)讀取的數(shù)據(jù)量較大而中間件系統(tǒng)處理不及時的時候，可應(yīng)用ONS來儲存部分讀取數(shù)據(jù)。

中間件系統(tǒng)以該EPC數(shù)據(jù)為信息源，在本地ONS服務(wù)器獲取包含該產(chǎn)品信息的EPC信息服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)地址。

當(dāng)本地ONS不能查閱到EPC編碼所對應(yīng)的EPC信息服務(wù)器地址時，向遠程ONS發(fā)送解析請求，獲取物品的對象名稱；繼而通過EPC信息服務(wù)的各種接口獲得物品信息的各種相關(guān)服務(wù)。整個EPC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)借助計算機互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，利用在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展產(chǎn)生的通信協(xié)議和描述語言而運行。

因此，也可以說物聯(lián)網(wǎng)是架構(gòu)在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的關(guān)于各種物理產(chǎn)品信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的總和。4.5.3物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的基本組成如圖4-17所示。

圖4-17物聯(lián)網(wǎng)的基本組成感知節(jié)點由各種類型的采集和控制模塊組成，如溫度傳感器、聲音傳感器、振動傳感器、壓力傳感器、RFID讀寫器、二維碼識讀器等，完成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制等功能。

感知節(jié)點的組成包括4個基本單元：

(1)傳感單元(由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成，如RFID、二維碼識讀設(shè)備、溫感

設(shè)備)。

(2)處理單元(由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括CPU微處理器、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等)。

(3)通信單元(由無線通信模塊組成，實現(xiàn)末梢節(jié)點間、以及節(jié)點與匯聚節(jié)點的通信等)。

(4)電源/供電部分。

感知節(jié)點綜合了以下關(guān)鍵技術(shù)：

(1)傳感器技術(shù)。

(2)嵌入式計算技術(shù)。

(3)智能組網(wǎng)技術(shù)。

(4)無線通信技術(shù)。

(5)分布式信息處理技術(shù)等。通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)，以多跳中繼方式將所感知信息傳送到接入層的基站節(jié)點和接入網(wǎng)關(guān)，最終到達信息應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。

末梢網(wǎng)絡(luò)即接入網(wǎng)絡(luò)，包括匯聚節(jié)點、接入網(wǎng)關(guān)等，完成應(yīng)用末梢感知節(jié)點的組網(wǎng)控制和數(shù)據(jù)匯聚，或完成向感知節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)等功能。在感知節(jié)點之間組網(wǎng)之后，如果感知節(jié)點需要上傳數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(基站)，匯聚節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，通過接入網(wǎng)關(guān)完成和承載網(wǎng)絡(luò)的連接；當(dāng)用戶應(yīng)用系統(tǒng)需要下發(fā)控制信息時，接入網(wǎng)關(guān)接收到承載網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)后，由匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送給感知節(jié)點，完成感知節(jié)點與承載網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和交互功能。

感知節(jié)點與末梢網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集和控制任務(wù)，構(gòu)成傳感網(wǎng)，實現(xiàn)傳感網(wǎng)的功能。核心承載網(wǎng)絡(luò)可以有很多種，主要承擔(dān)接入網(wǎng)與信息服務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。根據(jù)具體應(yīng)用需要，承載網(wǎng)絡(luò)可以是公共通信網(wǎng)，如移動通信網(wǎng)、WiFi、WiMAX、互聯(lián)網(wǎng)以及企業(yè)專用網(wǎng)，甚至是新建的專用于物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涵蓋了從信息獲取、傳輸、存儲、處理直至應(yīng)用的全過程，在材料、器件、軟件、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)各個方面都要有所創(chuàng)新才會促進其發(fā)展。國際電信聯(lián)盟報告提出，物聯(lián)網(wǎng)主要需要4項關(guān)鍵性應(yīng)用技術(shù)：

(1)標(biāo)簽物品的RFID技術(shù)。

(2)感知事物的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Sensortechnologies)。

(3)思考事物的智能技術(shù)(Smarttechnologies)。

(4)微縮事物的納米技術(shù)(Nanotechnology)。

顯然，這是側(cè)重了物聯(lián)網(wǎng)的末梢網(wǎng)絡(luò)。對于核心承載網(wǎng)絡(luò)來說，核心承載網(wǎng)通信技術(shù)包括：移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無線局域網(wǎng)和企業(yè)專用網(wǎng)。由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是由大量傳感網(wǎng)節(jié)點構(gòu)成的，在信息感知的過程中，采用各個節(jié)點單獨傳輸數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點的方法是不可行的，需要數(shù)據(jù)融合技術(shù)和智能處理技術(shù)進行處理。4.5.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用延伸和拓展，是信息網(wǎng)絡(luò)上的一種增值應(yīng)用。感知、傳輸、應(yīng)用三個環(huán)節(jié)構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵要素。感知識別是基礎(chǔ)和前提；傳輸是平臺和支撐；應(yīng)用則是目的，是物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)志和體現(xiàn)。

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不僅需要技術(shù)，更需要應(yīng)用，應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的強大推動力。物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：

(1)現(xiàn)代物流。物聯(lián)網(wǎng)覆蓋現(xiàn)代物流從末梢神經(jīng)到整個系統(tǒng)運行的全過程，現(xiàn)代物流從末梢神經(jīng)到整個運行過程的實時監(jiān)控和實時決策必須由物聯(lián)網(wǎng)來支持。

(2)智能交通。

(3)智能安防。

(4)公共安全。

(5)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。數(shù)字農(nóng)業(yè)建設(shè)目標(biāo)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化，數(shù)字農(nóng)業(yè)的核心是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。

(6)現(xiàn)代醫(yī)療。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將醫(yī)院管理、醫(yī)療保健、健康監(jiān)控、醫(yī)學(xué)教育與培訓(xùn)連接成一個有機的整體。

(7)數(shù)字環(huán)保。利用計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等，根據(jù)環(huán)境保護的要求，對環(huán)境保護業(yè)務(wù)實現(xiàn)規(guī)范和整合，對環(huán)境數(shù)據(jù)進行深入的分析和挖掘，從而最大限度地提高環(huán)境保護信息化水平、監(jiān)督執(zhí)法水平、工作協(xié)調(diào)水平。

(8)國防軍事。如圖4-18所示，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，及時、準(zhǔn)確地獲取整個戰(zhàn)場區(qū)域，以及人難以到達區(qū)域的地形、氣象、水文、敵我雙方的兵力部署、武器配備、人員調(diào)動情況，“透明”地洞察戰(zhàn)場情況，是現(xiàn)代信息時代戰(zhàn)爭的取勝法寶。

圖4-18物聯(lián)網(wǎng)的軍事應(yīng)用

4.6.1移動互聯(lián)網(wǎng)的概念

移動互聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，伴隨3G移動通信網(wǎng)的高速成長而迅速發(fā)展起來的一種新的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)形態(tài)，是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)與3G移動通信網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)到業(yè)務(wù)高度融合的產(chǎn)物。4.6移?動?互?聯(lián)?網(wǎng)移動互聯(lián)網(wǎng)是以移動網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)接入方式的互聯(lián)網(wǎng)及服務(wù)，它包括三個要素：移動終端、移動網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用服務(wù)。

移動互聯(lián)網(wǎng)是移動通信和互聯(lián)網(wǎng)從終端技術(shù)到業(yè)務(wù)全面融合的產(chǎn)物，它可以從廣義和狹義兩個角度來理解。

(1)從廣義角度理解，移動互聯(lián)網(wǎng)指用戶使用手機、上網(wǎng)本、筆記本電腦等移動終端，通過移動或無線網(wǎng)絡(luò)訪問互聯(lián)網(wǎng)并使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)；

(2)從狹義角度理解，移動互聯(lián)網(wǎng)是指用戶使用手機通過移動網(wǎng)絡(luò)獲取訪問互聯(lián)網(wǎng)并使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

一般而言，電信行業(yè)所指的移動互聯(lián)網(wǎng)主要是指狹義角度，包括通過2G和3G網(wǎng)絡(luò)使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)(WAP與Web方式)。移動互聯(lián)網(wǎng)既是一種已存在的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的實體，又是一種新的技術(shù)形態(tài)，即以IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動通信技術(shù)和計算機技術(shù)為核心的一個龐大的技術(shù)體系，是“移動寬帶化”、“寬帶移動化”兩種趨勢長期發(fā)展并以3G技術(shù)為紐帶實現(xiàn)交匯融合的產(chǎn)物。

移動互聯(lián)網(wǎng)不是對傳統(tǒng)桌面互聯(lián)的完全替代，而是一個革命性的擴展。原有的PC在固定地點通過光纖等寬帶有線線路上網(wǎng)方式仍然得以保存，在原來無法上網(wǎng)的室外、移動狀態(tài)等情形下，通過移動和無線方式可以上互聯(lián)網(wǎng)了。4.6.2移動互聯(lián)網(wǎng)的特點

移動互聯(lián)網(wǎng)的主要特點是：

(1)終端移動性。移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)使得用戶可以在移動狀態(tài)下接入和使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，移動互聯(lián)網(wǎng)終端也就是智能手機或者iPAD等，便于用戶隨身攜帶和隨時使用，人們可以在任何完整或零碎的時間使用。

(2)終端智能感知能力。移動互聯(lián)網(wǎng)終端因其計算機軟硬件結(jié)構(gòu)和豐富的傳感外設(shè)，可以定位自己所處的方位，采集周圍的聲音、溫度等信息，因而具備智能感知的能力。

(3)個性化。移動互聯(lián)網(wǎng)的終端完全為個人使用，相應(yīng)的其操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用也針對個人，采用社會化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、博客等Web2.0技術(shù)與終端個性化和網(wǎng)絡(luò)個性化相互結(jié)合，個性化呈現(xiàn)能力非常強。其次移動網(wǎng)絡(luò)對使用者個人的行為特征、位置信息等能夠精確反映和提取，并可與電子地圖等技術(shù)相結(jié)合形成信息。

(4)業(yè)務(wù)私密性。在使用移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)時，所使用的內(nèi)容和服務(wù)更私密，如手機支付業(yè)務(wù)、保密通信、手機門卡、手機水卡等。

圖4-19移動互聯(lián)網(wǎng)與桌面互聯(lián)網(wǎng)及移動通信網(wǎng)之間的關(guān)系

4.7.1云計算的概念

在這里，云技術(shù)就是利用網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。

云計算是一個美好的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，由Google首先提出。云計算最基本的概念是，透過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計算處理程序自動分拆成無數(shù)個較小的子程序。4.7云計算云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)計算模型，它是分布式處理(DistributedComputing)、并行處理(ParallelComputing)和網(wǎng)格計算(GridComputing)等技術(shù)的發(fā)展及商業(yè)實現(xiàn)。

云計算不但是當(dāng)前信息行業(yè)非常流行且十分時尚的一個詞匯，而且是被廣泛討論的熱點。從不同的角度對云計算概念的看法也各不相同：

(1)有人認為，云計算是一個以互聯(lián)網(wǎng)為中心的軟件。

(2)有人認為，云計算是一種基于Web的服務(wù)，以此實現(xiàn)虛擬化并創(chuàng)造出基于服務(wù)的業(yè)務(wù)模式。

(3)有人直接將云計算作為用戶友好的網(wǎng)絡(luò)計算。

究竟何謂云計算呢?云計算并不是憑空出現(xiàn)的，它由多種因素促成，具有一定的必

然性。云計算是分布式計算技術(shù)的一種，可以從狹義和廣義兩個角度理解。

(1)狹義的云計算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的資源。

(2)廣義云計算是指服務(wù)的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的服務(wù)。這種服務(wù)可以是IT與軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以是任意其他的服務(wù)，4.7.2云計算的特點

云計算具有超大規(guī)模、虛擬化和可靠安全的特點。

云計算的核心是要提供服務(wù)。例如，Microsoft的云計算有以下三個典型特點：

(1)軟件?+?服務(wù)；

(2)平臺戰(zhàn)略；

(3)自由選擇。

未來的互聯(lián)網(wǎng)世界將會是“云?+?端”的組合。圖4-20為云計算示意圖。

圖4-20云計算示意圖

20世紀60年代，JohnMcCarthy提出，“計算遲早有一天會變成一種公用基礎(chǔ)設(shè)施”，意味著計算能力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。

用戶可以便捷地使用各種終端設(shè)備訪問云端中的數(shù)據(jù)和應(yīng)用，這些設(shè)備可以是便攜式計算機和手機，甚至是電視等大家熟悉的各種電子產(chǎn)品，同時用戶在使用各種設(shè)備訪問云中服務(wù)時，得到的是完全相同的無縫體驗。關(guān)于云計算的一個比較準(zhǔn)確的定義是：云計算是一種計算模式，它可以把IT資源、數(shù)據(jù)和應(yīng)用以服務(wù)的方式通過網(wǎng)絡(luò)提供給用戶，如圖4-21所示。

圖4-21云計算的概念示意圖由云計算的這個定義可知，云計算最大的特征是通過互聯(lián)網(wǎng)進行傳輸。從廣義上講，云計算是一種動態(tài)的、易擴展的且通常是通過互聯(lián)