3物聯網層次結構精編版

1、第第 I 章章 物聯網基礎物聯網基礎 物聯網層次結構 以及與互聯網的關系 學習任務學習任務 1 物聯網層次結構物聯網層次結構 物聯網與互聯網的關系物聯網與互聯網的關系 2 物聯網的層次結構物聯網的層次結構 ? 在研究物聯網的層次結構之前，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： 依據感知器官來感知信息； 由神經系統傳遞給大腦； 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 物聯網的層次結構物聯網的層次結構 ? 如果將人對問題智慧處理的能力形式與物聯網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，人的神經用來傳輸信息，人的大腦用來處

2、理信息，使人具有智慧處理各種問題的能力。 ? 物聯網處理問題同樣也要經過三個過程：全面感知、可靠傳輸、智能應用（處理） 4 物聯網的層次結構物聯網的層次結構 物聯網工作過程與人的智能處理問題過程比較物聯網工作過程與人的智能處理問題過程比較 5 物聯網的層次結構物聯網的層次結構 ? 設計一個復雜的、龐大的系統必然要采用“化整為零，分而治之”的“分層結構”思想。 ? 物聯網是一個形式多樣、涉及社會生活各個領域的復雜系統。從實現技術角度看，物聯網的特點是：網絡的異構性，規(guī)模的差異性，接入的多樣性。 6 物聯網的層次結構物聯網的層次結構 ? 物聯網應用系統的規(guī)劃、設計和實現涉及多種技術，屬于交叉學科的

3、范疇。 ? 盡管物聯網系統結構復雜，不同物聯網應用系統的功能、規(guī)模差異很大，但是它們之間必然存在著很多內在的共性特征。 ? 根據物聯網的技術架構，結合互聯網的分層模型，也可以對物聯網進行分層。 7 物聯網層次結構模型物聯網層次結構模型 ? 物聯網可分為感知層、網絡層、應用層 農業(yè)工業(yè)監(jiān)測公共安全城市管理智能家電智能交通應用層GSM CDMACDMA2000 WCDMA TD-SCDMALTE LTE-Advanced網絡層2G網絡3G網絡4G網絡感知層傳感器RFID汽車汽車5 WSNWSN8 物聯網感知層物聯網感知層 ? 感知層位于物聯網層次結構中的最底層，主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件

4、和數據，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數據等。 ? 感知層的作用相當于人的眼、耳、鼻、喉和皮膚等神經末梢，它是物聯網識別物體、采集信息的來源，其主要功能是識別物體、采集信息。 ? 數據采集技術有多種，主要包括傳感器、RFID、多媒體信息采集、實時定位等。 9 物聯網感知層物聯網感知層 ? 感知層實現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絡層和應用層，是實現互聯網全面感知的基礎。 ? 感知層中的關鍵技術包括傳感器技術、RFID技術和傳感器網絡等。 10 感知層感知層-傳感器傳感器 ? 在物聯網中傳感器主要負責接收物品“講話”的內容。 ? 傳感器技術是從

5、自然信源獲取信息并對獲取的信息進行處理、變換、識別的一門多學科交叉的現代科學與工程技術，它涉及傳感器、信息處理和識別的規(guī)劃設計、開發(fā)、制造、測試、應用及評價改進活動等內容。 11 感知層感知層-傳感器傳感器 ? 傳感器 (Transducer/Sensor)是一種 檢測裝置，能感受到被測量的信息或自動控制執(zhí)行工作，并按一定規(guī)律轉換為電信號或其他所需形式的信息輸出，是物聯網采集信息的終端工具。 ? 傳感器可以看成物聯網的“眼睛”、“鼻子”、“耳朵”和“指尖”，通過傳感器可實現自動檢測和自動控制。 12 感知層感知層-RFID技術技術 ? 是物聯網中“讓物品開口說話”的關鍵技術，物聯網中RFID標

6、簽上存著規(guī)范而具有互通性的信息，通過無線數據通信網絡把他們自動采集到中央信息系統中實現物品的識別。 13 感知層感知層-RFID技術技術 ? RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到自動識別目標對象并獲取相關數據。 ? 優(yōu)點：精度高、適應環(huán)境能力強、抗干擾能力強、操作快捷等。 ? 從本質上看，RFID是一種特殊的傳感器技術。 14 感知層感知層-傳感器網絡傳感器網絡 ? 傳感器網絡是由眾多傳感器節(jié)點組成、通過無線通信方式形成的多跳自組織網絡。傳感器網絡將大量獨立的傳感器連接起來，實現采集信息的傳輸。 15 感知層感知層-發(fā)展方向發(fā)展方向 ? 感知層主要由遍

7、布各種建筑、樓宇、街道、公路橋梁、車輛、地表和管網中的各類傳感器、二維條形碼、RFID標簽和RFID識讀器、攝像頭、GPS、M2M（Machine to Machine）設備以及各種嵌入式終端等組成的傳感器網絡。是物聯網的基礎。 ? 感知層的發(fā)展方向是具備更敏感、更全面的感知能力，解決傳感器設備低功耗、小型化和低成本的問題。 16 物聯網網絡層物聯網網絡層 ? 網絡層處于物聯網網絡結構模型中的第二層，使用感知層并向上為應用層服務。 ? 網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。 17 物聯網網絡層物

8、聯網網絡層 ? 感知層的信息經由網關轉化為網絡能夠識別的信息后就傳到了網絡層，網絡層再進行信息的傳遞與處理。 ? 網絡層包括2G通信網絡、3G通信網絡、Wi-Fi、互聯網等，信息可以經由任何一種網絡或幾種網絡組合的形式進行傳輸。 18 物聯網網絡層物聯網網絡層 ? 網絡層還包括物聯網的管理中心及物聯網的信息中心。以提升對信息的傳輸和運營能力。 物聯網管理中心負責物品的統一標識編碼管理、認證、鑒權、計費等； 物聯網信息中心則負責物品信息的存儲和統一分析計算處理。 19 網絡層網絡層-關鍵技術關鍵技術 ? 網絡層關鍵技術包括高/低速近/遠距離無線通信技術、低功耗路由、自組織通信、無線接入M2M通信

9、增強、IP承載技術、網絡傳送技術、異構網絡融合接入技術以及認知無線電技術。 20 網絡層網絡層-發(fā)展方向發(fā)展方向 ? 網絡層的發(fā)展方向為多網絡融合以及它與感知層和應用層的更好結合。 ? 理想中的物聯網中，網絡層可以把感知層感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地傳輸。 21 物聯網應用層物聯網應用層 ? 應用層位于物聯網的最上層，其使用網絡層為用戶提供智能應用。 ? 應用層是物聯網的核心和靈魂，是物聯網和用戶(包括人、組織和其他系統)的接口，它包括物聯網應用基礎設施、中間件、運行環(huán)境和集成框架、通用的基礎構件庫和行業(yè)化的應用套件等，它與行業(yè)需求相結合，實現物聯網的智能應用。 22 物聯網應用層

10、物聯網應用層 ? 應用層在物聯網的感知層和網絡層的支撐下，將物聯網技術與各類行業(yè)的應用相結合，實現無所不在的智能化應用。 ? 典型應用有：智能交通、綠色農業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、動物標識、遠程醫(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。 ? 這些應用涉及的內容可以是跨行業(yè)的，也可以是某行業(yè)內部的；用戶可能是普通公眾，也可能是政府機構、企業(yè)組織等。 23 應用層應用層-關鍵技術關鍵技術 ? 應用層的關鍵技術包括云計算、數據挖掘和SOA等。 云計算和數據挖掘是海量信息智能處理的基礎； SOA技術有助于實現快速可重用的系統開發(fā)和部署，可提高物聯網架構的擴展性，提升應用開發(fā)效率，充分整合

11、和復用信息資源。 24 應用層應用層-關鍵技術關鍵技術 ? 云計算是采用基于虛擬化、彈性規(guī)模擴展、分布式存儲、分布式計算和多租戶等技術，基于互聯網實現的一種虛擬化計算服務。 ? 云計算提供了一個巨大的資源池，而不同的應用具有不同的需求，云計算可以根據需求對應用的資源進行動態(tài)伸縮，從而顯著提高資源的利用率。 25 應用層應用層-關鍵技術關鍵技術 ? 數據挖掘一般是指從大量的數據中通過算法搜索隱藏于其中信息的過程。 ? 數據挖掘通常與計算機科學有關，并通過統計、在線分析處理、情報檢索、機器學習、專家系統（依靠過去的經驗法則）和模式識別等諸多方法來實現上述目標。 26 應用層應用層-關鍵技術關鍵技術

12、 ? SOA（Service-Oriented Architecture）面向服務的體系結構是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元（也叫服務）通過這些服務之間定義好的接口和契約聯系起來。 可從企業(yè)外部訪問 標準化的服務接口 支持各種消息模式 隨時可用 精確定義的服務契約 可重用的服務 27 物聯網與互聯網的關系 ? 傳統互聯網結構-國際標準化組織制定的開放系統互連參考模型(OSI)。 ? 自下而上分別為 物理層 數據鏈路層 網絡層 傳輸層 會話層 表示層 應用層 28 物聯網與互聯網關系物聯網與互聯網關系 ? 物聯網與互聯網有著顯著的區(qū)別，同時也存在著密切的聯系。和傳統的互聯網相比，物聯網

13、有其鮮明的特征。 物聯網是各種感知技術的廣泛應用。 物聯網是一種建立在互聯網上的泛在網絡。 物聯網不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制 29 物聯網與互聯網關系物聯網與互聯網關系 ? 物聯網上部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。傳感器獲得的數據具有實時性，按一定的頻率周期性地采集環(huán)境信息，不斷更新數據。 30 物聯網與互聯網關系物聯網與互聯網關系 ? 物聯網技術的重要基礎和核心仍舊是互聯網，通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。物聯網上的傳感器定時采集的信息需

14、要通過網絡傳輸，由于其數量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過程中，為了保障數據的正確性和及時性，必須適應各種異構網絡和協議。 31 物聯網與互聯網關系物聯網與互聯網關系 ? 物聯網不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制。 ? 物聯網將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，擴充其應用領域，從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不同用戶的不同需求，發(fā)現新的應用領域和應用模式。 32 物聯網與互聯網關系物聯網與互聯網關系 ? 物聯網是基于互聯網之上的一種高級網絡形態(tài)，它們之間最明顯的不同點是：物聯網的連接主體從人向“物”延伸，網絡社會形態(tài)從虛擬向現實拓展，信息采集與處理從人工為主向智能化為主轉化。 33 物聯網與互聯網通信模型物聯網與互聯網通信模型 ? 物聯網的通信模型借鑒了“Flat IP” 的技術，將傳統的網絡結構進行了扁平化的處理，從而形成了三層的網絡結構。 34 物聯網與互聯網通信模型物聯網與互聯網通信模型 3