物聯(lián)網(wǎng)感知層結(jié)構(gòu)研究畢業(yè)論文

1、 學(xué)士學(xué)位論文題 目： 物聯(lián)網(wǎng)感知層結(jié)構(gòu)研究學(xué) 生：丹丹指導(dǎo)教師：東哥 講師年 級(jí)：2008級(jí)專 業(yè)：計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用系 別：信息工程系學(xué) 院：計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院學(xué) 士 學(xué) 位 論 文題 目： 物聯(lián)網(wǎng)感知層結(jié)構(gòu)研究學(xué) 生： 丹丹指導(dǎo)教師：東哥 講師年 級(jí)：2008級(jí)專 業(yè)：計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用系 別：信息工程系學(xué) 院：計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院家里蹲大學(xué)2012年5月摘 要：物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)今整個(gè)信息化產(chǎn)業(yè)的新寵和發(fā)展方向，是“智慧地球”實(shí)現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵。我國提出了“感知中國”的國家戰(zhàn)略計(jì)劃，將物聯(lián)網(wǎng)作為新的科技革命以推進(jìn)社會(huì)變革,，使其成為創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)的巨大推動(dòng)力。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈長、涉及多個(gè)產(chǎn)業(yè)

2、群的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了各行各業(yè)，在其發(fā)展的同時(shí)還將帶動(dòng)傳感器、微電子、視頻識(shí)別等一系列產(chǎn)業(yè)的同步發(fā)展，帶來巨大的產(chǎn)業(yè)集群生產(chǎn)效益。物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，感知層由各種具有感知能力的設(shè)備組成，主要用于感知和采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)。感知層至關(guān)重要, 是物物相連的基礎(chǔ), 是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的最底層技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)感知層是物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)建立的基礎(chǔ)，深入的了解物聯(lián)網(wǎng)感知層的網(wǎng)絡(luò)層部分為建立低成本、高效、靈敏的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提供一定的一局。因此，這片論文將針對于物聯(lián)網(wǎng)的感知層結(jié)構(gòu)，以及感知層中網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)探討研究。將網(wǎng)絡(luò)看成是雙子代數(shù)下的線性deds系統(tǒng)，研究了雙子代數(shù)尤其是極大代數(shù)理論在計(jì)算機(jī)網(wǎng)

3、絡(luò)建模與性能分析中的應(yīng)用。采用極大代數(shù)分析了令牌桶的輸入輸出特性，得到了( b，) 令牌桶在極大代數(shù)下的狀態(tài)空間方程組與傳輸矩陣；提出了基于極大代數(shù)的網(wǎng)絡(luò)演算，定義了極大到達(dá)曲線與極大服務(wù)曲線，利用這兩個(gè)概念得出了極大代數(shù)下有關(guān)延遲以及輸出流突發(fā)性的定理。最后采用基于極大代數(shù)的網(wǎng)絡(luò)演算對非搶占優(yōu)先級(jí)多路復(fù)用以及保證速率服務(wù)器兩個(gè)模型進(jìn)行了分析，得出了兩種模型各自在極大代數(shù)網(wǎng)絡(luò)演算下的服務(wù)曲線。本文還把基于極大代數(shù)的網(wǎng)絡(luò)分析方法與基于極小代數(shù)的分析方法進(jìn)行了比較，闡明了基于極大代數(shù)方法的優(yōu)點(diǎn)與適用場合。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；感知層；雙子代數(shù)；線性deds系統(tǒng)目錄第一章 緒論11.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層結(jié)構(gòu)研

4、究的目的與意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 本章小結(jié)1第二章 物聯(lián)網(wǎng)概述22.1物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展22.2物聯(lián)網(wǎng)的定義22.3物聯(lián)網(wǎng)的基本特征32.4物聯(lián)網(wǎng)其他相關(guān)概念42.4.1智慧的地球42.4.2感知中國42.4.3mzm系統(tǒng)42.5 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程42.6國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢62.6.1產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀62.6.2 發(fā)展趨勢72.7 本章小結(jié)7第三章 物聯(lián)網(wǎng)感知層標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)83.1 技術(shù)術(shù)語83.2 需求分析83.4 接口93.4.1傳感器接口93.4.2數(shù)據(jù)類型和格式103.5 通信和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)103.5.1物理層103.5.2mac 層103.5.3網(wǎng)絡(luò)層103.5.4主干網(wǎng)接入

5、層113.6 網(wǎng)絡(luò)管理113.7 移動(dòng)支持113.8 協(xié)同信息處理113.9 信息服務(wù)支持123.9.1信息描述123.9.2信息存儲(chǔ)123.9.3信息標(biāo)識(shí)123.9.4目錄服務(wù)123.10 服務(wù)質(zhì)量123.11 中間件功能133.12 網(wǎng)絡(luò)安全與隱私133.13 一致性和互用性測試133.14 應(yīng)用層面133.15 本章小結(jié)15第四章 離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的理論與應(yīng)用154.1離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)概述154.1.1離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng) (deds) 的主要特征164.1.2 deds 研究中建模和控制問題164.2deds 的邏輯層次模型及其理論進(jìn)展164.2.1基于事件反饋的r-w 監(jiān)控理論174.2

6、.2 petri網(wǎng)理論174.2.3 其它邏輯層次的模型174.3時(shí)間層次模型及其理論進(jìn)展174.4 統(tǒng)計(jì)性能層次模型及理論發(fā)展184.5 deds理論的應(yīng)用及發(fā)展趨勢184.6離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)194.7離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的組合204.7.1層次組合方式204.7.2并列組合方式( juxtaposed connection)224.8 d e d s 理論在若干領(lǐng)域中的應(yīng)用234.9 本章小結(jié)24第五章 基于雙子代數(shù)理論的網(wǎng)絡(luò)建模與分析245.1 雙子代數(shù)的定義255.2基于極大代數(shù)的令牌桶分析255.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型255.2.2 極大與極小分析方法的比較265.2.3 令牌桶的輸出27

7、5.3 基于極大代數(shù)的網(wǎng)絡(luò)演算理論285.4理論應(yīng)用實(shí)例304.4.1 非搶占優(yōu)先節(jié)點(diǎn)305.4.2基于極大代數(shù)的網(wǎng)絡(luò)演算在gr 節(jié)點(diǎn)性能分析中的應(yīng)用315.5 本章小結(jié)32第六章 物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議研究326.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)綜述及研究現(xiàn)狀326.2 安全協(xié)議形式化研究綜述346.2.1 安全協(xié)議設(shè)計(jì)的困難性346.2.2 形式化方法設(shè)計(jì)356.2.3 形式化方法分析366.2.4形式化方法驗(yàn)證376.2.5形式化方法定理證明376.3 物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)建模376.3.1 物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)386.3.2 物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)建模386.3.3 物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)建模分析406.3.4 物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)

8、絡(luò)通信主體的抽象416.4 本章小結(jié)42總結(jié)42參考文獻(xiàn)43abstrct45第一章 緒論1.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層結(jié)構(gòu)研究的目的與意義物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)今整個(gè)信息化產(chǎn)業(yè)的新寵和發(fā)展方向， 是“智慧地球”實(shí)現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵。我國提出了“ 感知中國”的國家戰(zhàn)略計(jì)劃，將物聯(lián)網(wǎng)作為新的科技革命以推進(jìn)社會(huì)變革,，使其成為創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)的巨大推動(dòng)力。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈長、涉及多個(gè)產(chǎn)業(yè)群的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了各行各業(yè)，在其發(fā)展的同時(shí)還將帶動(dòng)傳感器、微電子、視頻識(shí)別等一系列產(chǎn)業(yè)的同步發(fā)展，帶來巨大的產(chǎn)業(yè)集群生產(chǎn)效益。6月22日在上海開幕的2010中國國際物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)指出，物聯(lián)網(wǎng)將成為全球信息通信行業(yè)的萬億美元級(jí)新興產(chǎn)業(yè)。到

9、2020年之前，全球接入物聯(lián)網(wǎng)的終端將達(dá)到500億個(gè)。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將引領(lǐng)新的技術(shù)浪潮。物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，感知層由各種具有感知能力的設(shè)備組成，主要用于感知和采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)。感知層至關(guān)重要, 是物物相連的基礎(chǔ), 是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的最底層技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)感知層是物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)建立的基礎(chǔ)，深入的了解物聯(lián)網(wǎng)感知層的網(wǎng)絡(luò)層部分為建立低成本、高效、靈敏的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提供一定的一局。因此，這片論文將針對于物聯(lián)網(wǎng)的感知層結(jié)構(gòu)，以及感知層中網(wǎng)絡(luò)層的相關(guān)探討研究。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程中，技術(shù)趨勢呈現(xiàn)出融合化、嵌入化、可信化和智能化的特征，管理應(yīng)用趨勢呈現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)化、開

10、放化和工程化的特征。在國家重大科技專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金和863計(jì)劃的支持下，國內(nèi)新一代寬帶無線通信、高性能計(jì)算與大規(guī)模并行處理技術(shù)、光子和微電子器件與集成系統(tǒng)技術(shù)、傳感網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及其演進(jìn)技術(shù)等研究與開發(fā)取得重大進(jìn)展，先后建立了傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室和傳感器產(chǎn)業(yè)基地等一批專業(yè)研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)化基地，開展了一批具有示范意義的重大應(yīng)用項(xiàng)目。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正在逐步成為各地戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要領(lǐng)域。例如：在能源行業(yè)，作為智能電網(wǎng)發(fā)展的一部分，智能電表將會(huì)通過無線、有線或電力線連接近于實(shí)時(shí)地報(bào)告電力消費(fèi)情況，以便對電網(wǎng)進(jìn)行更高效的管理；在運(yùn)輸行業(yè)，消費(fèi)性汽車市場上很快就會(huì)出現(xiàn)

11、追蹤與維護(hù)監(jiān)控設(shè)備的服務(wù)。在安全與監(jiān)視領(lǐng)域，將有2060萬部設(shè)備相互連接，這一數(shù)量包括民用與工業(yè)設(shè)備，年增長率為37%；在醫(yī)療領(lǐng)域，到年底將有150萬部設(shè)備相互連接，增長率為20%至25%。這些設(shè)備通常被佩戴在病人身上以長期監(jiān)控身體健康情況，如建議心臟病病人何時(shí)吃藥的設(shè)備。在未來的一段時(shí)間內(nèi)，我們將深刻的感受到物聯(lián)網(wǎng)給我們生活帶來的巨大改變。1.3 本章小結(jié) 本章針對本課題研究的目的、意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀做了簡單介紹，接下來各章節(jié)將針對物聯(lián)網(wǎng)、感知層、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、雙子代數(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)安全做進(jìn)一步介紹。第二章 物聯(lián)網(wǎng)概述近年來，物聯(lián)網(wǎng)成為炙手可熱的名詞，許多人預(yù)言物聯(lián)網(wǎng)將徹底改變?nèi)藗兊纳罘?/p>

12、式，帶動(dòng)萬億級(jí)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成為信息化發(fā)展的新的推動(dòng)力量。但是究竟什么是物聯(lián)網(wǎng)?它離我們還有多遠(yuǎn)？如何實(shí)現(xiàn)在使用方便的同時(shí)保證數(shù)據(jù)的授權(quán)使用和傳輸?shù)陌踩?？本章?jié)對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、定義作了簡單的介紹。2.1物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展根據(jù)itu的描述，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，通過在各種各樣的日常用品上嵌入一種短距離的移動(dòng)收發(fā)器，人類在信息、與通信世界里將獲得一個(gè)新的溝通維度，從任何時(shí)間任何地點(diǎn)的人與人之間的溝通連接擴(kuò)展到人與物和物與物之間的溝通連接。物聯(lián)網(wǎng)概念的興起很大程度上得益于國際電信聯(lián)盟(it功2005年以物聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)題的年度互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告。然而，itu的報(bào)告對物聯(lián)網(wǎng)缺乏一個(gè)清晰的定義。有專家認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)就是一張傳感網(wǎng)，連接

13、著各種不同的傳感器、大29讀寫器和tag物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議形式化研究標(biāo)簽、以及其他嵌入式智能設(shè)備，其可不必接入互聯(lián)網(wǎng)，例如上海浦東機(jī)場的傳感器網(wǎng)絡(luò)，以及廣州出租車五幾m/gps網(wǎng)絡(luò)等。另外一些專家認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的一部分l101，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，internet把電腦終端連接在了一起，internet of things把internet擴(kuò)展到了物品身上，使得物品也具有了通信和交流的能力。從宏觀意義說，物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)將人們置身于一個(gè)無處不在的網(wǎng)絡(luò)中，人們可以隨時(shí)隨地的跟周圍的人或物品交換信息。2.2物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)(internet of things，iot)，自被提出至今，還沒有

14、統(tǒng)一的文字概念，對它的定義都偏重在對功能和特點(diǎn)的描述上，主要有以下幾種定義:（1）目前比較常用的表述:通過rfid、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。這種定義有兩層意思:第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng);第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。（2）2005年工tu發(fā)布了itu互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)給出的定義如下：“by embedding short一range mobile transceivers into a wide

15、array of additional gadgets and everyday items，enabling new forms of communication between people and things，and between things themselves. from anytime，anyplace connectivity for anyone，we will now have connectivity for anything.”“物聯(lián)網(wǎng)包括人與物、物與物之間的連接，即在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，任何物品間都可以進(jìn)行通信”。即隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)人與人(通過pc和非pc)，人與物，

16、物與物之間的交互。（3）基于rfid技術(shù)應(yīng)用的定義如下：物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)和rf工d技術(shù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)，是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上利用rfid技術(shù)，無線通信等技術(shù)構(gòu)成一個(gè)覆蓋世界萬物的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，信息互聯(lián)與實(shí)時(shí)共享。（4）基于傳感網(wǎng)應(yīng)用的定義如下：傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元等節(jié)點(diǎn)通過自組織的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。（5）1999年美國麻省理工學(xué)院(mit)提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，是指把所有物品通過射頻識(shí)別(rfid)等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理的網(wǎng)絡(luò)。（6）2009年通過對物聯(lián)網(wǎng)的跟蹤研究，中國移動(dòng)提出的物聯(lián)網(wǎng)定義是：對物體具有全面感知能力，對信息具有可靠傳送和智能處理能力

17、的連接物體與物體的信息網(wǎng)絡(luò)。全面感知、可靠傳送、智能處理是物聯(lián)網(wǎng)的特征。物聯(lián)網(wǎng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，比如分布式計(jì)算、無線射頻技術(shù)、傳感器、嵌入式智能、無線傳輸及實(shí)時(shí)一數(shù)據(jù)交換和互聯(lián)網(wǎng)都是目前較為成熟的技術(shù)，并在相關(guān)領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的新穎之處在于利用這些技術(shù)的交叉與融合，建立一個(gè)“物”與“物”相連的網(wǎng)絡(luò)，從而完成遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換與控制，方便人們生產(chǎn)生活。因此，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)(包含移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng))的拓展與深化。物聯(lián)網(wǎng)不是重新建設(shè)一套平行于互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)，而是充分利用互聯(lián)網(wǎng)所提供的信息高速公路，完成自身所具備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取、信息交換、遠(yuǎn)程控制等特色功能。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)除了交互以外更重要的是通過基于這

18、些交互信息之后提供的智能決策。2.3物聯(lián)網(wǎng)的基本特征物聯(lián)網(wǎng)的基本功能在于人與人、人與物、物與物之間在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)都能夠通過任何的網(wǎng)絡(luò)獲取任何的服務(wù)，物體也賦予了智能化?；緫?yīng)用大體分為三類:信息識(shí)別及位置監(jiān)控、(環(huán)境、物品屬性)動(dòng)態(tài)監(jiān)測類、智能控制類。物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)突出特點(diǎn)就是將跨行業(yè)的物品信息，通過統(tǒng)一的接日標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，集中存儲(chǔ)、處理，實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)信息資源共享，更廣范圍的協(xié)調(diào)處理，讓世界變得更有“感知力”，更加“智慧”。物聯(lián)網(wǎng)采取集中計(jì)算處理和分布式計(jì)算處理兩種信息處理模式同時(shí)采用，極大增強(qiáng)了邊緣網(wǎng)絡(luò)的快速反應(yīng)能力，物體可嵌入智能芯片，讓物品“更智能”，反應(yīng)速度更快，邊緣網(wǎng)絡(luò)的處理能力

19、更強(qiáng)。物聯(lián)網(wǎng)自身具備三個(gè)特征：（1）全面感知:即利用rfid，傳感器等隨時(shí)隨地獲取物體的信息；（2）可靠傳遞：通過各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去；（3）智能處理：利用云計(jì)算，模糊識(shí)別等各種智能計(jì)算技術(shù)，對海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對物體實(shí)施智能化的控制。2.4物聯(lián)網(wǎng)其他相關(guān)概念2.4.1智慧的地球“智慧的地球”理念由ibm公司提出，是把新一代it技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中。是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成所謂“物聯(lián)網(wǎng)”。并通過超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算將“物聯(lián)網(wǎng)”整合起來，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)

20、與物理系統(tǒng)的整合。人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，從而達(dá)到“智慧”狀態(tài)。2.4.2感知中國2009年8月7日，溫家寶總理在視察中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心時(shí)中心負(fù)責(zé)人向總理提出了發(fā)展傳感網(wǎng)的建議，溫家寶提出，至少三件事情可以盡快去做:一是把傳感系統(tǒng)和3g中的td技術(shù)結(jié)合起來;二是在國家重大科技專項(xiàng)中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展;三是盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心。感知中國概念由此提出。2.4.3mzm系統(tǒng)mzm指應(yīng)用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器與人之間數(shù)據(jù)通信和交流的一系列技術(shù)及其組合的總稱，也是所有增強(qiáng)機(jī)器設(shè)備通信和網(wǎng)絡(luò)能力的技術(shù)的總稱。mzm作為實(shí)現(xiàn)機(jī)

21、器與機(jī)器之間的無線通信手段.為制造業(yè)的信息北提供了一科，新的解決思路。mzm業(yè)務(wù)是目前物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中發(fā)展最快的部分，是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)普遍的應(yīng)用形式。2.5 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程1995年，未來之路一書中已提及物聯(lián)網(wǎng)的基本思路。1999年.mit auto一id center提出物聯(lián)網(wǎng)(the internet of things)的概念。2003年sun公司發(fā)表文章toward a global“internet of things”介紹了物聯(lián)網(wǎng)的基本工作流程并提出解決方案。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)(wsis)上，國際電信聯(lián)盟(itu)發(fā)布itu互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)

22、，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)概念。2009年1月23日，ibm首席執(zhí)行官彭明盛提出“智慧地球”，其中物聯(lián)網(wǎng)不可或缺，而奧巴馬總統(tǒng)在就職演講后對“鉀慧地球”構(gòu)想積極回應(yīng)，表示物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是美國在21世紀(jì)保持和奪回競爭優(yōu)勢的方式。2009年8月9日，溫家寶總理在無錫視察的時(shí)候視察了中科院相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)中心，對于“物聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用提出了三點(diǎn)要求，提出“感知中國”概念。2009年9月11日，“傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組成立大會(huì)暨感知中國高峰論壇”在北京舉行，會(huì)上成立了傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組，為我國將來開展傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制訂工作，參與國際標(biāo)準(zhǔn)化、把握信息化浪潮奠定了基礎(chǔ)。2009年9月14日，在中國通信業(yè)發(fā)展高層論壇上，中國移動(dòng)總

23、裁王建宙表示物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)無限，移動(dòng)將以開放姿態(tài)，與各方竭誠合作。2009年9月21日，工信部在相關(guān)會(huì)議上，首次明確提出要進(jìn)一步研究建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)，加快傳感中心建設(shè)，推進(jìn)信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廠泛應(yīng)用，提高資源利用率、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益和投入產(chǎn)出效率等。2009年10月11日，工業(yè)和信息化部部長李毅中部長在科技日報(bào)上發(fā)表題為我國工業(yè)和信息化發(fā)展的現(xiàn)狀與展望的署名文章，首次公開提及傳感網(wǎng)絡(luò)，并將其上升到戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高度，指出信息技術(shù)的廣泛滲透和高度應(yīng)用將催生出一批新增長點(diǎn)。2009年11月3日，溫家寶總理在人民大會(huì)堂向首都科技界發(fā)表了題為“讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展”的講一話，首度提出發(fā)展包括新能源、

24、新材料、生命科學(xué)、生命醫(yī)藥、信息網(wǎng)絡(luò)、海洋工程、地質(zhì)勘探等七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)，并將“物聯(lián)網(wǎng)”并入信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要內(nèi)容，并強(qiáng)調(diào)信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)是世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的重要驅(qū)動(dòng)力。從技術(shù)發(fā)展角度看，傳感器網(wǎng)絡(luò)(sensor network)的概念最早由美國軍方提出，起源于1978年美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局(darpa)開始資助卡耐基梅隆大學(xué)進(jìn)行分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)此概念局限于由若干具有無線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多種接入網(wǎng)絡(luò)以及智能計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，2008年2月，itut發(fā)表了泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)(ubiquitous sensor networks)研究報(bào)

25、告。在報(bào)告中，itut指出傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)向泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展，它是由智能傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，可以以“任何地點(diǎn)、任何時(shí)間、任何人、任何物”的形式被部署。該技術(shù)可以在廣泛的領(lǐng)域中推動(dòng)新的應(yīng)用和服務(wù)，從安全保衛(wèi)和環(huán)境監(jiān)控到推動(dòng)個(gè)人生產(chǎn)力和增強(qiáng)國家競爭力。移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議在1999年就將傳感網(wǎng)視為21世紀(jì)人類又一個(gè)發(fā)展機(jī)遇；2005年，國際電信聯(lián)盟(itu)發(fā)布了(itu互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)，從此“物聯(lián)網(wǎng)”的概念日漸深入人心。加拿大、英國、德國、芬蘭、意大利、日本和韓國等國紛紛加強(qiáng)對傳感網(wǎng)研究的投入，“智慧地球”、“u一japan”、“u一korea”等項(xiàng)目陸續(xù)提出。我國在此領(lǐng)域布

26、局較早，中科院10年前就啟動(dòng)了傳感網(wǎng)研究，傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系已形成初步框架，目前我國與德國、美國等國一起，成為國際標(biāo)準(zhǔn)制定的主要國家之一。中國電信的m2m平臺(tái)從07年就開始搭建，建立在其基礎(chǔ)上的系統(tǒng)應(yīng)用橫跨物流、交通、節(jié)能、環(huán)保、消防、車輛跟蹤等多個(gè)行業(yè)。2.6國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢據(jù)統(tǒng)計(jì)，物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)階段的主要形式m2m在2009年全球運(yùn)營商的業(yè)務(wù)收入約為15億美元。而從全球市場的數(shù)據(jù)分析，預(yù)計(jì)到2010年m2m市場規(guī)模將達(dá)到2234億美元。美國市場研究公司forrester預(yù)測，到2020年，世界上物物互連的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達(dá)到30比1，僅僅是在智能電網(wǎng)和機(jī)場防入侵系統(tǒng)方面

27、的市場就有上千億美元。因此物聯(lián)網(wǎng)被稱為是下一個(gè)萬億美元級(jí)的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)。2.6.1產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 目前國際物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）各國齊頭并進(jìn)，相繼推出區(qū)域戰(zhàn)略規(guī)劃 當(dāng)前，世界各國的物聯(lián)網(wǎng)基本都處于技術(shù)研究與試驗(yàn)階段：美、日、韓、歐盟等都正投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)，并啟動(dòng)了以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智慧地球、u-japan、u-korea、物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃等國家性區(qū)域戰(zhàn)略規(guī)劃。2009年1月，在美國總統(tǒng)奧巴馬與美國工商領(lǐng)袖的圓桌會(huì)議上，ibm公司ceo提出智慧地球的概念，即把傳感器放到電網(wǎng)、鐵路、橋梁和公路等物體中，能量極其強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)群，能夠?qū)φ麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部人員和物體實(shí)施管理和控制。

28、這樣，人類可以更加精確地利用動(dòng)態(tài)實(shí)施的方式管理生產(chǎn)活動(dòng)和生活方式，達(dá)到智慧狀態(tài)。2009年5月7、8日，歐洲各國的官員、企業(yè)領(lǐng)袖和科學(xué)家在布魯塞爾就物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行專題討論，并作為振興歐洲經(jīng)濟(jì)的思路。歐盟委員會(huì)信息社會(huì)與媒體中心主任魯?shù)婪蚴┨芈~爾說：物聯(lián)網(wǎng)及其技術(shù)是我們的未來。2009年6月歐盟發(fā)布了新時(shí)期下物聯(lián)網(wǎng)的行動(dòng)計(jì)劃。日本和韓國分別提出了u-japan，u-korea的計(jì)劃和構(gòu)想。u來自拉丁文ubiquitous意為無所不在。日本將物聯(lián)網(wǎng)列為國家重點(diǎn)戰(zhàn)略之一；韓國出臺(tái)了基于ip的傳感器網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃，將物聯(lián)網(wǎng)確定為新增長動(dòng)力。（2）基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)rfid，成為市場最為關(guān)注技術(shù) 20

29、08年全球rfid市場規(guī)模已從2007年的49.3億美元上升到52.9億美元，這個(gè)數(shù)字覆蓋了rfid市場的方方面面，包括標(biāo)簽、閱讀器、其他基礎(chǔ)設(shè)施、軟件和服務(wù)等。rfid卡和卡相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施將占市場的57.3%，達(dá)30.3億美元。來自金融、安防行業(yè)的應(yīng)用將推動(dòng)rfid卡類市場的增長。2010年以來，由于經(jīng)濟(jì)形勢的好轉(zhuǎn)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等利好因素推動(dòng)，全球rfid市場也持續(xù)升溫，并呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，預(yù)計(jì)2012年，市場規(guī)模將達(dá)到200多億美元。與此同時(shí)，rfid的應(yīng)用領(lǐng)域越來越多，人們對rfid產(chǎn)業(yè)發(fā)展的期待也越來越高。目前rfid技術(shù)正處于迅速成熟的時(shí)期，許多國家都將rfid作為一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)予以積

30、極推動(dòng)。（3）各組織紛紛研究制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，競爭日益激烈 iso/iec（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織及國際電工委員會(huì)）在傳感器網(wǎng)絡(luò)、itu-t（國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組）在泛在網(wǎng)絡(luò)、etsi（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)）在物聯(lián)網(wǎng)、ieee（美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）在近距離無線、ietf（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）在ipv6（下一版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）的應(yīng)用、3gpp（第三代合作伙伴計(jì)劃）在m2m（機(jī)器與機(jī)器）等方面紛紛啟動(dòng)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究工作，競爭日益激烈。2.6.2 發(fā)展趨勢 在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程中，技術(shù)趨勢呈現(xiàn)出融合化、嵌入化、可信化和智能化的特征，管理應(yīng)用趨勢呈現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)化、開放化和工程化的特征。（1）應(yīng)用

31、大規(guī)模普及，即將成為下一個(gè)萬億級(jí)產(chǎn)業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈長、涉及多個(gè)產(chǎn)業(yè)群的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋了各行各業(yè)，在其發(fā)展的同時(shí)還將帶動(dòng)傳感器、微電子、視頻識(shí)別等一系列產(chǎn)業(yè)的同步發(fā)展，帶來巨大的產(chǎn)業(yè)集群生產(chǎn)效益。6月22日在上海開幕的2010中國國際物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)指出，物聯(lián)網(wǎng)將成為全球信息通信行業(yè)的萬億美元級(jí)新興產(chǎn)業(yè)。到2020年之前，全球接入物聯(lián)網(wǎng)的終端將達(dá)到500億個(gè)。亞里士多德曾說過給我一個(gè)支點(diǎn)我可以撬起地球，而今隨著技術(shù)的發(fā)展，這句豪言完全可以與時(shí)俱進(jìn)地改為給我一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)我可以感知地球。（2）歐美市場將引領(lǐng)全球rfid產(chǎn)業(yè)發(fā)展 2010年以來，隨著經(jīng)濟(jì)形勢的好轉(zhuǎn)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等利好因素推

32、動(dòng)，全球rfid市場也持續(xù)升溫，并呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，預(yù)計(jì)2012年，市場規(guī)模將達(dá)到212億美元。其中，歐美市場領(lǐng)先全球，是當(dāng)前主要的區(qū)域市場。從垂直市場發(fā)展來看：飛利浦、西門子等半導(dǎo)體廠商基本壟斷了rfid芯片市場；ibm、hp、微軟等國際巨頭搶占了rfid中間件、系統(tǒng)集成研究的有利位置；alien、intermec、symbol等公司則提供rfid標(biāo)簽、讀寫器等產(chǎn)品及設(shè)備。從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定來看：目前，國際上基本形成了rfid五大標(biāo)準(zhǔn)組織，分別代表了國際上不同團(tuán)體或者國家的利益。從具體應(yīng)用推廣來看：歐美地區(qū)技術(shù)應(yīng)用較成熟。美國的rfid應(yīng)用已經(jīng)從軍事應(yīng)用為主，向交通、車輛管理、身份識(shí)別和倉儲(chǔ)管理

33、等領(lǐng)域延伸；歐洲地區(qū)德國、英國、法國和荷蘭等rfid產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)先國家在交通、身份識(shí)別、物資跟蹤等領(lǐng)域也有了比較廣泛的應(yīng)用。2.7 本章小結(jié)本章介紹了物聯(lián)網(wǎng)的定義、物聯(lián)網(wǎng)的特征、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程以及物聯(lián)網(wǎng)的國內(nèi)外發(fā)展趨勢等相關(guān)內(nèi)容，使讀者對物聯(lián)網(wǎng)新興名詞有了進(jìn)一步了解，對于物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)各國科學(xué)家在不斷探索中，本章知識(shí)根據(jù)現(xiàn)有可查詢資料做的一個(gè)該要總結(jié)。第三章 物聯(lián)網(wǎng)感知層標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層3個(gè)層次。感知層由各種具有感知能力的設(shè)備組成，主要用于感知和采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層包括各種通信網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)形成的承載網(wǎng)絡(luò)，可以將感知層感知和采集的數(shù)據(jù)信息通

34、過現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)（如2g/3g/4g 網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等）上傳給應(yīng)用層，完成感知層和應(yīng)用層之間的信息通信；應(yīng)用層包括業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)和應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)物品信息的匯總、協(xié)同、共享、互通、分析、決策等功能。作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的最前端，感知層的信息感知和采集效果對于物聯(lián)網(wǎng)功能的有效實(shí)現(xiàn)有著決定性的作用，而標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)的研究和實(shí)現(xiàn)是完善物聯(lián)網(wǎng)感知層功能的基礎(chǔ)，因此，感知層標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)的研究是必要且緊迫的。物聯(lián)網(wǎng)感知層不但包含網(wǎng)絡(luò)、通信、信息處理、傳感器、安全、服務(wù)技術(shù)、標(biāo)識(shí)、定位、同步等傳統(tǒng)技術(shù)，還涉及到協(xié)同處理等新技術(shù)，覆蓋范圍較寬。國際國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織已開始進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)感知層的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)研究， 但各自的定義不統(tǒng)一，

35、針對性也不同。本章通過對物聯(lián)網(wǎng)感知層共性需求和特定應(yīng)用的提煉，提出了一種物聯(lián)網(wǎng)感知層的標(biāo)準(zhǔn)體系。物聯(lián)網(wǎng)感知層標(biāo)準(zhǔn)體系如圖3.1 所示， 分為兩個(gè)層面：基礎(chǔ)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用層面?；A(chǔ)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)感知層的共同特征和技術(shù)需求提煉出來的，包含技術(shù)術(shù)語、接口、通信與網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同信息處理、信息服務(wù)支持、網(wǎng)絡(luò)安全與隱私、一致性和互用性測試等模塊。應(yīng)用層面中的典型應(yīng)用可以通過對基礎(chǔ)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的剪裁進(jìn)行定制。下面對物聯(lián)網(wǎng)感知層標(biāo)準(zhǔn)體系的各模塊分別進(jìn)行說明。3.1 技術(shù)術(shù)語為了方便各國以及各組織在物聯(lián)網(wǎng)感知層研究方面的交流，促進(jìn)研究發(fā)展，需要對物聯(lián)網(wǎng)感知層中的專用名詞和關(guān)鍵技術(shù)給予明確定義，形成業(yè)界統(tǒng)一的技術(shù)術(shù)

36、語。3.2 需求分析需求分析是對各種感知層應(yīng)用、服務(wù)的特征和功能需求進(jìn)行提煉，需要從以下3 個(gè)方面入手。 對感知層應(yīng)用模型和應(yīng)用場景進(jìn)行分析。 通過物理層、mac 層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等對感知層的服務(wù)特征和功能需求進(jìn)行分析。 對感知層的發(fā)展前景和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目進(jìn)行分析。公共安全環(huán)境保護(hù)醫(yī)療看護(hù)工業(yè)控制軍事能源分布農(nóng)業(yè)智能運(yùn)輸智能家居太空探索水資源管理其他應(yīng)用層面基礎(chǔ)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)術(shù)語需求分析參考框架接口傳感器接口數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)通信標(biāo)準(zhǔn)物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層主干網(wǎng)接入層網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)同信息處理性能公告協(xié)同策略規(guī)劃通信需求規(guī)劃移動(dòng)支持信息服務(wù)支持信息描述信息存儲(chǔ)信息標(biāo)識(shí)目錄服務(wù)服務(wù)質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)安全與隱私安全技術(shù)

37、安全管理安全評估隱私策略中間件功能一致性和互用性測試一致性測試互用性測試性能測試圖3.13.4 接口3.4.1傳感器接口傳感器之間存在多種不同傳感器接口，這對感知層的兼容性十分不利，因此需要對市場上已有和正在研究的各種傳感器接口信息進(jìn)行調(diào)研和搜集，制定統(tǒng)一的傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在比較常用的傳感器模擬和數(shù)字接口包括：420 ma、05 v、spi、rs-232 等。3.4.2數(shù)據(jù)類型和格式傳感器種類和應(yīng)用場景的不同會(huì)導(dǎo)致傳感器數(shù)據(jù)類型和格式的多樣化，現(xiàn)在比較常用的數(shù)據(jù)類型包括音頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等，編碼和壓縮后的數(shù)據(jù)格式包括mpeg、jpeg、asn.1、xml 等。通過對不同的

38、數(shù)據(jù)類型和格式進(jìn)行劃分，制定明確的接口定義可以避免在不同傳感器和應(yīng)用場景中出現(xiàn)數(shù)據(jù)不匹配的情況，提高感知層的應(yīng)用效率。3.5 通信和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)感知層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要具備自組織、自配置、魯棒性強(qiáng)、可升級(jí)等特點(diǎn)，一些已經(jīng)應(yīng)用的通信標(biāo)準(zhǔn)分別包含了以上特點(diǎn)。根據(jù)對已有標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充和剪裁，將感知層基礎(chǔ)平臺(tái)的通信和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)分為4 層：物理層、mac 層、網(wǎng)絡(luò)層和主干網(wǎng)接入層。3.5.1物理層物理層定義了感知層設(shè)備間在物理連接上進(jìn)行原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā８鶕?jù)感知層的不同應(yīng)用需求，物理層包含的技術(shù)手段略有差別，一般包含發(fā)送頻率、調(diào)制方法、短距離通信策略、長距離通信策略、低速率傳輸、高速率傳輸?shù)仁侄?。感知層設(shè)備可以通過

39、有線或無線互連?，F(xiàn)有的很多有線和無線通信標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)比較成熟， 包括rs-232、rs-422、rs-423、rs-485、plc、hfc、can、ethernet 等有線標(biāo)準(zhǔn)和ieee 802.15.3、ieee 802.15.4、藍(lán)牙、cdma、wlan 等無線標(biāo)準(zhǔn)。針對感知層特點(diǎn)的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，需要把這些技術(shù)都考慮進(jìn)來，根據(jù)感知層各種應(yīng)用的共性需求，制定出最合適的物理層標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)感知層設(shè)備之間、網(wǎng)關(guān)之間、企業(yè)網(wǎng)之間的互連。3.5.2mac 層mac 層保證了感知層設(shè)備間的邏輯連接， 通過尋址和信道接入控制實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信。為了彌補(bǔ)物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟豢煽啃?，mac 層還提供了流量控

40、制、差錯(cuò)檢測、差錯(cuò)控制等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸。與其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)體相比，物聯(lián)網(wǎng)感知層受到能量、通信、存儲(chǔ)、計(jì)算能力等的限制， 因此mac 層標(biāo)準(zhǔn)必須實(shí)現(xiàn)較高的能效性和較少的數(shù)據(jù)交互?，F(xiàn)有的一些mac 層協(xié)議并沒有考慮到這些限制， 所以并不能有效應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)感知層中， 可以通過對現(xiàn)有mac 層協(xié)議(如csma/ca、動(dòng)態(tài)tdma、s-mac 等)的擴(kuò)展性、設(shè)備休眠策略、信道接入控制技術(shù)、流量和差錯(cuò)控制技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)的研究制定適用于物聯(lián)網(wǎng)感知層的mac 層標(biāo)準(zhǔn)。3.5.3網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層位于物理層和mac 層之上，實(shí)現(xiàn)了流量控制、差錯(cuò)檢測、中繼和路由選擇等功能。與有線傳輸相比，無線傳輸在能

41、量、通信、存儲(chǔ)、計(jì)算能力等方面的限制對網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)提出了更大的挑戰(zhàn)，需要結(jié)合以下技術(shù)才能有效解決這些問題：網(wǎng)絡(luò)信息的自配置、網(wǎng)絡(luò)地址和物理地址之間的地址解析、點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)單元傳輸協(xié)議、端到端的數(shù)據(jù)單元傳輸協(xié)議、感知層設(shè)備和網(wǎng)關(guān)的時(shí)間同步和自定位、不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作、路由策略。3.5.4主干網(wǎng)接入層無論是網(wǎng)絡(luò)間的通信，還是與人的交互，物聯(lián)網(wǎng)感知層都需要接入通信主干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用。感知層與主干網(wǎng)的接入可以分為有線(如ethernet 等)和無線(如gsm、3g、4g 等)兩種接入方式。主干網(wǎng)接入層協(xié)議通過對網(wǎng)關(guān)的發(fā)送接收和應(yīng)用程序接口進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)與主干網(wǎng)的互連，對物聯(lián)網(wǎng)感知層各種應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)起到了

42、決定性的作用。3.6 網(wǎng)絡(luò)管理與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相比， 物聯(lián)網(wǎng)感知層包含了新的功能單元，而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議并沒有對些功能單元提供支持，可以從以下幾個(gè)方面著手制定適合物聯(lián)網(wǎng)感知層的管理協(xié)議：在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(如snmp、zigbee 等)的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，研究新的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議、拓?fù)涔芾韰f(xié)議、不同管理協(xié)議協(xié)的同工作。3.7 移動(dòng)支持物聯(lián)網(wǎng)感知層的移動(dòng)性可以分為4 類： 網(wǎng)關(guān)移動(dòng)、設(shè)備移動(dòng)、用戶移動(dòng)、環(huán)境移動(dòng)。每種移動(dòng)方式都需要提供相應(yīng)的支持。感知層內(nèi)部設(shè)備與網(wǎng)關(guān)距離較遠(yuǎn)時(shí)， 需要通過多跳實(shí)現(xiàn)通信，能耗很大。通過網(wǎng)關(guān)移動(dòng)可以增加網(wǎng)關(guān)的覆蓋面積，縮短網(wǎng)關(guān)與設(shè)備之間的距離，有效降低網(wǎng)絡(luò)的通信能耗。感知層內(nèi)的

43、設(shè)備移動(dòng)可以通過設(shè)備本身的特性實(shí)現(xiàn)，也可以通過把設(shè)備固定在可移動(dòng)的物體上實(shí)現(xiàn)，無論是通過何種方式實(shí)現(xiàn)，都可以降低網(wǎng)絡(luò)的通信能耗，增加設(shè)備的覆蓋面積，減少設(shè)備的布設(shè)數(shù)量，從而降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)成本。設(shè)備移動(dòng)可以分為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)間移動(dòng)。ip 網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)內(nèi)移動(dòng)的設(shè)備可以根據(jù)新位置更改內(nèi)網(wǎng)ip。實(shí)現(xiàn)新的對應(yīng)關(guān)系；網(wǎng)間移動(dòng)的設(shè)備需要同時(shí)更改網(wǎng)關(guān)ip和內(nèi)網(wǎng)ip，建立與新網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備的通信。用戶移動(dòng)可以分為兩種情況：用戶作為終端的移動(dòng)和用戶作為設(shè)備的移動(dòng)。用戶作為終端的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致與用戶進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)發(fā)生變化， 需要?jiǎng)討B(tài)切換技術(shù)的支持；用戶作為設(shè)備的移動(dòng)與設(shè)備移動(dòng)情況類似。環(huán)境移動(dòng)是指感知層周圍的環(huán)境在某

44、些情況下會(huì)發(fā)生變化，如天氣、空氣密度等，感知層的傳輸、處理等參數(shù)也需要隨之動(dòng)態(tài)調(diào)整。3.8 協(xié)同信息處理在能量、通信、存儲(chǔ)、計(jì)算能力受限的物聯(lián)網(wǎng)感知層中， 協(xié)同信息處理對于有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用起到了關(guān)鍵作用，可以通過3 個(gè)方面建模：性能公告實(shí)體(cde)、協(xié)同策略規(guī)劃實(shí)體(cspe)、通信需求定義實(shí)體(crse)。性能公告實(shí)體在物聯(lián)網(wǎng)感知層中通過廣播公告感知層設(shè)備自身的性能；協(xié)同策略規(guī)劃實(shí)體通過均衡資源消耗和應(yīng)用效果尋求最優(yōu)的協(xié)同處理方案；通信需求定義實(shí)體作為信息交換的接口，通過對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)感知層中的信息共享。3.9 信息服務(wù)支持信息服務(wù)支持包含信息描述、信息存儲(chǔ)、信息標(biāo)識(shí)

45、、目錄服務(wù)。3.9.1信息描述對感知層中傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行明確定義和描述是感知層協(xié)同工作的基本要求，可以利用現(xiàn)有的一些語言和符號(hào)(如asn.1 等)描述信息。3.9.2信息存儲(chǔ)由于感知層設(shè)備本地存儲(chǔ)能力不足， 限制了很多應(yīng)用，自適應(yīng)數(shù)據(jù)分解的方法可以有效解決這個(gè)問題。感知層根據(jù)特定應(yīng)用的需求，動(dòng)態(tài)地通過信號(hào)降采樣、數(shù)據(jù)壓縮、減少冗余信息等數(shù)據(jù)分解方法降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，在數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)精度之間進(jìn)行折衷。3.9.3信息標(biāo)識(shí)感知層的信息標(biāo)識(shí)包含傳感器設(shè)備標(biāo)識(shí)、設(shè)備類型標(biāo)識(shí)、信息標(biāo)識(shí)、信息類型標(biāo)識(shí)、應(yīng)用類型標(biāo)識(shí)等，可以通過已有的一些標(biāo)準(zhǔn)(如oid、uri 等)對這些信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)。3.9.4目錄服務(wù)在感知層數(shù)據(jù)

46、庫中， 每個(gè)感知層設(shè)備對應(yīng)一個(gè)目錄，通過對目錄的查找可以更迅速快捷地找到感知層設(shè)備的相應(yīng)信息。感知層目錄服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的制定可以參考iso/iec9594 標(biāo)準(zhǔn)中的目錄服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。3.10 服務(wù)質(zhì)量物聯(lián)網(wǎng)感知層的配置管理是否合理，功能實(shí)現(xiàn)是否有效，是否滿足了應(yīng)用需求，判斷的依據(jù)是服務(wù)質(zhì)量的衡量。制定合適的服務(wù)質(zhì)量衡量方法對感知層的功能評估十分重要。應(yīng) 用場景不同，使用的服務(wù)質(zhì)量衡量方法也不同。根據(jù)應(yīng)用服務(wù)模式，可以把感知層分為3 類：時(shí)間驅(qū)動(dòng)型、事件驅(qū)動(dòng)型和查詢驅(qū)動(dòng)型。時(shí)間驅(qū)動(dòng)型應(yīng)用是指感知層以某一確定時(shí)間為周期完成相應(yīng)的信息感知和信息提供任務(wù)，如一些環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供較為典型的時(shí)間驅(qū)動(dòng)型服務(wù)；事

47、件驅(qū)動(dòng)型應(yīng)用是指感知層以物理世界某一特定事件發(fā)生為觸發(fā)點(diǎn)，完成相應(yīng)的信息感知和信息提供任務(wù)， 是安防物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要提供的關(guān)鍵服務(wù)類型之一；查詢驅(qū)動(dòng)型應(yīng)用是指感知層以來自用戶的查詢?yōu)橛|發(fā)點(diǎn)，依據(jù)用戶查詢需求完成后續(xù)的信息感知和信息提供任務(wù)，是基于感知層的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所提供的核心服務(wù)之一。對于以上3 種應(yīng)用服務(wù)模式，可以從兩個(gè)角度進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量的衡量：通信角度和信息處理角度。由于物聯(lián)網(wǎng)感知層不僅是一個(gè)信息傳輸系統(tǒng)， 更加是一個(gè)信息獲取、處理、提供系統(tǒng)，所以如果僅僅從傳統(tǒng)的通信角度衡量感知層的服務(wù)質(zhì)量是不夠的，信息處理角度的評估也是不可或缺的。從通信角度看，可以從網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)帶寬、丟包

48、率等方面評估；從信息處理角度看，可以從誤警率、目標(biāo)分類正確率、定位誤差等角度評估。圖3.2給出了這兩個(gè)角度具體的一些評估方法。3.11 中間件功能中間件功能表示的是物聯(lián)網(wǎng)感知層的一個(gè)功能集，包括信息獲取、信息過濾、數(shù)據(jù)比較和分析、數(shù)據(jù)挖掘、背景建模、背景感知處理、背景感知估計(jì)和決策、傳感器信息綜合管理等功能。中間件功能位于應(yīng)用層面和基礎(chǔ)功能層面之間，起到了承上啟下的作用，可以把中間件功能層面分為3 個(gè)功能子層：支持功能子層、通用服務(wù)子層和區(qū)域特定服務(wù)子層，不同層面實(shí)現(xiàn)不同功能，如圖3.3 所示。在明確定義了中間件功能層面各種功能的同時(shí)， 還需要對中間件功能層面、應(yīng)用層面和基礎(chǔ)層面的接口進(jìn)行明確

49、定義。3.12 網(wǎng)絡(luò)安全與隱私對于物聯(lián)網(wǎng)感知層的很多應(yīng)用來說，網(wǎng)絡(luò)安全是實(shí)現(xiàn)其功能的基本保障?，F(xiàn)階段感知層安全技術(shù)的研究主要集中在網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)、分布式密鑰管理、安全路由協(xié)議(如dsdv、dsr、sead 等)、設(shè)備協(xié)作和自私機(jī)制、惡意資源消耗、入侵檢測模型等幾個(gè)方面。安全管理通過對現(xiàn)有安全技術(shù)的使用實(shí)現(xiàn)，需要滿足部署和應(yīng)用方便、減少手動(dòng)操作、降低能耗等幾個(gè)方面的要求。通過分析感知層采用的安全技術(shù)和安全管理手段，在選擇設(shè)備、構(gòu)建感知層、接入主干網(wǎng)之前必須對物聯(lián)網(wǎng)感知層進(jìn)行安全評估，以確定網(wǎng)絡(luò)的安全性能。3.13 一致性和互用性測試物聯(lián)網(wǎng)感知層要通過測試驗(yàn)證是否滿足目標(biāo)應(yīng)用的需求。測試包括一致性測

50、試和互用性測試，根據(jù)互操作協(xié)議制定測試用例，通過測試結(jié)果對感知層目標(biāo)應(yīng)用的需求滿足情況進(jìn)行評估。一致性測試是對感知層在特定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下接收測試用例后輸出數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行測試，根據(jù)測試結(jié)果對感知層的一致性進(jìn)行評估；互用性測試是通過在網(wǎng)絡(luò)互用環(huán)境下對感知層各執(zhí)行實(shí)體間協(xié)議正確性、功能實(shí)現(xiàn)性、互用可行性的測試進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議正確性的評估。3.14 應(yīng)用層面由于物聯(lián)網(wǎng)感知層的每一個(gè)實(shí)際應(yīng)用都有其特殊的應(yīng)用需求，所以需要對感知層的各種應(yīng)用提供各自的應(yīng)用層面，以對服務(wù)特征、處理函數(shù)、接口程序、運(yùn)作屬性等作出定義。網(wǎng)關(guān)移動(dòng)性服務(wù)質(zhì)量需求通信信息處理網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性用戶移動(dòng)性環(huán)境移動(dòng)性可靠性安全與隱私認(rèn)證機(jī)密性

51、完整性接入控制可用性責(zé)任性性能質(zhì)量可用性傳輸準(zhǔn)確性延時(shí)帶寬布設(shè)隨機(jī)控制覆蓋范圍空間時(shí)間信息增益信息效率特定應(yīng)用衡量能量資源效率錯(cuò)誤接收率分類定位誤差圖3.2圖3.33.15 本章小結(jié)物聯(lián)網(wǎng)感知層的研究還處于起步階段，需要研究和解決的問題很多，感知層標(biāo)準(zhǔn)體系的搭建無疑是感知層各種技術(shù)研究的前提和基礎(chǔ)，對感知層功能的有效實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。本文通過對物聯(lián)網(wǎng)感知層共性需要和特定需要的總結(jié)，提出了一種物聯(lián)網(wǎng)感知層的標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，對感知層標(biāo)準(zhǔn)體系的搭建和統(tǒng)一意義重大，對推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了積極作用。標(biāo)準(zhǔn)體系中還有一些需要深入研究和細(xì)化的問題，如協(xié)同信息處理模型的進(jìn)一步細(xì)化、中間件功能的進(jìn)一步明確、網(wǎng)絡(luò)安

52、全策略的標(biāo)準(zhǔn)化等，是下一步的研究方向。第四章 離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的理論與應(yīng)用4.1離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)概述離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng) (discrete event dynamic systems，縮寫deds) 是哈佛大學(xué)何琉琦(y.c.ho)教授于1980 年前后提出的一個(gè)新的學(xué)科分支，它是當(dāng)前系統(tǒng)理論和控制理論的一個(gè)前沿方向。離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)是指由離散事件按照一定的運(yùn)行規(guī)則相互作用而導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)演化的一類動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。離散事件驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的演化，而狀態(tài)演化又導(dǎo)致新的事件的出現(xiàn)。這種離散事件的錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用，構(gòu)成了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，此類動(dòng)態(tài)特性難以用傳統(tǒng)的微分方程或差分方程來描述。由于有待回答的問題不同，需要用

53、不同的模型和工具對各層次、各側(cè)面的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述、分析和調(diào)控，從而形成一套關(guān)于 deds 的模型體系以及相應(yīng)的方法論。在八十年代前后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等的發(fā)展完善以及廣泛應(yīng)用，在通訊、制造、交通管理、軍事指揮系統(tǒng)等領(lǐng)域相繼出現(xiàn)了一些反映技術(shù)發(fā)展方向的復(fù)雜人為系統(tǒng)，如大規(guī)模計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、柔性制造系統(tǒng)、軍事指揮中的 c 3i 系統(tǒng)等。在這些系統(tǒng)中存在著大量的離散事件過程，它們無法由物理和其它自然科學(xué)的定律描述，而是服從于人為的一些復(fù)雜規(guī)則，這些離散事件的相互作用構(gòu)成了系統(tǒng)的演化過程?；趯@類人為系統(tǒng)的行為和性能的研究需要，推動(dòng)著離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論的形成和發(fā)展。4.1.1離散

54、事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng) (deds) 的主要特征不同于連續(xù)變量動(dòng)態(tài)系統(tǒng) (cvds)，deds 的主要特征表現(xiàn)為：（1）系統(tǒng)狀態(tài)由一批符號(hào)和離散變量表征，狀態(tài)只能在離散時(shí)間點(diǎn)上瞬時(shí)發(fā)生變動(dòng)。（2）狀態(tài)的轉(zhuǎn)換或事件的發(fā)生具有一定的序列性(sequential relation)。（3）事件發(fā)生的異步性(asynchronization)。（4）事件或過程的并發(fā)性(concurrency)。（5）沖突(conflict)、互斥(mutual exclusion)和死鎖(deadlock)現(xiàn)象。（6）狀態(tài)演化的不確定性(non-determination)。4.1.2 deds 研究中建模和控制問題從層次上可

55、以將deds研究大致分為三類：邏輯層次、時(shí)間層次和統(tǒng)計(jì)層次。從邏輯層次研究deds中事件與狀態(tài)相互作用的序列的建模方法主要有：形式語言與自動(dòng)機(jī)、馬爾柯夫鏈、petri 網(wǎng)等；從時(shí)間層次研究 deds運(yùn)動(dòng)軌道及其特性的建模方法有：有限遞歸過程 、極大極小代數(shù)（dioid 雙子代數(shù)）、通訊序貫過程等；而廣義半馬爾柯夫過程、排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)、攝動(dòng)分析等則是從統(tǒng)計(jì)層次研究 deds 過程性能的研究方法。deds的控制問題，其原則等同于通常的控制系統(tǒng)，即歸結(jié)為通過禁止某些事件的出現(xiàn)來使系統(tǒng)按所期望的方式運(yùn)行，以保證系統(tǒng)的性能和避免危及正常運(yùn)行的各種行為。因此通常控制理論的一些基本概念，如穩(wěn)定性、能控性、能觀性等

56、，都可推廣到 d e d s 的研究中，只是其表征形式和相應(yīng)理論有所不同。本章針對邏輯、時(shí)間、統(tǒng)計(jì)層次，簡要介紹deds的層次模型，以及業(yè)已形成的部分理論框架及其應(yīng)用等。4.2deds 的邏輯層次模型及其理論進(jìn)展表征deds過程的兩個(gè)基本因素是：事件和狀態(tài)。狀態(tài)常用一些離散符號(hào)標(biāo)記，狀態(tài)集即狀態(tài)空間不需要任何的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。事件則按系統(tǒng)以外因素所確定的某種機(jī)制離散地瞬時(shí)地發(fā)生，并導(dǎo)致狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。因此，在邏輯層次上，基本問題歸結(jié)為研究事件和狀態(tài)按邏輯時(shí)間的序列，而不涉及物理時(shí)間問題。這樣有限自動(dòng)機(jī)、petri 網(wǎng)等這些具有很強(qiáng)邏輯功能表征能力的工具，對于描述和研究這些要素以及邏輯序列，無疑是非常恰當(dāng)?shù)氖侄巍?.2.1基于事件反饋的r-w 監(jiān)控理論有限自動(dòng)機(jī)/ 形式語言(automata/formal language)是50 年代發(fā)展起來的一門學(xué)科，