物聯(lián)網(wǎng)導論-物聯(lián)網(wǎng)體系結構概述課件

桂小林11物聯(lián)網(wǎng)技術概論（課程第2章）桂小林11物聯(lián)網(wǎng)技術概論桂小林2AR2物聯(lián)網(wǎng)的模型最少學時：3學時知識點：功能模型層次模型拓撲結構學習目標：熟悉物聯(lián)網(wǎng)的功能模型熟悉物聯(lián)網(wǎng)的層次模型理解功能模型與層次模型之間的關系連接物聯(lián)網(wǎng)常用網(wǎng)絡拓撲結構桂小林2AR2物聯(lián)網(wǎng)的模型最少學時：3學時桂小林3第二章物聯(lián)網(wǎng)體系結構桂小林3第二章物聯(lián)網(wǎng)體系結構桂小林4本章內容2.1物聯(lián)網(wǎng)體系結構概述2.2物聯(lián)網(wǎng)體系結構的基本組成2.3物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術2.4已有物聯(lián)網(wǎng)相關應用架構桂小林4本章內容桂小林52.1物聯(lián)網(wǎng)體系結構概述認識任何事物都要有一個從整體到局部的過程，尤其對于結構復雜、功能多樣的系統(tǒng)。首先需要對它的整體結構有所了解，然后才能進一步的去討論其中的細節(jié)。體系架構是指導具體系統(tǒng)設計的首要前提。物聯(lián)網(wǎng)應用廣泛，系統(tǒng)規(guī)劃和設計極易因角度的不同而產(chǎn)生不同的結果，因此急需建立一個具有框架支撐作用的體系架構。另外，隨著應用需求的不斷發(fā)展，各種新技術將逐漸納入物聯(lián)網(wǎng)體系中，體系架構的設計也將決定物聯(lián)網(wǎng)的技術細節(jié)、應用模式和發(fā)展趨勢。桂小林52.1物聯(lián)網(wǎng)體系結構概述認識任何事物都要有一個從桂小林6如圖2-1所示，在物聯(lián)網(wǎng)中，任何人和物之間都可以在任何時間、任何地點實現(xiàn)與任何網(wǎng)絡的無縫融合，它實現(xiàn)了物理世界的情景（context）感知、處理和控制這一閉環(huán)過程真正意義上形成了人-物、人-人、物-物間信息連接的新一代智能互聯(lián)網(wǎng)絡。桂小林6如圖2-1所示，在物聯(lián)網(wǎng)中，任何人和物之間都可以在桂小林7物聯(lián)網(wǎng)的最終目的是建立一個滿足人們生產(chǎn)、生活以及對資源、信息更高需求的綜合平臺，管理跨組織、跨管理域的各種資源和異構設備，為上層應用提供全面的資源共享接口，實現(xiàn)分布式資源的有效集成，提供各種數(shù)據(jù)的智能計算、信息的及時共享，決策的輔助分析等。物聯(lián)網(wǎng)是在傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的基礎上發(fā)展起來的桂小林7物聯(lián)網(wǎng)的最終目的是建立一個滿足人們生產(chǎn)、生活以及對桂小林8物聯(lián)網(wǎng)可以抽象劃分成廣泛分布的感知設備、物聯(lián)網(wǎng)中間件、上層應用三個層次，如圖2-2所示中間件（Middleware）是位于感知設備和應用之間的通用服務，這些服務具有標準的程序接口和協(xié)議，即中間件=平臺+通信。桂小林8物聯(lián)網(wǎng)可以抽象劃分成廣泛分布的感知設備、物聯(lián)網(wǎng)中間桂小林92.2物聯(lián)網(wǎng)體系結構的基本組成由物聯(lián)網(wǎng)特點可知，物聯(lián)網(wǎng)具有很強的異構性，為實現(xiàn)異構設備之間的互聯(lián)、互通與互操作，物聯(lián)網(wǎng)需要以一個開放的、分層的、可擴展的網(wǎng)絡體系結構為框架。目前，國內外的研究人員在描述物聯(lián)網(wǎng)的體系結構時，差異很大。如：ITU-T在Y.2002的自下而上分為底層泛在感知網(wǎng)絡、異構網(wǎng)絡接入層、骨干傳輸網(wǎng)、網(wǎng)絡中間件、泛在網(wǎng)絡應用平臺5層結構。通用四層物聯(lián)網(wǎng)體系結構，包含感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)管理與組織層、應用決策層。桂小林92.2物聯(lián)網(wǎng)體系結構的基本組成由物聯(lián)網(wǎng)特點可知，桂小林105層結構桂小林105層結構桂小林11通用四層結構桂小林11通用四層結構桂小林12通用四層結構感知控制層：它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的基礎，包括RFID讀寫器、智能傳感節(jié)點和接入網(wǎng)關等組成。各種傳感節(jié)點通過感知目標環(huán)境的相關信息，并自行組網(wǎng)傳遞到網(wǎng)關接入點，網(wǎng)關將收集到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)絡提交到后臺處理。數(shù)據(jù)傳輸層：主要負責通過各種接入設備實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等不同類型的網(wǎng)絡融合。此外，還提供路由、格式轉換、地址轉換等功能。數(shù)據(jù)的動態(tài)組織與管理層：實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的語義理解、推理、決策以及提供數(shù)據(jù)的查詢、存儲、分析、挖掘等。云計算為感知數(shù)據(jù)的存儲、分析提供了很好的平臺，是信息處理的重要組成部分，也是應用層各種應用的基礎。應用決策層：物聯(lián)網(wǎng)應用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供多種不同類型的服務。物聯(lián)網(wǎng)的應用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控），控制型（智能交通、智能家居），掃描型（手機錢包、高速公路不停車收費）等。桂小林12通用四層結構感知控制層：它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的基桂小林13感知控制層感知是指對客觀事物的信息直接獲取并進行認知和理解的過程。人們對于信息獲取的需求促使其不斷研發(fā)新的技術來獲取感知信息，如傳感器、RFID、定位技術等。桂小林13感知控制層感知是指對客觀事物的信息直接獲取并進行桂小林14數(shù)據(jù)傳輸層物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸層主要進行信息的傳送，它是物理感知世界的延伸，更好地實現(xiàn)物與物之間的通信、物與人之間的通信以及人與人之間的通信。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)的據(jù)傳輸層主要包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩層結構學生調研桂小林14數(shù)據(jù)傳輸層物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸層主要進行信息的傳送桂小林15數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)管理層則是利用云計算平臺實現(xiàn)海量感知數(shù)據(jù)的動態(tài)組織與管理，云計算技術的運用，使數(shù)以億計的各類物品的實時動態(tài)管理變得可能。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展、終端數(shù)量的增長，通過借助云計算處理海量信息，進行輔助決策，提升物聯(lián)網(wǎng)信息處理能力。(1)智能計算(2)海量數(shù)據(jù)存儲、檢索。。。桂小林15數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)管理層則是利用云計算平臺實現(xiàn)海量感桂小林16應用決策層物聯(lián)網(wǎng)技術綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、互聯(lián)網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等多種領域技術,具有十分廣闊的應用前景，在智能家居、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、遠程醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等眾多領域有著廣泛的應用價值。桂小林16應用決策層物聯(lián)網(wǎng)技術綜合了傳感器技術、嵌入式計桂小林17智能處理層：智能處理層是整個系統(tǒng)的核心，它的主要功能是數(shù)據(jù)存儲和多源數(shù)據(jù)的協(xié)同分析。通過在服務器上部署智能分析處理程序，針對單一探測器所采集的數(shù)據(jù)，調用相應的功能模塊進行分析，對同一區(qū)域的其它探測器所采集的信息進行綜合分析，實現(xiàn)異常事件的智能判斷。應用決策層：應用決策層的主要是系統(tǒng)的應用展示和管理。用戶可以通過智能手機、平板電腦等遠程監(jiān)控終端監(jiān)控和管理系統(tǒng)，及時對監(jiān)測到的各種事件進行決策處理。桂小林17智能處理層：智能處理層是整個系統(tǒng)的核心，它的主要桂小林18圖2-11手機錢包桂小林18圖2-11手機錢包桂小林19三層桂小林19三層桂小林20桂小林20桂小林212.3物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)后又一次技術的革新，代表著未來計算機與通信的發(fā)展方向。這次革新也取決于一些重要領域的動態(tài)技術創(chuàng)新，從RFID、EPC、傳感技術到認知網(wǎng)絡、云計算等。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關鍵技術如圖2-12所示，其中負責物體標識的RFID技術、感知物體動態(tài)信息的傳感器技術、實現(xiàn)信息傳遞的通信技術和網(wǎng)絡融合技術、信息處理的智能技術我們稱之為物聯(lián)網(wǎng)的四大關鍵技術。桂小林212.3物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)后又一次技桂小林222.3.1感知標識技術感知和標識是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物物相聯(lián)，人物互動”的基礎，各種類型的傳感器在彌合物理和虛擬世界差距方面發(fā)揮了關鍵作用，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、獲取、傳輸、處理、應用是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，其中數(shù)據(jù)的獲取是物聯(lián)網(wǎng)智能信息化的重要環(huán)節(jié)之一，沒有它，物聯(lián)網(wǎng)也就成了無水之源、無本之木。桂小林222.3.1感知標識技術感知和標識是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)桂小林23桂小林23桂小林242.3.2網(wǎng)絡與通信技術物聯(lián)網(wǎng)本質上是泛在網(wǎng)絡，需要融合現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡，并引入新的通信網(wǎng)絡。要實現(xiàn)泛在的物聯(lián)網(wǎng)，異構網(wǎng)絡的融合是一個重要的技術問題。三網(wǎng)融合技術：“三網(wǎng)融合”又叫“三網(wǎng)合一”（即FDDX），意指電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和計算機通信網(wǎng)的相互滲透、互相兼容、并逐步整合成為全世界統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡。桂小林242.3.2網(wǎng)絡與通信技術物聯(lián)網(wǎng)本質上是泛在網(wǎng)絡桂小林25三網(wǎng)融合桂小林25三網(wǎng)融合桂小林262.3.3云計算技術物聯(lián)網(wǎng)聚集海量數(shù)據(jù)海量數(shù)據(jù)需要有效組織、管理、存儲高效數(shù)據(jù)處理時物聯(lián)網(wǎng)的核心需要運用的云計算技術處理海量數(shù)據(jù)虛擬化Map-reduce。。。。桂小林262.3.3云計算技術物聯(lián)網(wǎng)聚集海量數(shù)據(jù)桂小林27云計算--低成本的海量信息處理技術云計算資源池存儲能力統(tǒng)一監(jiān)控管理計算能力SaaS(SoftwareasaSevice)軟件即服務物聯(lián)網(wǎng)應用不再是單純的賣硬件或軟件，而是針對長尾市場中各行各業(yè)的需求，通過能力開放與組合，形成個性化、差異化的優(yōu)質服務。云計算(Cloudcomputing)利用大規(guī)模低成本運算單元通過網(wǎng)絡相連而組成的運算系統(tǒng)，為物聯(lián)網(wǎng)海量的信息處理提供低成本計算能力。27桂小林27云計算--低成本的海量信息處理技術云計算資源池存桂小林28云計算--從單戶到多租戶桂小林28云計算--從單戶到多租戶桂小林29云計算講解[SaaS]桂小林29云計算講解[SaaS]桂小林302.3.4安全技術由于物聯(lián)網(wǎng)終端感知網(wǎng)絡的私有特性，因此安全也是一個必須面對的問題。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感節(jié)點通常需要部署在無人值守、不可控制的環(huán)境中，除了受到一般無線網(wǎng)絡所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務等多種威脅外，還面臨傳感節(jié)點容易被攻擊者獲取，通過物理手段獲取存儲在節(jié)點中的所有信息，從而侵入網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡的威脅。涉及到安全的主要有程序內容、運行使用、信息傳輸?shù)确矫?。位置是物?lián)網(wǎng)的核心服務。位置隱私成為物聯(lián)網(wǎng)推廣應用的核心技術。桂小林302.3.4安全技術由于物聯(lián)網(wǎng)終端感知網(wǎng)絡的私有桂小林31

因此，物聯(lián)網(wǎng)需要云計算支撐，必須解決人們關注的隱私安全問題。用戶數(shù)據(jù)應用桂小林31因此，物聯(lián)網(wǎng)需要云計算支撐，必桂小林322.4已有物聯(lián)網(wǎng)相關應用架構目前，具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構主要可以分為三類：(1)基于傳感器技術的無線傳感網(wǎng)體系結構；(2)基于互聯(lián)網(wǎng)和射頻識別技術的EPC、UID系統(tǒng)；(3)學術界和企業(yè)提出的M2M、CPS系統(tǒng)框架。下面我們就分別介紹這些相關應用框架。桂小林322.4已有物聯(lián)網(wǎng)相關應用架構目前，具有代表性的桂小林33WSN桂小林33WSN桂小林34EPC/UID系統(tǒng)桂小林34EPC/UID系統(tǒng)桂小林35EPC/UID系統(tǒng)EPC(ElectronicProductCode)電子產(chǎn)品編碼的概念最早由美國麻省理工大學(MIT)的Sarma和Brock教授在1999年提出的，其核心思想是為每一個產(chǎn)品提供唯一的電子標識符，通過射頻識別技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動標識和采集。2003年，國際物品編碼協(xié)會(EAN)和美國統(tǒng)一代碼協(xié)會(UCC)聯(lián)合成立了EPC—global，以推動EPC技術在商業(yè)上的應用。桂小林35EPC/UID系統(tǒng)EPC(Electronic桂小林36EPC編碼體系有EPC-64，EPC-96和EPC-256三種。使用較多的是EPC-64編碼體系，而新一代的EPC標簽將采用EPC-96編碼體系，其具體結構如表2-19所示。體系標頭廠商識別代碼對象分類代碼序列號EPC-968282436桂小林36EPC編碼體系有EPC-64，EPC-96和EP桂小林37桂小林37桂小林38桂小林38桂小林39M2M系統(tǒng)M2M的定義可以分為廣義和狹義兩種。廣義上包括Machine-to-Machine、Man-to-Machine以及Machine-to-Man。它是指是人與各種遠程設備之間的無線數(shù)據(jù)通信。狹義上的M2M是Machine-to-Machine的簡稱，指一方或雙方是機器且機器通過程序控制，能自動完成整個通信過程的通信形式桂小林39M2M系統(tǒng)M2M的定義可以分為廣義和狹義兩種。桂小林40M2M系統(tǒng)從右至左可以劃分為M2M設備域、M2M網(wǎng)絡域、M2M應用域。桂小林40M2M系統(tǒng)從右至左可以劃分為M2M設備域、M2M桂小林412.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制“某日小張正在公司上班，突然手機收到震動了鈴聲提示……原來是家中無人時門被打開，門磁偵測到有人闖入，則將闖入報警通過無線網(wǎng)關發(fā)送給主人小張的手機，手機收到信息發(fā)出震動鈴聲提示，小張確認后發(fā)出控制指令，電磁門鎖自動落鎖并觸發(fā)無線聲光報警器發(fā)出報警?！边@一場景成果實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的感、聯(lián)、智、控四種屬性。這四種屬性形成了一個完整的反饋控制系統(tǒng)。桂小林412.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制“某日小張正在公司上班桂小林422.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制

2.5.1自動控制的基本原理與方式

自動控制的概念及應用

反饋控制系統(tǒng)的基本組成自動控制系統(tǒng)的基本控制方式桂小林422.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制

2.5.1自動控桂小林43自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器、設備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預定的程序運行。自動控制的概念及應用2.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制

自動控制的基本原理與方式

桂小林43自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的桂小林44反饋控制定義反饋——把取出輸出量送回到輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋。分為負反饋和正反饋。反饋控制——就是采用負反饋并利用偏差進行控制的過程，而且，由于引入了被控量的反饋信息，整個控制過程成為閉合過程，因此反饋控制也稱閉環(huán)控制。桂小林44反饋控制定義反饋——把取出輸出量送回到輸入端，桂小林45反饋控制原理桂小林45反饋控制原理桂小林46反饋控制系統(tǒng)組成測量元件：檢測被控制的物理量，并將其轉換為電量。給定元件：給出與期望的被控量相對應的系統(tǒng)輸入量。比較元件：把測量元件檢測的被控量實際值與給定元件給出的參據(jù)量進行比較，求出它們之間的偏差。放大元件：將比較元件給出的偏差信號進行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制被控對象。執(zhí)行元件：直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生變化。校正元件：也叫補償元件，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)性能。桂小林46反饋控制系統(tǒng)組成測量元件：檢測被控制的物理量，并桂小林47自動控制系統(tǒng)的基本控制方式——反饋控制方式方式：按偏差進行控制。特點：減小或消除這個偏差作用：具有抑制任何內、外擾動對被控量產(chǎn)

生影響的能力，有較高的控制精度。問題：系統(tǒng)使用的元件多、結構復雜，設計

麻煩。桂小林47自動控制系統(tǒng)的基本控制方式——反饋控制方式方式桂小林48自動控制系統(tǒng)的基本控制方式——開環(huán)控制方式

方式：是指控制裝置與被控對象之間只有順向作

用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。特點：是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)

生影響。設計簡單。作用：可以按給定量控制，也可以按擾動控制。缺點：按擾動控制方式只適合擾動可測的場合，

且一個補償能力單一。桂小林48自動控制系統(tǒng)的基本控制方式——開環(huán)控制方式方式：桂小林49自動控制系統(tǒng)的基本控制方式——復合控制方式

方式：把兩者結合起來，對主要擾動采用適當補償?shù)难b置實現(xiàn)按擾動控制，同時再組成反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)按偏差控制，以消除其余擾動產(chǎn)生的偏差。特點：系統(tǒng)的主要擾動已被補償，反饋控制系統(tǒng)就比較容易被設計，控制效果也會更好。桂小林49自動控制系統(tǒng)的基本控制方式——復合控制方式方式：桂小林502.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制

2.5.2物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的控制論解析

2.5.3物聯(lián)網(wǎng)的控制特性

2.5.4控制理論在物聯(lián)網(wǎng)中的應用前景

桂小林502.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制

2.5.2物聯(lián)網(wǎng)桂小林51物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的控制論解析物聯(lián)網(wǎng)中的“感、智、控”分別構成了物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的測量、比較、執(zhí)行等三大部件，這三大部件又在“聯(lián)”這種網(wǎng)絡平臺上得以相互作用，形成了“控制系統(tǒng)”，最終實現(xiàn)了“控”的目的。聯(lián)桂小林51物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的控制論解析物聯(lián)網(wǎng)中的“感、智、控”桂小林52物聯(lián)網(wǎng)的控制特性魯棒性保安性可信性時延性桂小林52物聯(lián)網(wǎng)的控制特性魯棒性桂小林53控制理論在物聯(lián)網(wǎng)中的應用前景物聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)一定是一個計算機參與的離散控制系統(tǒng)，將離散控制理論的分析方法引入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的分析、研究和設計過程中，能夠使這一過程更加科學、合理，對系統(tǒng)的各種性能將有一個更準確的判斷，同時也便于進行仿真分析。桂小林53控制理論在物聯(lián)網(wǎng)中的應用前景物聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)一定桂小林5454THANKS！Q？A？GUIXIAOLIN桂小林5454THANKS！Q？A？桂小林5555物聯(lián)網(wǎng)技術概論（課程第2章）桂小林11物聯(lián)網(wǎng)技術概論桂小林56AR2物聯(lián)網(wǎng)的模型最少學時：3學時知識點：功能模型層次模型拓撲結構學習目標：熟悉物聯(lián)網(wǎng)的功能模型熟悉物聯(lián)網(wǎng)的層次模型理解功能模型與層次模型之間的關系連接物聯(lián)網(wǎng)常用網(wǎng)絡拓撲結構桂小林2AR2物聯(lián)網(wǎng)的模型最少學時：3學時桂小林57第二章物聯(lián)網(wǎng)體系結構桂小林3第二章物聯(lián)網(wǎng)體系結構桂小林58本章內容2.1物聯(lián)網(wǎng)體系結構概述2.2物聯(lián)網(wǎng)體系結構的基本組成2.3物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術2.4已有物聯(lián)網(wǎng)相關應用架構桂小林4本章內容桂小林592.1物聯(lián)網(wǎng)體系結構概述認識任何事物都要有一個從整體到局部的過程，尤其對于結構復雜、功能多樣的系統(tǒng)。首先需要對它的整體結構有所了解，然后才能進一步的去討論其中的細節(jié)。體系架構是指導具體系統(tǒng)設計的首要前提。物聯(lián)網(wǎng)應用廣泛，系統(tǒng)規(guī)劃和設計極易因角度的不同而產(chǎn)生不同的結果，因此急需建立一個具有框架支撐作用的體系架構。另外，隨著應用需求的不斷發(fā)展，各種新技術將逐漸納入物聯(lián)網(wǎng)體系中，體系架構的設計也將決定物聯(lián)網(wǎng)的技術細節(jié)、應用模式和發(fā)展趨勢。桂小林52.1物聯(lián)網(wǎng)體系結構概述認識任何事物都要有一個從桂小林60如圖2-1所示，在物聯(lián)網(wǎng)中，任何人和物之間都可以在任何時間、任何地點實現(xiàn)與任何網(wǎng)絡的無縫融合，它實現(xiàn)了物理世界的情景（context）感知、處理和控制這一閉環(huán)過程真正意義上形成了人-物、人-人、物-物間信息連接的新一代智能互聯(lián)網(wǎng)絡。桂小林6如圖2-1所示，在物聯(lián)網(wǎng)中，任何人和物之間都可以在桂小林61物聯(lián)網(wǎng)的最終目的是建立一個滿足人們生產(chǎn)、生活以及對資源、信息更高需求的綜合平臺，管理跨組織、跨管理域的各種資源和異構設備，為上層應用提供全面的資源共享接口，實現(xiàn)分布式資源的有效集成，提供各種數(shù)據(jù)的智能計算、信息的及時共享，決策的輔助分析等。物聯(lián)網(wǎng)是在傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的基礎上發(fā)展起來的桂小林7物聯(lián)網(wǎng)的最終目的是建立一個滿足人們生產(chǎn)、生活以及對桂小林62物聯(lián)網(wǎng)可以抽象劃分成廣泛分布的感知設備、物聯(lián)網(wǎng)中間件、上層應用三個層次，如圖2-2所示中間件（Middleware）是位于感知設備和應用之間的通用服務，這些服務具有標準的程序接口和協(xié)議，即中間件=平臺+通信。桂小林8物聯(lián)網(wǎng)可以抽象劃分成廣泛分布的感知設備、物聯(lián)網(wǎng)中間桂小林632.2物聯(lián)網(wǎng)體系結構的基本組成由物聯(lián)網(wǎng)特點可知，物聯(lián)網(wǎng)具有很強的異構性，為實現(xiàn)異構設備之間的互聯(lián)、互通與互操作，物聯(lián)網(wǎng)需要以一個開放的、分層的、可擴展的網(wǎng)絡體系結構為框架。目前，國內外的研究人員在描述物聯(lián)網(wǎng)的體系結構時，差異很大。如：ITU-T在Y.2002的自下而上分為底層泛在感知網(wǎng)絡、異構網(wǎng)絡接入層、骨干傳輸網(wǎng)、網(wǎng)絡中間件、泛在網(wǎng)絡應用平臺5層結構。通用四層物聯(lián)網(wǎng)體系結構，包含感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)管理與組織層、應用決策層。桂小林92.2物聯(lián)網(wǎng)體系結構的基本組成由物聯(lián)網(wǎng)特點可知，桂小林645層結構桂小林105層結構桂小林65通用四層結構桂小林11通用四層結構桂小林66通用四層結構感知控制層：它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的基礎，包括RFID讀寫器、智能傳感節(jié)點和接入網(wǎng)關等組成。各種傳感節(jié)點通過感知目標環(huán)境的相關信息，并自行組網(wǎng)傳遞到網(wǎng)關接入點，網(wǎng)關將收集到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)絡提交到后臺處理。數(shù)據(jù)傳輸層：主要負責通過各種接入設備實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等不同類型的網(wǎng)絡融合。此外，還提供路由、格式轉換、地址轉換等功能。數(shù)據(jù)的動態(tài)組織與管理層：實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的語義理解、推理、決策以及提供數(shù)據(jù)的查詢、存儲、分析、挖掘等。云計算為感知數(shù)據(jù)的存儲、分析提供了很好的平臺，是信息處理的重要組成部分，也是應用層各種應用的基礎。應用決策層：物聯(lián)網(wǎng)應用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供多種不同類型的服務。物聯(lián)網(wǎng)的應用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控），控制型（智能交通、智能家居），掃描型（手機錢包、高速公路不停車收費）等。桂小林12通用四層結構感知控制層：它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的基桂小林67感知控制層感知是指對客觀事物的信息直接獲取并進行認知和理解的過程。人們對于信息獲取的需求促使其不斷研發(fā)新的技術來獲取感知信息，如傳感器、RFID、定位技術等。桂小林13感知控制層感知是指對客觀事物的信息直接獲取并進行桂小林68數(shù)據(jù)傳輸層物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸層主要進行信息的傳送，它是物理感知世界的延伸，更好地實現(xiàn)物與物之間的通信、物與人之間的通信以及人與人之間的通信。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)的據(jù)傳輸層主要包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩層結構學生調研桂小林14數(shù)據(jù)傳輸層物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸層主要進行信息的傳送桂小林69數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)管理層則是利用云計算平臺實現(xiàn)海量感知數(shù)據(jù)的動態(tài)組織與管理，云計算技術的運用，使數(shù)以億計的各類物品的實時動態(tài)管理變得可能。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展、終端數(shù)量的增長，通過借助云計算處理海量信息，進行輔助決策，提升物聯(lián)網(wǎng)信息處理能力。(1)智能計算(2)海量數(shù)據(jù)存儲、檢索。。。桂小林15數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)管理層則是利用云計算平臺實現(xiàn)海量感桂小林70應用決策層物聯(lián)網(wǎng)技術綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、互聯(lián)網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等多種領域技術,具有十分廣闊的應用前景，在智能家居、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、遠程醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等眾多領域有著廣泛的應用價值。桂小林16應用決策層物聯(lián)網(wǎng)技術綜合了傳感器技術、嵌入式計桂小林71智能處理層：智能處理層是整個系統(tǒng)的核心，它的主要功能是數(shù)據(jù)存儲和多源數(shù)據(jù)的協(xié)同分析。通過在服務器上部署智能分析處理程序，針對單一探測器所采集的數(shù)據(jù)，調用相應的功能模塊進行分析，對同一區(qū)域的其它探測器所采集的信息進行綜合分析，實現(xiàn)異常事件的智能判斷。應用決策層：應用決策層的主要是系統(tǒng)的應用展示和管理。用戶可以通過智能手機、平板電腦等遠程監(jiān)控終端監(jiān)控和管理系統(tǒng)，及時對監(jiān)測到的各種事件進行決策處理。桂小林17智能處理層：智能處理層是整個系統(tǒng)的核心，它的主要桂小林72圖2-11手機錢包桂小林18圖2-11手機錢包桂小林73三層桂小林19三層桂小林74桂小林20桂小林752.3物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)后又一次技術的革新，代表著未來計算機與通信的發(fā)展方向。這次革新也取決于一些重要領域的動態(tài)技術創(chuàng)新，從RFID、EPC、傳感技術到認知網(wǎng)絡、云計算等。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關鍵技術如圖2-12所示，其中負責物體標識的RFID技術、感知物體動態(tài)信息的傳感器技術、實現(xiàn)信息傳遞的通信技術和網(wǎng)絡融合技術、信息處理的智能技術我們稱之為物聯(lián)網(wǎng)的四大關鍵技術。桂小林212.3物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)后又一次技桂小林762.3.1感知標識技術感知和標識是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物物相聯(lián)，人物互動”的基礎，各種類型的傳感器在彌合物理和虛擬世界差距方面發(fā)揮了關鍵作用，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、獲取、傳輸、處理、應用是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，其中數(shù)據(jù)的獲取是物聯(lián)網(wǎng)智能信息化的重要環(huán)節(jié)之一，沒有它，物聯(lián)網(wǎng)也就成了無水之源、無本之木。桂小林222.3.1感知標識技術感知和標識是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)桂小林77桂小林23桂小林782.3.2網(wǎng)絡與通信技術物聯(lián)網(wǎng)本質上是泛在網(wǎng)絡，需要融合現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡，并引入新的通信網(wǎng)絡。要實現(xiàn)泛在的物聯(lián)網(wǎng)，異構網(wǎng)絡的融合是一個重要的技術問題。三網(wǎng)融合技術：“三網(wǎng)融合”又叫“三網(wǎng)合一”（即FDDX），意指電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和計算機通信網(wǎng)的相互滲透、互相兼容、并逐步整合成為全世界統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡。桂小林242.3.2網(wǎng)絡與通信技術物聯(lián)網(wǎng)本質上是泛在網(wǎng)絡桂小林79三網(wǎng)融合桂小林25三網(wǎng)融合桂小林802.3.3云計算技術物聯(lián)網(wǎng)聚集海量數(shù)據(jù)海量數(shù)據(jù)需要有效組織、管理、存儲高效數(shù)據(jù)處理時物聯(lián)網(wǎng)的核心需要運用的云計算技術處理海量數(shù)據(jù)虛擬化Map-reduce。。。。桂小林262.3.3云計算技術物聯(lián)網(wǎng)聚集海量數(shù)據(jù)桂小林81云計算--低成本的海量信息處理技術云計算資源池存儲能力統(tǒng)一監(jiān)控管理計算能力SaaS(SoftwareasaSevice)軟件即服務物聯(lián)網(wǎng)應用不再是單純的賣硬件或軟件，而是針對長尾市場中各行各業(yè)的需求，通過能力開放與組合，形成個性化、差異化的優(yōu)質服務。云計算(Cloudcomputing)利用大規(guī)模低成本運算單元通過網(wǎng)絡相連而組成的運算系統(tǒng)，為物聯(lián)網(wǎng)海量的信息處理提供低成本計算能力。81桂小林27云計算--低成本的海量信息處理技術云計算資源池存桂小林82云計算--從單戶到多租戶桂小林28云計算--從單戶到多租戶桂小林83云計算講解[SaaS]桂小林29云計算講解[SaaS]桂小林842.3.4安全技術由于物聯(lián)網(wǎng)終端感知網(wǎng)絡的私有特性，因此安全也是一個必須面對的問題。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感節(jié)點通常需要部署在無人值守、不可控制的環(huán)境中，除了受到一般無線網(wǎng)絡所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務等多種威脅外，還面臨傳感節(jié)點容易被攻擊者獲取，通過物理手段獲取存儲在節(jié)點中的所有信息，從而侵入網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡的威脅。涉及到安全的主要有程序內容、運行使用、信息傳輸?shù)确矫妗Ｎ恢檬俏锫?lián)網(wǎng)的核心服務。位置隱私成為物聯(lián)網(wǎng)推廣應用的核心技術。桂小林302.3.4安全技術由于物聯(lián)網(wǎng)終端感知網(wǎng)絡的私有桂小林85

因此，物聯(lián)網(wǎng)需要云計算支撐，必須解決人們關注的隱私安全問題。用戶數(shù)據(jù)應用桂小林31因此，物聯(lián)網(wǎng)需要云計算支撐，必桂小林862.4已有物聯(lián)網(wǎng)相關應用架構目前，具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構主要可以分為三類：(1)基于傳感器技術的無線傳感網(wǎng)體系結構；(2)基于互聯(lián)網(wǎng)和射頻識別技術的EPC、UID系統(tǒng)；(3)學術界和企業(yè)提出的M2M、CPS系統(tǒng)框架。下面我們就分別介紹這些相關應用框架。桂小林322.4已有物聯(lián)網(wǎng)相關應用架構目前，具有代表性的桂小林87WSN桂小林33WSN桂小林88EPC/UID系統(tǒng)桂小林34EPC/UID系統(tǒng)桂小林89EPC/UID系統(tǒng)EPC(ElectronicProductCode)電子產(chǎn)品編碼的概念最早由美國麻省理工大學(MIT)的Sarma和Brock教授在1999年提出的，其核心思想是為每一個產(chǎn)品提供唯一的電子標識符，通過射頻識別技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動標識和采集。2003年，國際物品編碼協(xié)會(EAN)和美國統(tǒng)一代碼協(xié)會(UCC)聯(lián)合成立了EPC—global，以推動EPC技術在商業(yè)上的應用。桂小林35EPC/UID系統(tǒng)EPC(Electronic桂小林90EPC編碼體系有EPC-64，EPC-96和EPC-256三種。使用較多的是EPC-64編碼體系，而新一代的EPC標簽將采用EPC-96編碼體系，其具體結構如表2-19所示。體系標頭廠商識別代碼對象分類代碼序列號EPC-968282436桂小林36EPC編碼體系有EPC-64，EPC-96和EP桂小林91桂小林37桂小林92桂小林38桂小林93M2M系統(tǒng)M2M的定義可以分為廣義和狹義兩種。廣義上包括Machine-to-Machine、Man-to-Machine以及Machine-to-Man。它是指是人與各種遠程設備之間的無線數(shù)據(jù)通信。狹義上的M2M是Machine-to-Machine的簡稱，指一方或雙方是機器且機器通過程序控制，能自動完成整個通信過程的通信形式桂小林39M2M系統(tǒng)M2M的定義可以分為廣義和狹義兩種。桂小林94M2M系統(tǒng)從右至左可以劃分為M2M設備域、M2M網(wǎng)絡域、M2M應用域。桂小林40M2M系統(tǒng)從右至左可以劃分為M2M設備域、M2M桂小林952.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制“某日小張正在公司上班，突然手機收到震動了鈴聲提示……原來是家中無人時門被打開，門磁偵測到有人闖入，則將闖入報警通過無線網(wǎng)關發(fā)送給主人小張的手機，手機收到信息發(fā)出震動鈴聲提示，小張確認后發(fā)出控制指令，電磁門鎖自動落鎖并觸發(fā)無線聲光報警器發(fā)出報警。”這一場景成果實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的感、聯(lián)、智、控四種屬性。這四種屬性形成了一個完整的反饋控制系統(tǒng)。桂小林412.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制“某日小張正在公司上班桂小林962.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制

2.5.1自動控制的基本原理與方式

自動控制的概念及應用

反饋控制系統(tǒng)的基本組成自動控制系統(tǒng)的基本控制方式桂小林422.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制

2.5.1自動控桂小林97自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器、設備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預定的程序運行。自動控制的概念及應用2.5物聯(lián)網(wǎng)的反饋與控制

自動控制的基本原理與方式

桂小林43自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的桂小林98反饋控制定義反饋——把取出輸出量送回到輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋。分為負反饋和正反饋。反饋控制——就是采用負反饋并利用偏差進行控制的