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)的關(guān)系學(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)的關(guān)系122物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)在研究物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)之前，我們先來(lái)了解一下我們對(duì)客觀物理世界的感知和處理過(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；大腦綜合感知的信息和存儲(chǔ)的知識(shí)來(lái)做出判斷，以選擇最佳方案。3物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)如果將人對(duì)問(wèn)題智慧處理的能力形式與物聯(lián)網(wǎng)工作過(guò)程做一個(gè)比較，不難看出兩者也有驚人的相似之處。人的感官用來(lái)獲取信息，人的神經(jīng)用來(lái)傳輸信息，人的大腦用來(lái)處理信息，使人具有智慧處理各種問(wèn)題的能力。物聯(lián)網(wǎng)處理問(wèn)題同樣也要經(jīng)過(guò)三個(gè)過(guò)程：全面感知、可靠傳輸、智能應(yīng)用（處理）4物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)工作過(guò)程與人的智能處理問(wèn)題過(guò)程比較5物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的、龐大的系統(tǒng)必然要采用“化整為零，分而治之”的“分層結(jié)構(gòu)”思想。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)形式多樣、涉及社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。從實(shí)現(xiàn)技術(shù)角度看，物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，規(guī)模的差異性，接入的多樣性。6物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)涉及多種技術(shù)，屬于交叉學(xué)科的范疇。盡管物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的功能、規(guī)模差異很大，但是它們之間必然存在著很多內(nèi)在的共性特征。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的分層模型，也可以對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分層。7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8物聯(lián)網(wǎng)感知層感知層位于物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)中的最底層，主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻數(shù)據(jù)等。感知層的作用相當(dāng)于人的眼、耳、鼻、喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來(lái)源，其主要功能是識(shí)別物體、采集信息。數(shù)據(jù)采集技術(shù)有多種，主要包括傳感器、RFID、多媒體信息采集、實(shí)時(shí)定位等。9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，并通過(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)全面感知的基礎(chǔ)。感知層中的關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)等。10感知層-傳感器在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)中傳感感器主要要負(fù)責(zé)接接收物品品“講話話”的內(nèi)內(nèi)容。傳感器技技術(shù)是從從自然信信源獲取取信息并并對(duì)獲取取的信息息進(jìn)行處處理、變變換、識(shí)識(shí)別的一一門多學(xué)學(xué)科交叉叉的現(xiàn)代代科學(xué)與與工程技技術(shù)，它它涉及傳傳感器、、信息處處理和識(shí)識(shí)別的規(guī)規(guī)劃設(shè)計(jì)計(jì)、開發(fā)發(fā)、制造造、測(cè)試試、應(yīng)用用及評(píng)價(jià)價(jià)改進(jìn)活活動(dòng)等內(nèi)內(nèi)容。11感知層-傳感器傳感器(Transducer/Sensor)是一種檢測(cè)裝置置，能感受受到被測(cè)測(cè)量的信信息或自自動(dòng)控制制執(zhí)行工工作，并并按一定定規(guī)律轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電電信號(hào)或或其他所所需形式式的信息息輸出，，是物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)采集集信息的的終端工工具。傳感器可可以看成成物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的“眼眼睛”、、“鼻子子”、““耳朵””和“指指尖”，，通過(guò)傳傳感器可可實(shí)現(xiàn)自自動(dòng)檢測(cè)測(cè)和自動(dòng)動(dòng)控制。。12感知層-RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)中“讓讓物品開開口說(shuō)話話”的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)，物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)中RFID標(biāo)簽上存存著規(guī)范范而具有有互通性性的信息息，通過(guò)過(guò)無(wú)線數(shù)數(shù)據(jù)通信信網(wǎng)絡(luò)把把他們自自動(dòng)采集集到中央央信息系系統(tǒng)中實(shí)實(shí)現(xiàn)物品品的識(shí)別別。13感知層-RFID技術(shù)RFID是一種非非接觸式式的自動(dòng)動(dòng)識(shí)別技技術(shù)，它它利用射射頻方式式進(jìn)行非非接觸雙雙向通信信，以達(dá)達(dá)到自動(dòng)動(dòng)識(shí)別目目標(biāo)對(duì)象象并獲取取相關(guān)數(shù)數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：精度高、、適應(yīng)環(huán)環(huán)境能力力強(qiáng)、抗抗干擾能能力強(qiáng)、、操作快快捷等。。從本質(zhì)上上看，RFID是一種特特殊的傳傳感器技技術(shù)。14感知層-傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是由由眾多傳傳感器節(jié)節(jié)點(diǎn)組成成、通過(guò)過(guò)無(wú)線通通信方式式形成的的多跳自自組織網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。傳傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將大大量獨(dú)立立的傳感感器連接接起來(lái)，，實(shí)現(xiàn)采采集信息息的傳輸輸。15感知層-發(fā)展方向向感知層主主要由遍遍布各種種建筑、、樓宇、、街道、、公路橋橋梁、車車輛、地地表和管管網(wǎng)中的的各類傳傳感器、、二維條條形碼、、RFID標(biāo)簽和RFID識(shí)讀器、攝像像頭、GPS、M2M（MachinetoMachine）設(shè)備以及各各種嵌入式終終端等組成的的傳感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的基礎(chǔ)。感知層的發(fā)展展方向是具備備更敏感、更更全面的感知知能力，解決決傳感器設(shè)備備低功耗、小小型化和低成成本的問(wèn)題。。16物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層層網(wǎng)絡(luò)層處于物物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)模型中的的第二層，使使用感知層并并向上為應(yīng)用用層服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層由各種種私有網(wǎng)絡(luò)、、互聯(lián)網(wǎng)、有有線和無(wú)線通通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)管理系統(tǒng)和和云計(jì)算平臺(tái)臺(tái)等組成，相相當(dāng)于人的神神經(jīng)中樞和大大腦，負(fù)責(zé)傳傳遞和處理感感知層獲取的的信息。17物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層層感知層的信息息經(jīng)由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)能能夠識(shí)別的信信息后就傳到到了網(wǎng)絡(luò)層，，網(wǎng)絡(luò)層再進(jìn)進(jìn)行信息的傳傳遞與處理。。網(wǎng)絡(luò)層包括2G通信網(wǎng)絡(luò)、3G通信網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、互聯(lián)網(wǎng)等，，信息可以經(jīng)經(jīng)由任何一種種網(wǎng)絡(luò)或幾種種網(wǎng)絡(luò)組合的的形式進(jìn)行傳傳輸。18物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層層網(wǎng)絡(luò)層還包括括物聯(lián)網(wǎng)的管管理中心及物物聯(lián)網(wǎng)的信息息中心。以提提升對(duì)信息的的傳輸和運(yùn)營(yíng)營(yíng)能力。物聯(lián)網(wǎng)管理中中心負(fù)責(zé)物品品的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)識(shí)編碼管理、、認(rèn)證、鑒權(quán)權(quán)、計(jì)費(fèi)等；物聯(lián)網(wǎng)信息中中心則負(fù)責(zé)物物品信息的存存儲(chǔ)和統(tǒng)一分分析計(jì)算處理理。19網(wǎng)絡(luò)層-關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技技術(shù)包括高/低速近/遠(yuǎn)距離無(wú)線通通信技術(shù)、低低功耗路由、、自組織通信信、無(wú)線接入入M2M通信增強(qiáng)、IP承載技術(shù)、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)融合接入技技術(shù)以及認(rèn)知知無(wú)線電技術(shù)術(shù)。20網(wǎng)絡(luò)層-發(fā)展方向網(wǎng)絡(luò)層的發(fā)展展方向?yàn)槎嗑W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)融合以及及它與感知層層和應(yīng)用層的的更好結(jié)合。。理想中的物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層可以把感感知層感知到到的信息無(wú)障障礙、高可靠靠性、高安全全性地傳輸。。21物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層層應(yīng)用層位于物物聯(lián)網(wǎng)的最上上層，其使用用網(wǎng)絡(luò)層為用用戶提供智能能應(yīng)用。應(yīng)用層是物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的核心和和靈魂，是物物聯(lián)網(wǎng)和用戶戶(包括人、組織織和其他系統(tǒng)統(tǒng))的接口，它包包括物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施施、中間件、、運(yùn)行環(huán)境和和集成框架、、通用的基礎(chǔ)礎(chǔ)構(gòu)件庫(kù)和行行業(yè)化的應(yīng)用用套件等，它它與行業(yè)需求求相結(jié)合，實(shí)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的的智能應(yīng)用。。22物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層層應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)的感感知層和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層的支撐下下，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)術(shù)與各類行業(yè)業(yè)的應(yīng)用相結(jié)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)無(wú)所不在的智智能化應(yīng)用。。典型應(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、、智能物流等等。這些應(yīng)用涉及及的內(nèi)容可以以是跨行業(yè)的的，也可以是是某行業(yè)內(nèi)部部的；用戶可可能是普通公公眾，也可能能是政府機(jī)構(gòu)構(gòu)、企業(yè)組織織等。23應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用層的關(guān)鍵鍵技術(shù)包括云云計(jì)算、數(shù)據(jù)據(jù)挖掘和SOA等。云計(jì)算和數(shù)據(jù)據(jù)挖掘是海量量信息智能處處理的基礎(chǔ)；；SOA技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)快快速可重用的的系統(tǒng)開發(fā)和和部署，可提提高物聯(lián)網(wǎng)架架構(gòu)的擴(kuò)展性性，提升應(yīng)用用開發(fā)效率，，充分整合和和復(fù)用信息資資源。24應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算是采用基于虛虛擬化、彈性性規(guī)模擴(kuò)展、、分布式存儲(chǔ)儲(chǔ)、分布式計(jì)計(jì)算和多租戶戶等技術(shù)，基基于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)實(shí)現(xiàn)的一種虛虛擬化計(jì)算服服務(wù)。云計(jì)算提供了了一個(gè)巨大的的資源池，而而不同的應(yīng)用用具有不同的的需求，云計(jì)計(jì)算可以根據(jù)據(jù)需求對(duì)應(yīng)用用的資源進(jìn)行行動(dòng)態(tài)伸縮，，從而顯著提提高資源的利利用率。25應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)挖掘一般是指從大大量的數(shù)據(jù)中中通過(guò)算法搜搜索隱藏于其其中信息的過(guò)過(guò)程。數(shù)據(jù)挖掘通常常與計(jì)算機(jī)科科學(xué)有關(guān)，并并通過(guò)統(tǒng)計(jì)、、在線分析處處理、情報(bào)檢檢索、機(jī)器學(xué)學(xué)習(xí)、專家系系統(tǒng)（依靠過(guò)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)法法則）和模式式識(shí)別等諸多多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)上述目標(biāo)。。26應(yīng)用層-關(guān)鍵技術(shù)SOA（Service-OrientedArchitecture）面向服務(wù)的的體系結(jié)構(gòu)是是一個(gè)組件模模型，它將應(yīng)應(yīng)用程序的不不同功能單元元（也叫服務(wù)務(wù)）通過(guò)這些些服務(wù)之間定定義好的接口口和契約聯(lián)系系起來(lái)。可從企業(yè)外部部訪問(wèn)隨時(shí)可用可重用的服務(wù)務(wù)27標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)務(wù)接口支持各種消息息模式精確定義的服服務(wù)契約物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系28傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)結(jié)構(gòu)-國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組組織制定的開開放系統(tǒng)互連連參考模型(OSI)。自下而上分別別為物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)有著顯著著的區(qū)別，同同時(shí)也存在著著密切的聯(lián)系系。和傳統(tǒng)的的互聯(lián)網(wǎng)相比比，物聯(lián)網(wǎng)有有其鮮明的特特征。物聯(lián)網(wǎng)是各種種感知技術(shù)的的廣泛應(yīng)用。。物聯(lián)網(wǎng)是一種種建立在互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)上的泛在在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅僅提供了傳感感器的連接，，其本身也具具有智能處理理的能力，能能夠?qū)ξ矬w實(shí)實(shí)施智能控制制29物聯(lián)網(wǎng)上部署署了海量的多多種類型傳感感器，每個(gè)傳傳感器都是一一個(gè)信息源，，不同類別的的傳感器所捕捕獲的信息內(nèi)內(nèi)容和信息格格式不同。傳傳感器獲得的的數(shù)據(jù)具有實(shí)實(shí)時(shí)性，按一一定的頻率周周期性地采集集環(huán)境信息，，不斷更新數(shù)數(shù)據(jù)。30物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的的重要基礎(chǔ)和和核心仍舊是是互聯(lián)網(wǎng)，通通過(guò)各種有線線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融融合，將物體體的信息實(shí)時(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞遞出去。物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)上的傳感感器定時(shí)采集集的信息需要要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳傳輸，由于其其數(shù)量極其龐龐大，形成了了海量信息，，在傳輸過(guò)程程中，為了保保障數(shù)據(jù)的正正確性和及時(shí)時(shí)性，必須適適應(yīng)各種異構(gòu)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議議。31物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)不僅僅僅提供了傳感感器的連接，，其本身也具具有智能處理理的能力，能能夠?qū)ξ矬w實(shí)實(shí)施智能控制制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感感器和智能處處理相結(jié)合，，利用云計(jì)算算、模式識(shí)別別等各種智能能技術(shù)，擴(kuò)充充其應(yīng)用領(lǐng)域域，從傳感器器獲得的海量量信息中分析析、加工和處處理出有意義義的數(shù)據(jù)，以以適應(yīng)不同用用戶的不同需需求，發(fā)現(xiàn)新新的應(yīng)用領(lǐng)域域和應(yīng)用模式式。32物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)是基于于互聯(lián)網(wǎng)之上上的一種高級(jí)級(jí)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，，它們之間最最明顯的不同同點(diǎn)是：物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的連接主主體從人向““物”延伸，，網(wǎng)絡(luò)社會(huì)形形態(tài)從虛擬向向現(xiàn)實(shí)拓展，，信息采集與與處理從人工工為主向智能能化為主轉(zhuǎn)化化。33物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)通信模型型物聯(lián)網(wǎng)的通信信模型借鑒了了“FlatIP”的技術(shù)，將傳傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了扁扁平化的處理理，從而形成成了三層的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。34物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)通信模型