物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)

第3章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)1物聯(lián)網(wǎng)的三個層次物聯(lián)網(wǎng)的八層架構(gòu)1.二物聯(lián)網(wǎng)的四大支撐技術(shù)三第3章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)的兩個技術(shù)范疇四1.一2射頻識別（RFID）無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN/ZigBee）傳感器技術(shù)智能服務(wù)

3.3物聯(lián)網(wǎng)的四大支撐技術(shù)33.3.3

GPS技術(shù)

GPS概述

GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。43.3.3

GPS技術(shù)GPS空間星座部分GPS地面監(jiān)控部分用戶設(shè)備部分(GPS接收機)全球定位系統(tǒng)（GPS）GPS組成53.3.3

GPS技術(shù)定位精度高觀測時間短應(yīng)用廣泛全天候多功能操作簡便GPS特點63.3.3

GPS技術(shù)GPS的應(yīng)用

GPS應(yīng)用范圍廣泛，在導(dǎo)航、跟蹤、精確測量方面，都有很大的應(yīng)用。

在定位導(dǎo)航方面，GPS的使用對象主要是汽車、船舶、飛機等運動物體。對于警察、消防及醫(yī)療等部門的緊急救援、追蹤目標(biāo)和個人旅游及野外探險的導(dǎo)引等。73.3.3

GPS技術(shù)GPS的應(yīng)用下圖為車載中的GPS導(dǎo)航儀83.3.3

GPS技術(shù)前景一

前景二GPS民用信號精度在全球范圍內(nèi)得到改善作為先進的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個應(yīng)用領(lǐng)域。

利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到20米，這將進一步推動GPS技術(shù)的應(yīng)用，刺激GPS市場的增長。GPS前景提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學(xué)水平以及人們的生活質(zhì)量9中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項管理辦公室10中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)10

中國自上世紀(jì)80年代決策建設(shè)獨立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2003年，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)建成，并在多個領(lǐng)域進行了很好的應(yīng)用。目前，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在建設(shè)當(dāng)中。

1111北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組成：空間段：由5顆GEO衛(wèi)星和30顆Non-GEO衛(wèi)星組成Non-GEO衛(wèi)星GEO衛(wèi)星星座12北斗使命按照“質(zhì)量、安全、應(yīng)用、效益”的總要求，建設(shè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，滿足國家對衛(wèi)星導(dǎo)航的戰(zhàn)略需求，實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，促進國家信息化建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。13北斗使命為保證國防、經(jīng)濟、社會發(fā)展安全使用，所建成的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必須是高質(zhì)量的；為最大限度地滿足國防、經(jīng)濟、社會發(fā)展的需求，所建成的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)必須是技術(shù)一流的；為使國家獲取更大的經(jīng)濟利益，所建成的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，必須在核心技術(shù)領(lǐng)域掌握自主知識產(chǎn)權(quán)。14開放性自主性兼容性漸進性

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的基本原則151516開放性

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將為用戶免費提供高質(zhì)量的開放服務(wù)，并且歡迎全世界的用戶使用北斗系統(tǒng)。

中國將與其他國家就衛(wèi)星導(dǎo)航有關(guān)問題進行廣泛深入的交流，以推動GNSS及其相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1617自主性

中國將獨立自主地發(fā)展和運行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗系統(tǒng)能夠獨立為全球用戶提供服務(wù)，尤其是將為亞太地區(qū)提供更高質(zhì)量的服務(wù)。

1718兼容性北斗系統(tǒng)將致力于實現(xiàn)與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容和互操作。

1819漸進性

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將依據(jù)中國的技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展實際，遵循循序漸進的模式建設(shè)。

北斗系統(tǒng)將通過改進系統(tǒng)性能，確保系統(tǒng)建設(shè)階段平穩(wěn)過渡，為用戶提供長期連續(xù)的服務(wù)。19服務(wù)和性能兩種全球服務(wù)開放服務(wù)：免費、開放定位精度:10m授時精度:20ns測速精度:0.2m/s授權(quán)服務(wù):確保高可靠應(yīng)用（甚至是在復(fù)雜條件下）。2020部署步驟第一步——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)212000年以來，成功發(fā)射3顆GEO衛(wèi)星，建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠提供基本的定位、授時和短報文通信服務(wù)。2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日110.5E21作為全球系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首先在2012年左右覆蓋亞太地區(qū)，并將在2020年前覆蓋全球。

北斗系統(tǒng)第二階段北斗系統(tǒng)第三階段2012年左右2020年前部署步驟第二步——全球系統(tǒng)2222應(yīng)用23北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)已在多個領(lǐng)域發(fā)揮了非常重要的作用，包括：測繪通信水利減災(zāi)海事交通勘探森林防火等等23射頻識別（RFID）無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN/ZigBee）傳感器技術(shù)智能服務(wù)

3.3物聯(lián)網(wǎng)的四大支撐技術(shù)24智能服務(wù)：

是指能夠自動辨識用戶的顯性和隱性需求，并且主動、高效、安全、綠色地滿足其需求的服務(wù)。25智能服務(wù)的產(chǎn)生人類社會已經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)化、工業(yè)化、信息化階段，正在跨越智能化時代的門檻。物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算方興未艾，面向個人、家庭、集團用戶的各種創(chuàng)新應(yīng)用層出不窮，代表各行業(yè)服務(wù)發(fā)展趨勢的“智能服務(wù)”應(yīng)運而生。26智能服務(wù)特點智能服務(wù)實現(xiàn)的是一種按需和主動的智能，即通過捕捉用戶的原始信息，通過后臺積累的數(shù)據(jù)，構(gòu)建需求解構(gòu)模型，進行數(shù)據(jù)挖掘和商業(yè)智能分析，除了可以分析用戶的習(xí)慣、喜好等顯性需求外，還可以進一步挖掘與時空、身份、工作生活狀態(tài)關(guān)聯(lián)的隱性需求，主動給用戶提供精準(zhǔn)、高效的服務(wù)。這里需要的不僅僅只是傳遞和反饋數(shù)據(jù)，更需要系統(tǒng)進行多維度、多層次的感知和主動、深入的辨識。27智能服務(wù)的安全

高安全性是智能服務(wù)的基礎(chǔ)，沒有安全保障的服務(wù)是沒有意義的，只有通過端到端的安全技術(shù)和法律法規(guī)實現(xiàn)了對用戶信息的保護，才能建立用戶對服務(wù)的信任，進而形成持續(xù)消費和服務(wù)升級。28智能服務(wù)的現(xiàn)實需求和數(shù)字地球相比，智能服務(wù)立足于中國行業(yè)服務(wù)發(fā)展趨勢，站在用戶角度，強調(diào)按需和主動特征，更加具體和現(xiàn)實。中國當(dāng)前正處于消費需求大力帶動服務(wù)行業(yè)的高速發(fā)展期，消費者對服務(wù)行業(yè)也提出了越來越高的要求，服務(wù)行業(yè)從低端走向高端勢在必行，而這個產(chǎn)業(yè)升級要想實現(xiàn)，必須依靠智能服務(wù)。29社區(qū)綜合服務(wù)智能終端？社區(qū)綜合服務(wù)智能終端是由無錫丁丁計算機科技有限公司研發(fā)成功并申請了國家發(fā)明專利。該智能終端主要是由觸摸式一體機等硬件設(shè)備以及智能化服務(wù)軟件系統(tǒng)構(gòu)成的，該智能服務(wù)終端依拓互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了小區(qū)與社會之間高度的信息交互，不僅能為社區(qū)居民提供多媒體信息服務(wù)，同時還具有社區(qū)管理、公益服務(wù)以及社區(qū)民生類服務(wù)訂購等功能。該智能終端一般要裝在每個樓道的一樓電梯井位置，隨著該系統(tǒng)的不斷完善升級，可以真正實現(xiàn)居民足不出戶就能買菜、購物、訂票、訂餐等絕大多數(shù)民生類服務(wù)的訂購。30物聯(lián)網(wǎng)的三個層次物聯(lián)網(wǎng)的八層架構(gòu)1.二物聯(lián)網(wǎng)的四大支撐技術(shù)三第3章物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)的兩個技術(shù)范疇四1.一313.4兩個技術(shù)范疇智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)1物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)2物聯(lián)網(wǎng)的兩個技術(shù)范疇：323.4.1智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)智能空間(intelligentspace/iSpace/smartspace)的研究為智能服務(wù)技術(shù)提供了理論依據(jù)，為如何利用空間信息提供服務(wù)提供了解決方法。到目前為止,尚未形成明確定義。按照美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)學(xué)會（NIST）給出的定義，智能空間是“一個嵌入了計算、信息設(shè)備和多模態(tài)的傳感器的工作空間，其目的是使用戶能非常方便地在其中訪問信息和獲得計算機的服務(wù)來高效地進行單獨工作和與他人的協(xié)同工作”。33理解三大基本功能目的可以看成是物理世界和信息空間的融合1.感知/觀察分析/推理決策/執(zhí)行3.4.1智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)

建立一個以人為中心的充滿計算和通信能力的空間,讓用戶能像與他人一樣與計算機系統(tǒng)發(fā)生交互,從而使用戶能隨時隨地、透明地獲得人性化的服務(wù)。智能空間343.4.1智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)基本要求(1)基本要求(2)基本要求(3)基本要求(4)用戶及其攜帶的移動設(shè)備能方便地與智能空間進行交互,從而為用戶的日?；顒犹峁┓奖隳茏詣硬东@和動態(tài)監(jiān)測其中發(fā)生的活動,提供信息顯示和活動記錄能對發(fā)生的特定事件做出合理反應(yīng)并采取相應(yīng)措施對空間中的各種動態(tài)變化具有魯棒性和適應(yīng)性。智能空間應(yīng)具備的基本要求可概括為:353.4.1智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)智能空間主要包括如下特點：1)智能空間是一個龐大的系統(tǒng)工程,涉及的領(lǐng)域甚廣,要解決的問題繁多,須綜合各種技術(shù)進行構(gòu)建;2)是一個嵌入性和移動性都很高的計算環(huán)境;3)用普適網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系物理世界,是物理世界和信息空間的融合;4)可做出實時的、上下文敏感的決策;5)系統(tǒng)具有適應(yīng)性,能提供便捷性的應(yīng)用;6)與智能空間相結(jié)合的物理范圍，形成了所謂的“廣域智能空間”。363.4.1智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)

智能空間中包含有大量作為“接口”的硬件設(shè)備,根據(jù)用途可以大致分為兩大類:(1)用來維持正常運行的系統(tǒng)設(shè)備；(2)用來提供日常服務(wù)的用戶設(shè)備；需要說明的是,這兩大類設(shè)備之間并不是嚴(yán)格區(qū)分的,有的設(shè)備可以同時歸為系統(tǒng)設(shè)備和用戶設(shè)備,如機器人、生物傳感器等。373.4.1智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)智能空間中對硬件設(shè)備提出了新的和更高的要求：1)具有很強的硬件通信、信息處理、存儲能力；2)要求設(shè)備尺寸多樣化、重量輕型化、功耗微小化、成本廉價化；3)為設(shè)備提供充足的能量,同時要求芯片節(jié)能；4)要求用戶界面富于表達情感、能與用戶方便地交流。383.4.1智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)智能空間:

要在智能空間中構(gòu)建一個安全、保密、可信任的普適網(wǎng)絡(luò),應(yīng)具備如下要求:明顯特點用普適網(wǎng)絡(luò)(pervasivenetworking)連接物理世界。39能自動構(gòu)建合作區(qū)域,產(chǎn)生可適應(yīng)流動和變化的拓撲結(jié)構(gòu)

要求(1)

要求(2)

要求(3)

要求(4)對網(wǎng)絡(luò)狀況(如網(wǎng)絡(luò)擁塞、無線傳輸誤差等)和環(huán)境的動態(tài)變化具有適應(yīng)性在沒有手動配置和管理的情況下,提供自動的資源和位置發(fā)現(xiàn)為訪問網(wǎng)絡(luò)資源提供安全、專用、可鑒別的機制3.4.1智能網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)403.4.2物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)終端是物聯(lián)網(wǎng)中連接傳感網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)及向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備。它擔(dān)負著數(shù)據(jù)采集、初步處理、加密、傳輸?shù)榷喾N功能。

目前，物聯(lián)網(wǎng)終端，包括連接它的業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)接入網(wǎng)絡(luò)主要有兩大形式，即通過有線接入或者移動網(wǎng)無線接入。因此，對終端的管理必然要跨越不同的網(wǎng)絡(luò)，不同的技術(shù)。413.4.2物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)（1）物聯(lián)網(wǎng)終端的基本原理及作用原理：物聯(lián)網(wǎng)終端基本由外圍感知（傳感）接口，中央處理模塊和外部通訊接口三個部分組成，通過外圍感知接口與傳感設(shè)備連接，將這些傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)進行讀取并通過中央處理模塊處理后，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過外部通訊接口，發(fā)送到以太網(wǎng)的指定中心處理平臺。423.4.2物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)終端內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖433.4.2物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)作用：

物聯(lián)網(wǎng)終端屬于傳感網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層的中間設(shè)備，也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，通過他的轉(zhuǎn)換和采集，才能將各種外部感知數(shù)據(jù)匯集和處理，并將數(shù)據(jù)通過各種網(wǎng)絡(luò)接口方式傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)中。如果沒有他的存在，傳感數(shù)據(jù)將無法送到指定位置，“物”的聯(lián)網(wǎng)將不復(fù)存在。443.4.2物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)（2）物聯(lián)網(wǎng)終端的分類

按照行業(yè)應(yīng)用分類

主要包括工業(yè)設(shè)備檢測終端，設(shè)施農(nóng)業(yè)檢測終端，物流RFID識別終端，電力系統(tǒng)檢測終端，安防視頻監(jiān)測終端等。按照使用場合分類

主要包括以下三種：固定終端，移動終端和手持終端。453.4.2物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)

按照傳輸方式分類

主要包括以太網(wǎng)終端、WIFI終端、2G終端、3G終端等，有些智能終端具有上述兩種或兩種以上的接口。

按照使用擴展性分類

主要包括單一功能終端和通用智能終端。

按照傳輸通路分類主要包括數(shù)據(jù)透傳終端和非數(shù)據(jù)透傳終端。463.4.2物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)(3)物聯(lián)網(wǎng)終端的廣泛應(yīng)用終端推廣的最大障礙——終端的標(biāo)準(zhǔn)化：

硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化終端的廣泛應(yīng)用分析

473.4.2物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)(4)物聯(lián)網(wǎng)終端實例

[3]物聯(lián)網(wǎng)智能藥盒物聯(lián)網(wǎng)智能藥盒的遠程醫(yī)療架構(gòu)圖物聯(lián)網(wǎng)智能藥盒外形設(shè)計圖483.4.3物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)用服務(wù)層標(biāo)準(zhǔn)

共性支撐標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)傳輸層標(biāo)準(zhǔn)感知控制層標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的框架進行劃分，即分為網(wǎng)絡(luò)傳輸層標(biāo)準(zhǔn)、感知控制層標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用服務(wù)層標(biāo)準(zhǔn)及共性支撐標(biāo)準(zhǔn)，如下表所示。493.5云計算智能技術(shù)其實就是我們常說的人工智能技術(shù)，它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。云計算的概念是由