物聯(lián)網導論復習

第一章：概述物聯(lián)網概念物聯(lián)網是一個基于互聯(lián)網、傳統(tǒng)電信網等信息載體，讓所有能被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網絡。普通對象設備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務智能化是其三個重要特征。物聯(lián)網的特征（特點）（1）普通對象設備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務智能化是其三個重要特征；（2）聯(lián)網終端規(guī)模化：物聯(lián)網時代每一件物品均具通信功能成為網絡終端，5-10年內聯(lián)網終端規(guī)模有望突破百億；（3）感知識別普適化：無所不在的感知和識別將傳統(tǒng)上分離的物理世界和信息世界高度融合；（4）異構設備互聯(lián)化：各種異構設備利用無線通信模塊和協(xié)議自組成網，異構網絡通過“網關”互通互聯(lián)。（5）管理處理智能化：物聯(lián)網高效可靠組織大規(guī)模數(shù)據，與此同時，運籌學，機器學習，數(shù)據挖掘，專家系統(tǒng)等決策手段將廣泛應用于各行各業(yè)。（6）應用服務鏈條化：以工業(yè)生產為例，物聯(lián)網技術覆蓋從原材料引進，生產調度，節(jié)能減排，倉儲物流到產品銷售，售后服務等各個環(huán)節(jié)。物聯(lián)網的起源與發(fā)展具有來源多樣性物聯(lián)網的核心技術(四層)根據信息生成、傳輸、處理和應用將物聯(lián)網分為感知識別層、網絡構建層、管理服務層和綜合應用層。物聯(lián)網的發(fā)展趨勢（1）更廣泛的互聯(lián)互通：互聯(lián)互通的對象從人延伸到物體互聯(lián)互通方式的擴展；（2）更透徹的感知：通信功能使傳感器能夠協(xié)同工作；（3）更深入的智能：多傳感器實現(xiàn)“人多力量大”的智能；多維感知數(shù)據實現(xiàn)“防患于未然”的智能；大數(shù)據挖掘實現(xiàn)“見微知著”的智能；物聯(lián)網的應用領域（1）智能交通：通過在基礎設施和交通工具當中廣泛應用信息、通訊技術來提高交通運輸系統(tǒng)的安全性、可管理性、運輸效能同時降低能源消耗和對地球環(huán)境的負面影響。（2）智能物流：現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設備，如RFID設備、感應器或全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網結合起來而形成的一個巨大網絡，并能夠在這個物聯(lián)化的物流網絡中實現(xiàn)智能化的物流管理；（3）智能建筑：物聯(lián)網技術為綠色建筑帶來了新的力量。通過建立以節(jié)能為目標的建筑設備監(jiān)控網絡，將各種設備和系統(tǒng)融合在一起，形成以智能處理為中心的物聯(lián)網應用系統(tǒng)，有效的為建筑節(jié)能減排提供有力的支撐。（4)環(huán)境監(jiān)測：通過對人類和環(huán)境有影響的各種物質的含量、排放量、以及各種環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的檢測，跟蹤環(huán)境質量的變化，確定環(huán)境質量水平，為環(huán)境管理、污染治理、防災減災等工作提供基礎信息、方法指引和質量保證。第二章：自動識別技術的類別（1）光符號識別、語音識別（2）虹膜識別（3）指紋識別（4）IC技術（5）可以通過腐蝕活字印刷的方式制作標簽內的天線，采用電感耦合的方式從閱讀器輻射場獲取能量。超高頻（UHF）范圍為300MHz-3GHz，3GHz以上為微波范圍。采用超高頻和微波的RFID系統(tǒng)一般統(tǒng)稱為超高頻RFID系統(tǒng)，典型的工作頻率為：433MHz，860-960MHz，2.45GHz，5.8GHz，頻率波長大概在30厘米左右。嚴格意義上，2.45GHz和5.8GHz屬于微波范圍。超高頻標簽可以是有源標簽與無源標簽兩種，通過電磁耦合方式同閱讀器通信。通信距離一般大于1米，典型情況為4-6米，最大可超過10米。RFID標簽防沖突算法第三章：無線傳感器網無線傳感器的發(fā)展趨勢特點無線傳感器節(jié)點并沒有像摩爾定律預測的速度發(fā)展，及無線傳感器性能是緩慢提升。傳感器組成、無線傳感器節(jié)點的組成傳感器組成：一般由敏感元件、轉換元件和基本電路組成。無線傳感節(jié)點的組成：電池、傳感器、微處理器、無線通信芯片無線傳感器網絡概念 是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區(qū)域內被感知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網絡的所有者。制約傳感器性能提升的因素有哪些？（1）功耗的制約：無線傳感節(jié)點一般被部署在野外，不能通過有線供電。其硬件設計必須以節(jié)能為重要設計目標。（2）價格的制約：無線傳感節(jié)點一般需要大量組網，以完成特定的功能。其硬件設計必須以廉價為重要設計目標。（3）體積的制約：無線傳感節(jié)點一般需要容易攜帶，易于部署。其硬件設計必須以微型化為重要設計目標。大規(guī)模長時間部署傳感器的設計要求？（1）低成本與微型化（2）低功耗（3）靈活性和擴展性（4）魯棒性傳感器的按工作原理的分類（1）電參數(shù)傳感器（電阻式、電感式、電容式傳感器）（2）壓電式傳感器（3）光電式傳感器（一般光電式、光纖式、激光式、紅外式等）（4）熱電式傳感器（5）半導體式傳感器（6）波式和輻射式傳感器。微處理器的關鍵特性、通信芯片的重要指標(1)微處理器關鍵特性:功耗特性、喚醒時間、供電電壓、運算速度、內存大小。(2)通信芯片的重要指標：睡眠功耗、喚醒時間、發(fā)射功率、接收靈敏度、接受功耗。常見的節(jié)點操作系統(tǒng)有哪些?TinyOS系統(tǒng)、ContikiOS系統(tǒng)、MantisOS系統(tǒng)、Nanno-RK系統(tǒng)、SenSpireOS系統(tǒng)等。無線傳感器網絡中的選路指標-ETX（總傳輸次數(shù)）傳輸成功每個包需要的總傳輸次數(shù)（ETX,ExpectedTransmissionCount)：Linkthroughput=1/LinkETX選路指標ETX的計算課本P55；數(shù)據收集協(xié)議和數(shù)據分發(fā)協(xié)議（1）數(shù)據收集協(xié)議：初始化階段：網絡中每個節(jié)點廣播自己到匯聚節(jié)點的路徑的ETX。每個節(jié)點收到廣播包之后，依據鄰居節(jié)點廣播的路徑ETX，動態(tài)選擇父節(jié)點，使得自己到匯聚節(jié)點的路徑ETX盡量小。經過不斷更新，網絡中的每個節(jié)點都能夠選擇到一條到匯聚節(jié)點ETX之和最小的路徑。（2）數(shù)據分發(fā)協(xié)議：Drip為每一個數(shù)據項分配一個版本號，版本號越高的數(shù)據為越新的數(shù)據。網絡中每個節(jié)點周期性的廣播關于一個數(shù)據項的版本信息。當一個Drip節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己的數(shù)據需要更新時，則向鄰居借點發(fā)送請求包。Drip節(jié)點在收到請求包后即廣播關于被請求數(shù)據項的包。第四章：定位系統(tǒng)位置信息包括哪些方面？（1）所在的地理位置（2）處在該地理位置的時間（3）處在該地理位置的對象（人或設備）?，F(xiàn)存的主流定位系統(tǒng)有哪些？GPS定位系統(tǒng)的組成部分（1）衛(wèi)星定位：GPS；（2）蜂窩基站定位；（3）室內精確定位；（4）WiFi基站定位；常見的定位技術有哪些？TOA、TDOA、RSS等（1）基于距離（時間）的定位（TimeofArrival,ToA）（2）基于距離（時間）差的定位（TimeDifferenceofArrival,TDoA）（3）基于信號特征的定位（ReceivedSignalStrength,RSS）。每一種定位技術的特點及優(yōu)缺點（1）ToA：特點：需要接收端特殊裝置；缺點：需要參考點和測量目標時鐘同步；（2）TDoA：特點：需要接收端特殊裝置；優(yōu)點：不需要參考點和測量目標時鐘同步；缺點：參考點之間仍然需要時鐘同步（3）RSS：缺點：需要事先建立精細的特征地圖，不能應對動態(tài)變化。LANDMARC定位法的特點除了信號發(fā)送源，再布置一系列RFID標簽作為參考標志；每個標志隨時記錄自己收到的RSS信號強度特征向量；將目標測得的信號特征向量與參考標志此時的特征向量進行比對，確定位置，誤差在1m范圍以內。室內定位有哪些技術方案（1）一般不利用TOA、TDoA、AOA等技術，需要較貴的硬件支持，而一般采取基于RSS技術。（2）利用已有設備與網絡：藍牙，WiFi，ZigBee（部署方便、成本低、精度有限）（3）利用專門設備與網絡：紅外線、超聲波、RFID、超寬帶(UWB)等（精度高、部署成本高。）第六章：無線寬帶網絡無線網絡的組成元素（1）無線網絡用戶（2）基站（3）自組網（4）無線連接無線網絡的類別、帶寬分布等。無線網絡的類別（1）個域網（2）城域網（3）局域網（4）廣域網無線網絡的難點，多徑傳播等。（1）信號強度衰減：無線信號能量隨著傳輸距離增長而減弱。（2）非視線傳輸：若發(fā)送者與接收者之間的路徑部分被阻擋，則稱其為非視線傳輸。無線信號可能會被阻擋物吸收或迅速衰減。（3）信號干擾：相同無線頻段的信號會相互干擾，例如2.4GHz。外部環(huán)境的電磁噪聲，例如微波爐、汽車、高壓電線。（4）多徑傳播：無線信號由于阻擋物的反射和折射，到達接收端的時間可能略微不同。Wifi技術標準802.11CSMA/CA協(xié)議工作原理。是指即使偵聽到信道為空，也為了避免沖突而等待一小段隨機時間以后再發(fā)送數(shù)據幀。無線城域網的技術標準。802.16a、無線低速網絡常見無線低速網絡協(xié)議有哪些？（1）紅外(InfraredCommunication)（2）藍牙(Bluetooth)通信協(xié)議（3）IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議（4）體域網(BodyAreaNetwork)協(xié)議（5）容遲網絡(Delay/DisruptionTolerantNetwork)協(xié)議。藍牙技術的背景與標準藍牙的標準：IEEE802.15.1標準藍牙技術的特點（1）全球范圍適用（2）同時傳輸語音數(shù)據（3）可建立臨時對等連接（4）近距離通信（5）很好的抗干擾能力和安全性（6）設備功耗低，體積小藍牙設備的工作模式（兩種角色）藍牙設備有兩種可能的角色，分別為主設備和從設備。同一個藍牙設備可以在這兩種角色之間轉換。藍牙系統(tǒng)的組成（1）天線單元（2）鏈路控制（固件）單元（3）軟件（協(xié)議棧）單元（4）鏈路管理單元Zigbee標準及特點標準：IEEE802.15.4特點：低功耗低成本時延短網絡容量大可靠安全IEEE802.15.4/ZigBee體系結構ZigBee的設備類型及角色?兩種設備類型:?精簡功能設備(RFD)?全功能設備(FFD)FFD與RFD的差別：FFD有能力成為協(xié)調者并選取一個頻道建立新的網絡，而RFD只能透過向協(xié)調者注冊并連結后才能使用網絡；另一個差別在于，并不是任何節(jié)點都有資格向協(xié)調者提出GTS使用申請，此節(jié)點必須屬于FFD才可向協(xié)調者要求保證傳輸時槽使用權。?三種設備角色:?端設備Enddevice(RFDorFFD)：只具有簡單的收發(fā)功能，不能進行分組的轉發(fā)。?協(xié)調器Coordinator(FFD)：通常通過發(fā)送信標實現(xiàn)與周圍節(jié)點的同步，且具有轉發(fā)分組的功能。?網絡協(xié)調器PANCoordinator(FFD)：為整個網絡的主控節(jié)點，并且每個IEEE802.15.4網絡只能有一個網絡協(xié)調點ZigBee的網絡拓撲結構類型星形網（2）網狀網（3）樹狀網ZigBee協(xié)議棧中MAC層設計，如何降低能耗？（1）低功率偵聽協(xié)議（LPL，lowpowerlistening）：采樣偵聽、鏈路層調度（2）采樣偵聽：無線收發(fā)模塊在沒有數(shù)據的時候關閉、定時采樣獲取信道的信息。ZigBee無線收發(fā)模塊的工作特點無線收發(fā)模塊占據大部分的能量消耗。無線收發(fā)器件（radiotransceiver）工作時通常處于三種狀態(tài)，發(fā)送，偵聽和空閑狀態(tài)。空閑偵聽（idlelistening）：是指節(jié)點處于偵聽狀態(tài)，但是并未偵聽到任何數(shù)據，從而浪費掉了能量?？臻e（idle）：空閑狀態(tài)是指節(jié)點物理地關閉一些硬件功能，從而達到較低的能耗。ZigBee網絡層路由協(xié)議網絡層采用的基本路由協(xié)議是按需距離矢量路由協(xié)議（AODV）體域網概念及標準（1）概念：體域網（wirelessbodysensornetwork,WBSN或BSN）是基于無線傳感器網絡（WSN）的，是人體上的或移植到人體內的生物傳感器共同形成的一個無線網絡，它不僅是一種新的普適醫(yī)療保健、疾病監(jiān)控和預防的解決方案，還是物聯(lián)網（Internetofthings）的重要感知及組成部分。（2）標準：IEEE802.15.6容遲網概念及典型應用領域（1）概念：容遲網絡(DelayTolerantNetwork，DTN)：是指網絡中端到端的路徑通常很難建立，網絡中消息傳播具有很大延時，使得傳統(tǒng)因特網上基于TCP/IP的協(xié)議、無線AdHoc網絡中面向端到端的路由協(xié)議變得失效。DTN并不側重于構建一種新的數(shù)據鏈路層，而是根據網絡應用的特點，抽象出的一種新的網絡結構。（2）典型應用領域：深空監(jiān)測、野生斑馬研究、湖水質量檢測、鄉(xiāng)村通信、移動機會網絡。第八章：移動通信網絡了解移動通信發(fā)展歷史蜂窩網絡工作原理GSM（一種蜂窩網絡系統(tǒng)）后臺網絡系統(tǒng)包括以下模塊系統(tǒng)：1）基站系統(tǒng)，包括基站和相關控制器2）網絡和交換系統(tǒng)，也稱為核心網，負責銜接各個部分3）GPRS核心網，可用于基于報文的互聯(lián)網連接，為可選部分4）身份識別模塊，也稱為SIM卡，主要用于保存手機用戶數(shù)據。CDMA：它利用編碼技術可以區(qū)分并分離多個同時傳輸?shù)男盘枴Ｋ试S用戶可以任何時刻在任何頻段發(fā)送信號，對于沖突的信號，可以從混合信號中提取出期望的數(shù)據信號，同時拒絕所有其他的噪音信號。3G技術發(fā)展歷史，3G技術標準有哪些？（2）3G技術標準：a.我國自主研究制定的TD-SCDMA標準；b.CDMA技術以其特有的優(yōu)勢為眾多標準的基礎c.WCDMAd.CDMA20003G技術在我國的發(fā)展情況中國移動獲得TD-SCDMA牌照中國聯(lián)通WCDMA中國電信獲得CDMA2000牌照了解4G技術的發(fā)展情況第九章：大數(shù)據與海量存儲網絡存儲分類、三種網絡存儲特點網絡存儲分類：a.直接附加存儲（DAS）。b.網絡附加存儲（NAS）。c.存儲區(qū)域網絡（SAN）。網絡存儲特點：a.DAS：優(yōu)點：管理容易，結構簡單；缺點：集中式體系結構，不能滿足大規(guī)模數(shù)據訪問的需求；存儲資源利用率低，資源共享能力差，造成“信息孤島”。b.NAS：優(yōu)點：網絡的存儲實體，容易實現(xiàn)文件級別共享；缺點：性能嚴重依賴于網絡流量，用戶數(shù)過多，讀寫過頻繁時性能受限。c.SAN：優(yōu)點：存儲共享、支持服務器從SAN直接啟動，存儲管理簡化，存儲容量利用率提高；缺點：無直接文件級別的訪問能力，但可在SAN基礎上建立文件系統(tǒng)。了解數(shù)據中心概念維基百科：“數(shù)據中心是一整套復雜的設施。它不僅僅包括計算機系統(tǒng)和其它與之配套的設備（例如通信和存儲系統(tǒng)），還包含冗余的數(shù)據通信連接、環(huán)境控制設備、監(jiān)控設備以及各種安全裝置?！盙oogle：“多功能的建筑物，能容納多個服務器以及通信設備。這些設備被放置在一起是因為它們具有相同的對環(huán)境的要求以及物理安全上的需求，并且這樣放置便于維護?！绷私鈹?shù)據中心技術（Hadoop、HDFS、MapReduce、Hbase等）GFS（GoogleFileSystem）的設計觀念：?組件失效不再被認為是意外，而是被看做正常的現(xiàn)象?GFS的文件非常巨大?對文件的操作具有特定的模式?應用程序和文件系統(tǒng)API的協(xié)同設計提高了整個系統(tǒng)的靈活性。MapReduce是一種針對超大規(guī)模數(shù)據集的編程模型和系統(tǒng)；用MapReduce開發(fā)出的程序可在大量商用計算機集群上并行執(zhí)行、處理計算機的失效以及調度計算機間的通信。BigTable是一種用來在海量數(shù)據規(guī)模下（例如包含以PB為單位的數(shù)據量和數(shù)千臺廉價計算機的應用）管理結構化數(shù)據的分布式存儲系統(tǒng)。Apache開源組織的一個分布式計算開源框架；用于在大型集群的廉價服務器設備上運行的數(shù)據密集型分布式應用程序；在早期實際上是Google文件系統(tǒng)與MapReduce分布式計算框架及相關IT基礎服務的開源實現(xiàn)。Hadoop:最重要的三個組成部分分別是：HOFS（HadoopDistributedFileSystem），MapReduce，Hbase。a.其中HDFS是設計用來在大規(guī)模集群中存儲海量數(shù)據文件的分布式文件系統(tǒng)，它的靈感來自于Google的GFS。b.Hadoop中的MapReduce實際上就是GoogleMapReduce的開源實現(xiàn)。c.Hbase是一種仿照GoogleBigTable的開源、分布式、面向列存儲的數(shù)據庫。第十章：數(shù)據庫系統(tǒng)了解數(shù)據庫發(fā)展歷史早期的數(shù)據庫系統(tǒng)：導航式數(shù)據庫；（2）關系數(shù)據庫：RDBMS有哪些類型數(shù)據庫系統(tǒng)導航示數(shù)據庫：SABRE、IBM的IMS、Cullinet的