物聯(lián)網(wǎng)體系架構

河南工業(yè)大學信息學院計算機工程系鄧淼磊物聯(lián)網(wǎng)體系架構物聯(lián)網(wǎng)體系架構第1頁

概述1感知層

2小結

5網(wǎng)絡層

3應用層

4主要內(nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第2頁“物聯(lián)網(wǎng)”概念問世，打破了之前傳統(tǒng)思維。在“物聯(lián)網(wǎng)”時代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一基礎設施。物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)就是物理世界和數(shù)字世界融合。

物聯(lián)網(wǎng)需求分析

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第3頁物聯(lián)網(wǎng)是為了打破地域限制，實現(xiàn)物物之間按需進行信息獲取、傳遞、存放、融合、使用等服務網(wǎng)絡。所以，物聯(lián)網(wǎng)應該具備以下3個能力：全方面感知、可靠傳遞、智能處理

物聯(lián)網(wǎng)需求分析

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第4頁（1）全方面感知：利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體信息，包含用戶位置、周圍環(huán)境、個體喜好、身體情況、情緒、環(huán)境溫度、濕度，以及用戶業(yè)務感受、網(wǎng)絡狀態(tài)等。

物聯(lián)網(wǎng)需求分析

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第5頁（2）可靠傳遞：經(jīng)過各種網(wǎng)絡融合、業(yè)務融合、終端融合、運行管理融合，將物體信息實時準確地傳遞出去。

物聯(lián)網(wǎng)需求分析

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第6頁（3）智能處理：利用云計算、含糊識別等各種智能計算技術，對海量數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體進行實時智能化控制。物聯(lián)網(wǎng)需求分析

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第7頁物聯(lián)網(wǎng)體系架構

當前在業(yè)界物聯(lián)網(wǎng)體系架構也大致被公認為有這三個層次，底層是用來感知數(shù)據(jù)感知層，第二層是數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡層，最上面則是內(nèi)容應用層。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第8頁感知層是物聯(lián)網(wǎng)皮膚和五官——識別物體，采集信息。感知層包含二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等，主要作用是識別物體，采集信息，與人體結構中皮膚和五官作用相同。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第9頁網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)神經(jīng)中樞和大腦——信息傳遞和處理。網(wǎng)絡層包含通信與互聯(lián)網(wǎng)融合網(wǎng)絡、網(wǎng)絡管理中心和信息處理中心等。網(wǎng)絡層將感知層獲取信息進行傳遞和處理，類似于人體結構中神經(jīng)中樞和大腦。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第10頁應用層是物聯(lián)網(wǎng)“社會分工”——與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)廣泛智能化。應用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術深度融合，與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)行業(yè)智能化，這類似于人社會分工，最終組成人類社會。物聯(lián)網(wǎng)體系架構

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第11頁

概述1感知層

2小結

5網(wǎng)絡層

3應用層

4主要內(nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第12頁感知層功效

物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡基礎上，從原有網(wǎng)絡用戶終端向“下”延伸和擴展，擴大通信對象范圍，即通信不但僅局限于人與人之間通信，還擴展到人與現(xiàn)實世界各種物體之間通信。物聯(lián)網(wǎng)感知層處理就是人類世界和物理世界數(shù)據(jù)獲取問題。感知層處于三層架構最底層，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用基礎，含有物聯(lián)網(wǎng)全方面感知關鍵能力。作為物聯(lián)網(wǎng)最基本一層，感知層含有十分主要作用。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第13頁感知層普通包含數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)短距離傳輸兩部分此處短距離傳輸技術，尤指像藍牙、ZigBee這類傳輸距離小于100m，速率低于1Mbit/s中低速無線短距離傳輸技術。感知層功效

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第14頁感知層關鍵技術

感知層所需要關鍵技術包含檢測技術（傳感器、RFID、二維碼等）、中低速無線或有線短距離傳輸技術（Zigbee、藍牙等）等。

牙刷也上物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)體系架構第15頁傳感器技術

計算機類似于人大腦，而僅有大腦而沒有感知外界信息“五官”顯然是不夠，計算機也還需要它們“五官”——傳感器。傳感器是攝取信息關鍵器件，它是物聯(lián)網(wǎng)中不可缺乏信息采集伎倆，也是采取微電子技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)主要方法

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第16頁傳輸●處理存放●顯示統(tǒng)計●控制傳感器功效

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第17頁RFID技術

RFID是射頻識別（RadioFrequencyIdentification）英文縮寫，是20世紀90年代開始興起一個自動識別技術，它利用射頻信號經(jīng)過空間電磁耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞并經(jīng)過所傳遞信息實現(xiàn)物體識別。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第18頁RFID射頻識別

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第19頁RFID系統(tǒng)組成

普通由RFID標簽、標簽讀寫器和后端數(shù)據(jù)庫組成RFID標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標簽含有唯一電子編碼，附著在物體上標識目標對象。也稱卡片。讀寫器(Reader)：讀取(有時還能夠?qū)懭?標簽信息設備，可設計為手持式或固定式。也稱讀卡器，或讀頭等。包含天線（Antenna）。后端數(shù)據(jù)庫能夠是運行于任意硬件平臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通常含有強大計算和存放能力，同時它包含全部Tag信息。物聯(lián)網(wǎng)體系架構第20頁電子標簽進入讀寫器產(chǎn)生磁場后，讀寫器發(fā)出射頻信號憑借感應電流所取得能量發(fā)送出存放在芯片中產(chǎn)品信息（無源標簽或被動標簽），或者主動發(fā)送某一頻率信號（有源標簽或主動標簽）讀寫器讀取信息并解碼后，送至后端數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)處理RFID技術工作原理

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第21頁二維碼技術

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第22頁二維碼在代碼編制上巧妙地利用組成計算機內(nèi)部邏輯基礎“0”和“1”比特流概念，使用若干與二進制相對應幾何形體來表示數(shù)值信息，并經(jīng)過圖像輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現(xiàn)信息自動處理。二維碼技術原理

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第23頁數(shù)據(jù)容量更大二維碼能在橫向和縱向兩個方位同時表示信息成本低，易制作，持久耐用容錯能力強，含有糾錯功效條碼符號形狀、尺寸大小百分比可變二維碼還能夠引入保密辦法，其保密性較一維碼要強很多二維碼優(yōu)勢

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第24頁ZigBee技術

ZigBee是一個短距離、低功耗無線傳輸技術，是一個介于無線標識技術和藍牙之間技術，它是IEEE802.15.4協(xié)議代名詞。ZigBee采取分組交換和跳頻技術，而且可使用3個頻段，分別是2.4GHz公共通用頻段、歐洲868MHz頻段和美國915MHz頻段。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第25頁短距離范圍數(shù)據(jù)流量較小業(yè)務ZigBee技術應用場所

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第26頁數(shù)據(jù)傳輸速率低●低功耗成本低

●網(wǎng)絡容量大有效范圍小

●工作頻段靈活可靠性高

安全性高ZigBee技術特點

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第27頁藍牙藍牙（Bluetooth）是一個無線數(shù)據(jù)與話音通信開放性全球規(guī)范，和ZigBee一樣，是一個短距離無線傳輸技術。藍牙采取高速跳頻（FrequencyHopping）和時分多址（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）等先進技術，支持點對點及點對多點通信

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第28頁同時可傳輸話音和數(shù)據(jù)能夠建立暫時性對等連接（AdhocConnection)開放接口標準藍牙技術特點

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第29頁

概述1感知層

2小結

5網(wǎng)絡層

3應用層

4主要內(nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第30頁網(wǎng)絡層功效

網(wǎng)絡層主要負擔著數(shù)據(jù)傳輸功效在物聯(lián)網(wǎng)中，要求網(wǎng)絡層能夠把感知層感知到數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送，它處理是感知層所取得數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，尤其是遠距離地傳輸問題

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第31頁網(wǎng)絡層關鍵技術

Internet移動通信網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第32頁Internet物聯(lián)網(wǎng)也被認為是Internet深入延伸Internet將作為物聯(lián)網(wǎng)主要傳輸網(wǎng)絡之一，它將使物聯(lián)網(wǎng)無所不在、無處不在地深入社會每個角落

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第33頁移動通信網(wǎng)移動通信網(wǎng)由無線接入網(wǎng)、關鍵網(wǎng)和骨干網(wǎng)三部分組成。無線接入網(wǎng)主要為移動終端提供接入網(wǎng)絡服務，關鍵網(wǎng)和骨干網(wǎng)主要為各種業(yè)務提供交換和傳輸服務。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第34頁移動通信網(wǎng)為人與人之間通信、人與網(wǎng)絡之間通信、物與物之間通信提供服務在移動通信網(wǎng)中，當前比較熱門接入技術有3G、Wi-Fi和WiMAX移動通信網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第35頁無線傳感器網(wǎng)絡無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）基本功效是將一系列空間分散傳感器單元經(jīng)過自組織無線網(wǎng)絡進行連接，從而將各自采集數(shù)據(jù)經(jīng)過無線網(wǎng)絡進行傳輸匯總，以實現(xiàn)對空間分散范圍內(nèi)物理或環(huán)境情況協(xié)作監(jiān)控，并依據(jù)這些信息進行對應分析和處理

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第36頁監(jiān)控終端無線或有線網(wǎng)絡監(jiān)控接入簇頭節(jié)點簇頭節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡體系結構

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第37頁節(jié)點數(shù)目更為龐大（上千甚至上萬），節(jié)點分布更為密集因為環(huán)境影響和存在能量耗盡問題，節(jié)點更輕易出現(xiàn)故障環(huán)境干擾和節(jié)點故障易造成網(wǎng)絡拓撲結構改變通常情況下，大多數(shù)傳感器節(jié)點固定不動傳感器節(jié)點含有能量、處理能力、存放能力和通信能力等都十分有限無線傳感器網(wǎng)絡特點

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第38頁

概述1感知層

2小結

5網(wǎng)絡層

3應用層

4主要內(nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第39頁應用層功效

功效：將感知和傳輸來信息進行分析和處理，做出正確控制和決議，實現(xiàn)智能化管理、應用和服務這一層處理是信息處理和人機界面問題

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第40頁應用層關鍵技術

M2M云計算人工智能數(shù)據(jù)挖掘中間件

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第41頁M2M依據(jù)不一樣場景代表Machine-to-MachineMan-to-MachineMachine-to-ManMobile-to-MachineMachine-to-Mobile

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第42頁M2M是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)普遍應用形式，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)第一步M2M將各種不一樣類型通信技術有機地結合在一起，將數(shù)據(jù)從一臺終端傳送到另一臺終端，也就是機器與機器對話。M2M技術目標就是使全部機器設備都具備聯(lián)網(wǎng)和通信能力，其關鍵理念就是網(wǎng)絡一切（NetworkEverything）M2M

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第43頁云計算云計算（CloudComputing）是分布式計算（DistributedComputing）、并行計算（ParallelComputing）和網(wǎng)格計算（GridComputing）發(fā)展，或者說是這些計算機科學概念商業(yè)實現(xiàn)。用戶能夠在各種場所，利用各類終端，經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)接入云計算平臺來共享資源。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第44頁人工智能人工智能（ArtificialIntelligence）是探索研究使各種機器模擬人一些思維過程和智能行為（如學習、推理、思索、規(guī)劃等），使人類智能得以物化與延伸一門學科。在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技術主要負責分析物品所承載信息內(nèi)容，從而實現(xiàn)計算機自動處理。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第45頁數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘（DataMining）是從大量、不完全、有噪聲、含糊及隨機實際應用數(shù)據(jù)中，挖掘出隱含、未知、對決議有潛在價值數(shù)據(jù)過程。在物聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)挖掘只是一個代表性概念，它是一些能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)“智能化”、“智慧化”分析技術和應用統(tǒng)稱。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構第46頁中間件中間件是為了實現(xiàn)每個小應用環(huán)境或