河南工業(yè)大學信息學院計算機工程系鄧淼磊物聯(lián)網體系架構

概述1感知層

2小結

5網絡層

3應用層

4主要內容

“物聯(lián)網”概念的問世，打破了之前的傳統(tǒng)思維。在“物聯(lián)網”時代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎設施。物聯(lián)網的本質就是物理世界和數(shù)字世界的融合。

物聯(lián)網需求分析

物聯(lián)網是為了打破地域限制，實現(xiàn)物物之間按需進行的信息獲取、傳遞、存儲、融合、使用等服務的網絡。因此，物聯(lián)網應該具備如下3個能力：全面感知、可靠傳遞、智能處理

物聯(lián)網需求分析

（1）全面感知：利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息，包括用戶位置、周邊環(huán)境、個體喜好、身體狀況、情緒、環(huán)境溫度、濕度，以及用戶業(yè)務感受、網絡狀態(tài)等。

物聯(lián)網需求分析

（2）可靠傳遞：通過各種網絡融合、業(yè)務融合、終端融合、運營管理融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。

物聯(lián)網需求分析

（3）智能處理：利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量數(shù)據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)網需求分析

物聯(lián)網體系架構

目前在業(yè)界物聯(lián)網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)據的感知層，第二層是數(shù)據傳輸?shù)木W絡層，最上面則是內容應用層。

感知層是物聯(lián)網的皮膚和五官——識別物體，采集信息。感知層包括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的作用相似。

物聯(lián)網體系架構

網絡層是物聯(lián)網的神經中樞和大腦——信息傳遞和處理。網絡層包括通信與互聯(lián)網的融合網絡、網絡管理中心和信息處理中心等。網絡層將感知層獲取的信息進行傳遞和處理，類似于人體結構中的神經中樞和大腦。

物聯(lián)網體系架構

應用層是物物聯(lián)網的““社會分工”——與行行業(yè)需求結結合，實現(xiàn)現(xiàn)廣泛智能能化。應用用層是物聯(lián)聯(lián)網與行業(yè)業(yè)專業(yè)技術術的深度融融合，與行行業(yè)需求結結合，實現(xiàn)現(xiàn)行業(yè)智能能化，這類類似于人的的社會分工工，最終構構成人類社社會。物聯(lián)網體系系架構

概述1感知層

2小結

5網絡層

3應用層

4主要內容感知層功能能物聯(lián)網在傳傳統(tǒng)網絡的的基礎上，，從原有網網絡用戶終終端向“下下”延伸和和擴展，擴擴大通信的的對象范圍圍，即通信信不僅僅局局限于人與與人之間的的通信，還還擴展到人人與現(xiàn)實世世界的各種種物體之間間的通信。。物聯(lián)網感知知層解決的的就是人類類世界和物物理世界的的數(shù)據獲取取問題。感知層處于于三層架構構的最底層層，是物聯(lián)聯(lián)網發(fā)展和和應用的基基礎，具有有物聯(lián)網全全面感知的的核心能力力。作為物物聯(lián)網的最最基本一層層，感知層層具有十分分重要的作作用。感知層一般般包括數(shù)據采集和數(shù)據短距離離傳輸兩部分此處的短距距離傳輸技技術，尤指指像藍牙、、ZigBee這類類傳輸距離離小于100m，速速率低于1Mbit/s的的中低速無無線短距離離傳輸技術術。感知層功能能感知層關鍵鍵技術感知層所需需要的關鍵鍵技術包括括檢測技術術（傳感器、RFID、、二維碼等等）、中低速速無線或有有線短距離離傳輸技術術（Zigbee、藍牙牙等）等。牙刷也上物物聯(lián)網傳感器技術術計算機類似似于人的大大腦，而僅僅有大腦而而沒有感知知外界信息息的“五官官”顯然是是不夠的，，計算機也也還需要它它們的“五五官”———傳感器。。傳感器是攝攝取信息的的關鍵器件件，它是物物聯(lián)網中不不可缺少的的信息采集集手段，也也是采用微微電子技術術改造傳統(tǒng)統(tǒng)產業(yè)的重重要方法傳輸●處理存儲●顯示記錄●控制傳感器功能能RFID技術RFID是是射頻識別別（RadioFrequencyIdentification））的英文縮縮寫，是20世紀90年代開開始興起的的一種自動動識別技術術，它利用用射頻信號號通過空間間電磁耦合合實現(xiàn)無接接觸信息傳傳遞并通過過所傳遞的的信息實現(xiàn)現(xiàn)物體識別別。RFID射頻識別RFID系統(tǒng)構成一般由RFID標簽簽、標簽讀讀寫器和后后端數(shù)據庫庫構成RFID標標簽(Tag)：由由耦合元件件及芯片組組成，每個個標簽具有有唯一的電電子編碼，，附著在物物體上標識識目標對象象。也稱卡卡片。讀寫器(Reader)：讀讀取(有時時還可以寫寫入)標簽簽信息的設設備，可設設計為手持持式或固定定式。也稱稱讀卡器，，或讀頭等等。包括天天線（Antenna）。后端數(shù)據庫庫可以是運運行于任意意硬件平臺臺的數(shù)據庫庫系統(tǒng)，通通常具有強強大計算和和存儲能力力，同時它它包含所有有Tag的的信息。電子標簽進進入讀寫器器產生的磁磁場后，讀讀寫器發(fā)出出射頻信號號憑借感應電電流所獲得得的能量發(fā)發(fā)送出存儲儲在芯片中中的產品信信息（無源標簽或或被動標簽簽），或者主主動發(fā)送某某一頻率的的信號（有源標簽或或主動標簽簽）讀寫器讀取取信息并解解碼后，送送至后端數(shù)數(shù)據庫進行行數(shù)據處理理RFID技術的工作作原理二維碼技術術二維碼在代代碼編制上上巧妙地利利用構成計計算機內部部邏輯基礎礎的“0””和“1””比特流的的概念，使使用若干與與二進制相相對應的幾幾何形體來來表示數(shù)值值信息，并并通過圖像像輸入設備備或光電掃掃描設備自自動識讀以以實現(xiàn)信息息的自動處處理。二維碼技術術原理數(shù)據容量更更大二維碼能在在橫向和縱縱向兩個方方位同時表表達信息成本低，易易制作，持持久耐用容錯能力強強，具有糾糾錯功能條碼符號形形狀、尺寸寸大小比例例可變二維碼還可可以引入保保密措施，，其保密性性較一維碼碼要強很多多二維碼的優(yōu)優(yōu)勢ZigBee技術ZigBee是一種種短距離、、低功耗的的無線傳輸輸技術，是是一種介于于無線標記記技術和藍藍牙之間的的技術，它它是IEEE802.15.4協(xié)議議的代名詞詞。ZigBee采用分分組交換和和跳頻技術術，并且可可使用3個個頻段，分分別是2.4GHz的公共共通用頻段段、歐洲的的868MHz頻段段和美國的的915MHz頻段段。短距離范圍圍數(shù)據流量較較小的業(yè)務務ZigBee技術應用場場合數(shù)據傳輸速速率低●低功耗成本低●網絡容量大大有效范圍小小●工作頻段靈靈活可靠性高安全性高ZigBee技術特點藍牙藍牙（Bluetooth））是一種無無線數(shù)據與與話音通信信的開放性性全球規(guī)范范，和ZigBee一樣，是是一種短距距離的無線線傳輸技術術。藍牙采用高高速跳頻（（FrequencyHopping）和時時分多址（（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）等等先進技術術，支持點點對點及點點對多點通通信同時可傳輸輸話音和數(shù)數(shù)據可以建立臨臨時性的對對等連接（（AdhocConnection)開放的接口口標準藍牙的技術術特點

概述1感知層

2小結

5網絡層

3應用層

4主要內容網絡層功能能網絡層主要要承擔著數(shù)據傳輸?shù)墓δ茉谖锫?lián)網中中，要求網網絡層能夠夠把感知層層感知到的的數(shù)據無障障礙、高可可靠性、高高安全性地地進行傳送送，它解決決的是感知知層所獲得得的數(shù)據在在一定范圍圍內，尤其其是遠距離地傳輸問題題網絡層的關關鍵技術Internet移動通信網網無線傳感器器網絡Internet物聯(lián)網也被被認為是Internet的的進一步延延伸Internet將將作為物聯(lián)聯(lián)網主要的的傳輸網絡絡之一，它它將使物聯(lián)聯(lián)網無所不不在、無處處不在地深深入社會每每個角落移動通信網網移動通信網網由無線接入網網、核心網和骨干網三部分組成成。無線接接入網主要要為移動終終端提供接接入網絡服服務，核心心網和骨干干網主要為為各種業(yè)務務提供交換換和傳輸服服務。移動通信網網為人與人人之間通信信、人與網網絡之間的的通信、物物與物之間間的通信提提供服務在移動通信信網中，當當前比較熱熱門的接入入技術有3G、Wi-Fi和和WiMAX移動通信網網無線傳感器器網絡無線傳感器器網絡（WSN）的的基本功能是將一系列列空間分散散的傳感器器單元通過過自組織的的無線網絡絡進行連接，從而將各各自采集的的數(shù)據通過過無線網絡絡進行傳輸匯總，以實現(xiàn)對對空間分散散范圍內的的物理或環(huán)環(huán)境狀況的的協(xié)作監(jiān)控，并根據這這些信息進進行相應的的分析和處理理監(jiān)控終端無線或有線線網絡監(jiān)控接入簇頭節(jié)點簇頭節(jié)點無線傳感器器網絡體系系結構節(jié)點數(shù)目更更為龐大（（上千甚至至上萬），，節(jié)點分布布更為密集集由于環(huán)境影影響和存在在能量耗盡盡問題，節(jié)節(jié)點更容易易出現(xiàn)故障障環(huán)境干擾和和節(jié)點故障障易造成網網絡拓撲結結構的變化化通常情況下下，大多數(shù)數(shù)傳感器節(jié)節(jié)點固定不不動傳感器節(jié)點點具有的能能量、處理理能力、存存儲能力和和通信能力力等都十分分有限無線傳感器器網絡特點點

概述1感知層

2小結

5網絡層

3應用層

4主要內容應用層功能能功能：將感感知和傳輸輸來的信息息進行分析析和處理，，做出正確確的控制和和決策，實實現(xiàn)智能化化的管理、應用和服務這一層解決決的是信息處理和人機界面的問題應用層關鍵鍵技術M2M云計算人工智能數(shù)據挖掘中間件M2M根據不同場場景代表Machine-to-MachineMan-to-MachineMachine-to-ManMobile-to-MachineMachine-to-MobileM2M是現(xiàn)現(xiàn)階段物聯(lián)聯(lián)網普遍的的應用形式式，是實現(xiàn)現(xiàn)物聯(lián)網的的第一步M2M將多多種不同類類型的通信信技術有機機地結合在在一起，將將數(shù)據從一一臺終端傳傳送到另一一臺終端，，也就是機機器與機器器的對話。。M2M技術術的目標就就是使所有有機器設備備都具備聯(lián)聯(lián)網和通信信能力，其其核心理念念就是網絡絡一切（NetworkEverything）M2M云計算云計算（CloudComputing）是是分布式計算算（DistributedComputing）、并行計算（ParallelComputing）和和網格計算（GridComputing）的的發(fā)展，或或者說是這這些計算機機科學概念念的商業(yè)實實現(xiàn)。用戶可以在在多種場合合，利用各各類終端，，通過互聯(lián)聯(lián)網接入云云計算平臺臺來共享資資源。人工智能人工智能（（ArtificialIntelligence））是探索研研究使各種種機器模擬擬人的某些些思維過程程和智能行行為（如學學習、推理理、思考、、規(guī)劃等）），使人類類的智能得得以物化與與延伸的