物联网技术架构概述课件

精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术架构概述物联网技术架构概述2024/7/5物联网技术架构概述2023/8/131精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网概念发展和融合RFID早期物联网RFID+互联网把所有物品通过射频识别（RFID）和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。物联网ITU和欧盟对概念扩展提出任何时刻，任何地点，任意物体之间的互联，无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景，除RFID技术外，传感器技术，纳米技术，智能终端等技术将得到更加广泛的应用。早期传感网自组织网络分布式节点自组织组成的网络，用于战场侦察。泛在传感器网络ITU研究报告可以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式被部署，由智能传感节点组成的网络。泛在网络江泽民主席文章由智能网络、最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态，将以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征，帮助人类实现“4A”化通信。物联网概念发展和融合RFID早期物联网物联网早期传感网泛在传2精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远泛在传感器网络体系架构泛在传感器网络体系架构3精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网产业与电信产业的差别l l电信网和互联网电信网和互联网面向人与人互面向人与人互联，网络本身非智能；联，网络本身非智能；l l物联网物联网物联网面向物物互联，物联网面向物物互联，物非智能，要求网络智能、自治；物非智能，要求网络智能、自治；l l（信息技术的前沿和交叉（信息技术的前沿和交叉领域）领域）核心：核心：“自治组网、协同感知自治组网、协同感知”差别项目差别项目差别项目差别项目电信产业电信产业电信产业电信产业物联网产业物联网产业物联网产业物联网产业用户需求来源用户需求来源用户需求来源用户需求来源主要需求推动力来源于公众用户主要需求推动力来源于公众用户传统电信产业与传统行业的交叉与融合，根本推动传统电信产业与传统行业的交叉与融合，根本推动力是传统行业改进生产和管理效率的紧迫需求力是传统行业改进生产和管理效率的紧迫需求目标客户和应目标客户和应目标客户和应目标客户和应用需求用需求用需求用需求目标客户单一、应用需求集中、系目标客户单一、应用需求集中、系统特征明确，是电信产业能够在短统特征明确，是电信产业能够在短时间内迅速成熟的根本原因。时间内迅速成熟的根本原因。应用领域众多，不同应用差异大，每个细分市场的应用领域众多，不同应用差异大，每个细分市场的产业规模小。面临用户需求不清晰、行业前景不明产业规模小。面临用户需求不清晰、行业前景不明朗、产业化力量投入目标模糊等根本问题；朗、产业化力量投入目标模糊等根本问题；商业模式商业模式商业模式商业模式公众客户服务和集团客户服务公众客户服务和集团客户服务行业用户基于行业信息及流程的保密性、安全性等行业用户基于行业信息及流程的保密性、安全性等考虑，将在物联网的产业价值链中扮演着完全不同考虑，将在物联网的产业价值链中扮演着完全不同的角色。大规模产业化必须打破原有的电信产业价的角色。大规模产业化必须打破原有的电信产业价值链形式及思维模式，实现商业模式创新值链形式及思维模式，实现商业模式创新标准化标准化标准化标准化基于主流标准的产品占据了全球的基于主流标准的产品占据了全球的绝大多数市场份额，标准的市场集绝大多数市场份额，标准的市场集中度较高中度较高物联网标准与行业内标准仍旧存在标准化空白，这物联网标准与行业内标准仍旧存在标准化空白，这些因素的存在也阻碍了物联网的快速规模产业化些因素的存在也阻碍了物联网的快速规模产业化新业务模式新业务模式新发展机遇新发展机遇物联网产业与电信产业的差别电信网和互联网面向人与人互联，网4精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术架构物联网技术架构5精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远概述物联网作为一个系统网络，与其他网络一样，也有其内部特有的架构。你知道物联网的架构分为几层么？物联网系统有三个层次。一是感知层，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是网络层，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是应用层，把感知层的得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。概述物联网作为一个系统网络，与其他网络一样6精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网系统架构图物联网系统架构图7精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远 8精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术架构概述课件9精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术架构概述课件10精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远概述如果把物联网系统和人体做比较，感知层好比人体的四肢，传输层好比人的身体和内脏，那么应用层就好比人的大脑，软件和中间件是物联网系统的灵魂和中枢神经。感知层包括信息采集和组网与协同信息处理，通过传感器、一维/二维条码、RFID、以及其他多媒体信息自动识别并采集信息，采集到的信息如何计入到网络层呢？需要将采集到的信息向上位端传输，这时就需要利用组网技术和协同信息处理技术，包括远距离与近距离数据传输技术、自组织组网技术、协同信息处理技术、以及信息采集中间件技术。网络层主要指的是由移动通信网、广电网、互联网、以及其他专网组成的网络体系，实现数据的传输。应用层包括物联网应用的支撑技术和物联网的实际应用。在物联网系统架构中，我们还可以看到物联网涉及到需到公共技术，例如：编码、标识、解析、信息服务、安全、以及中间件技术概述如果把物联网系统和人体做比较，感知层11精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术架构概述课件12精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术架构概述课件13精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术架构概述课件14精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术架构概述课件15精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术架构概述课件16精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网接入技术架构物联网接入技术架构17精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层感知层顾名思义就是感知系统的一个层面，这里的感知主要就是指系统信息的采集。感知层包括就是把所有物品通过一维/二维条码、射频识别（RFID）、传感器、红外感应器、全球定位系统等信息传感装置自动采集到与物品相关的信息，并传送到上位端，完成传输到互联网前的准备工作。比如在供应链管理、工业控制、智能交通、智能家居中都得到很好地应用。例如：粘贴在设备上的RFID标签和用来识别采集RFID信息的读写器就属于物联网的感知层。人们采集到的信息是RFID标签里面存储的内容，需要在采集装置的本地进行处理，然后将有用的数据传输到系统控制管理中心，例如：高速公路不停车收费系统、超市仓储管理系统等，都是基于此类结构的物联网应用。网络感知层感知层顾名思义就是感知系统的一18精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层感知层作为物联网架构的基础层面，主要是达到信息采集并将采集到的数据上传的目的，感知层的主要包括：自动识别技术产品和传感器（条码、RFID、传感器、等），无线传输技术（WLAN、Bluetooth、ZigBee、UWB），自组织组网技术和中间件技术。网络感知层感知层作为物联网架构的基础层面，19精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层2、自动识别自动识别技术系统是指将物品有关代码采用条码、射频等自动识别与数据采集技术载体进行承载，以及通过条码、射频等自动识别设备获取条码、射频标签上承载的物品编码信息的技术体系，自动识别过程实现了某一个条码、射频标签与唯一标识某一物品的物品编码的一一对应关系，该系统完成国家物品识别网络体系的信息采集功能，该系统获取物品编码系统中的信息，并上传到上层中间件系统中进行加工处理。网络感知层2、自动识别自动识别技术系统是指将物品20精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层（1）目前常用的自动识别技术主要有以下几种：条码识别技术条码技术是目前应用最为广泛的自动识别技术，其识别原理是光学识别，条码识读器将采集到的条码反射光通过光电转化变为电信号，经整形、模数转换以及译码，转换成相应的数字、字符信息，通过与计算机相连的识读器将信息送入信息系统进行数据处理与管理。条码按照不同的分类方法、不同的编码规则可以分成许多种，现在已知的世界上正在使用的条码有250多种。条码的分类主要依据条码的编码结构和条码的性质来决定。例如，按条码的长度来分，可分为定长和非定长条码；按排列方式分，可分为连续型和非连续型条码；从校验方式分，又可分为自校验和非自校验型条码等。网络感知层（1）目前常用的自动识别技术主要有以下几种：21精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层一般的，人们按照结构将条码分为一维条码和二维条码。一维条码是通常我们所说的传统条码，按照应用又可将其分为商品条码和物流条码。其中，商品条码包括EAN条码和UPC条码等，物流条码包括128条码、ITF条码、39条码、库德巴条码等。二维条码根据构成原理、结构形状的差异，一般可分为两大类型：一类是行排式或层排式二维条码（2DStackedorTieredBarcode），如PDF417、Code49、Code16K等；另一类是棋盘式或矩阵式二维条码（2DCheckerboardorDotMatrixBarcode），如汉信码、QRCode、DataMatrix、CodeOne、MaxiCode等。关于条码的简单分类如图4-3所示网络感知层一般的，人们按照结构将条码分22精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层条码技术具有简单易操作，灵活实用，可靠性高，成本低廉等特点，在商业零售领域，仓储管理与物流跟踪，数据自动录入，图书管理等众多领域有着广泛的应用。网络感知层条码技术具有简单易操作，灵活实用，可靠性高，23精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层射频识别技术射频识别技术是20世纪90年代引起全球关注的一种非接触的自动识别技术，射频标签与射频识读器之间通过感应、无线电波反射的工作方式进行非接触双向通信，识读器可以对标签进行读写操作。最基本的RFID系统由三部分组成：i标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。ii识读器/读写器：读取(对可读写标签时可以写入)标签信息的设备。iii天线：在标签和读取器间传递射频信号。网络感知层射频识别技术射频识别技术是20世纪24精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频标签进入发射天线工作区域时，射频标签获得能量被激活，并将自身编码等信息通过标签内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到识读器，识读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理。网络感知层系统的基本工作流程是：阅读器通过25精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层按照不同得方式，射频识别系统有以下几种分类：按供电方式分为有源和无源射频识别系统。有源是指标签内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作；无源标签内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡较短，但寿命长且对工作环境要求不高。按载波频率分为低频、高频射频和超高频射频。低频射频标签主要有125kHz和134.2kHz两种，高频射频标签频率主要为13.56MHz，超高频射频标签主要为433MHz、800MHz900MHz、2.45GHz、5.8GHz等。有时，人们也称2.45GHZ以上的射频识别系统为微波系统。在应用方面，低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。高频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；超高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。网络感知层按照不同得方式，射频识别系统有以下几种分类：26精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层我国物品识别网络的射频技术建议采用800MHz900MHz频段，因为该频段相对于其他频段具有以下优势：穿透性好。30CM左右的波长，对于物流过程识别，对物品的一些阻挡有较好的绕射。识读距离长。此频段的识别，采用雷达模型，可以有较长的识别距离。识读速率高。本频段频率高，识读速率高，适合物流中对移动物品的识别。良好的产业基础。最先实现被动标签识别的频段，有相关产业基础网络感知层我国物品识别网络的射频技术建议采用800MHz927精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式射频标签使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频标签。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的射频标签发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的射频标签主要用于有障碍物的应用中，距离更远(可达30米)。射频识别技术具有非接触，无须人工干预，抗恶劣环境，标签数据存储量大，可识别多对象等特点，目前在车辆自动识别，高速公路收费及智能交通系统，货物的跟踪及物品监视，生产线自动化及过程控制，动物的跟踪管理等方面都得到越来越广泛的应用。网络感知层按调制方式的不同可分为主动式和28精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层其他识别技术图像识别技术和光学符识别技术也在物品自动识别领域有一定的应用前景。（2）自动识别过程自动识别过程由数据承载、数据采集与数据传输3个过程组成，该3个过程相互配合，共同完成编码数据的自动采集。根据不同的载体特性或应用需求的不同，部分过程或过程的功能可以省略。数据承载数据承载过程是指按照确定的自动识别数据载体的技术规定，将物品编码转换为数据载体承载格式，以及提供数据采集过程必须的附加信息的过程。数据采集数据采集技术过程是指采集获取数据承载过程装载的物品编码以及附加数据传输所需的附加信息的过程。数据传输数据传输是将数据采集过程中获得的物品编码，按照一定的规则，添加相应的标识符后，上传到信息系统的过程网络感知层其他识别技术图像识别技术和光学29精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层3、无线传输技术信息在通过设备采集之后就要传输到网络节点上，在传输过程中分为近距离传输和远距离传输，这里提到的近距离传输和远距离传输主要是指采集设备到传输节点的距离的长短。通过传输距离远近和传输环境的不同，可以采用不同的传输技术。一般情况下，如果在应用场所已经接通了互联网，即可实现数据的传输，下面特指的是在没有物联网接入联线的情况下，可以采用的几种技术：网络感知层3、无线传输技术信息在通过设备采集之后30精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层（1）WLAN与WiFi。WLAN即无线局域网，其历史起源可以追溯到五十年前，当时美军首先开始采用无线信号传输资料，并且采用相当高强度的加密技术。这项技术让许多学者得到了一些灵感。3WLAN是利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号。作为传统布线网络的一种替代方案或延伸，无线局域网使人们可以随时随地获取信息，提高了办公效率。此外，它能够方便地实施联网技术，因为WLAN可以便捷、迅速地接纳新加入的雇员，而不必对网络的用户管理配置进行过多的变动。在物联网中WLAN可以利用在有线网络布线困难的地方，使用WLAN方案，则不必再实施打孔敷线作业，因而不会对建筑设施造成任何损害。WiFi是无线保真(WirelessFidelity)的缩写，是属于无线局域网(WLAN)的一种，是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。WiFi的主要特点是传输速率高、可靠性高、建网快速、便捷、可移动性好、网络结构弹性化、组网灵活、组网价格较低等。物联网中可以通过WiFi网络连通RFID识读器等手持终端和信息传输节点。网络感知层（1）WLAN与WiFi。WL31精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层（2）“蓝牙(Bluetooth)”是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中因此，特别适用于小型的移动通信设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通信。网络感知层（2）“蓝牙(Bluetooth)”32精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层（3）紫蜂（ZigBee）技术，2002年,zigbeeAlliance成立这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。在自动控制和远程控制领域比蓝牙的效果要好，并且可以嵌入各种设备。（4）超宽带(Ultrawideband，UWB)技术起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式。UWB的特点如下：抗干扰性能强；传输速率高；带宽极宽；消耗电能少；保密性好；发送功率非常小；成本低网络感知层（3）紫蜂（ZigBee）技术，233精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层上面四种无线传输技术的技术特点与比较，如表4-1所示。网络感知层上面四种无线传输技术的技术特点与比较，如表4-1所34精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层4、自组织组网技术在物联网感知层中还应用到了自组织组网技术，自组织组网技术的起源可追溯到1968年的ALOHA网络和1973年美国国防部高级研究计划署（DARPA）资助研究的“无线分组数据网（PRNET）”。主要的特点是网络拓扑结构动态变化；分布式控制方式；具有自组织性；多跳通信；节点的处理能力和能源受限；信道质量较差。在物联网中主要是应用在一些企业中，它通过自组织组网技术，组织、创建了公司内部的网络，在与外界进行信息交换，特别是在物联网的应用中需要了解这样的组网技术，以便于其公司信息的采集。现有无线网络和自组织网路的区别对照如表4-2所示。网络感知层4、自组织组网技术在物35精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层网络感知层36精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层5、协同信息采集技术在信息采集的过程中由于不同所需的控制信息储存在不同的数据库表中，如果需要这样的信息就要从不同的表中调取，这时就需要用到协同信息采集技术。协同信息采集技术是将系统协同学的相关理论运用于信息采集中。协同学是20世纪70年代初联邦德国理论物理学家哈肯创立的。9协同技术运用在物联网中主要是之前所提到调用所需信息，如在要在一定温度和湿度下控制空调或者是浇水系统的开关，则需要调用温度信息和湿度信息，这时的信息就需要运用协同技术整合到一起来达到控制条件。网络感知层5、协同信息采集技术37精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层6、信息采集中间件技术信息采集中间件技术，在感知层作业中，采集到的信息还要通过相应的中间件传输到网络节点上，这个时候信息采集中间件技术就派上了用场，它通过标准的程序接口和协议，针对不同的操作设备和硬件接收平台，他们可以有符合接口和协议规范的多种实现。通过这样的中间件，就能将物品信息准确无误地传输到网络节点中区。网络感知层6、信息采集中间件技术38精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层网络感知层39精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层图4-4中所显示的主要实体有客户、服务器、感应设备和物体。假设有n个公司，每个公司有自己的产品，公司通过感应设备得到物体的相关信息，再由传输网络传递到服务器的节点上去，这样各公司内部的服务器就获取了物体的信息。但这些信息现在还是被公司自己所有，如果要想让客户知道不同公司的物品信息，就要通过一个物联网平台的服务器，将各个公司服务器上的信息整合在一起，使得客户可以在这个物联网平台的服务器上查询到不同公司物品的信息。达到物联网物物相连的目的。网络感知层图4-4中所显示的主要实体有客户40精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层二、物联网网络层物联网的网络层可以理解为搭建物联网的网络平台，建立在现有的移动通讯网、互联网和其他专网的基础上，通过各种接入设备与上述网络相连，如手机付费系统中由刷卡设备将内置手机的RFID信息采集上传到互联网，网络层完成后台鉴权认证并从银行网络划帐。在图4-1所示的物联网架构图中，我们可以清楚地看到位于第二层的网络层起到了连接上下两层的作用。网络层的作用就是当感知层中的感应设备将物品信息传输到网络节点后，在通过网络层中的移动通讯网络、互联网和其他专用网络连接各个服务器，以此来使客户可以根据自己的需要获取物品信息。你知道除了人们通常所熟知的移动通讯网络和互联网，还有哪些专用网络可以用来作为物联网连接网络么？网络感知层二、物联网网络层物联网的网络层可以理解41精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层1、下一代承载网互联网的承载网是指互联网的承载网络IP网，下一代的承载网是指基于承载网的融合，即三种业务网（PSTN/CableModem/Internet）的承载网建立在一个统一的网络上来承载，这并不是说现在的IP网可以承载另外两个网络，而是指基于IP技术的发展变化后的IP网，它是在满足另两网的需求发展而来的。对于现在物联网的发展而言，它的承载网仍然是以互联网、移动通讯网为主的公共网络。随着未来网络的发展将向着民用和专用两个方面去走。民用主要就是涉及范围广，适合大众使用的网络，比如像Internet这样的网络。专用网络的发展对于物联网大的趋势来说就是希望在未来能够发展形成为物联网提供服务的专有网络。我们希望有这样的专用承载网出现，我们暂且称之为“下一代承载网”。网络感知层1、下一代承载网42精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层2、M2M无线接入M2M（MachinetoMachine）是一种理念，也是所有增强机器设备通信和网络能力的技术的总称。早在2002年诺基亚便开始推动M2M的解决方案，他们将其定义为“以以太网和无线网为基础，实现网络通讯中各实体间信息交流”。M2M作为实现机器与机器之间的无线通信手段，为制造业的信息化提供了一种新的解决思路。例如：在电力设备中安装可监测配电网运行参数的模块，实现配电系统的实时监测、控制和管理维护；在石油设备中安装可以采集油井工作情况信息的模块，远程对油井设备进行调节和控制，及时准确了解油井设备工作情况；在汽车上配装采集车载信息终端、远程监控系统等，实现车辆运行状态监控等。网络感知层2、M2M无线接入43精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层网络层在整个的物联网架构中起着承上启下的左右，作为物联网中不可或缺的架构组成部分，网络层能够为物联网的应用带来什么好处呢？1、异构网融合异构网（heterogeneousnet），是指网络不具有相同的传输性质和通信协议。通信技术近些年来得到了迅猛发展，层出不穷的无线通信系统为用户提供了异构的网络环境，包括无线个域网(如Bluetooth)、无线局域网(如Wi-Fi)、无线城域网(如WiMAX)、公众移动通信网(如2G、3G)、卫星网络，以及AdHoc网络、无线传感器网络等。尽管这些无线网络为用户提供了多种多样的通信方式、接入手段和无处不在的接入服务，但是，要实现真正意义的自组织、自适应，并且实现具有端到端服务质量(QoS)保证的服务，还需要充分利用不同网络间的互补特性，实现异构无线网络技术的有机融合。网络感知层网络层在整个的物联网架构中起着44精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层2、资源存储与网络管理网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术。在网络层要能够达到资源存储的功能，因为在感知网采集到信息之后，需要存储在网络层中，以便于用户和操作者对于信息的搜集和调出等。比如，操作人员能够通过访问IP地址，输入用户名和密码之后，调用指定摄像机拍摄到的视频资料。并且能够达到对摄像机的机位和角度等进行远程的控制功能。网络感知层2、资源存储与网络管理网络层中的45精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层三、物联网应用层“物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。网络感知层三、物联网应用层“物联网”概念的问世,46精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层物联网应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。应用层是物联网发展的目的。目前已经有不少物联网范畴的应用，譬如通过一种感应器感应到某个物体触发信息，然后按设定通过网络完成一系列动作。当你早上拿车钥匙出门上班，在电脑旁待命的感应器检测到之后就会通过互联网络自动发起一系列事件：通过短信或者喇叭自动报今天的天气，在电脑上显示快捷通畅的开车路径并估算路上所花时间，同时通过短信或者即时聊天工具告知你的同事你将马上到达。各种行业和家庭应用的开发将会推动物联网的普及，也给整个物联网产业链带来利润。网络感知层物联网应用层利用经过分析处理的47精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能，主要包括公共中间件、信息开放平台、云计算平台和服务支撑平台。应用服务子层包括智能交通、供应链管理、智能家居、工业控制等行业应用。关于物联网应用系统及其案例，在本书的第六章有详尽介绍。这里我们主要介绍一下应用支撑平台子层中的几个概念：网络感知层应用层主要包含应用支撑平台子层和应48精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层1公共中间件在应用支撑平台子层中的公共中间件主要是指，在应用物联网的过程中，当遇到操作平台和应用程序之间无法直接连接的时候就要应用到中间件作为通信服务的提供者。这样就是为了能够让平台（包括操作系统和硬件）在与应用连接的时候不会因为接口标准不同等问题导致无法通信。网络感知层1公共中间件在应用支撑平台子层49精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层在应用层中的公共中间件与感知层中的信息采集中间件技术不同，信息采集中间件主要应用于整个物联网末端的信息采集中，即如RFID、传感器等采集设备与数据传输节点之间连接时候的通信服务。采集设备与传输节点之间必然也存在接口标准不同这样的问题，所以同样需要中间件，但由于应用的环节不同，如上所提到的两种中间件技术也不同。在本书第五章中的中间件技术小节有针对物联网中比较常见的EPC系统中两种中间件区别的介绍，这里就不做累述了。网络感知层在应用层中的公共中间件与感知层中50精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层2云计算1）云计算概念云计算概念是由Google提出的，这是一个美丽的网络应用模式。狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效。云计算（cloudcomputing，分布式计算技术的一种，其最基本的概念，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见，例如搜寻引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。网络感知层2云计算1）云计算概念51精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层云计算的特点：云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也最方便。云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。云计算为为存储和管理数据提供了几乎无限多的空间，也为我们完成各类应用提供了几乎无限强大的计算能力。网络感知层云计算的特点：云计算提供了最可靠、最52精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层2）云计算与物联网那么云计算又和物联网有什么关系呢？云计算譬如人的大脑，而物联网则是人的五官和四肢。为了能够更好地利用物联网为我们提供便捷的环境。人们便考虑将云计算运用到物联网中，提高物联网的存储、计算和资源共享的能力。云计算与物联网的结合方式我们可以分为以下几种。一是单中心，多终端。此类模式中，分布范围的较小各物联网终端（传感器、摄像头或3G手机等），把云中心或部分云中心做为数据/处理中心，终端所获得信息、数据统一由云中心处理及存储，云中心提供统一界面给使用者操作或者查看。这类应用非常多，如小区及家庭的监控、对某一高速路段的监测、幼儿园小朋友监管以及某些公共设施的保护等都可以用此类信息。这类主要应用的云中心，可提供海量存储和统一界面、分级管理等功能，对日常生活提供较好的帮助。一般此类云中心为私有云居多。网络感知层2）云计算与物联网那么云计算53精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层二是多中心，大量终端。对于很多区域跨度加大的企业、单位而言，多中心、大量终端的模式较适合。譬如，一个跨多地区或者多国家的企业，因其分公司或分厂较多，要对其各公司或工厂的生产流程进行监控、对相关的产品进行质量跟踪等等。当然同理，有些数据或者信息需要及时甚至实时共享给各个终端的使用者也可采取这种方式。举个简单的例子，如果北京地震中心探测到某地和某地10分钟后会有地震，只需要通过这种途径，仅仅十几秒就能将探测情况的告警信息发出，可尽量避免不必要的损失。中国联通的“互联云”思想就是基于此思路提出的。这个的模式的前提是我们的云中心必须包含公共云和私有云，并且他们之间的互联没有障碍。这样，对于有些机密的事情，比如企业机密等可较好地保密而又不影响信息的传递与传播。网络感知层二是多中心，大量终端。对54精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层三是信息、应用分层处理，海量终端。这种模式可以针对用户的范围广、信息及数据种类多、安全性要求高等特征来打造。当前，客户对各种海量数据的处理需求越来越多，针对此情况，我们可以根据客户需求及云中心的分布进行合理的分配。对需要大量数据传送，但是安全性要求不高的，如视频数据、游戏数据等，我们可以采取本地云中心处理或存储。对于计算要求高，数据量不大的，可以放在专门负责高端运算的云中心里。而对于数据安全要求非常高的信息和数据，我们可以放在具有灾备中心的云中心里。此模式是具体根据应用模式和场景，对各种信息、数据进行分类处理，然后选择相关的途径给相应的终端。网络感知层三是信息、应用分层处理，海量终端55精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络感知层以上三种只是云计算与物联网结合的方式粗线条的勾勒，还有很多种其他的具体的模式，囿于笔者浅见，也许已经有很多模式或者方式已经在实际应用当中了。综上所述，物联网的三个层次：感知层、网络层和应用层。感知层作为物联网架构的基础，主要通过条码、RFID、传感器等达到对信息采集的目的。网络层则作为物联网架构的中间层面，承载着由感知层采集来的数据的网络传输。应用层就是物联网的最终目的，将物联网与生产、生活切实结合在一起。网络感知层以上三种只是云计算与物联网结合的56精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网总体标准物联网通用功能体系结构物联网通用系统体系结构物联网技术参考模型物联网数据体系结构物联网元数据注册方法面向业务应用的物联网服务聚合规范物联网标识设计方法和框架物联网信息资源管理规范急需立项的物联网总体标准物联网总体标准物联网通用功能体系结构急需立项的物联网总体标准57精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远智能传感器技术与标准化智能传感器技术与标准化58精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远智能传感器的定义和特点传感器传感器能感受规定的被测量，并按照一定规能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置。通常由敏感律转换成可用信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。按被测量可分为力敏、元件和转换元件组成。按被测量可分为力敏、热敏、光敏、磁敏、气敏、湿敏、压敏、离子热敏、光敏、磁敏、气敏、湿敏、压敏、离子敏、射线敏、生物敏、光纤敏等大类。敏、射线敏、生物敏、光纤敏等大类。智能传感器智能传感器带有微处理器，具有信息处理功带有微处理器，具有信息处理功能的传感器。自检测、自修正、自保护功能；能的传感器。自检测、自修正、自保护功能；判断、决策、思维功能；双向通信、标准化数判断、决策、思维功能；双向通信、标准化数字输出或符号输出功能。字输出或符号输出功能。传感器集成化与微处理机相结合的产物。高精度、高可靠性与高稳高精度、高可靠性与高稳定性、高信噪比与高的分辨力、自适应性强。定性、高信噪比与高的分辨力、自适应性强。智能传感器的三种实现方式智能传感器的三种实现方式非集成化实现是将传统传感器、信号调理电路、带数字接口的微处理器组合为一整体，而构成智能传感器系统。集成化实现是采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用硅作为基本材料制作敏感元件、信号调理电路、微处理单元，集成到一块芯片，又称为集成智能传感器。混合实现是根据需要，将系统各个集成化环节。智能传感器的定义和特点传感器能感受规定的被测量，并按照一定59精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远智能传感器在物联网中的地位和作用应用系统定位时间同步系统管理拓扑生成通信与组网管理服务微型化低成本低功耗抗干扰灵活性福布斯认为，全球有全球有1111个科技领域未来几十年将会改变世界经济格局和人类生活，新型传感器居首。个科技领域未来几十年将会改变世界经济格局和人类生活，新型传感器居首。智能传感器的性能决定物联网性能。传感器技术的升级换代将提升网络的升级换代。智能传感器是物联网发展的瓶颈。智能传感器产业化决定物联网市场应用前景。智能传感器在物联网中的地位和作用应用系统传输层网络层数据链路60精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远智能传感器技术的国际标准化智能传感器技术的国际标准化61精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远智能传感器标准体系框架智能传感器标准体系框架62精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远传感器网络技术的标准化传感器网络技术的标准化63精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远ISO/IECJTC1的组织机构ISO/IECJTC1的组织机构64精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远传感器网络标准化进展国标委正式批准在全国信标委下成立无线传感器网络工作组分为8个项目组，召开工作组全会，开展具体国家标准的制定工作20062006年年20072007年年20092009年年全国信标委开全国信标委开始组织相关单始组织相关单位进行传感器位进行传感器网络标准方面网络标准方面的研究工作的研究工作传感器网络工作组4月上报筹备方案，11月在无锡召开筹备会议20082008年年q传感器网络国家标准工作组（先于ISO/IECJTC1WG7成立），直属全国信息技术标准化委员会，现有成员单位近100家。q组长单位中科院上海微系统所，秘书处单位工信部电子工业标准化研究所。q目前项目组有PG1（国际标准化）、PG2（标准体系与系统架构）、PG3（通信与信息交互）、PG4（协同信息处理）、PG5（标识）、PG6（安全）、PG7（接口）、PG9（网关）、PG10（无线频谱研究与测试）、PG11（设备技术要求和测试规范）、PG12（网络管理）、PG13（应用）等。传感器网络标准化进展国标委正式批准在全国信标委下成立无线传感65精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远传感器网络标准体系框架传感器网络标准体系框架66精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远已立项国家和行业标准计划划编号号项目名称目名称标准准性性质制制/修修订完成完成年限年限主管部主管部门技技术归口口单位位20091414-T-469传感器网络第1部分：总则推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会20091415-T-469传感器网络第2部分：术语推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会20091416-T-469传感器网络第3部分：通信与信息交互推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会20091417-T-469传感器网络第4部分：接口推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会20091418-T-469传感器网络第5部分：安全推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会20091419-T-469传感器网络第6部分：标识推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会2009-2807T-SJ机场围界传感器网络防入侵系统技术要求推荐制定2010工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会2009-2810T-SJ面向大型建筑节能监控的传感器网络系统技术要求推荐制定2010工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会已立项国家和行业标准计划编号项目名称标准性质制/修订完成年限67精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远已立项国家和国际标准计划划编号号项目名称目名称标准准性性质制制/修修订完成完成年限年限主管部主管部门技技术归口口单位位传感器网络网关技术要求推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会传感器网络协同信息处理支撑服务及接口推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会传感器网络节点中间件数据交互规范推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会传感器网络数据描述规范推荐制定2010国家标准化管理委员会、工业和信息化部全国信息技术标准化技术委员会p2010年3月23日“Services and Interfaces Supporting Services and Interfaces Supporting Collaborative Information Processing in Intelligent Sensor Collaborative Information Processing in Intelligent Sensor NetworksNetworks”已通过ISO/IECJTC1的新工作项目投票，即将启动国际标准的制定工作。已立项国家和国际标准计划编号项目名称标准性质制/修订完成年限68精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远射频识别（RFID）技术的标准化射频识别（RFID）技术的标准化69精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远射频识别的产业链p射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。芯片设计芯片设计与制造与制造芯片设计与制造天线设计天线设计和制造和制造天线设计和制造标签封装标签封装标签封装接口与软件接口与软件中间件中间件接口与软件中间件系统集成系统集成与应用系与应用系统开发统开发系统集成与应用系统开发读写设备读写设备开发与生开发与生产产读写设备开发与生产使用者使用者使用者使用者射频识别的产业链射频识别（RadioFrequencyI70精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远RFID应用系统架构C/R协议响应指令标签物理存储应用响应应用系统读写器电子标签应用指令指令/响应单元物理询问器数据协议处理器ISO/IEC 15961ISO/IEC 18000编码器逻辑存储ISO/IEC 15962ISO/IEC 15962附录逻辑存储表解码器标签驱动程序和映射规则应用程序接口应用程序接口应用程序接口空气介质装置指令装置响应ISO/IEC 15459ISBT blood transfusionANS MH10 Data IdentifiersOTHERS.18000-2135 KHz18000-313.56 MHz18000-42.45 GHz18000-7433 MHz18000-6 900 MHzFutureStandardAir InterfaceProtocolRFID应用系统架构C/R协议响应指令标签物理存储应用响应应71精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远RFID技术的国际标准化 术语：术语：ISO/IEC19762-3ISO/IEC19762-3 空中接口：空中接口：ISO/IEC18000-17ISO/IEC18000-17 一致性测试：一致性测试：ISO/IEC18047-27ISO/IEC18047-27 性能测试：性能测试：ISO/IEC18046-13ISO/IEC18046-13 数据协议：数据协议：ISO/IEC15961,15962ISO/IEC15961,15962 标签唯一标识：标签唯一标识：ISO/IEC15963ISO/IEC15963 物品唯一标识：物品唯一标识：ISO/IEC15459-16ISO/IEC15459-16 实施指南：实施指南：ISO/IEC24729-13ISO/IEC24729-13 软件系统：软件系统：ISO/IEC24791-16ISO/IEC24791-16ISO/IEC JTC1/SC31 ISO/IEC JTC1/SC31 自动识别和数据采集分委会自动识别和数据采集分委会非接触式集成电路卡标准非接触式集成电路卡标准 紧耦合卡：紧耦合卡：ISO/IEC10536-13ISO/IEC10536-13 接近式耦合卡：接近式耦合卡：ISO/IEC14443-14ISO/IEC14443-14 临近式耦合卡：临近式耦合卡：ISO/IEC15693-13ISO/IEC15693-13 测试标准：测试标准：ISO/IEC10373-5,6,7ISO/IEC10373-5,6,7ISO/IEC JTC1/SC17 ISO/IEC JTC1/SC17 卡和身份识别分委会卡和身份识别分委会RFID技术的国际标准化术语：ISO/IEC197672精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远RFID标准应用案例（1）标标准准国国外外国国内内18000-62008年洛杉矶马拉松赛；美国马里兰州乔治王子县第七巡回法庭每年使用的UHFRFID标签来跟踪30,000到40,000宗年法律文件。2000年深圳海关“电子口岸车辆自动验放系统”（5万辆车）；香港机场自动行李分拣（每天处理4万件离港行李）。18000-4电子关锁在途定位电子关锁电子商票（已列装）18000-7在途定位煤矿井下人员管理 驾驶员证件指纹识读器拖车标签拖车标签挂车标签挂车标签电子关锁电子关锁集装箱标签集装箱标签单品标签包装标签集装箱读写器集装箱读写器车载单元运输途中可见系统运输途中可见系统RFID标准应用案例（1）标准国外国内1800073精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远RFID标准应用案例（2）洛山矶马拉松赛洛山矶马拉松赛美国第四大，世界美国第四大，世界第七大马拉松赛；第七大马拉松赛；20002000人参与，人参与，5050万观众。需要大量的物品管理和人员万观众。需要大量的物品管理和人员管理，包括管理，包括1212条封闭高速公路斜道、条封闭高速公路斜道、40354035个城市路障、个城市路障、4000040000个禁止停个禁止停车标识、车标识、5500055000加仑的水、加仑的水、95009500加加仑运动饮料和仑运动饮料和25002500个垃圾箱。个垃圾箱。北京奥运会北京奥运会奥运百年历史上第一次奥运百年历史上第一次大规模采用大规模采用RFIDRFID技术实现电子票务；技术实现电子票务；发行超过发行超过12001200万张万张RFIDRFID电子门票；电子门票；10001000余台终端设备将用于门票发行及余台终端设备将用于门票发行及验票。验票。RFID标准应用案例（2）洛山矶马拉松赛美国第四大，世界第74精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远工信部电子标签标准工作组工作范围标准体系研究、关键技术、编码标准制定和应用标准制定秘书处工信部电子工业标准化研究所总体组总体组5151标签与标签与读写器组读写器组4646频率与频率与通信组通信组2727知识知识产权组产权组4 4数据数据格式组格式组1515信息信息安全组安全组1717应用组应用组5555工信部电子标签标准工作组工作范围标准体系研究、关键技术、编75精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远电子标签（RFID）标准体系框架电子标签（RFID）标准体系框架76精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远已立项国家标准序号序号项目名称目名称计划划编号号113.56MHz射频识别标签基本电特性20081342-T-469213.56MHz射频识别读/写设备规范20081343-T-4693800/900MHz射