物联网的形态结构课件

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的形态结构物联网的形态结构2024/7/9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的形态结构物联网的形态结构物联网的形态结构物联网的形态结构开环式物联网开环式物联网结构结构闭环式物联网闭环式物联网结构结构融合式物联网融合式物联网结构结构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开环式物联网的形态结构开环式物联网的形态结构物联网体系架构物联网体系架构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开环式物联网的形态结构开环式物联网的形态结构开环式物联网形态结构开环式物联网形态结构传感设备的感知信息包括物理环境的信息和物理环境对系统的反馈信息对传感器采集信息智能处理对处理信息进行发布，为人们提供相关的信息服务，或人们根据这些信息去影响物理世界的行为。由于物理环境、感知目标存在混杂性以及其状态、行为存在不确定性等，使感知的信息设备存在一定的误差，需要通过智能信息处理来消除这种不确定性及其带来的误差。开放式物联网结构对通信的实时性要求不高，一般来说通信实时性只要达到秒级就能满足应用要求。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开环式物联网的形态结构开环式物联网的形态结构典型开环式物联网形态结构：操作指导控制系统典型开环式物联网形态结构：操作指导控制系统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闭环式物联网的形态结构闭环式物联网的形态结构物联网体系架构物联网体系架构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闭环式物联网的形态结构闭环式物联网的形态结构闭环式物联网形态结构闭环式物联网形态结构传感设备的感知信息包括物理环境的信息和物理环境对系统的反馈信息系统的反馈信息控制单元根据这些信息结合控制与决策算法生成控制命令执行单元根据控制命令改变物理实体状态或系统的物理环境(如：无人驾驶汽车)。闭环式物联网结构主要功能都由计算机系统自动完成，不需要人的直接参与，且实时性要求很高，一般要求达到毫秒级，甚至微秒级。对此闭环式物联网结构要求具有精度时间同步精度时间同步、确定性调度功能确定性调度功能，甚至要求很高的环境适应性环境适应性。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闭环式物联网的形态结构闭环式物联网的形态结构典型闭环式物联网形态结构：现场总线控制系统典型闭环式物联网形态结构：现场总线控制系统 现场总线等控制网络的出现使控制系统的体系结构发生了根本性改变，形成了在功能上管理集中、控制分散，功能上管理集中、控制分散，在结构上横向分散、纵向分级的体系结构在结构上横向分散、纵向分级的体系结构。把基本控制功能下放到现场具有智能的芯片或功能块中，不同的现场设备中的功能块可以构成完整的控制回路，使控制功能彻底分散，直接面对生产过程，把同时具有控制、测量与通信功能的功能块及功能块应用进程作为网络节点，采用开放的控制网络协议进行互连，形成现场层控制网络。现场设备具有高度的智能化与功能自治性，将基本过程控制、报警和计算等功能分布在现场完成，使系统结构高度分散，提高了系统的可靠性。同时，现场设备易于增加非控制信息，如自诊断信息、组态信息以及补偿信息等，易于实现现场管理和控制的统一。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融合式物联网的形态结构融合式物联网的形态结构物联网体系架构物联网体系架构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融合式物联网的形态结构融合式物联网的形态结构融合式物联网形态结构融合式物联网形态结构物联网系统既涉及规模庞大的智能电网，又包含智能家居、体征监测等小型系统。对众多单一物联网应用的深度互联和跨域协作就构成了融合式物联网结构融合式物联网结构，它是一个多层嵌套的“网网中网中网”。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融合式物联网的形态结构融合式物联网的形态结构典型融合式物联网形态结构：智能电网信息交互构架典型融合式物联网形态结构：智能电网信息交互构架一个完整的智能电网作为电能输送和消耗的核心载体，包括发电、输电、变电、配电、用电以及电网调度六大环节，是最典型的融合式物联网结构。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融合式物联网的形态结构融合式物联网的形态结构CPSCPS体系结构原型体系结构原型物理世界包括物理实体(诸如医疗器械、车辆、飞机、发电站)和实体所处的物理环境。传感器作为测量物理环境的手段，直接与物理环境或现象相关。传感器将相关的信息传输到信息世界。执行器根据来自信息世界的命令，改变物理实体设备状态基于事件驱动的控制单元接受来自传感单元的事件和信息世界的信息，根据控制规则进行处理。数据服务器：为事件的产生提供分布式的记录方式，事件可以通过传输网络自动转换为数据服务器的记录，以便于以后检索。传输网络：包括传感设备、控制设备、执行设备、服务器，以及它们之间的无线或有线通信设备。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体系架构物联网体系架构03物联网的技术体系物联网的技术体系 物联网技术涉及感知、控制、网络通信、微电物联网技术涉及感知、控制、网络通信、微电子、计算机、软件、嵌入式系统、微机电等多个技子、计算机、软件、嵌入式系统、微机电等多个技术领域术领域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的技术体系物联网的技术体系物联网技术体系构架物联网技术体系构架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体系架构物联网体系架构04物联网的知识体系物联网的知识体系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的知识体系物联网的知识体系 科技界普遍认为，信息技术信息技术由四大部分组成，即信息获取、信息传输、信息处信息获取、信息传输、信息处理与信息应用或信息利用理与信息应用或信息利用，这四部分实际上组成了如图的一个完整信息链。检测技检测技术术的重点是在信息的获得，通信技术通信技术的重点是在信息的传输，计算机技术计算机技术的重点是在信息的处理，自动化技术自动化技术的重点则在信息的应用。而物联网技术包含信息技术的所有组成部分所有组成部分。物联网知识体系物联网知识体系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的知识体系物联网的知识体系物联网知识体系物联网知识体系从网络化测网络化测控系统的角控系统的角度看物联网度看物联网系统的组成系统的组成元素元素，但实际上它深刻地反映了物联网与信息技术学科各知识领域之间的关系与联系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的知识体系物联网的知识体系物联网知识结构构架物联网知识结构构架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体系架构物联网体系架构05物联网的产业体系物联网的产业体系 物联网相关产业是指实现物联网功能所必需的物联网相关产业是指实现物联网功能所必需的相关产业集合，从产业结构上主要包括相关产业集合，从产业结构上主要包括服务业服务业和和制制造业造业两大范畴两大范畴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的产业体系物联网的产业体系物联网的产业体系示意图物联网的产业体系示意图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的产业体系物联网的产业体系物联网的产业体系示意图物联网的产业体系示意图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的产业体系物联网的产业体系物联网的产业分类物联网的产业分类从整体上从整体上划分划分从关键程从关键程度划分度划分 物联网产业绝大部分属于信息产业，但也涉及其他产业，如智能电表等。物联网产业的发展不是对已有信息产业的重新统计划分，而是通过应用带动形成新市场、新业态。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的产业体系物联网的产业体系物联网产业的发展趋势物联网产业的发展趋势 未来，全球物联网产业总的发展趋势是规模化、协同化和智能化。同时以物联网应用带动物联网产业将是全球各国的主要发展方向。01 随着世界各国对物联网技术、标准和应用的不断推进，物联网在各行业领域中的规模将逐步扩大，尤其是一些政府推动的国家性项目将吸引大批有实力的企业进入物联网领域，大大推动物联网应用进程，为扩大物联网产业规模产生巨大作用 规模化发展规模化发展02 随着产业和标准的不断完善，物联网将朝着协同化方向发展，形成不同物体间、企业间、行业乃至不同地区或国家间物联网信息的互联互通互操作，应用模式从闭环走向融合，最终形成可服务于不同行业和领域的全球化物联网应用体系。协协同化发发展03 物联网将从目前简单的物体识别和信息采集，走向真正意义上的物联网，实时感知、网络交互和应用平台可控可用，实现信息在真实世界和虚拟空间之间的智能化流动。智能化发发展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的产业体系物联网的产业体系物联网产业情况总结物联网产业情况总结 物联网仍处于起步阶段起步阶段，物联网产业支撑力度不足，行业需求需要引导，距离成熟应用还需要多年的培育和扶持，发展还需要各国政府通过政策加以引导和扶持。因此，未来几年各国将结合本国优势结合本国优势、优先发展重点行业应用重点行业应用以带动物联网产业。我国我国确定的重点发展物联网应用的行业领域包括电力、交通、物流等战略性基础设施，以及能够大幅度促进经济发展的重点领域。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体系架构物联网体系架构06物联网的资源体系物联网的资源体系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的资源体系物联网的资源体系物联网发展中的关键资源物联网发展中的关键资源 物联网发展中的关键资源主要包括标识资源标识资源和频谱资源频谱资源。标识资源标识资源：目前，物联网物体标识方面标准众多，很不统一。条码标识条码标识方面有PDF417，QR码等，智能物体标识智能物体标识方面有IEEE1451.2以及 IEEE 1451.4。手机标识手机标识方面手机电子序列编码等实现各种物体标识最大程度的兼容，建立统一的物体标识体系逐渐成为一种发展趋势，欧美、日韩等都在展开积极研究。频谱资源频谱资源：物联网的发展离不开无线通信技术，因此频谱资源作为无线通信的关键资源，同样是物联网发展的重要基础资源重要基础资源。对频谱检测技术的研究、对提高空闲频谱频率利用率的方法研究、物联网频谱资源管理方式等方面将是物联网频谱资源研究的关键所在。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体系架构物联网体系架构07物联网的参考体系架构发展趋势物联网的参考体系架构发展趋势 未来的物联网参考体系架构会是什么样子呢？未来的物联网参考体系架构会是什么样子呢？编者认为物联网参考体系架构编者认为物联网参考体系架构IPIP化是一种必然的趋化是一种必然的趋势。为什么智能物件要采用势。为什么智能物件要采用IPIP协议呢协议呢?因为因为IPIP技术技术能够解决物联网面对的可发展性、大规模性、应用能够解决物联网面对的可发展性、大规模性、应用多样性、互通性、低功耗、低成本等诸多挑战。下多样性、互通性、低功耗、低成本等诸多挑战。下面从这几个方面进行说明物联网参考体系架构面从这几个方面进行说明物联网参考体系架构IPIP化化趋势的必然性。趋势的必然性。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的参考体系架构发展趋势物联网的参考体系架构发展趋势IPIP对物联网的重要性对物联网的重要性随着全球互联网的成功，IP的端到端的架构已经证明了IP的可可扩扩展展性性、稳稳定定性性、通通用用性性。IP将是物联网的最佳选择。IPIP的特性的特性详细内容详细内容IPIP构架的稳定性构架的稳定性IP架构已经存在了将近30年但这些年来，其整体架构一直保持着罕见的稳定性轻量级的轻量级的IPIP部分基于轻量级的IP协议栈开发出来，带来了基于IP架构的无限传感器网络的概念。其较成功的为uIP协议栈的发布以来，已经广泛应用在网络化的嵌入式系统中IPIP的多样性的多样性IP架构被全世界广泛使用，大部分网络设备都支持。IP架构还很好地支持多种不同的应用场合，这都得益于IP架构的优良设计、灵活性与分层结构。IPIP构架的互通性构架的互通性互通性是IP架构的一个突出特点。互通是因为它运行在多种具有完全不同特性的链路层之上，也因为IP提供了互通性。IP可以跨越不同的平台、设备及底层通信机制来互通。IPIP构架的可扩展性构架的可扩展性随着全球网络的发展，IP已证明拥有固有的可扩展性。同时下一代IPv6的协议，地址空间扩大到2128次方，这样完全可以满足给每一个物联网连接设备分配一个IP。IPIP的配置与管理的配置与管理IP架构不但提供了自动配置机制，而且提供了高级配置和管理机制。把IP引入到物联网架构里面，这样可以快速的、低成本的给每一个入网的感知设备进行分配和管理。端到端的端到端的IPIPIP提供了端到端的、设备之间的通信，不需要中间的协议转换网关。把IP引入到物联网架构，这样可以方便节点之间的通信，同时也方便了节点连入互联网，从而方便建立感应节点与应用终端的通信。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的参考体系架构发展趋势物联网的参考体系架构发展趋势构建基于构建基于IPIP的物联网架构的物联网架构 因为非IP协议的智能物件网络要连接到IP网络，要采用多多协议转换网关协议转换网关以将这些网络互联起来。因为多协议转换网关具有复杂性、灵活性和可扩展性的缺失问题，而且外部网络的用户不能直接访问无线传感器网络中的节点。IPv6 作为下一代网络协议下一代网络协议，具有地址资源丰富、地址自动配置、移动性好等优点，通过IPv6技术技术，无线传感器网络能够与因特网与因特网无缝对接无缝对接起来，从而实现人与人、人与物、物与物之间基于开发统一的IP协议的自由通信。以下是基于基于IP的物联网构架的物联网构架。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的参考体系架构发展趋势物联网的参考体系架构发展趋势基于基于IPIP的物联网架构标准发展历程的物联网架构标准发展历程2013年9月根据ISO/IEC JTC1/WG7（传感器网络工作组）最新调整的标准化范围，无锡物联网产业研究院等单位牵头，正式提出了关于中国期望牵头制定物联中国期望牵头制定物联网参考体系结构网参考体系结构的提案2014年5月ISO/IEC 正式通过了由中国技术专家牵头提交的物联网参考架构国际标准物联网参考架构国际标准项目该标准的主要内容包括物联网概念模型、物联网应用系统参考体系结构、物联网网络通信参考体系结构和物联网信息流参考体系结构。2015年1月ISO/IEC JTC1/WG10 物联网工作组决定成立网络层技术网络层技术学习研究小组学习研究小组，推进基于IP的物联网架构的标准化进程，本书编者任该组召集人，目前正在推行相关工作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教学要求知识要点知识要点能力要求能力要求物联网的总体架构物联网的总体架构1.了解物联网的参考体系结构需求2.了解物联网的体系架构研究现状3.掌握物联网的网络架构物联网的形态结构物联网的形态结构1.掌握开放式物联网的形态结构2.理解闭环式物联网的形态结构3.了解融合式物联网的形态结构物联网的技术体系物联网的技术体系1.掌握物联网的技术体系的组成结构2.了解物联网的技术体系组成部分的主要内容物联网的知识体系物联网的知识体系1.了解物联网系统对应的信息技术知识领域2.理解物联网的知识结构架构物联网的产业体系物联网的产业体系1.理解物联网的核心产业、支撑产业和关联产业2.了解物联网的产业的发展趋势物联网的资源体系物联网的资源体系1.掌握物联网的关键资源2.了解物联网的关键资源的主要内容物联网的参考体系架构物联网的参考体系架构发展趋势发展趋势1.了解物联网的体系架构IP化2.掌握基于IP的物联网架构3.了解物联网的参考架构标准项目进展