物联网考试复习课件

复习&考试安排考试&答疑安排考试时间：周2第9,10节(第11周)考试教室：厚学206答疑时间：周五？(第10周)答疑地点：计算机学院6楼系办公室第1章 物联网概述1.2 核心技术：感知识别层核心技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层通过感知识别技术，让物品“开口说话、发布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一环，是物联网区别于其他网络的最独特的部分。物联网的“触手”是位于感知识别层的大量信息生成设备，既包括采用自动生成方式的RFID、传感器、定位系统等，也包括采用人工生成方式的各种智能设备，例如智能手机、PDA、多媒体播放器、上网本、笔记本电脑等等。信息生成方式多样化是物联网的重要特征之一。感知识别层位于物联网四层模型的最底端，是所有上层结构的基础。1.2 核心技术：网络构建层核心技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第6-9章网络是物联网最重要的基础设施之一。物联网的网络和现有网络有何异同？物联网是下一代互联网吗？无线网络在物联网中究竟扮演了什么角色？网络构建层在物联网四层模型中连接感知识别层和管理服务层，具有强大的纽带作用，高效、稳定、及时、安全地传输上下层的数据。1.2 核心技术：管理服务层核心技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综合应用层之下，是物联网智慧的源泉。人们通常把物联网应用冠以“智能”的名称，如智能电网、智能交通、智能物流等，其中的智慧就来自这一层。当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇聚到管理服务层，如果不能有效地整合与利用，那无异于入宝山而空返，望“数据的海洋”而兴叹。管理服务层解决数据如何存储（数据库与海量存储技术）、如何检索（搜索引擎）、如何使用（数据挖掘与机器学习）、如何不被滥用（数据安全与隐私保护）等问题。1.2 核心技术：综合应用层“实践出真知”，无论任何技术，应用是决定成败的关键。物联网丰富的内涵催生出更加丰富的外延应用。传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化，典型应用包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、视频点播、在线游戏和社交网络等；而物联网应用以“物”或者物理世界为中心，涵盖物品追踪、环境感知、智能物流、智能交通、智能电网等等。物联网应用目前正处于快速增长期，具有多样化、规模化、行业化等特点。核心技术综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层详见第15-19章1.3 物联网的主要特点感知识别感知识别普适化普适化无所不在的感知和识别将传统上分离的物理世界和信息世界高度融合。异构设备异构设备互联化互联化各种异构设备利用无线通信模块和协议自组成网，异构网络通过“网关”互通互联。联网终端联网终端规模化规模化物联网时代每一件物品均具通信功能成为网络终端，5-10年内联网终端规模有望突破百亿。1.3 物联网的主要特点（续）管理调控管理调控智能化智能化物联网高效可靠组织大规模数据，与此同时，运筹学，机器学习，数据挖掘，专家系统等决策手段将广泛应用于各行各业。应用服务应用服务链条化链条化以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，生产调度，节能减排，仓储物流到产品销售，售后服务等各个环节。经济发展经济发展跨越化跨越化物联网技术有望成为从劳动密集型向知识密集型，从资源浪费型向环境友好型国民经济发展过程中的重要动力。无线传感节点无线传感节点的组成：无线传感节点的组成：电池、传感器、微处理器、无线通信芯片；相比于传统传感器，无线传感节点不仅包括传感器部件（左上图），还集成了微型处理器和无线通信芯片等，能够对感知信息进行分析处理和网络传输。第2章 自动识别技术与RFID2.2 RFID的历史与现状RFID是射频识别技术（Radio Frequency Identification）的英文缩写,利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。它是上世纪90年代兴起的自动识别技术，首先在欧洲市场上得以使用，随后在世界范围内普及。RFID较其它技术明显的优点是电子标签和阅读器无需接触便可完成识别。射频识别技术改变了条形码依靠有形的一维或二维几何图案来提供信息的方式，通过芯片来提供存储在其中的数量巨大的无形信息。2.3 RFID技术分析RFID系统系统由五个组件构成，包括：传送器、接收器、微处理器、天线、标签。传送器、接收器和微处理器通常都被封装在一起，又统称为阅读器(Reader)，所以工业界经常将RFID系统分为为阅读器、天线和标签三大组件，这三大组件一般都可由不同的生厂商生产。2.3 RFID技术分析：标签标签（标签（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天线组成，每个标签内部存有唯一的电子编码，附着在物体上，用来标识目标对象。标签进入RFID阅读器扫描场以后，接收到阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的电子编码（被动式标签），或者主动发送某一频率的信号（主动式标签）。体积小且形状多样体积小且形状多样：RFID标签在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需要为了读取精度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。耐环境性耐环境性：纸张容易被污染而影响识别。但RFID对水、油等物质却有极强的抗污性。另外，即使在黑暗的环境中，RFID标签也能够被读取。可重复使用可重复使用：标签具有读写功能，电子数据可被反复覆盖，因此可以被回收而重复使用。穿透性强穿透性强：标签在被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包裹的情况下也可以进行穿透性通讯。数据安全性数据安全性：标签内的数据通过循环冗余校验的方法来保证标签发送的数据准确性。RFID标签与条形码相比的优点？第3章 传感器技术内容提要传感器传感器作为信息获取的重要手段，与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。本章将介绍传感器的发展与应用以及软硬件平台。无线传感节点无线传感节点的组成：无线传感节点的组成：电池、传感器、微处理器、无线通信芯片；相比于传统传感器，无线传感节点不仅包括传感器部件（左上图），还集成了微型处理器和无线通信芯片等，能够对感知信息进行分析处理和网络传输。大规模长时间部署传感器的设计需求低成本与微型化低成本与微型化低成本的节点才能被大规模部署，微型化的节点才能使部署更加容易 节点的软件设计也需要满足微型化的需求。例如TelosB节点的内存大小只有4KB，程序存储的空间只有10KB。因此，节点程序的设计必须节约计算资源，避免超出节点的硬件能力 大规模长时间部署传感器的设计需求低功耗低功耗在硬件设计上采用低功耗芯片例如TelosB节点使用的微处理器，在正常工作状态下功率为3mW，而一般的计算机的功率为200到300W 软件节能策略来实现节能 软件节能策略的核心就是尽量使节点在不需要工作的时候进入低功耗模式，仅在需要工作的时候进入正常状态 大规模长时间部署传感器的设计需求灵活性与扩展性灵活性与扩展性传感器节点被用于各种不同的应用中，因此节点硬件和软件的设计必须具有灵活性和扩展性 节点的硬件设计需满足一定的标准接口，例如节点和传感板的接口统一有利于给节点安装上不同功能的传感器 软件的设计必须是可剪裁的，能够根据不同应用的需求，安装不同功能的软件模块 大规模长时间部署传感器的设计需求鲁棒性鲁棒性鲁棒性是实现传感器网络长时间部署的重要保障 对于普通的计算机，一旦系统崩溃了，人们可以采用重启的方法恢复系统，而传感器节点则不行，就整个网络而言，可以适当增加冗余性，增加整体系统的鲁棒性 第4章定位系统为什么需要定位？基于位置的服务基于位置的服务自动导航搜索周边服务信息基于位置的社交网络：Four square位置信息和我们的生活息息相关位置信息和我们的生活息息相关位置信息位置信息不是单纯的“位置”地理位置（空间坐标）处在该位置的时刻（时间坐标）处在该位置的对象（身份信息）现存主流定位系统卫星定位：卫星定位：GPS蜂窝基站定位蜂窝基站定位无线室内环境定位无线室内环境定位新兴定位系统：新兴定位系统：A-GPS，网络定位卫星定位卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统各国的卫星定位系统各国的卫星定位系统美国：GPS俄罗斯：GLONASS欧盟：伽利略中国：北斗一号（区域）、北斗二号（全球）GPS是目前世界上最常用的卫星导航系统。GPS：系统结构卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统宇宙空间部分宇宙空间部分24颗工作卫星地面监控部分地面监控部分（全部在美国境内）1个主控中心（另有1个备用）4个专用地面天线6个专用监视站用户设备部分用户设备部分GPS接收机GPS：主要优缺点卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统优点优点精度高全球覆盖，可用于险恶环境缺点缺点启动时间长室内信号差需要GPS接收机无线室内环境定位卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统室内环境的复杂性室内环境的复杂性多径效应原因：障碍物反射电磁波，反射波和原始波在接收端混叠室内障碍物众多，多径效应明显对电磁波的阻碍作用长波信号（GPS）传播能力强，穿透能力弱室内应选用短波信号来进行定位无线室内环境定位卫星定位蜂窝基站定位无线室内环境定位新兴定位系统需求需求主要来自企业和个人：难以购置ToA，TDoA，AoA等技术所需的昂贵硬件RSS定位技术定位技术使用信号强度进行定位利用已有的无线网络（蓝牙、Wi-Fi、ZigBee）红外线、超声波、蓝牙、RFID、超宽带第5章 智能信息设备新时代智能设备物联网实现了信息空间和物理空间的融合，营造了以人为本的信息服务新环境。这种计算中心由计算机向人的迁移，引发了智能设备的飞速发展，多种多样的智能设备应运而生。智能车载设备智能数字标牌智能医疗设备智能家电智能手机5.2 智能设备运行平台物理环境中所有的设备都具有自己的服务功能，中间层将发现的设备的服务进行组合，通过协议解析和归一化，为上层应用提供统一的借口。物联网设备的智能性物联网设备的智能性就体现在异构的设备构成的系统具有情境感知，任务迁移，智能协作和多通道交互的特点。5.3 智能设备发展新趋势更深入的智能化更深入的智能化：使用数据挖掘和分析工具、科学模型和运算系统处理复杂的数据分析、汇总和计算，整合分析海量的跨地域、跨行业的信息，以支持决策和行动。更全面的互联互通：更全面的互联互通：将个人电子设备、组织和政府信息系统中储存的信息交互和共享，实时监控环境和业务状况。更透彻的感知：更透彻的感知：利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程，便于立即采取应对措施和进行长期规划。5.3 智能设备发展新趋势更深入的智能化更深入的智能化：物联网中设备融入了更深入的智能化，包含了两层意思：横向智能化和纵向智能化。纵向智能化纵向智能化是传统意义上的智能化，即在个体设备性能上的提升，利用硬件设备更多样的功能和更强大的处理能力来实现设备的智能化。横向智能化横向智能化即在智能化的广度上做提升，让没有处理能力的简单设备也融入整个智能系统中，通过给其他智能设备提供更加丰富的信息，并执行其他智能设备做出的反馈和决策实现自身的智能化。第6章无线宽带网络无线网络的组成元素？公共基础网络无线网络用户无线网络用户r手机，PDA，传感器，r可无线通信。r可获取有效信息。无线网络的组成元素？公共基础网络 基站基站r将用户与公共基础网络相连的设备。u蜂窝塔（Cell Tower）uWiFi接入点（Access Point）r根据不同协议，覆盖范围及传输速率不同。无线网络的组成元素？公共基础网络 无线连接无线连接r用户与基站、用户与用户或基站与基站之间的数据传输通路。r以无线电波、光波为载体。r支持多种多样的传输速率和传输距离。无线网络的组成元素？自组网自组网r无须基站。用户之间通过自组织的方式形成自组网（Ad-hoc Network）。r地址指派、路由选择等功能由用户自身完成。802.11无线局域网的发展尽管物理层使用技术差异很大，一系列IEEE802.11协议的上层架构和链路访问协议是相同的。如MAC层都使用带冲突预防的载波监听多路访问（CSMA/CA）技术，数据链路层数据帧结构相同以及都支持基站和自组织两种组网模式。下面逐一介绍这些共性。第7章无线低速网络为什么需要低速网络协议？物联网背景下连接的物体，既有智能的也有非智能的。适应物联网中那些能力较低的节点低速率低通信半径低计算能力，和低能量的要求需要对物联网中各种各样的物体进行操作的前提就是先将他们连接起来，低速网络协议是实现全面互联互通的前提。802.15.4/ZigBee典型无线低速网络蓝牙红外802.15.4/ZigBee802.15.4/ZigBee是无线传感网领域最为著名的无线通信协议ZigBee主要定义了网络层、传输层以及之上的应用层的规范802.15.4主要定义了短距离通信的物理层以及链路层规范第8章移动通信网络9.1 第一代移动通信：模拟语音1928年，美国普度(Purdue University)大学的学生发明了超外差无线电接收机，随后被美国底特律警察局利用并建立了世界上第一个移动通信系统(车载无线电系统)。1946年，贝尔系统在圣路易斯建立起了第一个可用于汽车的电话系统。西德、法国和英国分别于1950年、1956年和1959年完成了公用移动电话系统的研制。9.1 第二代移动通信：数字语音第二代移动通信技术：第二代移动通信技术：数字制式数字制式支持传统语音通信、文字和多媒体短信支持一些无线应用协议900/1800MHz GSM移动通信工作在900/1800MHz频段无线接口采用TDMA技术，核心网移动性管理协议采用MAP协议800MHz CDMA移动通信工作在800MHz频段，核心网移动性管理协议采用IS-41协议无线接口采用窄带码分多址（CDMA）技术GSM系统GSM是一种蜂窝网络系统，蜂窝单元按照半径可以分为：宏蜂窝宏蜂窝：覆盖面积最广，基站通常在较高的位置，例如山峰微蜂窝微蜂窝：基站高度普遍低于平均建筑高度，适用于市区内微微蜂窝微微蜂窝：室内，影响范围在几十米以内伞蜂窝伞蜂窝：填补蜂窝间的信号空白区域GSM后台网络系统包括以下模块系统：基站系统基站系统，包括基站和相关控制器网络和交换系统网络和交换系统，也称为核心网，负责衔接各个部分GPRS核心网核心网，可用于基于报文的互联网连接，为可选部分身份识别模块身份识别模块，也称为SIM卡，主要用于保存手机用户数据9.1 第三代移动通信：数字语音与数据第三代移动通信（第三代移动通信（3G）可以提供所有2G的信息业务，同时保证更快的速度，以及更全面的业务内容，如移动办公，视频流服务等。3G的主要特征是可提供移动宽带多媒体业务，包括高速移动环境下支持144Kbps速率，步行和慢速移动环境下支持384Kbps速率，室内环境则应达到2Mbps的数据传输速率，同时保证高可靠服务质量。人们发现从2G直接跳跃到3G存在较大的难度，于是出现了一个2.5G（也有人称后期2.5G为2.75G）的过渡阶段。9.4 关于4G4G被称为“多媒体移动通信”：在高速移动中有兆级别的数据传输率扩大覆盖范围，提高通信质量，提高数据传输无线多媒体通信服务数据传输率可以达到1020Mb/s，最高超过100Mb/sTD-LTEOFDM（正交频分调制）抗多径干扰实现简单灵活支持不同带宽频谱利用率高支持高效自适应调度第9章大数据与海量存储内容提要物联背景下如何适应海量信息存储的需求呢？-随着物联网的发展，数据中心数据中心将成为解决海量数据存储的主要手段。物联网对海量信息存储的需求全球信息总量迅猛增长2007年产生的数据量为281EB（1EB=10亿GB）物联网中对象的数量将庞大到以百亿为单位物联网中的对象积极参与业务流程的需求高强度计算需求数据的持续在线可获取特性导致了网络化存储和大型数据中心的诞生11.1 物联网对海量信息存储的需求11.2 网网络存存储体系体系结构构11.3 数据中心三种基本的网络存储体系结构：直接附加存储，网络附加存储，存储区域网络，各有什么特点？本章内容直接附加存储直接附加存储直接附加存储(Direct-Attached Storage,DAS)将存储系统通过缆线直接与服务器或工作站相连一般包括多个硬盘驱动器，与主机总线适配器通过电缆或光纤在存储设备和主机总线适配器之间不存在其他网络设备实现了计算机内存储到存储子系统的跨越网络附加存储网络附加存储网络附加存储(Network Attached Storage,NAS)文件级的计算机数据存储架构计算机连接到一个仅为其它设备提供基于文件级数据存储服务的网络NAS与与DAS的区别的区别DAS是一种对已有服务器的简单扩展，并没有真正实现网络互联。NAS则是将网络作为存储实体，更容易实现文件级别的共享。NAS性能上比DAS有所增强存储区域网络存储区域网络存储区域网络(Storage Area Network,SAN)通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储架构由服务器、存储设备和SAN连接设备组成SAN的特点的特点存储共享支持服务器从SAN直接启动三种网络存储结构的比较DAS管理容易，结构简单；集中式体系结构，不能满足大规模数据访问的需求；存储资源利用率低，资源共享能力差，造成“信息孤岛”。NAS网络的存储实体，容易实现文件级别共享；性能严重依赖于网络流量，用户数过多，读写过频繁时性能受限。SAN存储管理简化，存储容量利用率提高；无直接文件级别的访问能力，但可在SAN基础上建立文件系统。什么是数据中心？维基百科维基百科：“数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备（例如通信和存储系统），还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。”Google：“多功能的建筑物，能容纳多个服务器以及通信设备。这些设备被放置在一起是因为它们具有相同的对环境的要求以及物理安全上的需求，并且这样放置便于维护。”Thank you!