物联网概论总复习

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Page,#,物联网概论总复习,考试,题型及,分,分值,单项选,择,择题（2%*10=20%）,填空题,（,（2%*10=20%）,简答题,（,（8%*5=40%）,论述题,（,（20%,*,*1=20%）,考试时,间,间,6月14号（15周周五3：005：00）,物联网,的,的定义,最初的,定,定义：,将各种,信,信息传,感,感设备,（,（如射,频,频识别(RFID)装置、,红,红外感,应,应器、,全,全球定,位,位系统,、,、激光,扫,扫描器,等,等种种,装,装置）,与,与互联,网,网结合,起,起来而,形,形成的,一,一个巨,大,大网络,。,。其目,的,的是让,所,所有的,物,物品都,与,与网络,连,连接在,一,一起，,方,方便识,别,别和管,理,理。,欧盟定,义,义：,将现有,的,的互联,的,的计算,机,机网络,扩,扩展到,互,互联的,物,物品网,络,络。,ITU定义：,from anytime, anyplaceconnectivityfor anyone,wewillnowhaveconnectivityfor anything。,物联网,的,的其他,定,定义,物联网,的,的三大,特,特征,全面感,知,知,利用RFID、传感,器,器、二,维,维码等,随,随时随,地,地获取,物,物体的,信,信息。,可靠传,递,递,通过无,线,线网络,与,与互联,网,网的融,合,合，将,物,物体的,信,信息实,时,时准确,地,地传递,给,给用户,。,。,智能处,理,理,利用云,计,计算、,数,数据挖,掘,掘以及,模,模糊识,别,别等人,工,工智能,技,技术，,对,对海量,的,的数据,和,和信息,进,进行分,析,析和处,理,理，对,物,物体实,施,施智能,化,化的控,制,制。,感知中,国,国,2009年8月,温,温家,宝,宝总理,在,在无锡,考,考察传,感,感网产,业,业发展,时,时明确,指,指示要,早,早一点,谋,谋划未,来,来，早,一,一点攻,破,破核心,技,技术，,并,并且明,确,确要求,尽,尽快建,立,立中国,的,的传感,信,信息中,心,心，或,者,者叫“,感,感知中,国,国”中,心,心。,物联网,发,发展中,国,国的优,势,势,我国1999年就启,动,动了物,联,联网核,心,心传感,网,网技术,研,研究，,研,研发水,平,平处于,世,世界前,列,列；,在传感,网,网领域,，,，我国,是,是标准,主,主导国,之,之一，,专,专利拥,有,有量高,；,；,我国是,能,能够实,现,现物联,网,网完整,产,产业链,的,的国家,之,之一；,我国无,线,线通信,网,网络和,宽,宽带覆,盖,盖率高,，,，为物,联,联网的,发,发展提,供,供了坚,实,实的基,础,础设施,支,支持；,我国已,经,经成为,世,世界第,三,三大经,济,济体，,有,有较为,雄,雄厚的,经,经济实,力,力支持,物,物联网,发,发展。,物联网,的,的技术,体,体系框,架,架（3层）,物联网的,应,应用前,景,景,智能物,流,流：,现代物,流,流系统,希,希望利,用,用信息,生,生成设,备,备，如RFID设备、,感,感应器,或,或全球,定,定位系,统,统等种,种,种装置,与,与互联,网,网结合,起,起来而,形,形成的,一,一个巨,大,大网络,，,，并能,够,够在这,个,个物联,化,化的物,流,流网络,中,中实现,智,智能化,的,的物流,管,管理。,智能交,通,通：,通过在,基,基础设,施,施和交,通,通工具,当,当中广,泛,泛应用,信,信息、,通,通讯技,术,术来提,高,高交通,运,运输系,统,统的安,全,全性、,可,可管理,性,性、运,输,输效能,同,同时降,低,低能源,消,消耗和,对,对地球,环,环境的,负,负面影,响,响。,绿色建,筑,筑：,物联网,技,技术为,绿,绿色建,筑,筑带来,了,了新的,力,力量。,通,通过建,立,立以节,能,能为目,标,标的建,筑,筑设备,监,监控网,络,络，将,各,各种设,备,备和系,统,统融合,在,在一起,，,，形成,以,以智能,处,处理为,中,中心的,物,物联网,应,应用系,统,统，有,效,效的为,建,建筑节,能,能减排,提,提供有,力,力的支,撑,撑。,物联网的,应,应用前,景,景（续,）,）,智能电,网,网：,以先进,的,的通信,技,技术、,传,传感器,技,技术、,信,信息技,术,术为基,础,础，以,电,电网设,备,备间的,信,信息交,互,互为手,段,段，以,实,实现电,网,网运行,的,的可靠,、,、安全,、,、经济,、,、高效,、,、环境,友,友好和,使,使用安,全,全为目,的,的的先,进,进的现,代,代化电,力,力系统,。,。,环境监,测,测：,通过对,人,人类和,环,环境有,影,影响的,各,各种物,质,质的含,量,量、排,放,放量、,以,以及各,种,种环境,状,状态参,数,数的检,测,测，跟,踪,踪环境,质,质量的,变,变化，,确,确定环,境,境质量,水,水平，,为,为环境,管,管理、,污,污染治,理,理、防,灾,灾减灾,等,等工作,提,提供基,础,础信息,、,、方法,指,指引和,质,质量保,证,证。,2 RFID技术分,析,析,RFID系统,由五个,组,组件构,成,成，包,括,括：,传送器,、,接收器,、,微处理,器,器,、,天线,、,标签,。传送,器,器、接,收,收器和,微,微处理,器,器通常,都,都被封,装,装在一,起,起，又,统,统称为,阅读器,(Reader)，所以,工,工业界,经,经常将RFID系统分,为,为为,阅读器,、,天线,和,标签,三大组,件,件。,2 RFID技术分,析,析：频,率,率,RFID频率,是RFID系统的,一,一个很,重,重要的,参,参数指,标,标，它,决,决定了,工,工作原,理,理、通,信,信距离,、,、设备,成,成本、,天,天线形,状,状和应,用,用领域,等,等因素,。,。RFID典型的,工,工作频,率,率有125KHz、133KHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、860,-,-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等。按照工,作,作频率,的,的不同,，,，RFID系统集,中,中在,低频,、,高频,和,超高频,三个区,域,域,低频（LF）范围,为,为30kHz-300kHz，RFID典型低,频,频工作,频,频率有125kHz和133kHz两个，,该,该频段,的,的波长,大,大约为2500m。低频,标,标签一,般,般都为,无,无源标,签,签，其,工,工作能,量,量通过,电,电感耦,合,合的方,式,式从阅,读,读器耦,合,合线圈,的,的辐射,场,场中获,得,得，通,信,信范围,一,一般小,于,于1米。除,金,金属材,料,料影响,外,外，低,频,频信号,一,一般能,够,够穿过,任,任意材,料,料的物,品,品而不,降,降低它,的,的读取,距,距离。天线匝,数,数较多,。,。,适用于,近,近距离,、,、低速,、,、数据,量,量小的,场,场合：,汽,汽车防,盗,盗、酒,店,店门锁,系,系统、,自,自动停,车,车场收,费,费及管,理,理系统,等,等。,低频RFID特点,高频（HF）范围,为,为3 MHz,-,-30MHz，RFID典型工,作,作频率,为,为13.56MHz,该频率,的,的波长,大,大概为22米，通,信,信距离,一,一般也,小,小于1米。该,频,频率的,标,标签不,再,再需要,线,线圈绕,制,制，可,以,以通过,腐,腐蚀活,着,着印刷,的,的方式,制,制作标,签,签内的,天,天线，,采,采用电,感,感耦合,的,的方式,从,从阅读,器,器辐射,场,场获取,能,能量。,可以同,时,时读取,多,多个标,签,签，数,据,据传输,率,率较高,。,。,典型应,用,用：图,书,书管理,系,系统、,固,固定资,产,产管理,系,系统、,医,医药物,流,流系统,高频RFID特点,超高频（UHF）范围,为,为300MHz,-,-3GHz，3GHz以上为,微,微波范,围,围。采,用,用超高,频,频和微,波,波的RFID系统一,般,般统称,为,为超高,频,频RFID系统，,典,典型的,工,工作频,率,率为：433MHz，860,-,-960MHz，2.45GHz，5.8GHz，频率,波,波长大,概,概在30厘米左,右,右。超,高,高频标,签,签可以,是,是有源,标,标签与,无,无源标,签,签两种,，,，通过,电,电磁耦,合,合方式,同,同阅读,器,器通信,。,。通信,距,距离一,般,般大于1米，典,型,型情况,为,为4-6米，最,大,大可超,过,过10米。,数据传,输,输率高,，,，可以,在,在短时,内,内读取,大,大量的,标,标签。,典型应,用,用：集,装,装箱管,理,理、航,空,空包裹,管,管理、,供,供应链,管,管理,超高频RFID特点,基于帧,的,的分时,隙,隙ALOHA,防,防冲突,算,算法（FSA,，,，Framed SlottedAloha,）,）的实,现,现过程,，,，并说,明,明如何,解,解决FAS算,法,法固定,帧,帧的局,限,限性。,基于帧,的,的分时,隙,隙ALOHA防冲突,算,算法（FSA，FramedSlottedAloha）,思想：,在,在S-ALOHA基础上,，,，将若,干,干个时,隙,隙组织,为,为一帧,，,，阅读,器,器按照,帧,帧为单,元,元进行,识,识别。,每帧开,始,始时，Reader广播帧,长,长度f（时隙,个,个数）,每个标,签,签随机,选,选择I0,f-1，并存,储,储在寄,存,存器SN中；,Reader启动新,时,时隙，,若,若Tag的SN值为0则发送,；,；否则,减,减1,若发送,成,成功，,进,进入休,眠,眠状态,；,；若冲,突,突，进,入,入等待,状,状态，,在,在下帧,中,中重新,尝,尝试。,重复上,述,述过程,，,，直到,在,在某帧,中,中Reader没有收,到,到任何Tag,解决FAS算法固,定,定帧的,局,局限性,动态自,适,适应设,置,置帧长,度,度的算,法,法可以,解,解决FAS算法固,定,定帧的,局,局限性,。,。,一种根,据,据前一,帧,帧通信,获,获取的,空,空的时,隙,隙数目,，,，发生,碰,碰撞的,时,时隙数,目,目和成,功,功识别,标,标签的,时,时隙数,目,目的数,量,量估计,当,当前的,标,标签数,并,并设置,下,下一帧,的,的最优,的,的长度,；,；,另一种,根,根据前,一,一时隙,的,的反馈,动,动态调,整,整帧长,为,为2的整数,倍,倍，这,种,种方法,最,最具代,表,表性的,是,是EPCglobalGen2标准中,设,设计的Q算法。,EPC,技,技术,EPC系统构,成,成,一个完,整,整的EPC工作系,统,统由8部分组,成,成:,EPC编码,EPC标签,读写器,EPCSavant,ONS服务器,PML,EPC,-,-IS服务器,Internet,为什么,需,需要定,位,位？,基于位,置,置的服,务,务,自动导,航,航,搜索周,边,边服务,信,信息,基于位,置,置的社,交,交网络,：,：Four square,位置信,息,息和我,们,们的生,活,活息息,相,相关,位置信,息,息,不是单,纯,纯的“,位,位置”,地理位,置,置（,空间,坐标）,处在该,位,位置的时刻（,时间,坐标）,处在该,位,位置的对象（,身份,信息）,GPS：主要,优,优缺点,优点,精度高,全球覆,盖,盖，可,用,用于险,恶,恶环境,缺点,启动时,间,间长(3-5分钟),室内信,号,号差,需要GPS接收机,蜂窝基,站,站定位,：,：主要,优,优缺点,优点,不需要GPS接收机,，,，可通,讯,讯即可,定,定位,启动速,度,度快,信号穿,透,透能力,强,强，室,内,内亦可,接,接收到,缺点,定位精,度,度相对,较,较低,基站需,要,要有专,门,门硬件,，,，造价,昂,昂贵,A-GPS（AssistedGPS）特点,GPS定位和,蜂,蜂窝基,站,站定位,的,的结合,体,体,利用基,站,站定位,确,确定大,致,致范围,连接网,络,络查询,当,当前位,置,置可见,卫,卫星,大大缩,短,短搜索,卫,卫星的,时,时间,全程数,十,十秒,7无线网络分,类,类,2G/2.5G/3G:,10k,/,/100k/2M,WSN,802,.,.15,.,.4,7无线连接的,特,特点,信号强,度,度衰减,无线信,号,号能量,随,随着传,输,输距离,增,增长而,减,减弱。,非视线,传,传输,若发送,者,者与接,收,收者之,间,间的路,径,径部分,被,被阻挡,，,，则称,其,其为非,视,视线传,输,输。,无线信,号,号可能,会,会被阻,挡,挡物吸,收,收或迅,速,速衰减,。,。,信号干,扰,扰,相同无,线,线频段,的,的信号,会,会相互,干,干扰，,例,例如2.4GHz。,外部环,境,境的电,磁,磁噪声,，,，例如,微,微波炉,、,、汽车,、,、高压,电,电线。,多径传,播,播,无线信,号,号由于,阻,阻挡物,的,的反射,和,和折射,，,，到达,接,接收端,的,的时间,可,可能略,微,微不同,。,。,无线宽,带,带网络,和,有线宽,带,带网络,的主要,区,区别在,于,于,数据链,路,路层,和,物理层,。,为什么,需,需要低,速,速网络,协,协议？,物联网,背,背景下,连,连接的,物,物体，既有,智能的,也有,非智能,的,的,。,适应物,联,联网中,那,那些能,力,力较低,的,的节点,低速率,低通信,半,半径,低计算,能,能力,低能量,需要对物联网,中,中各种各,样,样的物,体,体进行,操,操作的,前,前提就,是,是先将,他,他们连,接,接起来，低速,网,网络协,议,议是实,现,现,全面互,联,联互通,的前提,。,。,蓝牙（Bluetooth）,蓝牙技,术,术,是一种,短距离,低,低功耗,传输协,议,议，最早始,于,于1994年，由,瑞,瑞典的,爱,爱立信,公,公司研,发,发。,采用的,是,是,调频技,术,术,（frequency,-,-hoppingspreadspectrum），频,段,段范围,是,是,2.402GHz-2.480GHz,。,通信速,率,率一般,能,能达到,1Mbps,左右，,新,新的蓝,牙,牙标准,也,也支持,超,超过,20Mbps,的速率。,通信半,径,径从几,米,米到100米左右,不,不等，常见,为,为,几米,左右。,蓝牙和Wi-Fi区别,Wi-Fi,的定位,目,目标是,为,为了,取代网,络,络应用,中,中的有,线,线设备,，能够,真,真正的,实,实现从,有,有线到,无,无线的,转,转变，,他,他可以,用,用来传,送,送各种,文,文件，,视,视频，,音,音频，,实,实现互,联,联网的,各,各种应,用,用。,蓝牙主,要,要是为,了,了替换,一些个,人,人用户,携,携带设,备,备,的有线,，,，如耳,机,机，键,盘,盘等。,对带宽,的,的要求,相,相对较,少,少,，,资源拥,有,有量（,电,电量，,计,计算资,源,源等等,）,）相对,较,较低,不是经,常,常使用,。,。,8无线传,感,感网节,点,点的特,点,点,节点功,能,能小,计,计算不,能,能太复,杂,杂,节点能,量,量少,尽,尽量减,少,少不必,要,要传输,节点通,信,信范围,小,小需,要,要多跳,网,网络设,计,计,节点内,存,存小,不,不可能,保,保存全,部,部路由,表,表,节点工,作,作环境,复,复杂,高,高适应,性,性协议,8.3无线传,感,感网组,网,网：网,络,络层设,计,计,主要特,点,点（无线传,感,感网络,路,路由与,传,传统路,由,由的区,别,别）,无线传,感,感器网,络,络中的,链,链路是,不,不可靠,的,的,无线传,感,感器节,点,点的功,能,能和资,源,源极其,受,受限的,，,，使得,节,节点不,能,能进行,很,很复杂,的,的计算,，,，测量,以,以及维,护,护庞大,的,的路由,表,表。,链路质,量,量,成为影,响,响路由,协,协议性,能,能的,重要指,标,标,。许多,无,无线传,感,感器网,络,络路由,协,协议在,其,其路径,选,选择过,程,程中均,考,考虑了,链,链路质,量,量。,ETX,是广泛,使,使用的,路径选,择,择指标,，可实,现,现无线,传,传感网,典,典型的,链,链路测,量,量方法,。,。,ETX：路径,选,选择指,标,标,ETX,：（ExpectedTransmissionCount），传,输,输成功,每,每个包,需,需要的,总,总传输,次,次数，,一,一条路,径,径的ETX越小代,表,表在这,条,条路径,上,上引起,的,的总传,输,输次数,最,最小。,Link throughput1/Link ETX,ETX计算,假设链,路,路有ACKs和重传,P(TX success,),) =P(Data success,),)P(ACKsuccess),Link ETX,=,= 1,/,/P(TXsuccess),= 1,/,/,P(Datasuccess)P(ACKsuccess),实际计,算,算ETX,P(Datasuccess)measuredfwddeliveryratiorfwd,P(ACKsuccess)measuredrevdeliveryratiorrev,Link ETX1 /,(,(rfwdrrev),CDMA系统,CDMA与GSM并列的,第,第二大,移,移动通,信,信系统,，,，也是3G系统的,基,基础。,CDMA可以,同时区,分,分并分,离,离多个,同,同时传,输,输的信,号,号,。,CDMA有以下,特点,：,抗干扰,性,性好,抗多径,衰,衰落,保密安,全,全性高,容量质,量,量之间,可,可以权,衡,衡取舍,同频率,可,可在多,个,个小区,内,内重复,使,使用,呼吸效应及,解,解决方,案,案,呼吸效,应,应：,在CDMA系统中，基站,的,的实际,有,有效覆,盖,盖面积,会,会随着,干,干扰信,号,号的增强而,缩,缩小，,反,反之则,会,会增大,。,。这种,覆,覆盖面,积,积随用,户,户数目,的,的增加,而,而收缩,的,的现象,为,为“呼,吸,吸效应,”,”。,干扰信,号,号同移,动,动用户,的,的数目,是,是密切,相,相关的,；,；,导致“,呼,呼吸效,应,应”的,主,主要原,因,因是CDMA系统是,一,一个,自干扰,系,系统,；,CDMA2000,和,W-CDMA,属于,同频自,干,干扰系,统,统,，邻近,用,用户间,自,自干扰,现,现象明,显,显，从,而,而降低,了,了实际,传,传输速,率,率。,TD-SCDMA解决方,案,案：,利用低,带,带宽的FDMA和TDMA限制了系统的最大干扰；,在单时,隙,隙中应,用,用CDMA技术提,高,高系统,容,容量；,利用联,合,合检测,和,和SDMA技术对,客,客户终,端,端的信,号,号跟踪,；,；,充分利,用,用下行,信,信号能,量,量，最,大,大程度,上,上抑制,了,了客户,之,之间的,干,干扰。,TD-SCDMA系统不,再,再是一,个,个自干,扰,扰系统,，,，“呼,吸,吸效应,”,”基本,被,被消除,。,。,TD-CDMA解决的,移,移动通,信,信问题,（,（续）,“,远近效,应,应,”：移,动,动通信,干,干扰的,另,另一问,题,题。,手机用,户,户到基,站,站的距,离,离不断,变,变化；,固定的,通,通信功,率,率不仅,会,会造成,严,严重的,功,功率过,剩,剩，且,可,可能形,成,成有害,的,的电磁,辐,辐射。,如何解,决,决？,动态调,控,控功率,：,：手机,终,终端依,据,据自己,到,到基站,的,的通信,距,距离动,态,态的调,整,整自己,的,的传输,功,功率，,从,从而尽,可,可能的,减,减少过,剩,剩，且,依,依然保,证,证可连,通,通性。,数据库,与,与物联,网,网,物联网,数,数据特点：,海量性,，,，多态,性,性，关,联,联性及,语,语义性,关系数,据,据库系,统,统,作为一,项,项有着,近,近半个,世,世纪历,史,史的数,据,据处理,技,技术，,仍,仍可在,物,物联网,中,中大展,拳,拳脚，,为,为物联,网,网的运,行,行提供,支,支撑。,与,与此同,时,时，结,合,合物联,网,网应用,提,提出的,新,新需求,，,，数据,库,库技术,也,也在进,行,行不断,的,的更新,，,，发展,出,出新的,方,方向。,新兴数,据,据库系,统,统,（NoSQL数据库,）,）针对,非,非关系,型,型、分,布,布式的,数,数据存,储,储，并,不,不要求,数,数据库,具,具有确,定,定的表,模,模式，,通,通过避,免,免连接,操,操作提,升,升数据,库,库性能,。,。,关系数,据,据库系,统,统的缺,点,点,缺乏对,真,真实世,界,界实体,的,的有效,表,表达,缺乏对,复,复杂查,询,询的有,效,效处理,缺乏对WEB应用的,有,有效支,持,持(允许延,迟,迟、高,效,效存储,查,查询、,并,并发存,取,取）,Page38,IPv6地址,分,分类,单播地,址,址（Unicast Address）,组播地,址,址（MulticastAddress）,任播地,址,址（Anycast Address）,特殊地,址,址,地址类型,二进制前缀,IPv6,标识,未指定,00.0 (128 bits),:/128,环回地址,00.1 (128 bits),:1/128,组播,11111111,FF00:/8,链路本地地址,1111111010,FE80:/10,站点本地地址,1111111011,FEC0:/10,全局单播,（其他）,2000:/3,GlobalUnicastAddresses,equivalent to publicIPv4 addresses,Fixedportion setto001 Thethreehigh-order bitsare setto001,.,. Theaddress prefixforcurrently assigned globaladdressesis2000:,/,/3.,GlobalRoutingPrefix Indicatestheglobal routingprefix fora specific organizations site,.,.,SubnetID TheSubnetIDisusedwithinanorganizationssitetoidentifysubnets.,InterfaceID Indicatestheinterface on aspecificsubnet withinthesite.,Thethree,-,-levelstructure of theglobalunicastaddress：,Page39,Page40,Solicited,-,-Node组播地,址,址生成,过,过程,IP地址的,后,后24位：XX:XXXX,前缀FF02:0,:,:0:0:0,:,:1:FF,FF02:0,:,:0:0:0,:,:1:FFXX:XXXX,Page41,Address ResolutionExample,BasedonHost B,sIPaddress,Host Asendsasolicited,-,-nodemulticastNeighborSolicitation to theaddress of FF02,:,:1,:,:FF22:2222,Page42,Host B, havingregistered thesolicited,-,-nodemulticastaddressof33-33-FF-22-22-22with itsEthernetadapter,receivesandprocesses theNeighborSolicitation,.,. HostBrespondswith aunicastNeighborAdvertisement message,Page43,从物联,网,网的定,义,义、体,系,系结构,，,，RFID、WSN,、,、定位,、,、隐私,，,，移动,、,、应用,领,领域等,方,方面对,物,物联网,进,进行讨,论,论。要,求,求字数,在,在500字左,右,右。,