第2章_物联网架构技术_-《物联网技术基础教程》

,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,*,第,2,章 物联网架构技术,学习任,务,务,物联网,结,结构,未来的,物,物联网,架,架构技,术,术,案例,:,上海嘉,定,定物联,网,网工程,示,示范项,目,目,1,2,3,本章主,要,要涉及,：,：,2.1,物联网,结,结构,从物联,网,网的功,能,能上来,说,说，应,该,该具备,四,四个特,征,征：,一是全,面,面感知,能,能力，,可,可以利,用,用,RFID,、传感,器,器、二,维,维条形,码,码等获,取,取被控,/,被测物,体,体的信,息,息,;,二是数,据,据信息,的,的可靠,传,传递，,可,可以通,过,过各种,电,电信网,络,络与互,联,联网的,融,融合，,将,将物体,的,的信息,实,实时准,确,确地传,递,递出去,;,2.1,物联网,结,结构,三是可,以,以智能,处,处理，,利,利用现,代,代控制,技,技术提,供,供的智,能,能计算,方,方法，,对,对大量,数,数据和,信,信息进,行,行分析,和,和处理,，,，对物,体,体实施,智,智能化,的,的控制,。,。,四是可,以,以根据,各,各个行,业,业、各,种,种业务,的,的具体,特,特点形,成,成各种,单,单独的,业,业务应,用,用，或,者,者整个,行,行业及,系,系统的,建,建成应,用,用解决,方,方案。,2.1,物联网,结,结构,2.1,物联网,结,结构,而按照,更,更为科,学,学及严,谨,谨的表,述,述，物,联,联网结,构,构应分,成,成,:,感知识,别,别层, 网,络,络构建,层,层, 管,理,理服务,层,层, 综,合,合应用,层,层,2.1.1,感知识,别,别层,感知层,是,是物联,网,网发展,和,和应用,的,的基础,，,，,RFID,技术、,传,传感和,控,控制技,术,术、短,距,距离无,线,线通信,技,技术是,感,感知层,的,的主要,技,技术。,例如张,贴,贴安装,在,在设备,上,上的,RFID,标签和,用,用来识,别,别,RFID,信息的,扫,扫描仪,、,、 感,应,应器都,属,属于物,联,联网的,感,感知层,。,。,现在的,高,高速公,路,路不停,车,车收费,系,系统、,超,超市仓,储,储管理,系,系统等,都,都是基,于,于这一,类,类结构,的,的物联,网,网。,2.1.1,感知识,别,别层,感知层,由,由传感,器,器节点,接,接入网,关,关组成,，,，智能,节,节点感,知,知信息,（,（温度,、,、湿度,、,、图像,等,等），,并,并自行,组,组网传,递,递到上,层,层网关,接,接入点,，,，由网,关,关将收,集,集到的,感,感应信,息,息通过,网,网络层,提,提交到,后,后台处,理,理。,当后台,对,对数据,处,处理完,毕,毕，发,送,送执行,命,命令到,相,相应的,执,执行机,构,构完成,对,对被控,/,被测对,象,象的控,制,制参数,调,调整或,发,发出某,种,种提示,信,信号以,实,实现对,其,其的一,个,个远程,监,监控。,2.1.1,感知识,别,别层,由传感,器,器组成,的,的感知,结,结构,2.1.2,网络构,建,建层,网络是,物,物联网,最,最重要,的,的基础,设,设施之,一,一。,网络构,建,建层在,物,物联网,四,四层模,型,型中连,接,接感知,识,识别层,和,和管理,服,服务层,，,，具有,强,强大的,纽,纽带作,用,用，高,效,效、稳,定,定、及,时,时、安,全,全地传,输,输上下,层,层的数,据,据。,物联网,在,在网络,构,构建层,存,存在各,种,种网络,形,形式，,通,通常使,用,用的网,络,络形式,有,有,如下几,种,种,：,2.1.2,网络构,建,建层, 互,联,联网：,互联网,/,电信网,是,是物联,网,网的核,心,心网络,、,、平台,和,和技术,支,支持。,IPv6,的使用,扫,扫清了,可,可接入,网,网络的,终,终端设,备,备在数,量,量上的,限,限制。,无线宽,带,带网：,WiFi/WiMAX,等无线,宽,宽带技,术,术的覆,盖,盖范围,较,较广，,传,传输速,度,度较快,，,，为物,联,联网提,供,供高速,可,可靠廉,价,价且不,受,受接入,设,设备位,置,置限制,的,的互联,手,手段。,2.1.2,网络构,建,建层, 无,线,线低速,网,网：,ZigBee/,蓝牙,/,红外等,低,低速网,络,络协议,能,能够适,应,应物联,网,网中能,力,力较低,的,的节点,的,的低速,率,率、低,通,通信半,径,径、低,计,计算能,力,力和低,能,能量来,源,源等特,征,征。, 移,动,动通信,网,网：,移动通,信,信网络,将,将成为,“,“全面,、,、随时,、,、随地,”,”传输,信,信息的,有,有效平,台,台。高,速,速、实,时,时、高,覆,覆盖率,、,、多元,化,化处理,多,多媒体,数,数据，,为,为“物,品,品触网,”,”创造,条,条件。,2.1.2,网络构,建,建层,网络构,建,建层,2.1.3,管理服,务,务层,管理服,务,务层位,于,于感知,识,识别和,网,网络构,建,建层之,上,上，综,合,合应用,层,层之下,，,，人们,通,通常把,物,物联网,应,应用冠,以,以,“智能,”,”的名,称,称，如,智,智能电,网,网、智,能,能交通,、,、智能,物,物流等,，,，其中,的,的智慧,就,就来自,这,这一层,。,。,当感知,识,识别层,生,生成的,大,大量信,息,息经过,网,网络层,传,传输汇,聚,聚到管,理,理服务,层,层，管,理,理服务,层,层解决,数,数据如,何,何存储,（,（数据,库,库与海,量,量存储,技,技术）,、,、如何,检,检索（,搜,搜索引,擎,擎）、,如,如何使,用,用（数,据,据挖掘,与,与机器,学,学习）,、,、如何,不,不被滥,用,用（数,据,据安全,与,与隐私,保,保护）,等,等问题,。,。,2.1.3,管理服,务,务层,1.,数据库,物联网,数,数据特,点,点是海,量,量性，,多,多态性,，,，关联,性,性及语,义,义性。,适,适应这,种,种需求,，,，在物,联,联网中,主,主要使,用,用的是,关,关系数,据,据库和,新,新兴数,据,据库系,统,统。, 关,系,系数据,库,库系统,作,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,中使用,，,，为物,联,联网的,运,运行提,供,供支撑,。,。, 新,兴,兴数据,库,库系统,（,（,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,。,。,2.1.3,管理服,务,务层,2.,海量信,息,息存储,海量信,息,息存储,早,早期采,用,用大型,服,服务器,存,存储，,基,基本都,是,是以服,务,务器为,中,中心的,处,处理模,式,式，使,用,用直连,存,存储（,DAS,，,DirectAttachedStorage,），存,储,储设备,（,（包括,磁,磁盘阵,列,列，磁,带,带库，,光,光盘库,等,等）作,为,为服务,器,器的外,设,设使用,。,。,2.1.3,管理服,务,务层,随着网络技,术,术的发展，,服,服务器之间,交,交换数据或,向,向磁盘库等,存,存储设备备,份,份时，都是,通,通过局域网,进,进行，这是,主,主要应用网,络,络附加存储,（,（,NAS,，,Network Attached Storage,）技术来实,现,现网络存储,，,，,但这将占用,大,大量的网络,开,开销，严重,影,影响网络的,整,整体性能。,2.1.3,管理服务层,为了能够共,享,享打容量，,高,高速度存储,设,设备，并且,不,不占用局域,网,网资源的海,量,量信息传输,和,和备份，就,需,需要专用存,储,储区域网络,（,（,SAN ,Storage Area Network,）来实现。,2.1.3,管理服务层,3.,数据中心,数据中心不,仅,仅包括计算,机,机系统和配,套,套设备（如,通,通信,/,存储设备）,，,，还包括冗,余,余的数据通,信,信连接,/,环境控制设,备,备,/,监控设备及,安,安全装置，,是,是一大型的,系,系统工程。,通,通过高度的,安,安全性和可,靠,靠性提供及,时,时持续的数,据,据服务，为,物,物联网应用,提,提供良好的,支,支持。,典型的数据,中,中心如,Google/Hadoop,数据中心。,2.1.3,管理服务层,4.,搜索引擎,Web,搜索引擎是,一,一个能够在,合,合理响应时,间,间内，根据,用,用户的查询,关,关键词，返,回,回一个包含,相,相关信息的,结,结果列表（,hitslist,）服务的综,合,合体。,传统的,Web,搜索引擎是,基,基于查询关,键,键词的，对,于,于相同的关,键,键词，会得,到,到相同的查,询,询结果。,而物联网时,代,代的搜索引,擎,擎必须是从,智,智能物体角,度,度思考搜索,引,引擎与物体,之,之间的关系,，,，主动识别,物,物体并提取,有,有用信息。,从,从用户角度,上,上的多模态,信,信息利用，,使,使查询结果,更,更精确，更,智,智能，更定,制,制化。,2.1.3,管理服务层,5.,数据挖掘技,术,术,物联网需要,对,对海量的数,据,据进行更透,彻,彻的感知要,求,求对海量数,据,据多维度整,合,合与分析，,更,更深入的智,能,能化需要普,适,适性的数据,搜,搜索和服务,，,，,需要从大量,数,数据中获取,潜,潜在有用的,且,且可被人理,解,解的模式，,基本类型有,关,关联分析，,聚,聚类分析，,演,演化分析等,。,。这些需求,都,都使用了数,据,据挖掘技术,。,。,2.1.3,管理服务层,例如用于精,准,准农业可以,实,实时监测环,境,境数据，挖,掘,掘影响产量,的,的重要因素,，,，获得产量,最,最大化配置,方,方式。,而用于市场,营,营销则可以,通,通过数据库,行,行销和货篮,分,分析等方式,获,获取顾客购,物,物取向和兴,趣,趣。,2.1.4,综合应用层,传统互联网,经,经历了以数,据,据为中心到,以,以人为中心,的,的转化，典,型,型应用包括,文,文件传输、,电,电子邮件、,万,万维网、电,子,子商务、视,频,频点播、在,线,线游戏和社,交,交网络等；,而物联网应,用,用以,“物”或者,物,物理世界为,中,中心，涵盖,物,物品追踪、,环,环境感知、,智,智能物流、,智,智能交通、,智,智能电网等,等,等。物联网,应,应用目前正,处,处于快速增,长,长期，具有,多,多样化、规,模,模化、行业,化,化等特点。,2.1.4,综合应用,层,层, 智能,物,物流：,现代物流,系,系统希望,利,利用信息,生,生成设备,，,，如,RFID,设备、感,应,应器或全,球,球定位系,统,统等种种,装,装置与互,联,联网结合,起,起来而形,成,成的一个,巨,巨大网络,，,，并能够,在,在这个物,联,联化的物,流,流网络中,实,实现智能,化,化的物流,管,管理。, 智能,交,交通：,通过在基,础,础设施和,交,交通工具,当,当中广泛,应,应用信息,、,、通讯技,术,术来提高,交,交通运输,系,系统的安,全,全性、可,管,管理性、,运,运输效能,同,同时降低,能,能源消耗,和,和对地球,环,环境的负,面,面影响。,2.1.4,综合应用,层,层, 绿色,建,建筑：,物联网技,术,术为绿色,建,建筑带来,了,了新的力,量,量。通过,建,建立以节,能,能为目标,的,的建筑设,备,备监控网,络,络，将各,种,种设备和,系,系统融合,在,在一起，,形,形成以智,能,能处理为,中,中心的物,联,联网应用,系,系统，有,效,效的为建,筑,筑节能减,排,排提供有,力,力的支撑,。,。, 智能,电,电网：,以先进的,通,通信技术,、,、传感器,技,技术、信,息,息技术为,基,基础，以,电,电网设备,间,间的信息,交,交互为手,段,段，以实,现,现电网运,行,行的可靠,、,、安全、,经,经济、高,效,效、环境,友,友好和使,用,用安全为,目,目的的先,进,进的现代,化,化电力系,统,统。,2.1.4,综合应用,层,层, 环境,监,监测：,通过对人,类,类和环境,有,有影响的,各,各种物质,的,的含量、,排,排放量、,以,以及各种,环,环境状态,参,参数的检,测,测，跟踪,环,环境质量,的,的变化，,确,确定环境,质,质量水平,，,，为环境,管,管理、污,染,染治理、,防,防灾减灾,等,等工作提,供,供基础信,息,息、方法,指,指引和质,量,量保证。,2.2,未来的物,联,联网架构,技,技术,通过专业,人,人员对物,联,联网体系,结,结构的长,期,期讨论，,目,目前可以,明,明确以下,几,几点：,首先，未,来,来的物联,网,网需要一,个,个开放的,架,架构来最,大,大限度的,满,满足各种,不,不同系统,和,和分布式,资,资源之间,的,的互操作,性,性需求。,这些系统,和,和资源既,可,可能是来,自,自于信息,和,和服务的,提,提供者，,也,也可能来,自,自于信息,和,和服务的,使,使用者或,者,者客户。,2.2,未来的物,联,联网架构,技,技术,其次，未,来,来的物联,网,网的架构,还,还需要有,良,良好的、,明,明确定义,的,的、呈现,为,为粒度形,式,式的层次,划,划分。,物联网的,架,架构技术,应,应该促进,用,用户丰富,的,的选择权,，,，而不应,该,该将用户,锁,锁定到必,须,须使用某,一,一家或者,某,某几家大,的,的、处于,垄,垄断地位,的,的解决方,案,案服务提,供,供商所发,布,布的各种,应,应用上。,2.2,未来的物,联,联网架构,技,技术,同时，物,联,联网的架,构,构技术需,要,要设计为,可,可以抵御,物,物理网络,中,中各种中,断,断以及干,扰,扰的形式,，,，尽可能,将,将这些情,况,况所带来,的,的影响降,低,低到最小,程,程度。,而且，未,来,来的物联,网,网架构还,需,需要考虑,到,到这样一,个,个事实：,即,即，以后,网,网络中的,很,很多节点,和,和网络设,备,备将是移,动,动的。,2.2,未来的物,联,联网架构,技,技术,最后，从,对,对于未来,物,物联网的,架,架构技术,来,来说，要,理,理解下列,几,几件事情,：,：,第一，对,于,于身处未,来,来物联网,中,中的各种,节,节点，他,们,们中的大,多,多数将需,要,要有能力,与,与其他节,点,点一起动,态,态的、自,主,主的组建,各,各式各样,的,的本地或,者,者远程对,等,等网络。,2.2,未来的物,联,联网架构,技,技术,第二，可,以,以预料到,，,，未来的,物,物联网中,产,产生的数,据,据将是海,量,量的。,物联网的,架,架构技术,一,一定要同,时,时支持移,动,动的,“智能”,与,与、自主,的,的信息过,滤,滤、自主,模,模式识别,、,、自主机,器,器学习以,及,及自主判,断,断决策能,力,力，要让,这,这些能力,能,能够达到,各,各种物联,网,网子网络,的,的边缘地,带,带，而无,需,需考虑数,据,据是在附,近,近产生的,还,还是远程,生,生成的。,2.2,未来的物,联,联网架构,技,技术,第三，在,未,未来物联,网,网架构的,设,设计过程,中,中，我们,要,要一方面,使,使得基于,事,事件的处,理,理、路由,、,、存储、,检,检索以及,引,引用能力,成,成为可能,，,，,另一方面,还,还要允许,这,这些能力,可,可以在离,线,线的、非,连,连接情况,（,（比如，,那,那些网络,连,连接是时,断,断时续的,，,，或者根,本,本没有网,络,络覆盖的,地,地方）下,进,进行操作,。,。,2.3,案例,:,上海嘉定,物,物联网工,程,程示范项,目,目,按照上海,嘉,嘉定物联,网,网工程示,范,范项目规,划,划，到,2013,年年底，,基,基本建成,研,研发、产,业,业、应用,三,三个层次,的,的载体，,即以上海,物,物联网中,心,心为核心,技,技术研发,平,平台，以,上,上海物联,网,网中心产,业,业化基地,作,作为产业,发,发展支撑,，,，以上海,“,“智慧城,市,市”嘉定,示,示范区引,领,领物联网,广,广泛应用,。,。,从而，使,嘉,嘉定区成,为,为国内最,具,具竞争力,、,、具有国,际,际影响力,的,的物联网,技,技术和产,业,业创新发,源,源地。,2.3,案例,:,上海嘉定,物,物联网工,程,程示范项,目,目,1,、智慧社,区,区（建设,时,时间：,2011-2013,）,2,、智能家,居,居（建设,时,时间：,2011-2013,）,3,、智能环,境,境监测（,建,建设时间,：,：,2011,）,4,、智能楼,宇,宇（建设,时,时间：,2011-2013,）,5,、智能电,网,网（建设,时,时间：,2011-2013,）,2.3,案例,:,上海嘉定,物,物联网工,程,程示范项,目,目,6,、智能交,通,通（建设,时,时间：,2011-2013,）,7,、智能监,控,控（建设,时,时间：,2011,）,8,、特种车,辆,辆监控（,建,建设时间,：,：,2011,）,9,、精准农业（,建,建设时间：,2011,）,10,、重点污染源监,（,（建设时间：,2011-2012,）,Thank You!,