物联网体系架构及关键技术.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第2章 物联网体系架构,第2章 物联网体系架构,第2章 物联网体系架构,2.1物联网体系架构概述,2.2感知层,2.3 网络层,2.4 应用层,2.5 物联网关键技术,物联网体系架构及关键技术,第1页,因为物联网尚处于起步阶段，还,没有一个广泛认同,体系结构。,在公开发表物联网应用系统同时，很多研究人员也提出了若干物联网体系结构。,比如物品万维网（Web of Things，WoT）体系结构，它定义了一个面向应用物联网，,把万维网服务嵌入到系统中，能够采取简单万维网服务形式使用物联网。,这是一个以用户为中心物联网体系结构，试图把互联网中成功、面向信息获取万维网结构移植到物联网上，用于物联网信息公布、检索和获取。,当前，较具代表性物联网架构有欧美支持EPC Global物联网体系架构和日本Ubiquitous ID（UID）物联网系统等。我国也主动参加了物联网体系结构研究，正在主动制订符合社会发展实际情况物联网标准和架构。,2.1物联网体系架构概述,物联网体系架构及关键技术,第2页,2.1物联网体系架构概述,2.1.1 物联网自主体系结构,(Autonomic-oriented Architecture，AOA),为了适应异构物联网无线通信环境需要，Guy Pujolle(,巴黎第六大学研究人员),在An Autonomic-oriented Architecture for the Internet of Things(IEEE John Vincent Atanasoff International Symposium on Modern Computing)中提出了一个采取,自主通信技术,物联网自主体系结构，如图2.1所表示。,物联网体系架构及关键技术,第3页,图2.1 物联网一个自主体系结构,数据面主要用于数据分组传送,控制面经过向数据面发送配置信息，优化数据面吞吐量，提升可靠性,它提供整个网络信息完整视图，而且提炼成为网络系统知识，用于指导控制面适应性控制,管理面用于协调数据面、控制面和知识面交互，提供物联网自主能力。,物联网这种自主体系结构由数据面、控制面、知识面和管理面四个面组成。,物联网体系架构及关键技术,第4页,详细来讲，以知识层为指导，由控制层确定数据层中通信协议，执行已知或者新出现任务，并确保整个系统自组织、自管理和可进化特征。,AOA所包括,协议栈比较复杂,，只适合用于计算资源较为充裕物联网节点。,自主体系结构知识层、控制层、数据层和管理层都基于自主件 SelfWare构建原理与技术组合而成。,物联网体系架构及关键技术,第5页,所谓自主通信是指以自主件(Self Ware)为关键通信，自主件在端到端层次以及中间节点，执行,网络控制面已知或者新出现任务,，自主件能够确保通信系统,可进化特征,。,物联网体系架构及关键技术,第6页,在图2.1所表示自主体系结构中，其自主特征主要是由,STP/SP协议栈和智能层,取代了传统TCP/IP协议栈，如图2.2所表示，其中STP表示智能传输协议(Smart Transport Protocol)，SP表示智能协议(Smart Protocol)。,物联网节点,智能层,主要用于,协商交互节点之间STP/SP选择,，优化,无线链路之上通信和数据传输,，以满足异构物联网设备之间联网需求。,物联网体系架构及关键技术,第7页,图2.2 STP/SP协议栈自主体系结构,物联网体系架构及关键技术,第8页,这种面向物联网自主体系结构所包括协议栈比较复杂，只适合用于计算资源较为充裕物联网节点。,物联网体系架构及关键技术,第9页,2.1 物联网EPC体系结构,伴随全球经济一体化和信息网络化进程加紧，为满足,对单个物品标识和高效识别,，美国麻省理工学院自动识别试验室(Auto-ID)在美国统一代码协会(UCC)支持下，,提出要在计算机互联网基础上，利用RFID、无线通信技术，结构一个覆盖世界万物系统；,同时还提出了电子产品代码(Electronic Product Code，EPC)概念，即,每个对象都将赋予一个唯一EPC，采取射频识别技术信息系统管理，数据传输和数据储存由EPC网络来处理。,物联网体系架构及关键技术,第10页,随即，国际物品编码协会(EAN)和美国统一代码协会(UCC)于 年9 月联合成立了非营利性组织EPC Global，,将EPC纳入了全球统一标识系统,，实现了全球统一标识系统中GTIN编码体系与EPC概念完美结合。,EPC Global对于物联网描述是，一个物联网主要由EPC编码体系、射频识别系统及EPC信息网络系统三部分组成。,物联网体系架构及关键技术,第11页,1EPC编码体系,物联网实现是全球物品信息实时共享。显然，首先要做是,实现全球物品统一编码,，即对在地球上任何地方生产出来任何一件物品，都要给它打上电子标签。,这种电子标签带有一个电子产品代码，而且,全球唯一,。电子标签代表了该物品基本识别信息，比如，表示“A企业于B时间在C地点生产D类产品第E件”。当前，欧美支持EPC编码和日本支持UID编码是两种常见电子产品编码体系。,物联网体系架构及关键技术,第12页,2射频识别系统,射频识别系统包含EPC标签和读写器。EPC标签是编号(每件商品唯一号码，即牌照)载体，当EPC标签贴在物品上或内嵌在物品中时，该物品与EPC标签中产品电子代码就建立起了一对一映射关系。,物联网体系架构及关键技术,第13页,EPC标签从本质上来说是一个电子标签，经过RFID读写器能够对EPC标签内存信息进行读取。这个内存信息通常就是产品电子代码。,产品电子代码经读写器报送给物联网中间件，经处理后存放在分布式数据库中。用户查询物品信息时只要在网络浏览器地址栏中输入物品名称、生产商、供货商等数据，就能够实时得悉物品在供给链中情况。,当前，与此相关标准已制订，包含电子标签封装标准，电子标签和读写器间数据交互标准等。,物联网体系架构及关键技术,第14页,3EPC信息网络系统,EPC信息网络系统包含,EPC中间件,、,EPC信息发觉服务,和,EPC信息服务,三部分。,EPC中间件,通常指一个通用平台和接口，,是连接RFID读写器和信息系统纽带。,它主要用于实现RFID读写器和后端应用系统之间信息交互、捕捉实时信息和事件，或将信息向上传送给后端应用数据库软件系统以及ERP系统等，或将信息向下传送给RFID读写器。,物联网体系架构及关键技术,第15页,EPC信息发觉服务,(Discovery Service)包含对象名解析服务(Object Name Service，ONS)以及配套服务，它基于电子产品代码，获取EPC数据访问通道信息。当前，根ONS系统和配套发觉服务系统由EPC Global委托VeriSign企业进行运行维护，,其接口标准正在形成之中,。,物联网体系架构及关键技术,第16页,EPC信息服务,(EPC Information Service，EPC IS)即EPC系统软件支持系统，用以实现最终用户在物联网环境下交互EPC信息。,关于EPC IS接口和标准也正在制订中,。,可见，一个EPC物联网体系架构主要由,EPC编码,、,EPC标签及RFID读写器,、,中间件系统,、,ONS服务器和EPC IS服务器等部分组成,，如图2.3所表示。,物联网体系架构及关键技术,第17页,图2.3 EPC物联网体系架构示意图,物联网体系架构及关键技术,第18页,由图2.3能够看到一个企业物联网应用系统基本架构。该应用系统由三大部分组成，即,RFID识别系统,、,中间件系统,和,计算机互联网,系统。,RFID识别系统,包含EPC标签和RFID读写器，二者经过RFID空中接口通信，EPC标签贴于每件物品上。,中间件系统,含有EPC IS、PML(Physical Markup Language，物体标识语言)、ONS及其缓存系统，其后端应用数据库软件系统还包含ERP系统等。,这些都与,计算机互联网,相连，可及时有效地跟踪、查询、修改或增减数据。,物联网体系架构及关键技术,第19页,RFID读写器从含有一个EPC或一系列EPC标签上读取物品电子代码，然后将读取物品电子代码送到中间件系统中进行处理。假如读取数据量较大而中间件系统处理不及时，可应用ONS 来储存部分读取数据。中间件系统以该EPC 数据为信息源，在当地ONS 服务器获取包含该产品信息EPC信息服务器网络地址。当当地ONS不能查阅到EPC编码所对应EPC信息服务器地址时，可向远程ONS发送解析请求，获取物品对象名称，继而经过EPC信息服务各种接口取得物品信息各种相关服务。整个EPC网络系统借助计算机互联网系统，利用在互联网基础上发展产生通信协议和描述语言而运行。,物联网体系架构及关键技术,第20页,2.1.3 物联网UID技术体系,鉴于日本在电子标签方面发展，早在20世纪80年代中期就提出了实时嵌入式系统(TRON)，其中T-Engine是其体系关键。在T-Engine论坛领导下，UID中心设置于东京大学，于 年3月成立，并得到日本政府以及大企业支持，当前包含微软、索尼、三菱、日立、日电、东芝、夏普、富士通、NTT、DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等很多企业。组建UID中心目标是为了建立和普及自动识别“物品”所需基础性技术，,实现“计算无处不在”理想环境。,物联网体系架构及关键技术,第21页,UID是一个开放性技术体系，由,泛在识别码(uCode),、,泛在通信器(UG),、,信息系统服务器,和,uCode解析服务器,等部分组成。UID使用uCode作为现实世界物品和场所标识，它从uCode电子标签中读取uCode取得这些设施状态，并控制它们，类似于PDA终端。,UID 可广泛应用于各种产业或行业，现实世界用uCode标识物品、场所等各种实体与虚拟世界中存放在信息服务器中各种相关信息联络起来，实现物物互联。,物联网体系架构及关键技术,第22页,2.1.4 构建物联网体系结构原则,物联网概念问世，打破了传统思维模式。在提出物联网概念之前，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，而其次是数据中心、个人计算机、宽带等。在物联网时代，将把钢筋混凝土、电缆与芯片、宽带整合为统一基础设施。在这种意义上基础设施就像是一块新地球工地，世界在它上面运转，包括经济管理、生产运行、社会管理以及个人生活等。研究物联网体系结构，首先需要明确架构物联网体系结构基本原则，以便在已有物联网体系结构基础之上，形成参考标准。,物联网体系架构及关键技术,第23页,物联网有别于互联网，互联网主要目标是构建一个全球性,计算机通信网络,；,物联网则主要是,从应用出发,，,利用互联网、无线通信技术进行业务数据传送,，,是互联网、移动通信网应用延伸，是自动化控制、遥控遥测及信息应用技术综合展现。,所以，设计物联网体系结构应该遵照以下几条标准：,物联网体系架构及关键技术,第24页,(1),多样性标准,。物联网体系结构必须,依据物联网服务类型、节点不一样，分别设计各种类型体系结构,，不能也没有必要建立起唯一标准体系结构。,(2),时空性标准,。物联网尚在发展之中，其体系结构应能,满足在时间、空间和能源方面需求,。,(3),互联性标准,。物联网体系结构,需要平滑地与互联网实现互联互通,，试图另行设计一套互联通信协议及其描述语言，是不现实。,物联网体系架构及关键技术,第25页,(4),扩展性标准,。对于物联网体系结构架构，应该含有一定扩展性，方便最大程度地利用现有网络通信基础设施，保护已投资利益。,(5),安全性标准,。物物互联之后，物联网安全性将比计算机互联网安全性更为主要，所以物联网体系结构,应能够防御大范围网络攻击。,(6),健壮性标准,。物联网体系结构应具备相当好健壮性和可靠性。,物联网体系架构及关键技术,第26页,2.1.5实用层次性物联网体系架构,物联网是经过各种信息传感设备及系统(传感网、射频识别系统、红外感应器、激光扫描器等)、条码与二维码、全球定位系统，按约定通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，经过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理一个信息网络。,这个定义关键是，物联网主要特征,是每一个物件都能够寻址，每一个物件都能够控制，每一个物件都能够通信。,物联网体系架构及关键技术,第27页,依据物联网,服务类型,和,节点,等情况，物联网体系结构划分有两种情况：,其一是由感知层、接入层、网络层和应用层组成,四层物联网体系结构,；,其二是由感知层、网络层和应用层组成,三层物联网体系结构,。,依据对物联网研究、技术和产业实践观察，当前业界将物联网系统划分为三个层次：感知层、网络层、应用层，并依此概括地描绘物联网系统架构，如图2.4所表示。,物联网体系架构及关键技术,第28页,专用网络,电信网,/互联网,物联网网关,传感器,执行器,RFID,二维码,智能装置,通信模块,延伸网络,应用集成,云计算,解析服务,网络管理,Web服务,物联网应用,应用基础设施,/中间件,信息处理,物联网体系架构及关键技术,第29页,感知层处理是人类世界和物理世界,数据获取,问题。感知层可深入划分为,两个子层,1,采集外部物理世界数据,，（经过传感器、数码相机等设备）,2,短距离传递数据,（经过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等,短距离传输技术）,。,在仅传递物品唯一识别码情况下，也能够只有数据短距离传输这一层。实际上，这两个子层有时极难明确区分开。,感知层所需要关键技术包含,检测技术,、,短距离有线和无线通信技术,等。,物联网体系架构及关键技术,第30页,网络层,处理是,感知层所取得数据,在一定范围内(通常是长距离)传输问题,。,这些数据能够经过移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等网络传输。,网络层所需要关键技术,包含长距离有线和无线通信技术、网络技术等,。,物联网体系架构及关键技术,第31页,应用层处理是,信息处理和人机界面,问题。网络层传输而来数据在这一层里进入各类信息系统进行处理，并经过各种设备与人进行交互。这一层按形态直观地划分为两个子层：,1 是应用程序层,，进行,数据处理,它涵盖了国民经济和社会每一领域，包含电力、医疗、银行、交通、环境保护、物流、工业、农业、城市管理、家居生活等，包含支付、监控、安保、定位、盘点、预测等，可用于政府、企业、社会组织、家庭、个人等。这正是物联网作为深度信息化产物主要表达。,2,是终端设备层，提供人机界面,。,物联网即使是“物物相连网”，但最终是要以人为本，最终还是需要人操作与控制，不过这里人机界面已远远超出现时人与计算机交互概念，而是,泛指与应用程序相连各种设备与人反馈。,物联网体系架构及关键技术,第32页,在各层之间，信息不是单向传递，可有交互、控制等，所,传递信息,各种多样，这其中关键是,物品信息,，包含在特定应用系统范围内能唯一标识物品,识别码,和物品,静态与动态信息,。另外，,软件和集成电路技术都是各层所需关键技术。,物联网体系架构及关键技术,第33页,2.2感 知 层,2.2.1感知层功效,物联网在传统网络基础上，从原有网络用户终端向“下”延伸和扩展，扩大通信对象范围，即通信不但仅局限于人与人之间通信，还扩展到,人与现实世界各种物体之间通信,。,物联网体系架构及关键技术,第34页,这里“物”并不是自然物品，而是要,满足一定条件,才能够被纳入,物联网范围,。,1 对应信息接收器和发送器,2 数据传输通路、数据处理芯片、操作系统、存放空间,3 遵照物联网通信协议，在物联网中有可被识别标识,能够看到现实世界物品未必能满足这些要求，这就需要,特定物联网设备,帮助。,物联网设备详细来说就是,嵌入式系统、传感器、RFID等。,物联网体系架构及关键技术,第35页,物联网感知层处理就是人类世界和物理世界数据获取问题，即各类物理量、标识、音频、视频数据。,感知层处于三层架构最底层，是物联网发展和应用基础，含有,物联网全方面感知关键能力,。作为物联网最基本一层，感知层含有十分主要作用。,物联网体系架构及关键技术,第36页,2.2.2 感知层关键技术,感知层所需要关键技术包含,检测技术、中低速无线或有线短距离传输技术,等。,感知层综合了,传感器技术、嵌入式计算技术、智能组网技术、无线通信技术和分布式信息处理技术等，,经过各类集成化微型传感器协作，,实时监测、感知和采集,各种环境或监测对象信息。,感知层经过,嵌入式系统对信息进行处理，并经过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式,将所感知到信息,传送到接入层,基站节点和接入网关,，最终抵达用户终端，,从而真正实现“无处不在”物联网理念。,物联网体系架构及关键技术,第37页,1传感器技术,传感器是一个检测装置，能感受到被测信息，并能将检测感受到信息按一定规律变换成为电信号或其它所需形式信息输出，以满足信息传输、处理、存放、显示、统计和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制首要步骤。,在物联网系统中，对各种参量进行信息采集和简单加工处理设备，被称为物联网传感器。,传感器能够独立存在，也能够与其它设备以一体方式展现，但不论哪种方式，它都是物联网中,感知和输入部分,。在未来物联网中，传感器及其组成传感器网络将在数据采集前端发挥主要作用。,物联网体系架构及关键技术,第38页,传感器分类方法各种多样，比较惯用有按传感器,物理量、工作原理和输出信号,三种方式来分类。另外，按照是否含有,信息处理功效,来分类，传感器可分为普通,传感器和智能传感器,。,普通传感器采集信息需要计算机进行处理。,智能传感器带有微处理器，本身含有采集、处理、交换信息能力，具备高数据精度、高可靠性与高稳定性、高信噪比与高分辨力、强自适应性、低价格性能比等特点。,物联网体系架构及关键技术,第39页,1)新型传感器,传感器能够感知热、力、光、电、声、位移等信号，为物联网系统处理、传输、分析和反馈提供最原始数据信息。,伴随电子技术不停进步，传统传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化；同时，也正经历着一个从传统传感器(Dumb Sensor)到智能传感器(Smart Sensor)再到嵌入式Web传感器(Embedded Web Sensor)不停丰富发展过程。,物联网体系架构及关键技术,第40页,2)智能化传感网节点技术,所谓智能化传感网节点，是指一个,微型化嵌入式系统,。在感知物质世界及其改变过程中，需要检测对象很多，比如温度、压力、湿度、应变等，所以,需要微型化、低功耗传感网节点来组成传感网基础层支持平台。,所以需要针对低功耗传感网节点设备低成本、低功耗、小型化、高可靠性等要求，研制低速、中高速传感网节点关键芯片，以及集射频、基带、协议、处理于一体，具备通信、处理、组网和感知能力低功耗片上系统；针对物联网行业应用，研制系列节点产品。,物联网体系架构及关键技术,第41页,这不但需要采取MEMS 加工技术，设计符合物联网要求微型传感器，使之,可识别、配接各种敏感元件，并适合用于主被动各种检测方法,，而且传感网节点还应含有,强抗干扰能力,，以适应恶劣工作环境需求。,怎样利用传感网节点含有局域信号处理功效，,在传感网节点附近局部完成一定信号处理,，使原来由中央处理器实现串行处理、集中决议系统，成为一个,并行分布式信息处理系统,，这还需要开发基于专用操作系统节点级系统软件。,物联网体系架构及关键技术,第42页,2RFID技术,RFID是射频识别(Radio Frequency Identification)英文缩写，是20世纪90年代开始兴起一个自动识别技术，它利用射频信号经过空间电磁耦合实现无接触信息传递并经过所传递信息实现物体识别。RFID既能够看成是一个设备标识技术，也能够归类为短距离传输技术。,物联网体系架构及关键技术,第43页,RFID是一个能够让物品“开口说话”技术，也是物联网感知层一个关键技术。在对物联网构想中，RFID标签中存放着规范而含有互用性信息，经过有线或无线方式把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)识别，进而经过开放式计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品“透明”管理。,物联网体系架构及关键技术,第44页,RFID系统主要由三部分组成：电子标签(Tag)、读写器(Reader)和天线(Antenna)。其中，电子标签芯片含有数据存放区，用于存放待识别物品标识信息；读写器是将约定格式待识别物品标识信息写入电子标签存放区中(写入功效)，或在读写器阅读范围内以无接触方式将电子标签内保留信息读取出来(读出功效)；天线用于发射和接收射频信号，往往内置在电子标签和读写器中。,物联网体系架构及关键技术,第45页,RFID技术工作原理是：电子标签进入读写器产生磁场后，读写器发出射频信号凭借感应电流所取得能量将存放在芯片中产品信息(无源标签或被动标签)发送出，或者主动发送某一频率信号(有源标签或主动标签)；读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行相关数据处理。,物联网体系架构及关键技术,第46页,因为RFID含有没有需接触、自动化程度高、耐用可靠、识别速度快、适应各种工作环境、可实现高速和多标签同时识别等优势，所以应用领域广泛，如物流和供给链管理、门禁安防系统、道路自动收费、航空行李处理、文档追踪/图书馆管理、电子支付、生产制造和装配、物品监视、汽车监控、动物身份标识等。以简单RFID系统为基础，结合已经有网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网读写器和无数移动标签组成、比Internet更为庞大物联网，已成为RFID技术发展趋势。,物联网体系架构及关键技术,第47页,RFID主要采取ISO 和IEC 制订技术标准。当前可供射频卡使用射频技术标准有ISO/IEC 10536、ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693 和ISO/IEC 18000。应用最多是ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693，这两个标准都由物理特征、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。,物联网体系架构及关键技术,第48页,RFID与人们常见条形码相比，比较显著优势表达在以下几个方面：,(1)读写器可同时识读多个RFID标签。,(2)读写时不需要光线，不受非金属覆盖影响，即使在严酷、肮脏条件下依然能够读取。,(3)存放容量大，能够重复读、写。,(4)能够在高速运动中读取。,当然，当前RFID还存在许多技术难点，主要集中在：RFID反碰撞、防冲突问题；RFID天线研究；工作频率选择；安全与隐私等方面。,物联网体系架构及关键技术,第49页,3二维码技术,二维码(2-dimensional bar code)技术是物联网感知层实现过程中最基本和关键技术之一。二维码也叫二维条码或二维条形码，是用某种特定几何形体按一定规律在平面上分布(黑白相间)图形来统计信息应用技术。从技术原理来看，二维码在代码编制上巧妙地利用组成计算机内部逻辑基础“0”和“1”比特流概念，使用若干与二进制相对应几何形体来表示数值信息，并经过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。,物联网体系架构及关键技术,第50页,与一维条形码相比，二维码有着显著优势，归纳起来主要有以下几个方面：数据容量更大，二维码能够在横向和纵向两个方位同时表示信息，所以能在很小面积内表示大量信息；超越了字母数字限制；条形码相对尺寸小；含有抗损毁能力。另外，二维码还能够引入保密办法，其保密性较一维码要强很多。,物联网体系架构及关键技术,第51页,二维码可分为堆叠式/行排式二维码和矩阵式二维码。其中，堆叠式/行排式二维码形态上是由多行短截一维码堆叠而成；矩阵式二维码以矩阵形式组成，在矩阵对应元素位置上用“点”表示二进制“1”，用“空”表示二进制“0”，并由“点”和“空”排列组成代码。,二维码含有条码技术一些共性：每种码制有其特定字符集；每个字符占有一定宽度；含有一定校验功效等。,物联网体系架构及关键技术,第52页,二维码特点归纳以下：,(1)高密度编码，信息容量大。二维码可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节或500多个汉字，比普通条码信息容量高几十倍。,(2)编码范围广。二维码能够把图片、声音、文字、签字、指纹等能够数字化信息进行编码，并用条码表示。,(3)容错能力强，含有纠错功效。二维码因穿孔、污损等引发局部损坏时，甚至损坏面积达50%时，仍能够正确得到识读。,(4)译码可靠性高。二维码比普通条码百万分之二译码错误率要低得多，误码率不超出千万分之一。,物联网体系架构及关键技术,第53页,(5)可引入加密办法。二维码保密性、防伪性好。,(6)成本低，易制作，持久耐用。,(7)条码符号形状、尺寸大小百分比可变。,(8)二维码能够使用激光或CCD摄像设备识读，十分方便。,与RFID相比，二维码最大优势在于成本较低，一条二维码成本仅为几分钱，而RFID标签因其芯片成本较高，制造工艺复杂，价格较高。RFID与二维码功效比较见表2-1。,物联网体系架构及关键技术,第54页,表2-1 RFID与二维码功效比较,物联网体系架构及关键技术,第55页,4ZigBee技术,ZigBee是一个短距离、低功耗无线传输技术，是一个介于无线标识技术和蓝牙之间技术，它是IEEE 802.15.4协议代名词。ZigBee采取分组交换和跳频技术，而且可使用三个频段，分别是2.4GHz 公共通用频段、欧洲868MHz频段和美国915MHz频段。ZigBee主要应用在短距离范围而且数据传输速率不高各种电子设备之间。与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。同时，因为ZigBee 技术低速率和通信范围较小特点，也决定了ZigBee技术只适合于承载数据流量较小业务。,物联网体系架构及关键技术,第56页,ZigBee技术主要包含以下特点：,(1)数据传输速率低，只有10 kb/s250 kb/s，专注于低传输应用。,(2)低功耗。ZigBee设备只有激活和睡眠两种状态，而且ZigBee网络中通信循环次数非常少，工作周期很短，所以普通来说两节普通5号干电池可使用6个月以上。,(3)成本低。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。,物联网体系架构及关键技术,第57页,(4)网络容量大。ZigBee支持星形、簇形和网状网络结构，每个ZigBee网络最多可支持255个设备。也就是说，每个ZigBee设备能够与另外254台设备相连接。,(5)有效范围小。ZigBee有效传输距离为10 m75 m，详细依据实际发射功率大小和各种不一样应用模式而定，基本上能够覆盖普通家庭或办公室环境。,(6)工作频段灵活。使用频段分别为2.4 GHz、868 MHz(欧洲)及915 MHz(美国)，均为免执照频段。,物联网体系架构及关键技术,第58页,(7)可靠性高。ZigBee采取了碰撞防止机制，同时为需要固定带宽通信业务预留了专用时隙，防止了发送数据时竞争和冲突；节点模块之间含有自动动态组网功效，信息在整个ZigBee网络中经过自动路由方式进行传输，从而确保了信息传输可靠性。,(8)时延短。ZigBee针对时延敏感应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活时延都非常短。,物联网体系架构及关键技术,第59页,(9)安全性高。ZigBee提供了数据完整性检验和判定功效，采取AES-128加密算法，同时依据详细应用能够灵活确定其安全属性。,因为ZigBee技术含有成本低、组网灵活等特点，能够嵌入各种设备，在物联网中发挥了主要作用。其应用领域主要有PC外设(鼠标、键盘、游戏操控杆)、消费类电子设备(电视机、CD、VCD、DVD等设备上遥控装置)、家庭内智能控制(照明、煤气计量控制及报警等)、玩具(电子宠物)、医护(监视器和传感器)、工控(监视器、传感器和自动控制设,备)等。,物联网体系架构及关键技术,第60页,5蓝牙,蓝牙(Bluetooth)是一个无线数据与话音通信开放性全球规范，和ZigBee一样，也是一个短距离无线传输技术。其实质内容是为固定设备或移动设备之间通信环境建立通用短距离无线接口，将通信技术与计算机技术深入结合起来，是各种设备在无电线或电缆相互连接情况下，能在短距离范围内实现相互通信或操作一个技术。,物联网体系架构及关键技术,第61页,蓝牙采取高速跳频(Frequency Hopping)和时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)等先进技术，支持点对点及点对多点通信。其传输频段为全球公共通用2.4 GHz频段，能提供1 Mb/s传输速率和10 m传输距离，并采取时分双工传输方案实现全双工传输。,蓝牙除含有和ZigBee一样，能够全球范围适用、功耗低、成本低、抗干扰能力强等特点外，还有许多它自己特点。,物联网体系架构及关键技术,第62页,(1)同时可传输话音和数据。蓝牙采取电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路话音信道以及异步数据与同时话音同时传输信道。,(2)能够建立暂时性对等连接(Ad-Hoc Connection)。,(3)开放接口标准。为了推广蓝牙技术使用，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)将蓝牙技术标准全部公开，全世界范围内任何单位和个人都能够进行蓝牙产品开发，只要最终经过Bluetooth SIG蓝牙产品兼容性测试，就能够推向市场。,物联网体系架构及关键技术,第63页,蓝牙作为一个电缆替换技术，主要有以下三类应用：话音/数据接入、外围设备互连和个人局域网(PAN)。在物联网感知层，主要是用于数据接入。蓝牙技术有效地简化了移动通信终端设备之间通信，也能够成功地简化设备与因特网之间通信，从而数据传输变得愈加快速、高效，为无线通信拓宽了道路。,物联网体系架构及关键技术,第64页,2.3 网 络 层,2.3.1 网络层功效,物联网网络层是在现有网络基础上建立起来，它与当前主流移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网等网络一样，主要负担着数据传输功效，尤其是当三网融合后，有线电视网也能负担数据传输功效。,物联网体系架构及关键技术,第65页,在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到数据无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，它处理是感知层所取得数据在一定范围内，尤其是远距离传输问题。同时，物联网网络层将负担比现有网络更大数据量和面临更高服务质量要求，所以现有网络尚不能满足物联网需求，这就意味着物联网需要对现有网络进行融合和扩展，利用新技术以实现愈加广泛和高效互联功效。,物联网体系架构及关键技术,第66页,因为广域通信网络在早期物联网发展中缺位，早期物联网应用往往在布署范围、应用领域等很多方面有所局限，终端之间以及终端与后台软件之间都难以开展协同。伴随物联网发展，建立端到端全局网络将成为必须。,物联网体系架构及关键技术,第67页,2.3.2 网络层关键技术,因为物联网网络层是建立在Internet和移动通信网络等现有网络基础上，除含有当前已经比较成熟如远距离有线、无线通信技术和网络技术外，为实现“物物相连”需求，物联网网络层将综合使用IPv6、2G/3G、Wi-Fi等通信技术，实现有线与无线结合、宽带与窄带结合、感知网与通信网结合。同时，网络层中感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心物联网关键技术。感知数据管理与处理技术包含物联网数据存放、查询、分析、挖掘、了解以及基于感知数据决议和行为技术。,物联网体系架构及关键技术,第68页,下面将对物联网依靠Internet、移动通信网络和无线传感器网络三种主要网络形态以及包括IPv6、Wi-Fi等关键技术进行简单介绍，第5章将对当前主流网络及其关键技术做详细讲解。,物联网体系架构及关键技术,第69页,1Internet,Internet，汉字译为因特网，广义因特网叫互联网，是以相互交流信息资源为目标，基于一些共同协议，并经过许多路由器和公共互联网连接而成，它是一个信息资源和资源共享集合。Internet采取了当前最流行客户机/服务器工作模式，凡是使用TCP/IP协议，并能与Internet中任意主机进行通信计算机，不论是何种类型、采取何种操作系统，均可看成是Internet一部分，可见Internet覆盖范围之广。物联网也被认为是Internet深入延伸。,物联网体系架构及关键技术,第70页,Internet将作为物联网主要传输网络之一，然而为了让Internet适应物联网大数据量和多终端要求，业界正在发展一系列新技术。其中，因为Internet中用IP地址对节点进行标识，而目前IPv4受制于资源空间耗竭，已经无法提供更多IP地址，所以IPv6以其近乎无限地址空间将在物联网中发挥重大作用。引入IPv6技术，使网络不仅可认为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程摄影机、汽车等，它将使物联网无所不在、无处不在地深入社会每个角落。,物联网体系架构及关键技术,第71页,2移动通信网络,移动通信就是移动体之间通信，或移动体与固定体之间通信。经过有线或无线介质将这些物体连接起来进行话音等服务网络就是移动通信网络。,移动通信网络由无线接入网、关键网和骨干网三部分组成。无线接入网主要为移动终端提供接入网络服务，关键网和骨干网主要为各种业务提供交换和传输服务。从通信技术层面看，移动通信网络基本技术可分为传输技术和交换技术两大类。,物联网体系架构及关键技术,第72页,在物联网中，终端需要以有线或无线方式连接起来，发送或者接收各类数据；同时，考虑到终端连接方便性、信息基础设施可用性(不是全部地方都有方便固定接入能力)以及一些应用场景本身需要监控目标就是在移动状态下，所以，移动通信网络以其覆盖广、建设成本低、布署方便、终端具备移动性等特点将成为物联网主要接入伎俩和传输载体，为人与人之间、人与网络之间、物与物之间通信提供服务。,在移动通信网络中，当前比较热门接入技术有3G、Wi-Fi和WiMAX。,物联网体系架构及关键技术,第73页,在移动通信网络中，3G是指第三代支持高速数据传输蜂窝移动通信技术，3G网络则综合了蜂窝、无绳、集群、移动数据、卫星等各种移动通信系统功效，与固定电信网业务兼容，能同时提供话音和数据业务。3G目标是实现全部地域(城区与野外)无缝覆盖，从而使用户在任何地方均能够使用系统所提供各种服务。3G包含三种主要国际标准，即CDMA、WCDMA和TD-SCDMA，其中TD-SCDMA是由中国第一个提出，以我国知识产权为主、被国际上广泛接收和认可无线通信国际标准。,物联网体系架构及关键技术,第74页,Wi-Fi全称Wireless Fidelity(无线保真技术)，传输距离有几百米，可实现各种便携设备(手机、笔记本电脑、PDA等)在局部区域内高速无线连接或接入局域网。Wi-Fi是由接入点(Access Point，AP)和无线网卡组成无线网络。主流Wi-Fi技术无线标准有IEEE 802.11b及IEEE 802.11g两种，可分别提供11 Mb/s和54 Mb/s两种传输速率。,物联网体系架构及关键技术,第75页,WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)，是一个城域网(MAN)无线接入技术，它是针对微波和毫米波频段提出一个空中接口标准，其信号传输半径能够到达50km，基本上能覆盖到城郊。正是因为这种远距离传输特征，WiMAX不但能处理无线接入问题，还能作为有线网络接入(有线电视、DSL)无线扩展，方便地实现边远地域网络连接。,物联网体系架构及关键技术,第76页,3无线传感器网络,无线传感器网络(WSN)基本功效是将一系列空间分散传感器单元经过自组织无线网络进行连接，从而将各自采集数据经过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内