物联网体系结构.ppt
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1、物联网体系结构 目目 录录 1.物联网的定义物联网的定义 2.物联网技术体系物联网技术体系 3.物联网的应用物联网的应用 目目 录录 1.物联网的定义物联网的定义 2.物联网技术体系物联网技术体系 3.物联网的应用物联网的应用1.1 物联网概念 物联网的英文名称为物联网的英文名称为“The Internet of Things”,简称简称IOT。由该名称可见,物联网就是由该名称可见,物联网就是“物物相连的互联物物相连的互联网网”。从网络结构上看,物联网就是通过从网络结构上看,物联网就是通过Internet将众多信将众多信息传感设备与应用系统连接起来并在广域网范围内息传感设备与应用系统连接起来并
2、在广域网范围内对物品身份进行识别的分布式系统。对物品身份进行识别的分布式系统。1.1 物联网概念物联网的概念是由物联网的概念是由麻省理工学院麻省理工学院Auto-ID研究中心研究中心于于1999年提出的。当时基于互联网、年提出的。当时基于互联网、RFID技术、技术、EPC标准,在计算机互联网的基础上,利用射频识别技标准,在计算机互联网的基础上,利用射频识别技术、无线数据通信技术等,构造了一个实现全球物术、无线数据通信技术等,构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网品信息实时共享的实物互联网。1.2 物联网定义 目前较为公认的物联网的定义是:目前较为公认的物联网的定义是:通过通过射频识别(
3、射频识别(RFID)装置)装置、红外感应器红外感应器红外感应器红外感应器、全球定位系全球定位系统统GPS、激光扫描器激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,等信息传感设备,按约定的协议,把任何把任何物品与互联网物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化实现智能化识别识别、定位定位、跟踪跟踪、监控监控和和管理管理的一种网络。的一种网络。当每个而不是每种物品能够被唯一标识后,利用识别、当每个而不是每种物品能够被唯一标识后,利用识别、通信和计算等技术,在互联网基础上,构建的连接各种通信和计算等技术,在互联网基础上,构建的连接各种物品的网络,就是人们常说的物联网
4、。物品的网络,就是人们常说的物联网。物联网中的物联网中的“物物”的涵义要满足以下条件才能够被纳入的涵义要满足以下条件才能够被纳入“物联网物联网”的范围:的范围:要有相应信息的要有相应信息的接收器接收器;要有要有数据传输通路数据传输通路;要有一定的要有一定的存储存储功能;功能;要有要有CPU;1.2 物联网定义 要有要有操作系统操作系统;要有专门的要有专门的应用程序应用程序;要有要有数据发送器数据发送器;遵循物联网的遵循物联网的通信协议通信协议;在世界网络中有可被识别的在世界网络中有可被识别的唯一编号唯一编号。1.2 物联网定义 1.3 物联网的发展与形成 物联网的发展跟互联网是分不开的,主要两
5、个层面物联网的发展跟互联网是分不开的,主要两个层面的意思:的意思:第一,物联网的第一,物联网的核心和基础核心和基础仍然是仍然是互联网互联网,它是在互,它是在互联网基础上的延伸和扩展联网基础上的延伸和扩展;第二,物联网是比互联网更为庞大的网络,其网络连第二,物联网是比互联网更为庞大的网络,其网络连接延伸到了接延伸到了任何的物品和物品任何的物品和物品之间,这些物品可以通之间,这些物品可以通过各种信息传感设备与互联网络连接在一起,进行更过各种信息传感设备与互联网络连接在一起,进行更为复杂的信息交换和通信。为复杂的信息交换和通信。一般认为一般认为,物联网具有以下的三大特征物联网具有以下的三大特征:1)
6、全面感知全面感知利用利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取、传感器、二维码等随时随地获取和采和采集集物体的信息。物体的信息。2)可靠传递可靠传递通过无线网络与互联网的融合,将物体的信息实时通过无线网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递给用户。准确地传递给用户。1.4 物联网的三大特征 3)智能处理智能处理利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术,利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术,对海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智对海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制。能化的控制。物联网概念模型物联网概念模型 1.4 物联网的三大特征 目目 录录 1
7、.物联网的定义物联网的定义 2.物联网技术体系物联网技术体系 3.物联网的应用物联网的应用 2.1 物联网技术概论物联网是典型的交叉学科,它所涉及的核心技术包物联网是典型的交叉学科,它所涉及的核心技术包括括IPv6技术技术、云计算技术云计算技术、传感技术传感技术、RFID智能智能识别技术识别技术、无线通信技术无线通信技术等。等。因此,从技术角度讲,物联网专业主要涉及的专业因此,从技术角度讲,物联网专业主要涉及的专业有:计算机科学与工程、电子与电气工程、电子信有:计算机科学与工程、电子与电气工程、电子信息与通讯、自动控制、遥感与遥测、精密仪器、电息与通讯、自动控制、遥感与遥测、精密仪器、电子商务
8、等等。子商务等等。欧盟于欧盟于2009年年9月发布的月发布的欧盟物联网战略研究路线欧盟物联网战略研究路线图图白皮书中列出白皮书中列出13类关键技术,包括:类关键技术,包括:标识技术标识技术、物联网体系结构技术物联网体系结构技术、通信与网络技术通信与网络技术、数据和信数据和信号处理技术号处理技术、软件和算法软件和算法、发现与搜索引擎技术发现与搜索引擎技术、电源和能量储存技术电源和能量储存技术等。等。2.1 物联网技术概论2.2 物联网的层次结构2.2 物联网的层次结构感知层感知层实现对物理世界的实现对物理世界的智能感知识别智能感知识别、信息采集处理信息采集处理和和自动控制自动控制,并通过通信模块
9、将物理实体连接到网络层和应,并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。用层。网络层网络层主要实现主要实现信息的传递信息的传递、路由和控制路由和控制,包括延伸网、,包括延伸网、接入网和核心网,网络层可依托公众电信网和互璇网也接入网和核心网,网络层可依托公众电信网和互璇网也可以依托行业专用通信网络。可以依托行业专用通信网络。应用层应用层类似于人类社会的类似于人类社会的“分工分工”,包括应用基础设施包括应用基础设施中间件和各种物联网应用,应用基础设施中间件为物联中间件和各种物联网应用,应用基础设施中间件为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及网应用提供信息处理、计算等通用基础服务
10、设施、能力及资源调用接口,以此为基础实现物联网在众多领域的各种资源调用接口,以此为基础实现物联网在众多领域的各种应用。应用。2.2 物联网的层次结构2.3 物联网感知层关键技术1.RFID技术技术2.条形码条形码3.传感器技术传感器技术4.无线传感器网络无线传感器网络技术技术5.产品电子代码产品电子代码EPC RFID技术 RFID(Radio Frequency Identification),即射频识别,即射频识别,俗称电子标签。俗称电子标签。RFID射频识别是一种射频识别是一种非接触式非接触式的的自动自动识别识别技术,可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,技术,可识别高速运动物体并可同
11、时识别多个标签,操作快捷方便。通过射频信号自动识别对象并获取相关操作快捷方便。通过射频信号自动识别对象并获取相关数据完成信息的自动采集工作数据完成信息的自动采集工作,RFID是物联网最关键是物联网最关键的一个技术,它为物体贴上电子标签,实现高效灵活的的一个技术,它为物体贴上电子标签,实现高效灵活的管理。管理。RFID基本上是由基本上是由3部分组成部分组成:1)标签标签(Tag):由耦合元件及芯片组成:由耦合元件及芯片组成,每个标签具每个标签具有唯一的电子编码有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象附着在物体上标识目标对象;2)阅读器阅读器(Reader)或读写器或读写器:读取:读取(有时还可
12、以写入有时还可以写入)标签信息的设备标签信息的设备,可设计为手持式或固定式可设计为手持式或固定式;3)天线天线(Antenna):在标签和读取器间传递射频信号。:在标签和读取器间传递射频信号。RFID技术RFID标签打印机标签打印机 RFID技术感应式读写器感应式读写器 RFID技术RFID工作原理工作原理 标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag,无源标签或被动标签无源标签或被动标签),或者主动发送某,或者主动发送某一频率
13、的信号一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签有源标签或主动标签);解读;解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。处理。RFID技术条形码是一种信息的条形码是一种信息的图形化图形化表示方法,可以把信息制表示方法,可以把信息制作成条形码,然后用相应的扫描设备把其中的信息输作成条形码,然后用相应的扫描设备把其中的信息输入到计算机中。入到计算机中。条形码扫描器一维条形码 条形码条形码分为条形码分为一维条码一维条码和和二维条码二维条码,一维条形码将宽一维条形码将宽度不等的多个黑条和空白,按一定的编码规则排列,度不等的多个黑
14、条和空白,按一定的编码规则排列,用以表达一组信息的图形标识符。二维条形码是在用以表达一组信息的图形标识符。二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。它的二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。它的优点是优点是信息容量大信息容量大,译码可靠性高译码可靠性高,纠错能力强纠错能力强,制作成本低制作成本低,保密与防伪性能好保密与防伪性能好。条形码传感器是指能感知预定的被测指标并按照一定规律传感器是指能感知预定的被测指标并按照一定规律转换成可用信号的器件和装置,通常有转换成可用信号的器件和装置,通常有敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成组成。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,传
15、感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器技术物联网中传感器节点是在传感器基础上增加了协同、物联网中传感器节点是在传感器基础上增加了协同、计算、通信功能构成了具有计算、通信功能构成了具有感知感知能力、能力、计算计算能力和能力和通信通信能力的传感器节点。能力的传感器节点。智能化智能化是传感器的重要特是传感器的重要特点,嵌入式智能技术是实现
16、传感器智能化的重要手点,嵌入式智能技术是实现传感器智能化的重要手段。段。传感器技术无线传感器网络无线传感器网络(WSN,wireless sensor network)它它是是集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统的网络信息系统,以其以其低成本低成本、微型化微型化、低功耗低功耗和灵和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛重视到广泛重视,是关系国民经济发展和国家安全的重要是关系国民经济发展和国家安全的重要技术。技术。无线传感器网络EPC系统(物联网)是在计算机互联网和
17、射频技术系统(物联网)是在计算机互联网和射频技术RFID的基础上,利用的基础上,利用全球统一标识系统编码技术全球统一标识系统编码技术给每一个实体对象一个唯一的代码,构造了一个实给每一个实体对象一个唯一的代码,构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”。产品电子代码EPCEPC 系统主要由如下六方面组成:系统主要由如下六方面组成:p(1)EPC编码标准编码标准 p(2)EPC 标签标签 p(3)识读器识读器 p(4)Savant(神经网络软件神经网络软件)p(5)对象名解析服务对象名解析服务(Object Naming
18、 Service:ONS)p(6)实体标记语言实体标记语言(Physical Markup Language PML)产品电子代码EPC1.ZigBee2.WIFI无线网络无线网络3.蓝牙技术蓝牙技术4.GPS技术技术2.4 物联网网络层关键技术ZigBee技术是一种技术是一种近距离近距离、低复杂度低复杂度、低功耗低功耗、低速低速率率、低成本低成本的的双向无线双向无线通讯通讯技术。这一名称来源于蜜技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和是靠飞翔和“嗡嗡嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的地抖动翅膀的“舞蹈舞蹈”来与同伴传递花粉所在来与同伴传递花粉所在方位信息,
19、也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。中的通信网络。ZigBee网络主要特点是网络主要特点是低功耗、低成本、低功耗、低成本、时延短时延短、网网络容量大、络容量大、可靠、安全。主要适合用于可靠、安全。主要适合用于自动控制自动控制和和远远程控制程控制领域,可以嵌入各种设备。领域,可以嵌入各种设备。ZigBeeZigBee设备类型设备类型 ZigBee1.ZigBee1.ZigBee协调器协调器(CoordinatorCoordinator)2.ZigBee2.ZigBee路由器路由器(RouterRouter)3.ZigBee3.ZigBe
20、e终端设备终端设备(End-deviceEnd-device)一个一个ZigbeeZigbee网络由网络由一个一个协调器节点、协调器节点、多个多个路由器和路由器和多多个个终端设备节点组成。终端设备节点组成。WIFI无线网络 Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备(如是一种可以将个人电脑、手持设备(如PDA、手、手机)等终端以机)等终端以无线无线方式互相连接的技术。方式互相连接的技术。WIFI突出优势:突出优势:其一,无线电波的覆盖范围广其一,无线电波的覆盖范围广其二,传输速度非常快其二,传输速度非常快其三,厂商进入该领域的门槛比较低其三,厂商进入该领域的门槛比较低 WIFI无线网络 Wi-F
21、i是一个无线网路通信技术的品牌,由是一个无线网路通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于所持有。目的是改善基于IEEE802.11标标准的无线网路产品之间的互通性。准的无线网路产品之间的互通性。802.11是是IEEE(电子工程师协会电子工程师协会)最初制定的一个最初制定的一个无线无线局域网标准局域网标准,主要用于解决办公室局域网和校园网中,主要用于解决办公室局域网和校园网中,用户与用户终端的无线接入,业务主要限于数据存取。用户与用户终端的无线接入,业务主要限于数据存取。蓝牙,是一种支持设备蓝牙,是一种支持设备短距离短距离通信(一般通信(一般1
22、0m内)的内)的无线电技术。能在包括移动电话、无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息无线信息交换交换。蓝牙技术蓝牙技术优势优势:稳定、全球可用、设备范围广、易于:稳定、全球可用、设备范围广、易于使用、通用规格。使用、通用规格。蓝牙技术GPS(Global Positioning System,全球定位系统)是,全球定位系统)是利用利用GPS定位卫星,在全球范围内实时进行定位卫星,在全球范围内实时进行定位定位、导导航航的系统。全球四大卫星导航系统:美国全球定位系的系统。全球四大卫星导航系统:美
23、国全球定位系统(统(GPS)、俄罗斯)、俄罗斯“格洛纳斯格洛纳斯”系统、欧洲系统、欧洲“伽利伽利略略”系统、中国系统、中国“北斗北斗”系统。系统。GPS技术30-100美元(模块)成本相对较高覆盖广、质量好大范围语音和数据传输应用无线通信无线通信约20美元高功耗、协议开销大、需要接入点使用现有网络、高速率、组网灵活(前向、后向兼容)Web/Email/Video等相关应用WiFi(802.11b)50美分左右美分左右缺少安全性规范和完善的标准可靠、电源和成本优势、组网方便家庭、楼宇自动化以及监控类应用ZigBee5-50美分无处理能力,单向成本低、无功耗物流、军事、防伪等多种行业无源无源RFI
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