物聯(lián)網(wǎng)考試復習

1、考試&答疑安排 考試時間：周2第9,10節(jié)(第11周) 考試教室：厚學206 答疑時間：周五？(第10周) 答疑地點：計算機學院6樓系辦公室1.2 核心技術(shù)：感知識別層核心技術(shù)綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構(gòu)建層感知識別層通過感知識別技術(shù)，讓物品“開口說話、發(fā)布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一環(huán)，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡的最獨特的部分。物聯(lián)網(wǎng)的“觸手”是位于感知識別層的大量信息生成設(shè)備，既包括采用自動生成方式的RFID、傳感器、定位系統(tǒng)等，也包括采用人工生成方式的各種智能設(shè)備，例如智能手機、PDA、多媒體播放器、上網(wǎng)本、筆記本電腦等等。 信息生成方式多樣化是物聯(lián)網(wǎng)的重要特征之一。感知識別層位于物

2、聯(lián)網(wǎng)四層模型的最底端，是所有上層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。1.2 核心技術(shù)：網(wǎng)絡構(gòu)建層核心技術(shù)綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構(gòu)建層感知識別層詳見第6-9章網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡和現(xiàn)有網(wǎng)絡有何異同？物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)嗎？無線網(wǎng)絡在物聯(lián)網(wǎng)中究竟扮演了什么角色？網(wǎng)絡構(gòu)建層在物聯(lián)網(wǎng)四層模型中連接感知識別層和管理服務層，具有強大的紐帶作用，高效、穩(wěn)定、及時、安全地傳輸上下層的數(shù)據(jù)。1.2 核心技術(shù)：管理服務層核心技術(shù)綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構(gòu)建層感知識別層管理服務層位于感知識別和網(wǎng)絡構(gòu)建層之上，綜合應用層之下，是物聯(lián)網(wǎng)智慧的源泉。人們通常把物聯(lián)網(wǎng)應用冠以“智能”的名稱，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能物

3、流等，其中的智慧就來自這一層。當感知識別層生成的大量信息經(jīng)過網(wǎng)絡層傳輸匯聚到管理服務層，如果不能有效地整合與利用，那無異于入寶山而空返，望“數(shù)據(jù)的海洋”而興嘆。管理服務層解決數(shù)據(jù)如何存儲（數(shù)據(jù)庫與海量存儲技術(shù)）、如何檢索（搜索引擎）、如何使用（數(shù)據(jù)挖掘與機器學習）、如何不被濫用（數(shù)據(jù)安全與隱私保護）等問題。1.2 核心技術(shù)：綜合應用層“實踐出真知”，無論任何技術(shù)，應用是決定成敗的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)豐富的內(nèi)涵催生出更加豐富的外延應用。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了以數(shù)據(jù)為中心到以人為中心的轉(zhuǎn)化，典型應用包括文件傳輸、電子郵件、萬維網(wǎng)、電子商務、視頻點播、在線游戲和社交網(wǎng)絡等；而物聯(lián)網(wǎng)應用以“物”或者物理世界為中心，

4、涵蓋物品追蹤、環(huán)境感知、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)等等。物聯(lián)網(wǎng)應用目前正處于快速增長期，具有多樣化、規(guī)?；⑿袠I(yè)化等特點。核心技術(shù)綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構(gòu)建層感知識別層詳見第15-19章1.3 物聯(lián)網(wǎng)的主要特點感知識別感知識別普適化普適化無所不在的感知和識別將傳統(tǒng)上分離的物理世界和信息世界高度融合。異構(gòu)設(shè)備異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)化互聯(lián)化各種異構(gòu)設(shè)備利用無線通信模塊和協(xié)議自組成網(wǎng)，異構(gòu)網(wǎng)絡通過“網(wǎng)關(guān)”互通互聯(lián)。聯(lián)網(wǎng)終端聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)?；?guī)模化物聯(lián)網(wǎng)時代每一件物品均具通信功能成為網(wǎng)絡終端，5-10年內(nèi)聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模有望突破百億。1.3 物聯(lián)網(wǎng)的主要特點（續(xù)）管理調(diào)控管理調(diào)控智能化智能化物聯(lián)網(wǎng)高效可靠組織大規(guī)模

5、數(shù)據(jù)，與此同時，運籌學，機器學習，數(shù)據(jù)挖掘，專家系統(tǒng)等決策手段將廣泛應用于各行各業(yè)。應用服務應用服務鏈條化鏈條化以工業(yè)生產(chǎn)為例，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)覆蓋從原材料引進，生產(chǎn)調(diào)度，節(jié)能減排，倉儲物流到產(chǎn)品銷售，售后服務等各個環(huán)節(jié)。經(jīng)濟發(fā)展經(jīng)濟發(fā)展跨越化跨越化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有望成為從勞動密集型向知識密集型，從資源浪費型向環(huán)境友好型國民經(jīng)濟發(fā)展過程中的重要動力。無線傳感節(jié)點無線傳感節(jié)點的組成：無線傳感節(jié)點的組成：電池、傳感器、微處理器、無線通信芯片；相比于傳統(tǒng)傳感器，無線傳感節(jié)點不僅包括傳感器部件（左上圖），還集成了微型處理器和無線通信芯片等，能夠?qū)Ω兄畔⑦M行分析處理和網(wǎng)絡傳輸。2.2 RFID的歷史與現(xiàn)狀RFI

6、D是射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification）的英文縮寫,利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的。它是上世紀90年代興起的自動識別技術(shù)，首先在歐洲市場上得以使用，隨后在世界范圍內(nèi)普及。RFID較其它技術(shù)明顯的優(yōu)點是電子標簽和閱讀器無需接觸便可完成識別。射頻識別技術(shù)改變了條形碼依靠有形的一維或二維幾何圖案來提供信息的方式，通過芯片來提供存儲在其中的數(shù)量巨大的無形信息。2.3 RFID技術(shù)分析RFID系統(tǒng)系統(tǒng)由五個組件構(gòu)成，包括：傳送器、接收器、微處理器、天線、標簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起，

7、又統(tǒng)稱為閱讀器(Reader)，所以工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為為閱讀器、天線和標簽三大組件，這三大組件一般都可由不同的生廠商生產(chǎn)。2.3 RFID技術(shù)分析：標簽標簽（標簽（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天線組成，每個標簽內(nèi)部存有唯一的電子編碼，附著在物體上，用來標識目標對象。標簽進入RFID閱讀器掃描場以后，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的電子編碼（被動式標簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（主動式標簽）。體積小且形狀多樣體積小且形狀多樣：RFID標簽在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需要為了讀取精度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。耐環(huán)境性耐環(huán)境性：紙

8、張容易被污染而影響識別。但RFID對水、油等物質(zhì)卻有極強的抗污性。另外，即使在黑暗的環(huán)境中，RFID標簽也能夠被讀取?？芍貜褪褂每芍貜褪褂茫簶撕灳哂凶x寫功能，電子數(shù)據(jù)可被反復覆蓋，因此可以被回收而重復使用。穿透性強穿透性強：標簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包裹的情況下也可以進行穿透性通訊。數(shù)據(jù)安全性數(shù)據(jù)安全性：標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)通過循環(huán)冗余校驗的方法來保證標簽發(fā)送的數(shù)據(jù)準確性。RFID標簽與條形碼相比的優(yōu)點？內(nèi)容提要傳感器傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術(shù)和計算機技術(shù)共同構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。本章將介紹傳感器的發(fā)展與應用以及軟硬件平臺。無線傳感節(jié)點無線傳感節(jié)點的組成：無線傳感節(jié)

9、點的組成：電池、傳感器、微處理器、無線通信芯片；相比于傳統(tǒng)傳感器，無線傳感節(jié)點不僅包括傳感器部件（左上圖），還集成了微型處理器和無線通信芯片等，能夠?qū)Ω兄畔⑦M行分析處理和網(wǎng)絡傳輸。大規(guī)模長時間部署傳感器的設(shè)計需求低成本與微型化低成本與微型化低成本的節(jié)點才能被大規(guī)模部署，微型化的節(jié)點才能使部署更加容易 節(jié)點的軟件設(shè)計也需要滿足微型化的需求 。例如TelosB節(jié)點的內(nèi)存大小只有4KB，程序存儲的空間只有10KB。因此，節(jié)點程序的設(shè)計必須節(jié)約計算資源，避免超出節(jié)點的硬件能力 大規(guī)模長時間部署傳感器的設(shè)計需求低功耗低功耗在硬件設(shè)計上采用低功耗芯片例如TelosB節(jié)點使用的微處理器，在正常工作狀態(tài)下功

10、率為3mW，而一般的計算機的功率為200到300W 軟件節(jié)能策略來實現(xiàn)節(jié)能 軟件節(jié)能策略的核心就是盡量使節(jié)點在不需要工作的時候進入低功耗模式，僅在需要工作的時候進入正常狀態(tài) 大規(guī)模長時間部署傳感器的設(shè)計需求靈活性與擴展性靈活性與擴展性傳感器節(jié)點被用于各種不同的應用中，因此節(jié)點硬件和軟件的設(shè)計必須具有靈活性和擴展性 節(jié)點的硬件設(shè)計需滿足一定的標準接口，例如節(jié)點和傳感板的接口統(tǒng)一有利于給節(jié)點安裝上不同功能的傳感器 軟件的設(shè)計必須是可剪裁的，能夠根據(jù)不同應用的需求，安裝不同功能的軟件模塊 大規(guī)模長時間部署傳感器的設(shè)計需求魯棒性魯棒性魯棒性是實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡長時間部署的重要保障 對于普通的計算機，一旦系

11、統(tǒng)崩潰了，人們可以采用重啟的方法恢復系統(tǒng)，而傳感器節(jié)點則不行 ，就整個網(wǎng)絡而言，可以適當增加冗余性，增加整體系統(tǒng)的魯棒性 為什么需要定位？基于位置的服務基于位置的服務自動導航搜索周邊服務信息基于位置的社交網(wǎng)絡：Four square位置信息和我們的生活息息相關(guān)位置信息和我們的生活息息相關(guān)位置信息位置信息不是單純的“位置”地理位置（空間坐標）處在該位置的時刻（時間坐標）處在該位置的對象（身份信息）現(xiàn)存主流定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位：衛(wèi)星定位：GPS蜂窩基站定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)：新興定位系統(tǒng)：A-GPS，網(wǎng)絡定位衛(wèi)星定位衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)

12、各國的衛(wèi)星定位系統(tǒng)各國的衛(wèi)星定位系統(tǒng)美國：GPS俄羅斯：GLONASS歐盟：伽利略中國：北斗一號（區(qū)域）、北斗二號（全球）GPS是目前世界上最常用的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。GPS：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)宇宙空間部分宇宙空間部分24顆工作衛(wèi)星地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分（全部在美國境內(nèi)）1個主控中心（另有1個備用）4個專用地面天線6個專用監(jiān)視站用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分GPS接收機GPS：主要優(yōu)缺點衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)優(yōu)點優(yōu)點精度高全球覆蓋，可用于險惡環(huán)境缺點缺點啟動時間長室內(nèi)信號差需要GPS接收機無線室內(nèi)環(huán)境定位衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位

13、新興定位系統(tǒng)室內(nèi)環(huán)境的復雜性室內(nèi)環(huán)境的復雜性多徑效應原因：障礙物反射電磁波，反射波和原始波在接收端混疊室內(nèi)障礙物眾多，多徑效應明顯對電磁波的阻礙作用長波信號（GPS）傳播能力強，穿透能力弱室內(nèi)應選用短波信號來進行定位無線室內(nèi)環(huán)境定位衛(wèi)星定位蜂窩基站定位無線室內(nèi)環(huán)境定位新興定位系統(tǒng)需求需求主要來自企業(yè)和個人：難以購置ToA，TDoA，AoA等技術(shù)所需的昂貴硬件RSS定位技術(shù)定位技術(shù)使用信號強度進行定位利用已有的無線網(wǎng)絡（藍牙、Wi-Fi、ZigBee）紅外線、超聲波、藍牙、RFID、超寬帶新時代智能設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了信息空間和物理空間的融合，營造了以人為本的信息服務新環(huán)境。這種計算中心由計算機向人

14、的遷移，引發(fā)了智能設(shè)備的飛速發(fā)展，多種多樣的智能設(shè)備應運而生。智能車載設(shè)備智能數(shù)字標牌智能醫(yī)療設(shè)備智能家電智能手機5.2 智能設(shè)備運行平臺物理環(huán)境中所有的設(shè)備都具有自己的服務功能，中間層將發(fā)現(xiàn)的設(shè)備的服務進行組合，通過協(xié)議解析和歸一化，為上層應用提供統(tǒng)一的借口。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的智能性物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的智能性就體現(xiàn)在異構(gòu)的設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)具有情境感知，任務遷移，智能協(xié)作和多通道交互的特點。5.3 智能設(shè)備發(fā)展新趨勢更深入的智能化更深入的智能化：使用數(shù)據(jù)挖掘和分析工具、科學模型和運算系統(tǒng)處理復雜的數(shù)據(jù)分析、匯總和計算，整合分析海量的跨地域、跨行業(yè)的信息，以支持決策和行動。更全面的互聯(lián)互通：更全面的互聯(lián)互通：將

15、個人電子設(shè)備、組織和政府信息系統(tǒng)中儲存的信息交互和共享，實時監(jiān)控環(huán)境和業(yè)務狀況。更透徹的感知：更透徹的感知：利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設(shè)備、系統(tǒng)或流程，便于立即采取應對措施和進行長期規(guī)劃。5.3 智能設(shè)備發(fā)展新趨勢更深入的智能化更深入的智能化：物聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備融入了更深入的智能化，包含了兩層意思：橫向智能化和縱向智能化。縱向智能化縱向智能化是傳統(tǒng)意義上的智能化，即在個體設(shè)備性能上的提升，利用硬件設(shè)備更多樣的功能和更強大的處理能力來實現(xiàn)設(shè)備的智能化。橫向智能化橫向智能化即在智能化的廣度上做提升，讓沒有處理能力的簡單設(shè)備也融入整個智能系統(tǒng)中，通過給其他智能設(shè)備提供更加豐富的信息，

16、并執(zhí)行其他智能設(shè)備做出的反饋和決策實現(xiàn)自身的智能化。無線網(wǎng)絡的組成元素？公共基礎(chǔ)網(wǎng)絡無線網(wǎng)絡用戶無線網(wǎng)絡用戶r手機，PDA，傳感器，r可無線通信。r可獲取有效信息。無線網(wǎng)絡的組成元素？公共基礎(chǔ)網(wǎng)絡 基站基站r將用戶與公共基礎(chǔ)網(wǎng)絡相連的設(shè)備。u蜂窩塔（Cell Tower）uWiFi接入點（Access Point）r根據(jù)不同協(xié)議，覆蓋范圍及傳輸速率不同。無線網(wǎng)絡的組成元素？公共基礎(chǔ)網(wǎng)絡 無線連接無線連接r用戶與基站、用戶與用戶或基站與基站之間的數(shù)據(jù)傳輸通路。r以無線電波、光波為載體。r支持多種多樣的傳輸速率和傳輸距離。無線網(wǎng)絡的組成元素？自組網(wǎng)自組網(wǎng)r無須基站。用戶之間通過自組織的方式形成自組

17、網(wǎng)（Ad-hoc Network）。r地址指派、路由選擇等功能由用戶自身完成。802.11無線局域網(wǎng)的發(fā)展盡管物理層使用技術(shù)差異很大，一系列IEEE802.11協(xié)議的上層架構(gòu)和鏈路訪問協(xié)議是相同的。如MAC層都使用帶沖突預防的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CA）技術(shù)，數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)相同以及都支持基站和自組織兩種組網(wǎng)模式。下面逐一介紹這些共性。為什么需要低速網(wǎng)絡協(xié)議？物聯(lián)網(wǎng)背景下連接的物體，既有智能的也有非智能的。適應物聯(lián)網(wǎng)中那些能力較低的節(jié)點低速率低通信半徑低計算能力，和低能量的要求需要對物聯(lián)網(wǎng)中各種各樣的物體進行操作的前提就是先將他們連接起來，低速網(wǎng)絡協(xié)議是實現(xiàn)全面互聯(lián)互通的前提。802

18、.15.4/ZigBee典型無線低速網(wǎng)絡藍牙紅外802.15.4/ZigBee802.15.4/ZigBee是無線傳感網(wǎng)領(lǐng)域最為著名的無線通信協(xié)議ZigBee主要定義了網(wǎng)絡層、傳輸層以及之上的應用層的規(guī)范802.15.4主要定義了短距離通信的物理層以及鏈路層規(guī)范9.1 第一代移動通信：模擬語音 1928年，美國普度(Purdue University)大學的學生發(fā)明了超外差無線電接收機，隨后被美國底特律警察局利用并建立了世界上第一個移動通信系統(tǒng)(車載無線電系統(tǒng))。 1946年，貝爾系統(tǒng)在圣路易斯建立起了第一個可用于汽車的電話系統(tǒng)。 西德、法國和英國分別于1950年、1956年和1959年完成了

19、公用移動電話系統(tǒng)的研制。9.1 第二代移動通信： 數(shù)字語音第二代移動通信技術(shù)：第二代移動通信技術(shù)：數(shù)字制式數(shù)字制式支持傳統(tǒng)語音通信、文字和多媒體短信支持一些無線應用協(xié)議900/1800MHz GSM移動通信工作在900/1800MHz頻段無線接口采用TDMA技術(shù)，核心網(wǎng)移動性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議800MHz CDMA移動通信工作在800MHz頻段，核心網(wǎng)移動性管理協(xié)議采用IS-41協(xié)議無線接口采用窄帶碼分多址（CDMA）技術(shù)GSM系統(tǒng)GSM是一種蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)，蜂窩單元按照半徑可以分為：宏蜂窩宏蜂窩：覆蓋面積最廣，基站通常在較高的位置，例如山峰微蜂窩微蜂窩：基站高度普遍低于平均建筑高度，適用于

20、市區(qū)內(nèi)微微蜂窩微微蜂窩：室內(nèi)，影響范圍在幾十米以內(nèi)傘蜂窩傘蜂窩：填補蜂窩間的信號空白區(qū)域GSM后臺網(wǎng)絡系統(tǒng)包括以下模塊系統(tǒng)：基站系統(tǒng)基站系統(tǒng)，包括基站和相關(guān)控制器網(wǎng)絡和交換系統(tǒng)網(wǎng)絡和交換系統(tǒng)，也稱為核心網(wǎng)，負責銜接各個部分GPRS核心網(wǎng)核心網(wǎng)，可用于基于報文的互聯(lián)網(wǎng)連接，為可選部分身份識別模塊身份識別模塊，也稱為SIM卡，主要用于保存手機用戶數(shù)據(jù)9.1 第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù) 第三代移動通信（第三代移動通信（3G）可以提供所有2G的信息業(yè)務，同時保證更快的速度，以及更全面的業(yè)務內(nèi)容，如移動辦公，視頻流服務等。 3G的主要特征是可提供移動寬帶多媒體業(yè)務，包括高速移動環(huán)境下支持144Kbp

21、s速率，步行和慢速移動環(huán)境下支持384Kbps速率，室內(nèi)環(huán)境則應達到2Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時保證高可靠服務質(zhì)量。 人們發(fā)現(xiàn)從2G直接跳躍到3G存在較大的難度，于是出現(xiàn)了一個2.5G（也有人稱后期2.5G為2.75G）的過渡階段。9.4 關(guān)于4G4G被稱為“多媒體移動通信”：在高速移動中有兆級別的數(shù)據(jù)傳輸率擴大覆蓋范圍，提高通信質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)傳輸無線多媒體通信服務數(shù)據(jù)傳輸率可以達到1020Mb/s，最高超過100Mb/sTD-LTEOFDM（正交頻分調(diào)制）抗多徑干擾實現(xiàn)簡單靈活支持不同帶寬頻譜利用率高支持高效自適應調(diào)度內(nèi)容提要物聯(lián)背景下如何適應海量信息存儲的需求呢？-隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)

22、中心數(shù)據(jù)中心將成為解決海量數(shù)據(jù)存儲的主要手段。物聯(lián)網(wǎng)對海量信息存儲的需求全球信息總量迅猛增長2007年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量為281EB （ 1EB=10億GB ）物聯(lián)網(wǎng)中對象的數(shù)量將龐大到以百億為單位物聯(lián)網(wǎng)中的對象積極參與業(yè)務流程的需求高強度計算需求數(shù)據(jù)的持續(xù)在線可獲取特性導致了網(wǎng)絡化存儲和大型數(shù)據(jù)中心的誕生11.1 物聯(lián)網(wǎng)對海量信息存儲的需求11.2 網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)11.3 數(shù)據(jù)中心三種基本的網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)：直接附加存儲，網(wǎng)絡附加存儲，存儲區(qū)域網(wǎng)絡，各有什么特點？本章內(nèi)容直接附加存儲直接附加存儲直接附加存儲(Direct-Attached Storage, DAS)將存儲系統(tǒng)通過纜線直接