《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)》總復(fù)習(xí)

考試題型1.簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題3分，共15分）2.名詞解釋（本大題共5小題，每小題3分，共15分）3.問答題（本大題共4小題，每小題10分，共40分）4.論述題（本大題共2小題，每小題15分，共30分）1第1章物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)英文名稱為“InternetofThings”，由美國(guó)麻省理工大學(xué)Auto-ID的KevinAshton教授提出IBM公司提出了“智慧地球”的構(gòu)想物聯(lián)網(wǎng)的定義：是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息載體，讓所有能被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。普通對(duì)象設(shè)備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化是物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)重要特征2第1章物聯(lián)網(wǎng)概述信息生成→信息應(yīng)用→信息處理→信息傳輸→綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識(shí)別層物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)-四個(gè)層次3第1章物聯(lián)網(wǎng)概述4第1章物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)的主要特點(diǎn)（從網(wǎng)絡(luò)角度觀察）聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)?；锫?lián)網(wǎng)時(shí)代每一件物品均具通信功能成為網(wǎng)絡(luò)終端，5-10年內(nèi)聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模有望突破百億。感知識(shí)別普適化無(wú)所不在的感知和識(shí)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)備互聯(lián)化各種異構(gòu)設(shè)備利用無(wú)線通信模塊和協(xié)議自組成網(wǎng)，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通過“網(wǎng)關(guān)”互通互聯(lián)。5第1章物聯(lián)網(wǎng)概述管理處理智能化物聯(lián)網(wǎng)高效可靠組織大規(guī)模數(shù)據(jù)，與此同時(shí)，運(yùn)籌學(xué)，機(jī)器學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)挖掘，專家系統(tǒng)等決策手段將廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。應(yīng)用服務(wù)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(jìn)，生產(chǎn)調(diào)度，節(jié)能減排，倉(cāng)儲(chǔ)物流到產(chǎn)品銷售，售后服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。6第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)：光符號(hào)識(shí)別技術(shù)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)生物計(jì)量識(shí)別技術(shù)指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別、人臉識(shí)別、掌紋識(shí)別、手形識(shí)別、紅外溫譜圖、人耳識(shí)別、味紋識(shí)別、基因DNA識(shí)別、步態(tài)識(shí)別、擊鍵識(shí)別、簽名識(shí)別IC卡技術(shù)條形碼技術(shù)RFID技術(shù)7第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFIDIC卡分類8第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFIDIC卡工作的基本原理是：射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵(lì)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個(gè)電荷的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器數(shù)據(jù)。9第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFID條形碼Barcode：是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識(shí)符一維碼：是由一組規(guī)則排列的條、空以及對(duì)應(yīng)的字符組成的標(biāo)記。二維碼：利用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的。目前，世界上應(yīng)用最多的二維條碼符號(hào)有AztecCode、PDF147、DataMatrix、QRCode、Code16K等。10第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFID一維碼特點(diǎn)：可直接顯示內(nèi)容為英文、數(shù)字、簡(jiǎn)單符號(hào)；貯存數(shù)據(jù)不多，主要依靠計(jì)算機(jī)中的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)；保密性能不高；損污后可讀性差。二維碼特點(diǎn)：可直接顯示英文、中文、數(shù)字、符號(hào)、圖形；貯存數(shù)據(jù)量大，可存放1K字符，可用掃描儀直接讀取內(nèi)容，無(wú)需另接數(shù)據(jù)庫(kù)；保密性高（可加密）；安全級(jí)別最高時(shí)，損污50%仍可讀取完整信息。11第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFIDRFID：即射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification），俗稱電子標(biāo)簽，一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可以快速讀寫、長(zhǎng)期跟蹤管理，通過無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信對(duì)目標(biāo)加以識(shí)別RFID系統(tǒng)主要由閱讀器、天線和標(biāo)簽三大組件構(gòu)成RFID的工作原理RFID標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)，解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。12第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFIDRFID標(biāo)簽分類:被動(dòng)式標(biāo)簽（PassiveTag）：因內(nèi)部沒有電源設(shè)備又被稱為無(wú)源標(biāo)簽。被動(dòng)式標(biāo)簽內(nèi)部的集成電路通過接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)。主動(dòng)標(biāo)簽（ActiveTag）：因標(biāo)簽內(nèi)部攜帶電源又被稱為有源標(biāo)簽。電源設(shè)備和與其相關(guān)的電路決定了主動(dòng)式標(biāo)簽要比被動(dòng)式標(biāo)簽體積大、價(jià)格昂貴。但主動(dòng)標(biāo)簽通信距離更遠(yuǎn)，可達(dá)上百米。半主動(dòng)標(biāo)簽（Semi-activeTag）：兼有被動(dòng)標(biāo)簽和主動(dòng)標(biāo)簽的所有優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部攜帶電池，能夠?yàn)闃?biāo)簽內(nèi)部計(jì)算提供電源。這種標(biāo)簽可以攜帶傳感器，可用于檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、是否移動(dòng)等。然而與主動(dòng)式標(biāo)簽不同的是它們的通信并不需要電池提供能量，而是像被動(dòng)式標(biāo)簽一樣通過閱讀器發(fā)射的電磁波獲取通信能量。13第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFIDRFID標(biāo)簽與條形碼相比的優(yōu)點(diǎn):體積小且形狀多樣：RFID標(biāo)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)。環(huán)境適應(yīng)性：紙張容易被污染而影響識(shí)別。但RFID對(duì)水、油等物質(zhì)卻有極強(qiáng)的抗污性。另外，即使在黑暗的環(huán)境中，RFID標(biāo)簽也能夠被讀取。可重復(fù)使用：標(biāo)簽具有讀寫功能，電子數(shù)據(jù)可被反復(fù)覆蓋，因此可以被回收而重復(fù)使用。穿透性強(qiáng)：標(biāo)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(jìn)行穿透性通訊。數(shù)據(jù)安全性：標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)通過循環(huán)冗余校驗(yàn)的方法來(lái)保證標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。14第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFIDRFID的工作頻段及特點(diǎn)：低頻LF（30kHz~300kHz）：典型工作頻率有125kHz和133kHz，波長(zhǎng)大約為2500m。一般都為無(wú)源標(biāo)簽，其工作能量通過電感耦合的方式從閱讀器耦合線圈的輻射場(chǎng)中獲得，通信范圍一般小于1米。除金屬材料影響外，低頻信號(hào)一般能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。高頻HF（3MHz~30MHz）：典型工作頻率為13.56MHz，波長(zhǎng)大概為22米，通信距離一般也小于1米。該頻率的標(biāo)簽不再需要線圈繞制，可以通過腐蝕活字印刷的方式制作標(biāo)簽內(nèi)的天線，采用電感耦合的方式從閱讀器輻射場(chǎng)獲取能量。具有防沖撞特性，可以同時(shí)讀取多個(gè)電子標(biāo)簽。15第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFIDRFID的工作頻段及特點(diǎn)(續(xù))：超高頻UHF（300MHz~3GHz）：典型工作頻率為433MHz，860~960MHz，2.4GHz，5.8GHz，波長(zhǎng)大概在30厘米左右。其中2.4GHz和5.8GHz屬于微波范圍。超高頻標(biāo)簽可以是有源標(biāo)簽與無(wú)源標(biāo)簽兩種，通過電磁耦合方式同閱讀器通信。通信距離一般大于1米，典型情況為4~10米。具備低發(fā)射功率、通信距離長(zhǎng)、傳輸數(shù)據(jù)量大，可靠性高和兼容性好等特點(diǎn)。16第3章無(wú)線傳感網(wǎng)（WSN）傳感器定義：能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器一般有敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。敏感元件：它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一種物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。轉(zhuǎn)換電路：完成被測(cè)量參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換輸入到測(cè)控電路中，進(jìn)行放大，運(yùn)算，處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測(cè)值或進(jìn)行過程控制17第3章無(wú)線傳感網(wǎng)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)由：傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成。傳感器模塊：負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊：負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)；無(wú)線通信模塊：負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應(yīng)模塊：為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，通常采用微型電池18第3章無(wú)線傳感網(wǎng)制約傳感器性能提升的因素功耗的制約：無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)一般被部署在野外，不能通過有線供電。其硬件設(shè)計(jì)必須以節(jié)能為重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。價(jià)格的制約：無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)一般需要大量組網(wǎng)，以完成特定的功能。其硬件設(shè)計(jì)必須以廉價(jià)為重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。體積的制約：無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)一般需要容易攜帶，易于部署。其硬件設(shè)計(jì)必須以微型化為重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。19第3章無(wú)線傳感網(wǎng)大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間部署傳感器的設(shè)計(jì)要求：低成本與微型化低成本的節(jié)點(diǎn)才能被大規(guī)模部署，微型化的節(jié)點(diǎn)才能使部署更加容易節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)也需要滿足微型化的需求，必須節(jié)約計(jì)算資源，避免超出節(jié)點(diǎn)的硬件能力低功耗在硬件設(shè)計(jì)上采用低功耗芯片軟件節(jié)能策略來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能：核心就是盡量使節(jié)點(diǎn)在不需要工作的時(shí)候進(jìn)入低功耗模式，僅在需要工作的時(shí)候進(jìn)入正常狀態(tài)20第3章無(wú)線傳感網(wǎng)大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間部署傳感器的設(shè)計(jì)要求（續(xù)）靈活性與擴(kuò)展性傳感器節(jié)點(diǎn)被用于各種不同的應(yīng)用中，因此節(jié)點(diǎn)硬件和軟件的設(shè)計(jì)必須具有靈活性和擴(kuò)展性節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)需滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)接口，例如節(jié)點(diǎn)和傳感板的接口統(tǒng)一有利于給節(jié)點(diǎn)安裝上不同功能的傳感器軟件的設(shè)計(jì)必須是可剪裁的，能夠根據(jù)不同應(yīng)用的需求，安裝不同功能的軟件模塊魯棒性魯棒性是實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間部署的重要保障對(duì)于普通的計(jì)算機(jī)，一旦系統(tǒng)崩潰了，人們可以采用重啟的方法恢復(fù)系統(tǒng)，而傳感器節(jié)點(diǎn)則不行，就整個(gè)網(wǎng)絡(luò)而言，可以適當(dāng)增加冗余性，增加整體系統(tǒng)的魯棒性21第3章無(wú)線傳感網(wǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，WSN（Wireless

Sensor

Network），是由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)、具有無(wú)線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)，通過自組織方式構(gòu)成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)22第3章無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：硬件平臺(tái)資源極其有限TinyOS由加州伯克萊分校開發(fā),是目前無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域使用最為廣泛的OS。ContikiOS是由瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所開發(fā)的面向“物聯(lián)網(wǎng)”的開源、高度可移植的節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)。23第4章定位系統(tǒng)位置信息：空間、時(shí)間、人物主流定位系統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng)蜂窩基站定位系統(tǒng)室內(nèi)精確定位系統(tǒng)WiFi基站定位系統(tǒng)24第4章定位系統(tǒng)各國(guó)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)美國(guó)：GPS俄羅斯：GLONASS歐盟：伽利略中國(guó)：北斗一號(hào)（區(qū)域）、北斗二號(hào)（全球）25第4章定位系統(tǒng)利用衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GPS。GPS主要由空間衛(wèi)星，地面監(jiān)控，用戶信號(hào)接受設(shè)備組成空間部分：由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在6個(gè)軌道上。地面監(jiān)控部分：負(fù)責(zé)監(jiān)控GPS的工作。用戶設(shè)備部分：主要由各種GPS接收機(jī)組成，其作用是接入、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是高精度，全天候，高效率，全球覆蓋，可用于險(xiǎn)惡環(huán)境；多功能，操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、信號(hào)穿透能力弱，室內(nèi)信號(hào)差、需要GPS接收機(jī)。26第4章定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作原理

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到（由于大氣電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距PR）27第4章定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作原理（續(xù)）

GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)會(huì)不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對(duì)比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶在大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個(gè)Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來(lái)。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。28第4章定位系統(tǒng)A-GPSGPS定位和蜂窩基站定位的結(jié)合體利用基站定位確定大致范圍連接網(wǎng)絡(luò)查詢當(dāng)前位置可見衛(wèi)星大大縮短搜索衛(wèi)星的時(shí)間29第4章定位系統(tǒng)基于TOA的定位：TOA定位精度高，但要求節(jié)點(diǎn)間保持精確的時(shí)間同步，因此對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗提出了較高的要求。基于TDOA的定位：TDOA技術(shù)對(duì)硬件的要求高，成本和能耗使得該種技術(shù)對(duì)低能耗的傳感器網(wǎng)絡(luò)提出了挑戰(zhàn)。但是TDOA技術(shù)測(cè)距誤差小，有較高的精度。基于AOA的定位：AOA定位不僅能確定節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，還能提供節(jié)點(diǎn)的方位信息。但AOA測(cè)距技術(shù)易受外界環(huán)境影響，且AOA需要額外硬件，在硬件尺寸和功耗上不適用于大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)?；赗SSI的定位：在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中RSSI表現(xiàn)出良好的特性，但是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，溫度、障礙物、傳播模式等條件往往都是變化的，使得該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在困難。定位技術(shù)30第5章智能信息設(shè)備智能手機(jī)操作系統(tǒng):智能信息設(shè)備智能手機(jī)智能車載設(shè)備智能數(shù)字標(biāo)牌智能醫(yī)療設(shè)備智能家電31第5章智能信息設(shè)備智能手機(jī)：連接“人”和數(shù)字世界的重要紐帶手機(jī)與感知加速度傳感器、陀螺儀、磁力計(jì)、距離傳感器、光傳感器、麥克風(fēng)、喇叭、攝像頭…內(nèi)置傳感器協(xié)同工作，用戶行為交互感知手機(jī)與互聯(lián)互通智能手機(jī)可通過WiFi、3G、GPRS等網(wǎng)絡(luò)接入方式連接互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)與智能生活基于位置的服務(wù)：大眾點(diǎn)評(píng)社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：Facebook移動(dòng)支付：Passbook32第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的組成元素：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶、無(wú)線連接和基站

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶：是指具備無(wú)線通信能力，并可將無(wú)線通信信號(hào)轉(zhuǎn)化為有效信息的終端設(shè)備無(wú)線連接：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。以無(wú)線電波、光波為載體。支持多種多樣的傳輸速率和傳輸距離基站：也是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶，其特殊性在于它的職責(zé)是將一些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶連接到更大的網(wǎng)絡(luò)中（校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電話網(wǎng)）。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶通過基站接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包，基站將用戶的數(shù)據(jù)包發(fā)給它所屬的上層網(wǎng)絡(luò)，并將上層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給指定的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶。根據(jù)不同的無(wú)線連接協(xié)議，相應(yīng)基站的名稱和覆蓋的范圍是不同的自組網(wǎng)：無(wú)須基站和上層網(wǎng)絡(luò)支持。用戶之間通過自組織的方式形成自組網(wǎng)（Ad-hocNetwork）。地址指派、路由選擇等功能由用戶自身完成。33第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分類，無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)包括：Wi-Fi：無(wú)線局域網(wǎng)WiMAX：無(wú)線城域網(wǎng)3G,4G：無(wú)線廣域網(wǎng)UWB：超寬帶無(wú)線個(gè)域網(wǎng)無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)和有線寬帶網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別在于數(shù)據(jù)鏈路層和物理層34第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同于有線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)難點(diǎn):

信號(hào)強(qiáng)度衰減：無(wú)線信號(hào)能量隨著傳輸距離增長(zhǎng)而減弱。非視線傳輸：若發(fā)送者與接收者之間的路徑部分被阻擋，則稱其為非視線傳輸。無(wú)線信號(hào)可能會(huì)被阻擋物吸收或者迅速衰減。同頻信號(hào)干擾：相同無(wú)線頻段的信號(hào)會(huì)相互干擾，例如2.4GHz；外部環(huán)境的電磁噪聲，例如微波爐、汽車、高壓電線。多徑傳播干擾：無(wú)線信號(hào)由于阻擋物的反射和折射，到達(dá)接收端的時(shí)間可能略微不同。隱藏終端：A向基站B發(fā)送信息，C未能偵測(cè)到A，也向基站B發(fā)送信息，故A和C同時(shí)將信號(hào)發(fā)送至基站B，引起信號(hào)沖突，最終導(dǎo)致發(fā)送至基站B的信號(hào)都丟失了。35第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)無(wú)線廣域網(wǎng)：WirelessWideAreaNetworks，連接信號(hào)可以覆蓋整個(gè)城市甚至國(guó)家，其信號(hào)傳播途徑主要有兩種：一是信號(hào)通過多個(gè)相鄰的地面基站接力傳播；另一種是信號(hào)通過通信衛(wèi)星系統(tǒng)傳播。當(dāng)前主要的廣域網(wǎng)有2G、3G系統(tǒng)。無(wú)線城域網(wǎng)：WirelessMetropolitanAreaNetworks，基站的信號(hào)可以覆蓋整個(gè)城市區(qū)域，在服務(wù)區(qū)域的用戶可以通過基站訪問互聯(lián)網(wǎng)等上層網(wǎng)絡(luò)，WiMAX是實(shí)現(xiàn)無(wú)線城域網(wǎng)的主要技術(shù)。36第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)：WirelessPersonalAreaNetwork，在更小的范圍內(nèi)（約10m）以自組織模式在用戶之間建立用于相互通信的無(wú)線連接。無(wú)線局域網(wǎng)：WirelessLocalAreaNetwork，在一個(gè)局部的區(qū)域內(nèi)（如教學(xué)樓、機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳、餐廳等）內(nèi)為用戶提供可訪問互聯(lián)網(wǎng)等上層網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線連接。無(wú)線局域網(wǎng)是已有有線局域網(wǎng)的拓展和延伸，使得用戶在一個(gè)區(qū)域內(nèi)隨時(shí)隨地訪問互聯(lián)網(wǎng)。37第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)無(wú)線局域網(wǎng)有兩種工作模式：第一種基于基站模式，無(wú)線設(shè)備（手機(jī)、上網(wǎng)本、筆記本電腦）通過接入點(diǎn)AP訪問上層網(wǎng)絡(luò)；第二種是基于自組織模式，例如在一個(gè)會(huì)議室內(nèi)，所有與會(huì)者的移動(dòng)設(shè)別可以不借助接入點(diǎn)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用于相互之間的文件、視頻數(shù)據(jù)的交換38第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)Wi-Fi：是由Wi-Fi聯(lián)盟所持有的一個(gè)無(wú)線網(wǎng)路通信技術(shù)品牌，目的是改善基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。IEEE802.11是IEEE制定的一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中，用戶與用戶終端的無(wú)線接入。由于802.11在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，IEEE小組相繼推出了一系列802.11標(biāo)準(zhǔn)。不同802.11協(xié)議的差異主要體現(xiàn)在使用頻段，調(diào)制模式和信道差分等物理層技術(shù)上。IEEE802.11采用CSMA/CA（帶沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議），而以太網(wǎng)CSMA/CD（采用帶沖突檢測(cè)的多載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議）39第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)CSMA/CD：CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議其工作原理：發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道是否空閑，若信道空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。若信道忙碌，則等待一段時(shí)間至信道中的信息傳輸結(jié)束后再發(fā)送數(shù)據(jù)；若在上一段信息發(fā)送結(jié)束后，同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)都提出發(fā)送請(qǐng)求，則判定為沖突。若偵聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段隨機(jī)時(shí)間，再重新嘗試?？梢杂靡痪湓捄?jiǎn)單總結(jié)：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停發(fā)，隨機(jī)延遲后重發(fā)。40第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)CSMA/CA：CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，帶沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議其工作原理：首先發(fā)送端檢測(cè)信道是否有使用，如果檢測(cè)出信道空閑，則在等待一段隨機(jī)的時(shí)間后繼續(xù)探測(cè)，如果信道仍然空閑，就發(fā)送數(shù)據(jù)。接收端如果正確收到該數(shù)據(jù)，則在經(jīng)過一段時(shí)間間隔后，向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀ACK。發(fā)送端如果收到ACK，則確定數(shù)據(jù)已經(jīng)正確傳輸。而無(wú)線信道在經(jīng)歷一段時(shí)間間隔后，又會(huì)出現(xiàn)一段空閑時(shí)間。如果發(fā)送端沒有收到ACK，則或者發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有被完整地收到，或者ACK信號(hào)發(fā)送失敗，不管是那種現(xiàn)象發(fā)生，數(shù)據(jù)報(bào)都會(huì)在發(fā)送端等待一段時(shí)間后被重傳41第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)IEEE802.11協(xié)議采用CSMA/CA的原因：

沖突檢測(cè)（CD）需要全雙工（發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)也可接受數(shù)據(jù)），硬件代價(jià)過高，無(wú)線網(wǎng)卡很難同時(shí)接收沖突探測(cè)幀和發(fā)送無(wú)線信號(hào)。

無(wú)線信號(hào)衰減特性和隱藏終端問題使沖突很難被偵測(cè)42第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)為了避免沖突和“隱藏終端”，CSMA/CA利用請(qǐng)求發(fā)送幀RTS（RequesttoSend）和允許發(fā)送幀CTS（CleartoSend），只為發(fā)送端預(yù)留無(wú)線信道的使用權(quán)，從而確保發(fā)送端在接下來(lái)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，不會(huì)發(fā)生碰撞。43第7章無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)常見無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議紅外(InfraredCommunication)藍(lán)牙(Bluetooth)通信協(xié)議IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議體域網(wǎng)(BodyAreaNetwork)協(xié)議容遲網(wǎng)絡(luò)(Delay/DisruptionTolerantNetwork)協(xié)議44第7章無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)紅外通信技術(shù)利用紅外線傳輸數(shù)據(jù)，比藍(lán)牙技術(shù)出現(xiàn)更早，是一種較早的無(wú)線通信技術(shù)。特點(diǎn)采用875nm左右波長(zhǎng)的光波通信，通信距離一般為1米左右。設(shè)備體積小、成本低、功耗低、不需要頻率申請(qǐng)等優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)設(shè)備之間必須互相可見對(duì)障礙物的衍射較差45第7章無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無(wú)線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15，頻帶2.4GHz，帶寬為1Mb/s采用跳頻擴(kuò)頻結(jié)合的調(diào)制技術(shù)，以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合距離：Class1為100m、Class2為10m、Class3為2-3m藍(lán)牙設(shè)備分主設(shè)備和從設(shè)備；主設(shè)備具有輸入端；藍(lán)牙匹配規(guī)則：主設(shè)備與主設(shè)備之間、主設(shè)備與從設(shè)備之間，是可以互相匹配在一起的；而從設(shè)備與從設(shè)備是無(wú)法匹配的46第7章無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)ZigBee又稱為IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)類似于蜂群的低功耗、低復(fù)雜度、低速率、自組織的短距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，為個(gè)人或家庭范圍內(nèi)不同設(shè)備之間的低速互連提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee是一種無(wú)線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國(guó)流行)3個(gè)頻段上，分別具有最高250Kb/s、20Kb/s和40Kb/s的傳輸速率，傳輸距離在10~180m的范圍內(nèi)。47第7章無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)ZigBee具有如下特點(diǎn)：低功耗：ZigBee傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間，這是其它無(wú)線設(shè)備望塵莫及的。成本低：ZigBee模塊初始成本在6美元左右，估計(jì)很快就能降到1.5~2.5美元，并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無(wú)線控制(如工業(yè)控制場(chǎng)合等)應(yīng)用。48第7章無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)ZigBee具有如下特點(diǎn)（續(xù)）：網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)Zigbee星型網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活?？煽浚翰扇×伺鲎脖苊獠呗裕瑫r(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。安全：提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES-128的加密算法，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。49第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)第一代移動(dòng)通信，模擬語(yǔ)音，典型代表AMPS;第二代移動(dòng)通信(2G)，數(shù)字語(yǔ)音，典型代表GSM，CDMA;第三代移動(dòng)通信(3G)，數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)，典型代表TD-SCDMA，W-CDMA和CDMA200050第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)AMPS1982年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)(AdvancedMobilePhoneSystem,AMPS)，提出了“小區(qū)制”，“蜂窩單元”的概念，是第一種真正意義上的“蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)”，同時(shí)采用頻分復(fù)用技術(shù)，解決了公用移動(dòng)通信系統(tǒng)所需要的大容量要求和頻譜資源限制的矛盾。GSM工作在900/1800MHz頻段，124對(duì)單工信道，每對(duì)單工信道有200kHz頻寬無(wú)線接口采用TDMA技術(shù)，核心網(wǎng)移動(dòng)性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議CDMA無(wú)線接口采用窄帶碼分多址（CDMA）技術(shù)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)51第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)是由蜂窩組網(wǎng)、擴(kuò)頻、多址接入以及頻率復(fù)用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，含有頻域、時(shí)域和碼域等三維信號(hào)處理的一種協(xié)作。因此它具有:抗干擾性好抗多徑衰落保密安全性高容量和質(zhì)量之間可做權(quán)衡取舍同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用等屬性CDMA最明顯的優(yōu)勢(shì)在于，它利用編碼技術(shù)可以區(qū)分并分離多個(gè)同時(shí)傳輸?shù)男盘?hào)。它允許用戶可以任何時(shí)刻在任何頻段發(fā)送信號(hào)，對(duì)于沖突的信號(hào)，可以從混合信號(hào)中提取出期望的數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)拒絕所有其他的噪音信號(hào)。52第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)呼吸效應(yīng)：在CDMA系統(tǒng)中，基站的實(shí)際有效覆蓋面積會(huì)隨著用戶增多（干擾增強(qiáng)）而縮小，反之則會(huì)增大。導(dǎo)致“呼吸效應(yīng)”的主要原因是CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)；CDMA2000和W-CDMA屬于同頻自干擾系統(tǒng)，鄰近用戶之間自干擾現(xiàn)象明顯，從而降低了實(shí)際傳輸速率。TD-SCDMA的解決方案利用低帶寬的FDMA和TDMA限制了系統(tǒng)的最大干擾；在單時(shí)隙中應(yīng)用CDMA技術(shù)提高系統(tǒng)容量；利用聯(lián)合檢測(cè)和SDMA技術(shù)對(duì)客戶終端的信號(hào)跟蹤；充分利用下行信號(hào)能量，最大程度上抑制了客戶之間的干擾。可以說(shuō)，TD-SCDMA系統(tǒng)不再是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，“呼吸效應(yīng)”基本被消除。53第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)近效應(yīng)：手機(jī)用戶到基站的距離是在不斷變化中的，固定的通信功率不僅會(huì)造成嚴(yán)重的功率過剩（離基站很近的地方依然用大功率來(lái)傳輸數(shù)據(jù)），且可能形成有害的電磁輻射。TD-SCDMA的解決方案TD-SCDMA通過動(dòng)態(tài)調(diào)控功率改善“遠(yuǎn)近效應(yīng)”：手機(jī)終端依據(jù)自己到基站的通信距離動(dòng)態(tài)的調(diào)整自己的傳輸功率，從而盡可能的減少過剩，且依然保證可連通性。采用動(dòng)態(tài)信道分配的方式，即根據(jù)用戶的需求進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)資源分配，包括頻率，時(shí)隙和碼字等。動(dòng)態(tài)信道分配不僅提高了信道資源的利用率，且增強(qiáng)了對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載和干擾變化的適應(yīng)能力。54第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)：直接附加存儲(chǔ)（DAS）網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS）存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）困難：只能滿足中等規(guī)模商業(yè)需求55第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)直接附加存儲(chǔ)（Direct-AttachedStrorage，DAS）將存儲(chǔ)系統(tǒng)通過纜線直接與服務(wù)器或工作站相連一般包括多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器，與主機(jī)總線適配器通過電纜或光纖在存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)總線適配器之間不存在其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)子系統(tǒng)的跨越網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NetworkAttachedStorage，NAS）文件級(jí)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)，計(jì)算機(jī)連接到一個(gè)僅為其它設(shè)備提供基于文件級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（StorageAreaNetwork，SAN）通過網(wǎng)絡(luò)方式連接存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的存儲(chǔ)架構(gòu)由服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和SAN連接設(shè)備組成存儲(chǔ)共享，支持服務(wù)器從SAN直接啟動(dòng)56第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)三種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的比較直接附加存儲(chǔ)DAS：管理容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；集中式體系結(jié)構(gòu)，不能滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)訪問的需求；存儲(chǔ)資源利用率低，資源共享能力差，造成“信息孤島”。網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)NAS：網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)實(shí)體，容易實(shí)現(xiàn)文件級(jí)別共享；性能嚴(yán)重依賴于網(wǎng)絡(luò)流量，用戶數(shù)過多，讀寫過頻繁時(shí)性能受限。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN：存儲(chǔ)管理簡(jiǎn)化，存儲(chǔ)容量利用率提高；無(wú)直接文件級(jí)別的訪問能力，但可在SAN基礎(chǔ)上建立文件系統(tǒng)。57第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)維基百科：數(shù)據(jù)中心是一整套復(fù)雜的設(shè)施。它不僅僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和其它與之配套的設(shè)備（例如通信和存儲(chǔ)系統(tǒng)），還包含冗余的數(shù)據(jù)通信連接、環(huán)境控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及各種安全裝置。Google多功能的建筑物，能容納多個(gè)服務(wù)器以及通信設(shè)備。這些設(shè)備被放置在一起是因?yàn)樗鼈兙哂邢嗤膶?duì)環(huán)境的要求以及物理安全上的需求，并且這樣放置便于維護(hù)。58第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)Google數(shù)據(jù)中心三大軟件技術(shù)分布式文件系統(tǒng)GoogleFileSystem分布式處理系統(tǒng)MapReduce分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)BigTable59第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)GFS的設(shè)計(jì)思想組件失效不再被認(rèn)為是意外，而是被看做正常的現(xiàn)象。因此，GFS在設(shè)計(jì)中集成了常量監(jiān)視器、錯(cuò)誤偵測(cè)、容錯(cuò)以及自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)。按照傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，Google的文件非常巨大，通常以GB為單位衡量。需要處理快速增長(zhǎng)的、并且由數(shù)億個(gè)對(duì)象構(gòu)成的、數(shù)以TB的數(shù)據(jù)集時(shí)，如果仍舊采用管理數(shù)億個(gè)KB大小的小文件的方式是非常不明智的。Google對(duì)文件的操作具有特定的模式。對(duì)大部分文件的修改，不是覆蓋原有數(shù)據(jù)，而是在文件尾追加新數(shù)據(jù)。對(duì)文件的隨機(jī)讀寫操作幾乎是不存在的。一般情況，文件在被寫入后就只會(huì)被讀，而且通常是按順序讀。客戶端對(duì)數(shù)據(jù)塊緩存是沒有意義的，追加操作成為性能優(yōu)化和原子性保證的焦點(diǎn)。應(yīng)用程序和文件系統(tǒng)API的協(xié)同設(shè)計(jì)提高了整個(gè)系統(tǒng)的靈活性。比如，GFS放松了對(duì)一致性模型的要求，減輕了應(yīng)用程序的負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化了GFS的設(shè)計(jì)。GFS引入了原子性的追加操作，從而保證多個(gè)客戶端同時(shí)進(jìn)行追加操作，不需要額外的同步操作。60第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)GFS的設(shè)計(jì)架構(gòu)一個(gè)GFS集群包含一個(gè)主服務(wù)器和多個(gè)塊服務(wù)器，并被多個(gè)客戶端訪問。文件分成固定大小的“塊”。每個(gè)塊在創(chuàng)建時(shí)都由主服務(wù)器分配一個(gè)固定不變的64位句柄唯一標(biāo)識(shí)。塊服務(wù)器把塊作為L(zhǎng)inux文件存儲(chǔ)在本地磁盤上，并根據(jù)指定的塊句柄和字節(jié)范圍對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行讀寫操作。主服務(wù)器維護(hù)所有文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，包括名字空間、訪問控制信息、文件到塊的映射信息以及塊當(dāng)前的位置。此外，主服務(wù)器還控制其它系統(tǒng)級(jí)的活動(dòng)。主服務(wù)器周期性地與塊服務(wù)器通信，以下達(dá)指令和收集狀態(tài)。GFS客戶端代碼被嵌入到每個(gè)應(yīng)用中。它實(shí)現(xiàn)了文件系統(tǒng)API，實(shí)現(xiàn)主服務(wù)器與塊服務(wù)器的通信從而代表應(yīng)用實(shí)現(xiàn)讀寫操作?？蛻舳伺c服務(wù)器交互從而實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)操作，但所有的數(shù)據(jù)操作都通過直接與塊服務(wù)器交互而完成。61第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)GFS的設(shè)計(jì)架構(gòu)62第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)MapReduce的定義：是一種針對(duì)超大規(guī)模數(shù)據(jù)集的編程模型和系統(tǒng)，用MapReduce開發(fā)出的程序可在大量商用計(jì)算機(jī)集群上并行執(zhí)行、處理計(jì)算機(jī)的失效以及調(diào)度計(jì)算機(jī)間的通信。包括用戶寫的兩個(gè)程序：映射函數(shù)Map和歸約函數(shù)Reduce，以及一個(gè)在計(jì)算機(jī)集群上執(zhí)行多個(gè)程序?qū)嵗目蚣?。MapReduce程序的執(zhí)行過程63第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)BigTable的定義：是一種用來(lái)在海量數(shù)據(jù)規(guī)模下（例如包含以PB為單位的數(shù)據(jù)量和數(shù)千臺(tái)廉價(jià)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用）管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。每個(gè)BigTable都是一個(gè)稀疏的、分布式的多維有序圖，按行鍵值、列鍵值和時(shí)間戳建立索引。64第10章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)缺乏對(duì)真實(shí)世界實(shí)體的有效表達(dá)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的根本缺陷在于缺乏直接構(gòu)造應(yīng)用相關(guān)信息的類型表達(dá)能力。關(guān)系數(shù)據(jù)模型不直接支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，所有的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的類型，如整數(shù)、實(shí)數(shù)、雙精度數(shù)和字符串等，因此，需要額外地分解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)工作，而且這些被分解的結(jié)構(gòu)不能直接表示應(yīng)用數(shù)據(jù)，從基本成分重構(gòu)時(shí)也非常繁瑣和費(fèi)時(shí)間。缺乏對(duì)復(fù)雜查詢的有效處理對(duì)復(fù)雜的SQL查詢，特別是多表關(guān)聯(lián)查詢的需求。任何大數(shù)據(jù)量的web系統(tǒng)，都非常忌諱多個(gè)大表的關(guān)聯(lián)查詢，以及復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析類型的復(fù)雜SQL報(bào)表查詢。65第10章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)缺乏對(duì)WEB應(yīng)用的有效支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)高并發(fā)讀寫的需求。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)付上萬(wàn)次SQL查詢還勉強(qiáng)頂?shù)米?，但?yīng)付上萬(wàn)次SQL寫數(shù)據(jù)請(qǐng)求，硬盤IO就已經(jīng)無(wú)法承受了。海量數(shù)據(jù)的高效率存儲(chǔ)和訪問的需求。對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，在一張2.5億條記錄的表里面進(jìn)行查詢，效率是極其低下乃至不可忍受的。數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)一致性需求。很多web實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)，對(duì)讀一致性的要求很低，有些場(chǎng)合對(duì)寫一致性要求也不高。因此數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)管理成了數(shù)據(jù)庫(kù)高負(fù)載下一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)庫(kù)的寫實(shí)時(shí)性和讀實(shí)時(shí)性需求。對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，插入一條數(shù)據(jù)之后立刻查詢，是肯定可以讀出來(lái)這條數(shù)據(jù)的，但是對(duì)于很多web應(yīng)用來(lái)說(shuō)，并不要求這么高的實(shí)時(shí)性。66第10章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特點(diǎn)海量性，多態(tài)性，關(guān)聯(lián)性及語(yǔ)義性物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式分布式存儲(chǔ)集中式存儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)查詢快照查詢：查詢不固定，數(shù)據(jù)不固定連續(xù)查詢：查詢固定，數(shù)據(jù)不固定數(shù)據(jù)融合：即怎樣分析、綜合不同來(lái)源的無(wú)數(shù)的數(shù)據(jù)流，是傳感網(wǎng)乃至物聯(lián)網(wǎng)跨向大規(guī)模應(yīng)用所必須越過的障礙。67第11章物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全與隱私保護(hù)RFID安全主要安全和隱私隱患：竊聽、跟蹤、中間人攻擊、欺騙/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒絕服務(wù)攻擊、RFID病毒保護(hù)手段：物理安全機(jī)制/密碼學(xué)安全機(jī)制/PUF…位置隱私定義：用戶對(duì)自己位置信息的掌控能力。用戶能自由決定是否發(fā)布位置信息，將信息發(fā)布給誰(shuí)，通過何種方式來(lái)發(fā)布，以及發(fā)布的信息有多詳細(xì)。保護(hù)手段：制度制約、隱私方針、身份匿名、數(shù)據(jù)混淆68第12章智能交通智能交通系統(tǒng)：通過在基礎(chǔ)設(shè)施和交通工具當(dāng)中廣泛應(yīng)用先進(jìn)的感知技術(shù)、識(shí)別技術(shù)、定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、控制技術(shù)、智能技術(shù)對(duì)道路和交通進(jìn)行全面感知，對(duì)交通工具進(jìn)行全程控制，對(duì)每一條道路進(jìn)行全時(shí)空控制，以提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的效率和安全，同時(shí)降低能源消耗和對(duì)地球環(huán)境的負(fù)面影響。69第12章智能交通70智能導(dǎo)航不停車收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)時(shí)路況智能控制交通燈自動(dòng)駕駛當(dāng)前的智能交通系統(tǒng)車輛間通信車載娛樂70第12章智能交通智能交通監(jiān)測(cè)應(yīng)用：車流監(jiān)控、電子警察系統(tǒng)。智能交通管理應(yīng)用：自適應(yīng)交通信號(hào)、可變限速標(biāo)志、自動(dòng)亮燈人行道、可變車道、智能匝道流量控制。71可變限速標(biāo)志/車道標(biāo)志智能交通信號(hào)燈系統(tǒng)智能車道系統(tǒng)71第12章智能交通電子收費(fèi)(Electronictollcollection,ETC)系統(tǒng)：能夠在車輛以正常速度駛過收費(fèi)站的時(shí)候自動(dòng)收取費(fèi)用，降低了收費(fèi)站附近產(chǎn)生交通擁堵的概率。最近這項(xiàng)技術(shù)也被用來(lái)加強(qiáng)城市中心區(qū)域的高峰期擁堵收費(fèi)。ETC收費(fèi)系統(tǒng)72第12章智能交通智能停車管理：通過超聲波、弱磁等傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)車位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；通過泛在的無(wú)線連接方式將車位信息進(jìn)行實(shí)時(shí)匯聚存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)云端；通過傳統(tǒng)的電子引導(dǎo)牌或者智能手機(jī)，車載GPS等方式引導(dǎo)駕駛者到附近合適的空車位。弱磁傳感器超聲波探測(cè)節(jié)點(diǎn)73第12章智能交通輔助駕駛：通過車輛上的視頻、雷達(dá)、GPS等設(shè)備，和車輛之間與車輛和路旁設(shè)備的通信，采集道路和車輛信息，輔助駕駛員做出操作決策。Google無(wú)人駕駛車74第12章智能交通智能行駛：將道路作為信息的收集者、分發(fā)者和決策者來(lái)直接指導(dǎo)車輛行駛。在智能道路上，路面和路旁將大量布設(shè)各種信息感知、處理和通信單元。75第12章智能交通安全應(yīng)用如緊急情況自動(dòng)警報(bào)，車道變更輔助，路口情況和交通信號(hào)提醒，路面情況提醒，路障提醒等。Toyota公司的CICAS系統(tǒng)（CooperativeIntersectionCollisionAvoidanceSystem），各個(gè)車道的車輛能通過車載設(shè)備接收到路旁設(shè)備的交通信號(hào)信息，如“車道1紅燈4秒”?；贒SRC技術(shù)的路旁設(shè)備通過地圖和車輛的GPS信息智能地控制交通信號(hào)，并對(duì)有危險(xiǎn)的車輛及時(shí)發(fā)出警告。舒適度應(yīng)用如車內(nèi)的Internet訪問服務(wù)以及音樂電影的下載和在線觀看；通過短距離通信技術(shù)進(jìn)行聊天或者互動(dòng)游戲；沿途的景點(diǎn)、飯店、商店等信息的介紹和查詢；自動(dòng)對(duì)車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)等。76第13章智能物流物流的定義：是滿足顧客需要為目的，從物品的源點(diǎn)到最終消費(fèi)點(diǎn)，為有效的物品流通和存儲(chǔ)，服務(wù)及相關(guān)信息而進(jìn)行企劃、執(zhí)行和控制的過程。智能物流：現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設(shè)備，如RFID設(shè)備、感應(yīng)器或全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，并能夠在這個(gè)物聯(lián)化的物流網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)智能化的物流管理。77第13章智能物流EPC：即產(chǎn)品電子代碼（ElectronicProductCode），為每一件單品建立全球的、開放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)對(duì)單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯。目標(biāo)：“互聯(lián)網(wǎng)地址系統(tǒng)”每個(gè)物體或電子設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)立唯一的EPCCode對(duì)象名稱解析系統(tǒng)（ObjectNamingService，ONS）整個(gè)物流領(lǐng)域連成EPC物聯(lián)網(wǎng)78第13章智能物流食品物流食品物流的特殊性保存、運(yùn)輸條件多、要求高智能物聯(lián)技術(shù)與食品物流傳感器搜集需監(jiān)測(cè)的各種參數(shù)條形碼、RFID標(biāo)簽支持安全回溯電子耳標(biāo)方便快速通關(guān)發(fā)展方向豐富感知手段提高智能化程度79第13章智能物流基于RFID技術(shù)的航空行李人工輔助系統(tǒng)(簽信通)解決問題：人工分揀行李的正確率僅能達(dá)到80%行李丟失損壞影響航班正常運(yùn)行解決方案：通過為行李貼標(biāo)簽環(huán)節(jié)附帶上無(wú)源RFID標(biāo)簽，并將此標(biāo)簽信息及對(duì)應(yīng)旅客個(gè)人信息、航班信息、行李信息傳輸至本地?cái)?shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)，介入到整個(gè)行李托運(yùn)流程中。80第13章智能物流始發(fā)旅客行李稱重貼標(biāo)簽傳送帶安全行李可疑行李分揀池腕帶閱讀器識(shí)別行李拖車行李集裝箱離港行李行李運(yùn)送進(jìn)港系統(tǒng)飛機(jī)行李運(yùn)輸車、集裝箱提取轉(zhuǎn)盤卸貨區(qū)進(jìn)港提取轉(zhuǎn)盤進(jìn)港旅客人工分揀開包檢查安全檢查RFID行李標(biāo)簽打印腕帶閱讀器識(shí)別分揀線自動(dòng)識(shí)別腕帶閱讀器提示裝車自動(dòng)復(fù)核手持設(shè)備二次復(fù)核81第13章智能物流標(biāo)簽激活高精度復(fù)核可視化分揀海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)82第14章智能建筑智能建筑：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為綠色建筑帶來(lái)了新的力量。通過建立以節(jié)能為目標(biāo)的建筑設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將各種設(shè)備和系統(tǒng)融合在一起，形成以智能處理為中心的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，有效的為建筑節(jié)能減排提供有力的支撐83第14章智能建筑建筑系統(tǒng)智能化一個(gè)大型現(xiàn)代建筑就是一個(gè)巨型復(fù)雜系統(tǒng)，單靠人力是無(wú)法運(yùn)作和維護(hù)的，因此必需大量用到物聯(lián)網(wǎng)感知、通信技術(shù)對(duì)建筑狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和采集，并通過計(jì)算技術(shù)智能地進(jìn)行決策，從而對(duì)系統(tǒng)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)和管理。智能建筑通常包含以下這些子系統(tǒng)：采暖空調(diào)系統(tǒng)給排水系統(tǒng)采光、照明系統(tǒng)電梯與扶梯系統(tǒng)此外，不同的建筑還存在各種不同的子系統(tǒng)需要由智能建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和管理以保障建筑整體的功能、效率、安全和節(jié)能。84第14章智能建筑辦公智能化智能化辦公系統(tǒng)利用現(xiàn)代技術(shù)，借助先進(jìn)的辦公設(shè)備，最大限度的提高辦公效率和改進(jìn)辦公質(zhì)量,改善辦公環(huán)境和條件，并輔助決策，減少或避免各種差錯(cuò)和弊端,提高管理和決策的科學(xué)化水平，在智能建筑中占有重要地位。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的加入為智能辦公帶來(lái)了新的功能：多種有效的信息發(fā)布和交流的渠道，實(shí)現(xiàn)各部門系統(tǒng)和人員之間的無(wú)障礙通信。工作流程的自動(dòng)化，實(shí)時(shí)監(jiān)控、跟蹤，協(xié)同工作：如機(jī)場(chǎng)自動(dòng)購(gòu)票、托運(yùn)、登機(jī)；文檔、設(shè)備管理的智能化，使各類文檔和設(shè)備能夠按權(quán)限進(jìn)行保存、共享和使用，并提供文檔、設(shè)備的跟蹤和查找，以及可靠的防盜手段。此外還能進(jìn)行車輛管理、分布式辦公、移動(dòng)辦公等。85第14章智能建筑通信智能化現(xiàn)代智能建筑的一個(gè)重要組成部分就是智能的信息通信系統(tǒng)，它保證建筑物內(nèi)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像的高效傳輸，同時(shí)也保證建筑與外部通信網(wǎng)（如電話公網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星以及廣電網(wǎng)）能流暢的互通信息。智能建筑中的通信系統(tǒng)包括：傳統(tǒng)固定電話通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)。廣播電視系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)中的多種無(wú)線通信技術(shù)86第14章智能建筑安防和逃生智能化智能安防系統(tǒng)是智能建筑保障其安全性和可靠性的重要組成部分。其主要目的是為了預(yù)防入侵、盜竊、搶劫、破壞、爆炸等違法犯罪活動(dòng)和重大事故的發(fā)生。其主要包括：門禁控制系統(tǒng)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)防盜報(bào)警控制系統(tǒng)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)求救求助系統(tǒng)環(huán)境報(bào)警系統(tǒng)：如煤氣泄漏報(bào)警，消防報(bào)警等87第14章智能建筑能耗監(jiān)測(cè)和節(jié)能控制全球氣候變暖，能源緊縮，污染加劇，不僅要求建筑滿足結(jié)構(gòu)、功能、效率和安全等方面的需求，還要求現(xiàn)代建筑在節(jié)能、降耗、減排等方面做出努力。利用各種監(jiān)測(cè)設(shè)備（各種感應(yīng)器、智能電源等）全面監(jiān)測(cè)建筑的環(huán)境和能耗情況，進(jìn)行綜合分