第2章物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用

——配套電子課件主編:劉麗軍第2章物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)2023/2/6【本章知識要點(diǎn)】學(xué)習(xí)完本章后，應(yīng)當(dāng)掌握如下知識：（1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系框架。（2）感知層功能及關(guān)鍵技術(shù)。（3）網(wǎng)絡(luò)層功能及關(guān)鍵技術(shù)。（4）應(yīng)用層功能及關(guān)鍵技術(shù)。概述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系框架概述物聯(lián)網(wǎng)各層功能與人體功能對應(yīng)關(guān)系圖2.1感知層主要的功能和作用是完成信息采集和信號處理工作，這類設(shè)備中多采用嵌入式系統(tǒng)軟件與之適應(yīng)。由于需要感知的地理范圍和空間范圍比較大，包含的信息也比較多，該層中的設(shè)備還需要通過自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以協(xié)同工作的方式組成一個自組織的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。2.1.1感知層主要功能2.1感知層1.RFID技術(shù)

無線射頻識別技術(shù)(RadioFrequencyIdentification，RFID)，又稱電子標(biāo)簽，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需在識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。2.1.2感知層關(guān)鍵技術(shù)2.1感知層RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，系統(tǒng)由一個詢問器(或閱讀器)和很多應(yīng)答器(或標(biāo)簽)組成。RFID系統(tǒng)的組成2.1感知層

RFID技術(shù)的基本工作原理：

標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(PassiveTag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(ActiveTag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽)；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。2.1感知層2.傳感器技術(shù)

傳感器是指能感受規(guī)定的被測量件，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。2.1.2感知層關(guān)鍵技術(shù)2.1感知層3.嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：(1)嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理利用。(2)是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。(3)嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進(jìn)行選擇，以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。2.1.2感知層關(guān)鍵技術(shù)2.1感知層4.微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)

微機(jī)電系統(tǒng)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。2.1.2感知層關(guān)鍵技術(shù)2.1感知層微機(jī)電系統(tǒng)基本特點(diǎn):

(1)微型化；(2)以硅為主要材料；(3)批量生產(chǎn)；(4)集成化；(5)多學(xué)科交叉。2.1感知層5.GPS

GPS是英文GlobalPositioningSystem(全球定位系統(tǒng))的簡稱，是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS由空間部分、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備部分組成。2.1.2感知層關(guān)鍵技術(shù)2.1感知層6.GIS

GIS(GeographicInformationSystem，地理信息系統(tǒng))是以測繪測量為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)儲存和使用的數(shù)據(jù)源，以計(jì)算機(jī)編程為平臺的全球空間分析即時技術(shù)。

2.1.2感知層關(guān)鍵技術(shù)2.2網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是直接通過現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)(IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò))、移動通信網(wǎng)(如GSM、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、無線接入網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，對來自感知層的信息進(jìn)行接入和傳輸。2.2.1網(wǎng)絡(luò)層主要功能2.2網(wǎng)絡(luò)層2.2.2網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)1.互聯(lián)網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)是一個由各種不同類型和規(guī)模的、獨(dú)立運(yùn)行和管理的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成的世界范圍的巨大計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。2.2網(wǎng)絡(luò)層2.2.2網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)2.移動通信網(wǎng)

移動通信使電話擺脫了電纜的束縛，讓人們可以以更加靈活方便的方式進(jìn)行交流。

3G技術(shù)：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX

2.2網(wǎng)絡(luò)層2.2.2網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)3.無線短距離通信技術(shù)

（1）ZigBee（2）藍(lán)牙（3）Wi-Fi2.3應(yīng)用層應(yīng)用層包括各類用戶界面顯示設(shè)備以及其他管理設(shè)備等，這也是物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的最高層。應(yīng)用層根據(jù)用戶的需求可以面向各類行業(yè)實(shí)際應(yīng)用的管理平臺和運(yùn)行平臺，并根據(jù)各種應(yīng)用的特點(diǎn)集成相關(guān)的內(nèi)容服務(wù)。

2.3.1應(yīng)用層主要功能2.3應(yīng)用層2.3.2應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)1.云計(jì)算

云計(jì)算概念是由Google提出的，其核心思想是將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個計(jì)算資源池向用戶提供相應(yīng)服務(wù)。

2.3應(yīng)用層2.3.2應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)2.中間件

中間件是一類連接軟件組件和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)軟件，它包括一組服務(wù)，以便運(yùn)行在一臺或多臺機(jī)器上的多個軟件通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。2.3應(yīng)用層2.3.2應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)3.人工智能

人工智能(ArtificialIntelligence，簡稱AI)是研究人類智能活動的規(guī)律，構(gòu)造具有一定智能的人工系統(tǒng)，研究如何讓計(jì)算機(jī)去完成以往需要人的智力才能勝任的工作，也就是研究如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)的軟硬件來模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術(shù)。2.3應(yīng)用層2.3.2應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)4.數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘(DataMining)，就是從存放在數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫或其他信息庫中的大量的數(shù)據(jù)中獲取有效的、新穎的、潛在有用的、最終可理解的模式的非平凡過程。2.3應(yīng)用層2.3.2應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)5.專家