物联网技术与应用武奇生电子课件201510版第2章节
61页1、物联网,武奇生,第二章 物联网体系结构及其信息技术,本章内容: 物联网的体系结构 支持物联网发展的技术 现代网络通信与物联网 无线通信3G与物联网的发展 集成电路:物联网的基石,根据功能物联网技术可以分为三类: 1)感知技术:通过多种传感器、RFID、二维码、定位、地理识别系统、多媒体信息等数据采集技术,实现外部世界信息的感知和识别; 2)网络技术:通过广泛的互联功能,实现感知信息高可靠性、高安全性进行传送,包括各种有线和无线传输技术、交换技术、组网技术、网关技术等; 3)应用技术:通过应用中间件提供跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同及共享和互通的功能,包括数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现、服务体系架构、软件和算法技术等。 在这些技术中,目前存在着三个比较重要的体系,第一个是RFID体系,除了RFID技术外还包括条码和二维码等;第二个是传感网体系:第三个体系是M2M技术,M2M是重在强调广域网络传输的技术。,2.1 物联网的体系结构,在物联网上,通过对所有身边的实际事物安装智能芯片,利用射频自动识别(RFID)技术,让物品能“开口说话”,告知其它人或物有关的静态、动态
2、信息。RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息,RFID标签技术在第三章中介绍。再通过光电式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等传感装置,借助有线、无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品(商品)的识别,进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的“透明”管理。,2.1.1 物联网的工作原理,2.1.2 物联网的体系结构,物联网应该具备三个特征: 一是全面感知,即利用RFID、传感器、二维码等随时地获取物体的信息; 二是可传递,通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递出去; 三是智能处理,利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术,对海量数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化地控制。,1.物联网的体系结构 物联网大致被认为有三个层次 感知层 网络层 应用层,图2-2 物联网的体系结构,2.物联网技术体系结构,物联网的体系结构可以分为三个层次: (1)泛在化末端感知网络(对应感知层):泛在化末端感知网络的主要任务是信息感知。 (2)融合化网络通信基础设施(对应网络层):融合化网络通信基础设施的主要
3、功能是实现物联网的数据传输。目前能够用于物联网的通信网络主要有互联网、无线通信网与卫星通信网、有线电视网。 (3)普适化应用服务支撑体系(对应应用层):普适化应用服务支撑体系的主要功能是物联网的数据处理与应用。,图2-3物联网技术体系结构示意图,支持物联网的技术: (1)感知技术。能够用于物联网底层感知信息的技术,它包括RFID与RFID读写技术、传感器与传感器网络、机器人智能感知技术、遥测遥感技术以及IC卡与条形码技术等。 (2)传输技术。能够汇聚感知数据,并实现物联网数据传输的技术,它包括互联网技术、地面无线传输技术以及卫星通信技术等。 (3)支撑技术。用于物联网数据处理和利用的技术,它包括云计算与高性能计算技术、智能技术、数据库与数据挖掘技术、GIS/GPS技术、通信技术以及微电子技术等。 (4)应用技术。用于直接支持物联网应用系统运行的技术,它包括物联网信息共享交互平台技术、物联网数据存储技术以及各种行业物联网应用系统。,2.1.3 物联网的工作步骤,一般来讲,物联网的开展步骤主要如下: (1)对物体属性进行标识,属性包括静态和动态的属性,静态属性可以直接存储在标签中,动态属性
4、需要先由传感器实时探测。 (2)需要识别设备完成对物体属性的读取,并将信息转换为适合网络传输的数据格式。 (3)将物体的信息通过网络传输到信息处理中心(处理中心可能是分布式的,如家里的电脑或者手机,也可能是集中式的,如中国移动的IDC),由处理中心完成物体通信的相关计算。,2.2 支持物联网发展的技术,RFID和传感器具有不同的技术特点,传感器可以监测感应到各种信息,但缺乏对物品的标识能力,而RFID技术恰恰具有强大的标识物品能力。尽管RFID也经常被描述成一种基于标签的,并用于识别目标的传感器,但RFID读写器不能实时感应当前环境的改变,其读写范围受到读写器与标签之间距离的影响。因此提高RFID系统的感应能力,扩大RFID系统的覆盖能力是亟待解决的问题。而传感器网络较长的有效距离将拓展RFID技术的应用范围。传感器、传感器网络和RFID技术都是物联网技术的重要组成部分,它们的相互融合和系统集成将极大地推动物联网的应用。,2.2.1 RFID技术,2.2.2 无线传感器网络,传感器网络(Sensor Network)的概念最早由美国军方提出,起源于1978年美国国防部高级研究计划局(D
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