物联网技术与应用体系架构.ppt

2.1.1 l 物联网是近年来的热点，人人都在提物联网，但物联网到物联网是近年来的热点，人人都在提物联网，但物联网到底是什么？究竟能做什么？本节将对几种与普通用户关系底是什么？究竟能做什么？本节将对几种与普通用户关系紧密的物联网应用进行介绍。紧密的物联网应用进行介绍。 l 应用场景一：当你早上拿车钥匙出门上班，在电脑旁待命应用场景一：当你早上拿车钥匙出门上班，在电脑旁待命的感应器检测到之后就会通过互联网络自动发起一系列事的感应器检测到之后就会通过互联网络自动发起一系列事件，比如通过短信或者喇叭自动播报今天的天气，在电脑件，比如通过短信或者喇叭自动播报今天的天气，在电脑上显示快捷通畅的开车路径并估算路上所花时间，同时通上显示快捷通畅的开车路径并估算路上所花时间，同时通过短信或者即时聊天工具告知你的同事你将马上到达等。过短信或者即时聊天工具告知你的同事你将马上到达等。 l 应用场景二：联网冰箱也将是最常见的物联网物品之一。应用场景二：联网冰箱也将是最常见的物联网物品之一。想象一下，联网冰箱可以监视冰箱里的食物，在我们去超想象一下，联网冰箱可以监视冰箱里的食物，在我们去超市的时候，家里的冰箱会告诉我们缺少些什么，也会告诉市的时候，家里的冰箱会告诉我们缺少些什么，也会告诉我们食物什么时候过期。它还可以跟踪常用的美食网站，我们食物什么时候过期。它还可以跟踪常用的美食网站，为收集食谱并在你的购物单里添加配料。这种冰箱知道你为收集食谱并在你的购物单里添加配料。这种冰箱知道你喜欢吃什么东西，依据的是你给每顿饭做出的评分。它可喜欢吃什么东西，依据的是你给每顿饭做出的评分。它可以照顾你的身体，因为它知道什么食物对你有好处。以照顾你的身体，因为它知道什么食物对你有好处。2.1.1 物联网应用前景物联网应用前景 右图右图形象地表示了物联网在我们日常形象地表示了物联网在我们日常生活中的应用。图中只是物联网应用生活中的应用。图中只是物联网应用的很小一部分，实际的物联网应用更的很小一部分，实际的物联网应用更加丰富多彩，还有待于人们不断地开加丰富多彩，还有待于人们不断地开发实现。发实现。 目前已经有不少物联网范畴目前已经有不少物联网范畴的应用，譬已经投入试点运营的高速的应用，譬已经投入试点运营的高速公路不停车收费系统（公路不停车收费系统（ETCETC），基于），基于 RFID RFID 的手机钱包付费应用等。等各类的手机钱包付费应用等。等各类感知节点遍布中国之后，即使坐在家感知节点遍布中国之后，即使坐在家中，你也能感知黄果树瀑布流速和水中，你也能感知黄果树瀑布流速和水量的大小；通过物联网，能了解到你量的大小；通过物联网，能了解到你中意的楼盘的噪声情况、甲醛是否超中意的楼盘的噪声情况、甲醛是否超标，等等，生活方式会有很多意想不标，等等，生活方式会有很多意想不到的改变。不仅是大家的日常生活，到的改变。不仅是大家的日常生活，物联网的应用遍及智能交通、公共安物联网的应用遍及智能交通、公共安全等多个领域，必将拥有巨大市场。全等多个领域，必将拥有巨大市场。2.1.2 物联网需求分析物联网需求分析 物联网的本质就是物理世界和数字世界的融合。物联网的本质就是物理世界和数字世界的融合。 物联网是为了打破地域限制，实现物物之间按需进行的信物联网是为了打破地域限制，实现物物之间按需进行的信息获取、传递、存储、融合、使用等服务的网络。因此，息获取、传递、存储、融合、使用等服务的网络。因此，物联网应该具备如下物联网应该具备如下 3 3 个能力。个能力。 （1 1）全面感知：利用）全面感知：利用 RFIDRFID、传感器、二维码等随时随地获、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息，包括用户位置、周边环境、个体喜好、身取物体的信息，包括用户位置、周边环境、个体喜好、身体状况、情绪、环境温度、湿度，以及用户业务感受、网体状况、情绪、环境温度、湿度，以及用户业务感受、网络状态等。络状态等。 （2 2）可靠传递：通过各种网络融合、业务融合、终端融合）可靠传递：通过各种网络融合、业务融合、终端融合、运营管理融合，将物体的信息实时准确地传递出去。、运营管理融合，将物体的信息实时准确地传递出去。 （3 3）智能处理：利用云计算、模糊识别等各种智能计算技）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，对物体进行实时术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体进行实时智能化控制。智能化控制。 2.1.3 物联网体系架构物联网体系架构 物联网的特征在于感知、互联和智能的叠加。因此，物物联网的特征在于感知、互联和智能的叠加。因此，物联网由三个部分组成：感知部分，即以二维码、联网由三个部分组成：感知部分，即以二维码、RFIDRFID、传、传感器为主，实现对感器为主，实现对“物物”的识别；传输网络，即通过现有的识别；传输网络，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输；智能的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输；智能处理，即利用云计算、数据挖掘、中间件等技术实现对物处理，即利用云计算、数据挖掘、中间件等技术实现对物品的自动控制与智能管理等。品的自动控制与智能管理等。 目前在业界物联网体系架构也大致被公认为有这三个层目前在业界物联网体系架构也大致被公认为有这三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层，如下图所示。所以，下网络层，最上面则是内容应用层，如下图所示。所以，下面将分别从三个层次进行介绍。面将分别从三个层次进行介绍。2.1.3 物联网体系架构物联网体系架构2.1.3 物联网体系架构物联网体系架构 在物联网体系架构中，可以这样理解：感知层相当于人体的皮肤和五官；网络层相当于人体的神经中枢和大脑；应用层相当于人的社会分工。 感知层是物联网的皮肤和五官识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等，作用是识别物体，采集信息。 网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理。 应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。2.2 感知层感知层 物联网与传统网络的主要区别在于，物联网扩大了传统网络物联网与传统网络的主要区别在于，物联网扩大了传统网络的通信范围，即物联网不仅仅局限于人与人之间的通信，还的通信范围，即物联网不仅仅局限于人与人之间的通信，还扩展到人与物、物与物之间的通信。在物联网具体实现过程扩展到人与物、物与物之间的通信。在物联网具体实现过程中，如何完成对物的感知这一关键环节？中，如何完成对物的感知这一关键环节？ 物联网感知层解决的就是人类世界和物理世界的数据获取问物联网感知层解决的就是人类世界和物理世界的数据获取问题，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。感知层处于题，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。感知层处于三层架构的最底层，是物联网发展和应用的基础，具有物联三层架构的最底层，是物联网发展和应用的基础，具有物联网全面感知的核心能力。作为物联网的最基本一层，感知层网全面感知的核心能力。作为物联网的最基本一层，感知层具有十分重要的作用。具有十分重要的作用。 感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分，即首先感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分，即首先通过传感器、摄像头等设备采集外部物理世界的数据，通过通过传感器、摄像头等设备采集外部物理世界的数据，通过蓝牙、红外、蓝牙、红外、ZigBeeZigBee、工业现场总线等短距离有线或无线传、工业现场总线等短距离有线或无线传输技术进行协同工作或者传递数据到网关设备。也可以只有输技术进行协同工作或者传递数据到网关设备。也可以只有数据的短距离传输这一部分，特别是在仅传递物品的识别码数据的短距离传输这一部分，特别是在仅传递物品的识别码的情况下。的情况下。 2.2 感知层感知层感知层关键技术：传感器技术 物品标识技术： RFID技术 二维码技术短距离无线传输技术： Zigbee 蓝牙（Bluetooth）2.2 感知层感知层-传感器技术传感器技术 传感器是一种检测装置，能感受到被测的信息，并能将检测感受到的信传感器是一种检测装置，能感受到被测的信息，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，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。和自动控制的首要环节。 物联网系统中，对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备，被称物联网系统中，对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备，被称为物联网传感器。传感器可以独立存在，也可以与其他设备以一体方式为物联网传感器。传感器可以独立存在，也可以与其他设备以一体方式呈现，但无论哪种方式，它都是物联网中的感知和输入部分。在未来的呈现，但无论哪种方式，它都是物联网中的感知和输入部分。在未来的物联网中，传感器及其组成的传感器网络将在数据采集前端发挥重要的物联网中，传感器及其组成的传感器网络将在数据采集前端发挥重要的作用。作用。 按是否具有信息处理功能来分，传感器可分为一般传感器和智能传感器按是否具有信息处理功能来分，传感器可分为一般传感器和智能传感器。一般传感器采集的信息需要计算机进行处理；智能传感器带有微处理。一般传感器采集的信息需要计算机进行处理；智能传感器带有微处理器，本身具有采集、处理、交换信息的能力，具备数据精度高、高可靠器，本身具有采集、处理、交换信息的能力，具备数据精度高、高可靠性与高稳定性、高信噪比与高分辨力、强自适应性、高性价比等特点。性与高稳定性、高信噪比与高分辨力、强自适应性、高性价比等特点。 2.2 感知层感知层-RFID技术技术 RFID RFID 是射频识别（是射频识别（Radio Frequency IdentificationRadio Frequency Identification）的英文缩写）的英文缩写，是，是 20 20 世纪世纪 90 90 年代开始兴起的一种自动识别技术，它利用射频信年代开始兴起的一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通所传递的信息实现物体号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通所传递的信息实现物体识别。识别。 RFID RFID 系统主要由三部分组成：电子标签（系统主要由三部分组成：电子标签（TagTag）、读写器（）、读写器（ReaderReader）和天线（和天线（AntennaAntenna）。其中，电子标签芯片具有数据存储区，用于存）。其中，电子标签芯片具有数据存储区，用于存储待识别物品的标识信息；读写器是将约定格式的待识别物品的标识储待识别物品的标识信息；读写器是将约定格式的待识别物品的标识信息写入电子标签的存储区中（写入功能），或在读写器的阅读范围信息写入电子标签的存储区中（写入功能），或在读写器的阅读范围内以无接触的方式将电子标签内保存的信息读取出来（读出功能）；内以无接触的方式将电子标签内保存的信息读取出来（读出功能）；天线用于发射和接收射频信号，往往内置在电子标签和读写器中。天线用于发射和接收射频信号，往往内置在电子标签和读写器中。 RFID RFID 技术的工作原理是：电子标签进入读写器产生的磁场后，读写技术的工作原理是：电子标签进入读写器产生的磁场后，读写器发出的射频信号，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（无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号的产品信息（无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信