物联网层次结构

1、第 I 章 物联网基础,物联网层次结构 以及与互联网的关系,2,学习任务,物联网层次结构,物联网与互联网的关系,1,2,3,物联网的层次结构,在研究物联网的层次结构之前，我们先来了解一下我们对客观物理世界的感知和处理过程： 依据感知器官来感知信息； 由神经系统传递给大脑； 大脑综合感知的信息和存储的知识来做出判断，以选择最佳方案。,4,物联网的层次结构,如果将人对问题智慧处理的能力形式与物联网工作过程做一个比较，不难看出两者也有惊人的相似之处。 人的感官用来获取信息，人的神经用来传输信息，人的大脑用来处理信息，使人具有智慧处理各种问题的能力。 物联网处理问题同样也要经过三个过程：全面感知、可靠

2、传输、智能应用（处理）,5,物联网的层次结构,物联网工作过程与人的智能处理问题过程比较,6,物联网的层次结构,设计一个复杂的、庞大的系统必然要采用“化整为零，分而治之”的“分层结构”思想。 物联网是一个形式多样、涉及社会生活各个领域的复杂系统。从实现技术角度看，物联网的特点是：网络的异构性，规模的差异性，接入的多样性。,7,物联网的层次结构,物联网应用系统的规划、设计和实现涉及多种技术，属于交叉学科的范畴。 尽管物联网系统结构复杂，不同物联网应用系统的功能、规模差异很大，但是它们之间必然存在着很多内在的共性特征。 根据物联网的技术架构，结合互联网的分层模型，也可以对物联网进行分层。,物联网层次

3、结构模型,物联网可分为感知层、网络层、应用层,5,8,9,物联网感知层,感知层位于物联网层次结构中的最底层，主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据等。 感知层的作用相当于人的眼、耳、鼻、喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体、采集信息。 数据采集技术有多种，主要包括传感器、RFID、多媒体信息采集、实时定位等。,10,物联网感知层,感知层实现对物理世界智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层，是实现互联网全面感知的基础。 感知层中的关键技术包括传感器技术、RFID技术和传感

4、器网络等。,11,感知层-传感器,在物联网中传感器主要负责接收物品“讲话”的内容。 传感器技术是从自然信源获取信息并对获取的信息进行处理、变换、识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进活动等内容。,12,感知层-传感器,传感器(Transducer/Sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息或自动控制执行工作，并按一定规律转换为电信号或其他所需形式的信息输出，是物联网采集信息的终端工具。 传感器可以看成物联网的“眼睛”、“鼻子”、“耳朵”和“指尖”，通过传感器可实现自动检测和自动控制。,13,感知层-RFID技术

5、,是物联网中“让物品开口说话”的关键技术，物联网中RFID标签上存着规范而具有互通性的信息，通过无线数据通信网络把他们自动采集到中央信息系统中实现物品的识别。,14,感知层-RFID技术,RFID是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据。 优点：精度高、适应环境能力强、抗干扰能力强、操作快捷等。 从本质上看，RFID是一种特殊的传感器技术。,15,感知层-传感器网络,传感器网络是由众多传感器节点组成、通过无线通信方式形成的多跳自组织网络。传感器网络将大量独立的传感器连接起来，实现采集信息的传输。,16,感知层-发展方向,感知层主要由遍

6、布各种建筑、楼宇、街道、公路桥梁、车辆、地表和管网中的各类传感器、二维条形码、RFID标签和RFID识读器、摄像头、GPS、M2M（Machine to Machine）设备以及各种嵌入式终端等组成的传感器网络。是物联网的基础。 感知层的发展方向是具备更敏感、更全面的感知能力，解决传感器设备低功耗、小型化和低成本的问题。,17,物联网网络层,网络层处于物联网网络结构模型中的第二层，使用感知层并向上为应用层服务。 网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。,18,物联网网络层,感知层的信息经由网关转化

7、为网络能够识别的信息后就传到了网络层，网络层再进行信息的传递与处理。 网络层包括2G通信网络、3G通信网络、Wi-Fi、互联网等，信息可以经由任何一种网络或几种网络组合的形式进行传输。,19,物联网网络层,网络层还包括物联网的管理中心及物联网的信息中心。以提升对信息的传输和运营能力。 物联网管理中心负责物品的统一标识编码管理、认证、鉴权、计费等； 物联网信息中心则负责物品信息的存储和统一分析计算处理。,20,网络层-关键技术,网络层关键技术包括高/低速近/远距离无线通信技术、低功耗路由、自组织通信、无线接入M2M通信增强、IP承载技术、网络传送技术、异构网络融合接入技术以及认知无线电技术。,2

8、1,网络层-发展方向,网络层的发展方向为多网络融合以及它与感知层和应用层的更好结合。 理想中的物联网中，网络层可以把感知层感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地传输。,22,物联网应用层,应用层位于物联网的最上层，其使用网络层为用户提供智能应用。 应用层是物联网的核心和灵魂，是物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口，它包括物联网应用基础设施、中间件、运行环境和集成框架、通用的基础构件库和行业化的应用套件等，它与行业需求相结合，实现物联网的智能应用。,23,物联网应用层,应用层在物联网的感知层和网络层的支撑下，将物联网技术与各类行业的应用相结合，实现无所不在的智能化应用。 典型应用有：智

9、能交通、绿色农业、工业监控、动物标识、远程医疗、智能家居、环境检测、公共安全、食品溯源、城市管理、智能物流等。 这些应用涉及的内容可以是跨行业的，也可以是某行业内部的；用户可能是普通公众，也可能是政府机构、企业组织等。,24,应用层-关键技术,应用层的关键技术包括云计算、数据挖掘和SOA等。 云计算和数据挖掘是海量信息智能处理的基础； SOA技术有助于实现快速可重用的系统开发和部署，可提高物联网架构的扩展性，提升应用开发效率，充分整合和复用信息资源。,25,应用层-关键技术,云计算是采用基于虚拟化、弹性规模扩展、分布式存储、分布式计算和多租户等技术，基于互联网实现的一种虚拟化计算服务。 云计算

10、提供了一个巨大的资源池，而不同的应用具有不同的需求，云计算可以根据需求对应用的资源进行动态伸缩，从而显著提高资源的利用率。,26,应用层-关键技术,数据挖掘一般是指从大量的数据中通过算法搜索隐藏于其中信息的过程。 数据挖掘通常与计算机科学有关，并通过统计、在线分析处理、情报检索、机器学习、专家系统（依靠过去的经验法则）和模式识别等诸多方法来实现上述目标。,27,应用层-关键技术,SOA（Service-Oriented Architecture）面向服务的体系结构是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（也叫服务）通过这些服务之间定义好的接口和契约联系起来。 可从企业外部访问 随时可用 可重

11、用的服务,标准化的服务接口 支持各种消息模式 精确定义的服务契约,28,物联网与互联网的关系,传统互联网结构-国际标准化组织制定的开放系统互连参考模型(OSI)。 自下而上分别为 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层,29,物联网与互联网关系,物联网与互联网有着显著的区别，同时也存在着密切的联系。和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。 物联网是各种感知技术的广泛应用。 物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。 物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制,30,物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的

12、传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性地采集环境信息，不断更新数据。,物联网与互联网关系,31,物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。,物联网与互联网关系,32,物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。 物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域，从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。,物联网与互联网关系,33,物联网是基于互联网之上的一种高级网络形态，它们之间最明显的不同点是：物联网的连接主体从人向“物”延伸，网络社会形态从虚拟向现实拓展，信息采集与处理从人工为主向智能化为主转化。,物联网与互联网关系,34,物联网与互联网通信模型,物联网的通信模型借鉴了“Flat IP”的技术，将传统的网络结构进行了扁平化的处理，从而形成了三层的网络结构。,35,物联网与互联网通