1、桂小林桂小林桂小林桂小林 1 1 1 1物联网技术概论（课程第（课程第（课程第（课程第2 2章）章）章）章）物联网导论-物联网体系结构概述第1页桂小林桂小林桂小林桂小林 2 2AR2 物物联联网模型网模型最少课时：3课时知识点：功效模型功效模型层次模型层次模型拓扑结构拓扑结构学习目标：熟悉物联网功效模型熟悉物联网功效模型熟悉物联网层次模型熟悉物联网层次模型了解功效模型与层次模型之间关系了解功效模型与层次模型之间关系连接物联网惯用网络拓扑结构连接物联网惯用网络拓扑结构物联网导论-物联网体系结构概述第2页桂小林桂小林桂小林桂小林 3 3第二章第二章 物联网体系结构物联网体系结构物联网导论-物联网体
2、系结构概述第3页桂小林桂小林桂小林桂小林 4 4本章内容本章内容2.1 物联网体系结构概述2.2 物联网体系结构基本组成2.3 物联网关键技术2.4 已经有物联网相关应用架构物联网导论-物联网体系结构概述第4页桂小林桂小林桂小林桂小林 5 52.1 物物联联网体系网体系结结构概述构概述认识任何事物都要有一个从整体到局部过程，尤其对于结构复杂、功效多样系统。首先需要对它整体结构有所了解，然后才能深入去讨论其中细节。体系架构是指导详细系统设计首要前提。物联网应用广泛，系统规划和设计极易因角度不一样而产生不一样结果，所以急需建立一个含有框架支撑作用体系架构。另外，伴随应用需求不停发展，各种新技术将逐
3、步纳入物联网体系中，体系架构设计也将决定物联网技术细节、应用模式和发展趋势。物联网导论-物联网体系结构概述第5页桂小林桂小林桂小林桂小林 6 6如图2-1所表示，在物联网中，任何人和物之间都能够在任何时间、任何地点实现与任何网络无缝融合，它实现了物理世界情景（context）感知、处理和控制这一闭环过程真正意义上形成了人-物、人-人、物-物间信息连接新一代智能互联网络。物联网导论-物联网体系结构概述第6页桂小林桂小林桂小林桂小林 7 7物联网最终目标是建立一个满足人们生产、生活以及对资源、信息更高需求综合平台，管理跨组织、跨管理域各种资源和异构设备，为上层应用提供全方面资源共享接口，实现分布式
4、资源有效集成，提供各种数据智能计算、信息及时共享，决议辅助分析等。物联网是在传感网、互联网基础上发展起来物联网导论-物联网体系结构概述第7页桂小林桂小林桂小林桂小林 8 8物联网能够抽象划分成广泛分布感知设备、物联网中间件、上层应用三个层次，如图2-2所表示中间件（Middleware）是位于感知设备和应用之间通用服务，这些服务含有标准程序接口和协议，即中间件=平台+通信。物联网导论-物联网体系结构概述第8页桂小林桂小林桂小林桂小林 9 92.2 物物联联网体系网体系结结构基本构基本组组成成由物联网特点可知，物联网含有很强异构性，为实现异构设备之间互联、互通与互操作，物联网需要以一个开放、分层
5、、可扩展网络体系结构为框架。当前，国内外研究人员在描述物联网体系结构时，差异很大。如：ITU-T在在Y.自下而上分为底层泛在感知网络、异构网络自下而上分为底层泛在感知网络、异构网络接入层、骨干传输网、网络中间件、泛在网络应用平台接入层、骨干传输网、网络中间件、泛在网络应用平台5层结构。层结构。通用四层物联网体系结构，包含感知控制层、数据传输通用四层物联网体系结构，包含感知控制层、数据传输层、数据管理与组织层、应用决议层。层、数据管理与组织层、应用决议层。物联网导论-物联网体系结构概述第9页桂小林桂小林桂小林桂小林 10105层结构物联网导论-物联网体系结构概述第10页桂小林桂小林桂小林桂小林
6、1111通用四通用四层结层结构构物联网导论-物联网体系结构概述第11页桂小林桂小林桂小林桂小林 1212通用四通用四层结层结构构感知控制层：它是物联网发展和应用基础，包含RFID读写器、智能传感节点和接入网关等组成。各种传感节点经过感知目标环境相关信息，并自行组网传递到网关接入点，网关将搜集到数据经过互联网络提交到后台处理。数据传输层：主要负责经过各种接入设备实现互联网、移动通信网等不一样类型网络融合。另外，还提供路由、格式转换、地址转换等功效。数据动态组织与管理层：实现感知数据语义了解、推理、决议以及提供数据查询、存放、分析、挖掘等。云计算为感知数据存放、分析提供了很好平台，是信息处理主要组
7、成部分，也是应用层各种应用基础。应用决议层：物联网应用层利用经过分析处理感知数据，为用户提供各种不一样类型服务。物联网应用可分为监控型（物流监控、污染监控），控制型（智能交通、智能家居），扫描型（手机钱包、高速公路不停车收费）等。物联网导论-物联网体系结构概述第12页桂小林桂小林桂小林桂小林 1313感知控制感知控制层层感知是指对客观事物信息直接获取并进行认知和了解过程。人们对于信息获取需求促使其不停研发新技术来获取感知信息，如传感器、RFID、定位技术等。物联网导论-物联网体系结构概述第13页桂小林桂小林桂小林桂小林 1414数据数据传输层传输层 物联网数据传输层主要进行信息传送，它是物理感
8、知世界延伸，更加好地实现物与物之间通信、物与人之间通信以及人与人之间通信。物联网数据传输层主要包含接入网和关键网两层结构 学生调研学生调研学生调研学生调研物联网导论-物联网体系结构概述第14页桂小林桂小林桂小林桂小林 1515数据管理数据管理层层数据管理层则是利用云计算平台实现海量感知数据动态组织与管理，云计算技术利用，使数以亿计各类物品实时动态管理变得可能。伴随物联网应用发展、终端数量增加，经过借助云计算处理海量信息，进行辅助决议，提升物联网信息处理能力。(1)智能计算智能计算(2)海量数据存放、检索海量数据存放、检索。物联网导论-物联网体系结构概述第15页桂小林桂小林桂小林桂小林 1616
9、应应用决用决议层议层 物联网技术综合了传感器技术、嵌入式计算技术、互联网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等各种领域技术,含有十分辽阔应用前景，在智能家居、工农业控制、城市管理、远程医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等众多领域有着广泛应用价值。物联网导论-物联网体系结构概述第16页桂小林桂小林桂小林桂小林 1717智能处理层智能处理层：智能处理层是整个系统关键，它主要功效是数据存放和多源：智能处理层是整个系统关键，它主要功效是数据存放和多源数据协同分析。经过在服务器上布署智能分析处理程序，针对单一探测器所数据协同分析。经过在服务器上布署智能分析处理程序，针对单一探测器所采集
10、数据，调用对应功效模块进行分析，对同一区域其它探测器所采集信息采集数据，调用对应功效模块进行分析，对同一区域其它探测器所采集信息进行综合分析，实现异常事件智能判断。进行综合分析，实现异常事件智能判断。应用决议层：应用决议层：应用决议层主要是系统应用展示和管理。用户能够经过智能应用决议层主要是系统应用展示和管理。用户能够经过智能手机、平板电脑等远程监控终端监控和管理系统，及时对监测到各种事件进手机、平板电脑等远程监控终端监控和管理系统，及时对监测到各种事件进行决议处理。行决议处理。物联网导论-物联网体系结构概述第17页桂小林桂小林桂小林桂小林 1818图2-11 手机钱包物联网导论-物联网体系结
11、构概述第18页桂小林桂小林桂小林桂小林 1919三三层层物联网导论-物联网体系结构概述第19页桂小林桂小林桂小林桂小林 2020物联网导论-物联网体系结构概述第20页桂小林桂小林桂小林桂小林 21212.3 物物联联网关网关键键技技术术物联网是继互联网后又一次技术革新，代表着未来计算机与通信发展方向。这次革新也取决于一些主要领域动态技术创新，从RFID、EPC、传感技术到认知网络、云计算等。物联网发展关键技术如图2-12所表示，其中负责物体标识RFID技术、感知物体动态信息传感器技术、实现信息传递通信技术和网络融合技术、信息处理智能技术我们称之为物联网四大关键技术。物联网导论-物联网体系结构概
12、述第21页桂小林桂小林桂小林桂小林 22222.3.1 感知感知标识标识技技术术 感知和标识是物联网实现“物物相联，人物互动”基础，各种类型传感器在弥合物理和虚拟世界差距方面发挥了关键作用，数据产生、获取、传输、处理、应用是物联网主要组成部分，其中数据获取是物联网智能信息化主要步骤之一，没有它，物联网也就成了无水之源、无本之木。物联网导论-物联网体系结构概述第22页桂小林桂小林桂小林桂小林 2323物联网导论-物联网体系结构概述第23页桂小林桂小林桂小林桂小林 24242.3.2 网网络络与通信技与通信技术术物联网本质上是泛在网络，需要融合现有各种通信网络，并引入新通信网络。要实现泛在物联网，
13、异构网络融合是一个主要技术问题。三网融合技术：“三网融合三网融合”又叫又叫“三网合一三网合一”（即（即FDDX），意指电），意指电信网、有线电视网和计算机通信网相互渗透、相互兼容、信网、有线电视网和计算机通信网相互渗透、相互兼容、并逐步整合成为全世界统一信息通信网络。并逐步整合成为全世界统一信息通信网络。物联网导论-物联网体系结构概述第24页桂小林桂小林桂小林桂小林 2525三网融合三网融合物联网导论-物联网体系结构概述第25页桂小林桂小林桂小林桂小林 26262.3.3 云云计计算技算技术术物联网聚集海量数据海量数据需要有效组织、管理、存放高效数据处理时物联网关键需要利用云计算技术处理海量数
14、据虚拟化虚拟化Map-reduce。物联网导论-物联网体系结构概述第26页桂小林桂小林桂小林桂小林 2727云云计计算算-低成本海量信息低成本海量信息处处理技理技术术云计算资云计算资源池源池存放能力存放能力统一监控管理统一监控管理计算能力计算能力SaaS(Software as a Sevice)SaaS(Software as a Sevice)软件即服务软件即服务物联网应用不再是单纯卖硬件或软件，而是物联网应用不再是单纯卖硬件或软件，而是针对长尾市场中各行各业需求，经过能力开针对长尾市场中各行各业需求，经过能力开放与组合，形成个性化、差异化优质服务。放与组合，形成个性化、差异化优质服务。云
15、计算云计算(Cloud computing)(Cloud computing)利用大规模低成本运算单元经过网络相连而利用大规模低成本运算单元经过网络相连而组成运算系统，为物联网海量信息处理提供组成运算系统，为物联网海量信息处理提供低成本计算能力。低成本计算能力。2727物联网导论-物联网体系结构概述第27页桂小林桂小林桂小林桂小林 2828云云计计算算-从从单户单户到多租到多租户户物联网导论-物联网体系结构概述第28页桂小林桂小林桂小林桂小林 2929云云计计算算讲讲解解SaaS物联网导论-物联网体系结构概述第29页桂小林桂小林桂小林桂小林 30302.3.4 安全技术因为物联网终端感知网络私
16、有特征，所以安全也是一个必须面正确问题。物联网中传感节点通常需要布署在无人值守、不可控制环境中，除了受到普通无线网络所面临信息泄露、信息篡改、重放攻击、拒绝服务等各种威胁外，还面临传感节点轻易被攻击者获取，经过物理伎俩获取存放在节点中全部信息，从而侵入网络、控制网络威胁。包括到安全主要有程序内容、运行使用、信息传输等方面。位置是物联网关键服务。位置隐私成为物联网推广应用关键技术。物联网导论-物联网体系结构概述第30页桂小林桂小林桂小林桂小林 3131 所以，物联网需要云计算支撑，必须处理人们关注隐私安全问题。用户用户数据数据数据数据应用应用应用应用物联网导论-物联网体系结构概述第31页桂小林桂
17、小林桂小林桂小林 32322.4 已已经经有物有物联联网相关网相关应应用架构用架构当前，含有代表性物联网架构主要能够分为三类：(1)基于传感器技术无线传感网体系结构；基于传感器技术无线传感网体系结构；(2)基于互联网和射频识别技术基于互联网和射频识别技术EPC、UID系统；系统；(3)学术界和企业提出学术界和企业提出M2M、CPS系统框架。系统框架。下面我们就分别介绍这些相关应用框架。物联网导论-物联网体系结构概述第32页桂小林桂小林桂小林桂小林 3333WSN物联网导论-物联网体系结构概述第33页桂小林桂小林桂小林桂小林 3434EPC/UID系系统统 物联网导论-物联网体系结构概述第34页
18、桂小林桂小林桂小林桂小林 3535EPC/UID系系统统EPC(Electronic Product Code)电子产品编码概念最早由美国麻省理工大学(MIT)Sarma和Brock教授在1999年提出，其关键思想是为每一个产品提供唯一电子标识符，经过射频识别技术实现数据自动标识和采集。年，国际物品编码协会(EAN)和美国统一代码协会(UCC)联合成立了EPCglobal，以推进EPC技术在商业上应用。物联网导论-物联网体系结构概述第35页桂小林桂小林桂小林桂小林 3636EPC编码体系有EPC-64，EPC-96和EPC-256 三种。使用较多是EPC-64编码体系，而新一代EPC标签将采取
19、EPC-96编码体系，其详细结构如表2-19所表示。体系标头厂商识别代码对象分类代码 序列号EPC-968282436物联网导论-物联网体系结构概述第36页桂小林桂小林桂小林桂小林 3737物联网导论-物联网体系结构概述第37页桂小林桂小林桂小林桂小林 3838物联网导论-物联网体系结构概述第38页桂小林桂小林桂小林桂小林 3939M2M系系统统 M2M定义能够分为广义和狭义两种。广义上包含Machine-to-Machine、Man-to-Machine以及Machine-to-Man。它是指是人与各种远程设备之间无线数据通信。狭义上M2M是Machine-to-Machine简称，指一方或
20、双方是机器且机器经过程序控制，能自动完成整个通信过程通信形式 物联网导论-物联网体系结构概述第39页桂小林桂小林桂小林桂小林 4040M2M系统从右至左能够划分为M2M设备域、M2M网络域、M2M应用域。物联网导论-物联网体系结构概述第40页桂小林桂小林桂小林桂小林 41412.5 物物联联网反网反馈馈与控制与控制“某日小张正在企业上班，突然手机收到震动了铃声提醒原来是家中无人时门被打开，门磁侦测到有些人闯进，则将闯进报警经过无线网关发送给主人小张手机，手机收到信息发出震动铃声提醒，小张确认后发出控制指令，电磁门锁自动落锁并触发无线声光报警器发出报警。”这一场景结果实现了物联网感、联、智、控四
21、种属性。这四种属性形成了一个完整反馈控制系统。物联网导论-物联网体系结构概述第41页桂小林桂小林桂小林桂小林 42422.5 2.5 物联网反馈与控制物联网反馈与控制 2.5.12.5.1自动控制基本原理与方式自动控制基本原理与方式 自动控制概念及应用自动控制概念及应用反馈控制系统基本组成反馈控制系统基本组成自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式物联网导论-物联网体系结构概述第42页桂小林桂小林桂小林桂小林 4343自动控制是指在没有些人直接参加情况下，利用外加设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定程序运行
22、。自动控制概念及应用自动控制概念及应用自动控制概念及应用自动控制概念及应用2.5 2.5 2.5 2.5 物联网反馈与控制物联网反馈与控制物联网反馈与控制物联网反馈与控制自动控制基本原理与方式自动控制基本原理与方式 物联网导论-物联网体系结构概述第43页桂小林桂小林桂小林桂小林 4444反馈控制订义反馈控制订义反馈控制订义反馈控制订义 反馈反馈把取出输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏把取出输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号过程，称为反馈。分为负反馈和正反馈。差信号过程，称为反馈。分为负反馈和正反馈。反馈控制反馈控制就是采取负反馈并利用偏差进行控制过程，而且，因就是采取
23、负反馈并利用偏差进行控制过程，而且，因为引入了被控量反馈信息，整个控制过程成为闭合过程，所以反馈为引入了被控量反馈信息，整个控制过程成为闭合过程，所以反馈控制也称闭环控制。控制也称闭环控制。物联网导论-物联网体系结构概述第44页桂小林桂小林桂小林桂小林 4545反馈控制原理反馈控制原理反馈控制原理反馈控制原理物联网导论-物联网体系结构概述第45页桂小林桂小林桂小林桂小林 4646反馈控制系统组成反馈控制系统组成反馈控制系统组成反馈控制系统组成测量元件测量元件：检测被控制物理量，并将其转换为电量。给定元件给定元件：给出与期望被控量相对应系统输入量。比较元件比较元件：把测量元件检测被控量实际值与给
24、定元件给出参据量进行比较，求出它们之间偏差。放大元件放大元件：将比较元件给出偏差信号进行放大，用来推进执行元件去控制被控对象。执行元件执行元件：直接推进被控对象，使其被控量发生改变。校正元件校正元件：也叫赔偿元件赔偿元件，用串联或反馈方式连接在系统中，以改进系统性能。物联网导论-物联网体系结构概述第46页桂小林桂小林桂小林桂小林 4747自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式反馈控制方式反馈控制方式反馈控制方式反馈控制方式 方式：按偏差进行控制。特点：减小或消除这个偏差作用：含有抑制任何内、外扰动对被控量产 生影响能力，有较高控制精度。
25、问题：系统使用元件多、结构复杂，设计 麻烦。物联网导论-物联网体系结构概述第47页桂小林桂小林桂小林桂小林 4848自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式开环控制方式开环控制方式开环控制方式开环控制方式 方式：是指控制装置与被控对象之间只有顺向作 用而没有反向联络控制过程。特点：是系统输出量不会对系统控制作用发 生影响。设计简单。作用：能够按给定量控制，也能够按扰动控制。缺点：按扰动控制方式只适合扰动可测场所，且一个赔偿能力单一。物联网导论-物联网体系结构概述第48页桂小林桂小林桂小林桂小林 4949自动控制系统基本控制方式自动控制系统
26、基本控制方式自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式复合控制方式复合控制方式复合控制方式复合控制方式 方式：把二者结合起来，对主要扰动采取适当赔偿方式：把二者结合起来，对主要扰动采取适当赔偿装置实现按扰动控制，同时再组成反馈控制系统实现装置实现按扰动控制，同时再组成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生偏差。按偏差控制，以消除其余扰动产生偏差。特点：系统主要扰动已被赔偿，反馈控制系统就比特点：系统主要扰动已被赔偿，反馈控制系统就比较轻易被设计，控制效果也会更加好。较轻易被设计，控制效果也会更加好。物联网导论-物联网体系结构概述第49页桂小林桂小林桂小林桂小林 50502.5 2
27、.5 物联网反馈与控制物联网反馈与控制2.5.2 2.5.2 物联网系统控制论解析物联网系统控制论解析2.5.32.5.3物联网控制特征物联网控制特征2.5.42.5.4控制理论在物联网中应用前景控制理论在物联网中应用前景物联网导论-物联网体系结构概述第50页桂小林桂小林桂小林桂小林 5151物联网系统控制论解析物联网系统控制论解析物联网系统控制论解析物联网系统控制论解析 物联网中“感、智、控”分别组成了物联网控制系统测量、比较、执行等三大部件，这三大部件又在“联”这种网络平台上得以相互作用，形成了“控制系统”，最终实现了“控”目标。联联物联网导论-物联网体系结构概述第51页桂小林桂小林桂小林
28、桂小林 5252物联网控制特征物联网控制特征物联网控制特征物联网控制特征 鲁棒性鲁棒性保安性保安性可信性可信性时延性时延性物联网导论-物联网体系结构概述第52页桂小林桂小林桂小林桂小林 5353控制理论在物联网中应用前景控制理论在物联网中应用前景控制理论在物联网中应用前景控制理论在物联网中应用前景物联网控制系统一定是一个计算机参加离散物联网控制系统一定是一个计算机参加离散控制系统，将离散控制理论分析方法引入物控制系统，将离散控制理论分析方法引入物联网系统分析、研究和设计过程中，能够使联网系统分析、研究和设计过程中，能够使这一过程愈加科学、合理，对系统各种性能这一过程愈加科学、合理，对系统各种性能将有一个更准确判断，同时也便于进行仿真将有一个更准确判断，同时也便于进行仿真分析。分析。物联网导论-物联网体系结构概述第53页桂小林桂小林桂小林桂小林 54545454THANKS！QQ？AA？GUI XIAOLINGUI XIAOLIN物联网导论-物联网体系结构概述第54页
