物联网导论

物联网导论回顾提纲1.什么是物联网?物联网Theinternetofthings是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。2.物联网的两层含义第一，物联网与计算机网络有关，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，物联网中的信息终端已不再局限于人或电脑，而是延伸到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。3.物联网的主要特点①感知识别普适化无所不在的感知和识别将传统上分离的物理世界和信息世界高度融合。②异构设备互联化各种异构设备利用无线通信模块和协议自组成网，异构网络通过“网关”互通互联。③联网终端规模化物联网时代每一件物品均具通信功能成为网络终端，5-10年内联网终端规模有望突破百亿。④管理调控智能化物联网高效可靠组织大规模数据，与此同时，运筹学，机器学习，数据挖掘，专家系统等决策手段将广泛应用于各行各业。⑤应用服务链条化以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，生产调度，节能减排，仓储物流到产品销售，售后服务等各个环节。⑥经济发展跨越化物联网技术有望成为从劳动密集型向知识密集型，从资源浪费型向环境友好型国民经济发展过程中的重要动力。4物联网的三大推动力第一大推动力：政府第二大推动力：企业第三大推动力：教育界与科技界5.物联网的总体架构根据信息生成、传输、处理和应用将物联网分为感知层、网络层、管理层和应用层。（按照逻辑结构划分）6.物联网的感知相关技术自动识别与RFID技术、无线传感器技术、智能设备与嵌入式技术、定位技术7.自动识别技术是应用一定的识别装置，自动获取被识别物品的相关信息，并提供给后台系统来完成相关处理与控制的一种技术。光学字符识别语音识别生物计量识别条形码8.光学字符识别（OpticalCharacterRecognition，OCR），是模式识别（PatternRecognition，PR）的一种技术，是指对文本资料进行扫描，然后对图像文件进行分析处理，获取文字及版面信息的过程·优点：信息密度高·缺点：系统价格昂贵、复杂9.语音识别研究如何采用数字信号处理技术自动提取及决定语言信号中最基本有意义的信息，让机器通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令的技术。语音识别技术的应用：语音拨号、语音导航、室内设备控制、语音文档检索等。10.生物计量识别技术是通过生物特征的比较来识别不同生物个体的方法。包括人脸识别、指纹识别、虹膜识别、视网膜识别、语音识别、体形识别、键盘敲击识别、签字识别等。11.生物计量识别技术之指纹识别技术每个人的指纹不尽相同，就算同一个人的十个指头，指纹也存在明显的区别，因此可以将指纹作为识别生物的技术之一。十个手指就会产生至少4900个独立可测量的特征。应用：刑事侦破，指纹门锁，指纹考勤机12.条形码技术是在计算机应用发展过程中，为消除数据录入的“瓶颈”问题而产生的，可以说是最“古老”的自动识别技术。条形码由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记，“条”指光线反射率较低的部分，“空”指光线反射率较高的部分。如果使用专门的条形码识别设备，比如手持式条码扫描器扫描这些条码，条码中包含的信息就可以转换成计算机可以识别的数据。13.条形码技术的优点：①条形码提高了输入速度。条形码的输入速度是键盘输入的5倍。②条形码的可靠性高，键盘输入的数据出错率一般为1/300,而条形码技术误码率低于百万分之一。有的条形码有一定的纠错能力。③制作简单。可以打印成各种形式的标签，对设备和材料没有特殊要求14.二维条形码的码制一维条形码是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，在垂直方向不表达信息；如在水平和垂直方向皆能存储信息的条形码，就称为二维条形码（2-dimensionalbarcode），简称二维码。15.根据编码原理，二维码可以分为三种类型①线性堆叠式二维码②矩阵式二维码③邮政码16.一维条形码与二维条形码的比较一维条形码特点：①可直接显示内容为英文、数字、简单符号；②贮存数据不多，主要依靠计算机中的关联数据库：③保密性能不高；④损污后可读性差。二维条形码特点：①可直接显示英文、中文、数字、符号、图型；②贮存数据量大，可存放1K字符，可用扫描仪直接读取内容，无需另接数据库；③保密性高（可加密），④安全级别最高时，损污50%仍可读取完整信息。17.RFID是射频识别技术（RadioFrequencyIdentification）的英文缩写,利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。它是上世纪90年代兴起的自动识别技术，首先在欧洲市场上得以使用，随后在世界范围内普及。RFID较其它技术明显的优点是电子标签和阅读器无需接触便可完成识别。射频识别技术改变了条形码依靠有形的一维或二维几何图案来提供信息的方式，通过芯片来提供存储在其中的数量巨大的无形信息。18.RFID系统由五个组件构成，包括：传送器、接收器、微处理器、天线、标签。传送器、接收器和微处理器通常都被封装在一起，又统称为阅读器(Reader)，所以工业界经常将RFID系统分为为阅读器、天线和标签三大组件，这三大组件一般都可由不同的生产商生产。19.标签分类①被动式标签（PassiveTag）：因内部没有电源设备又被称为无源标签。被动式标签内部的集成电路通过接收由阅读器发出的电磁波进行驱动，向阅读器发送数据。②主动标签（ActiveTag）:因标签内部携带电源又被称为有源标签。电源设备和与其相关的电路决定了主动式标签要比被动式标签体积大、价格昂贵。但主动标签通信距离更远，可达上百米远。③半主动标签（Semi-activeTag）:这种标签兼有被动标签和主动标签的所有优点，内部携带电池，能够为标签内部计算提供电源。这种标签可以携带传感器，可用于检测环境参数，如温度、湿度、是否移动等。然而和主动式标签不同是它们的通信并不需要电池提供能量，而是像被动式标签一样通过阅读器发射的电磁波获取通信能量。20.传感器的定义能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。21.无线传感器网络概述无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。22.三个阶段①智能传感器将计算能力嵌入到传感器中，使得传感器节点不仅具有数据采集能力，而且具有信息处理能力。②无线智能传感器在智能传感器的基础上增加了无线通信能力，大大延长了传感器的感知触角，降低了传感器的工程实施成本。③无线传感器网络将网络技术引入到无线智能传感器中，使得传感器不再是单个的感知单元，而是能够交换信息、协调地将信息发往监控中心。更现代的网络是双向的，可以控制传感器的活动。23.无线传感器发展史：缓慢提升的性能计算机硬件的发展通常遵循摩尔定律：集成电路上可容纳的晶体管数量，约每隔18个月增加一倍，性能也将提升一倍。无线传感器节点的性能并没有像摩尔定律预测的速度发展！24.制约无线传感器性能提升的因素？①功耗的制约：无线传感节点一般被部署在野外，不能通过有线供电。其硬件设计必须以节能为重要设计目标。②价格的制约：无线传感节点一般需要大量组网，以完成特定的功能。其硬件设计必须以廉价为重要设计目标。③体积的制约：无线传感节点一般需要容易携带，易于部署。其硬件设计必须以微型化为重要设计目标。25.传统智能设备①个人计算机计算机是一种能够按照指令对各种数据和信息进行自动加工和处理的电子设备。它是诞生最早的智能设备。②PDA(PersonalDigitalAssistant)狭义的PDA又可以称作电子记事本；广义的PDA主要指掌上电脑；个人通信助理机也是一类PDA。26.新时代智能设备智能车载设备、智能数字标牌、智能医疗设备、智能家电、智能手机27.嵌入式系统①为了区别于原有使用在PC的通用计算机，把嵌入到对象体系中、实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机。②这样一来，按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为通用计算机和嵌入式计算机。③嵌入式系统是嵌入到对象体中的专用计算机系统28.计算机发展的两大分支按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为通用计算机和嵌入式计算机。嵌入式系统是嵌入到对象体中的专用计算机系统29.位置信息三大要素①所在的地理位置②处在该地理位置的时间③处在该地理位置的对象30.现存主流定位系统①卫星定位：GPS②蜂窝基站定位③无线室内环境定位④新兴定位系统：A-GPS，网络定位31.GPS典型应用：汽车导航①最初仅能提供位置和周边地图；②第二代汽车导航系统可根据目的地自动计算“最短”路线；③互联网时代，汽车导航可从交管部门取得路况咨询，优化路线，找出“最快”路线。④物联网时代，感知更透彻·综合道路状况，污染指数，天气状况，加油站的分布，驾驶员的身体状况等各种因素找出“最佳”路线·由“以路为本”转变到“以人为本”32.蜂窝基站定位GSM蜂窝网络①通讯区域被分割成蜂窝小区②每个小区对应一个通讯基站③通讯设备连接小区对应基站进行通讯单基站定位法：将移动设备所属基站的位置视为移动设备的位置多基站定位法33.无线室内环境定位室内环境的复杂性多径效应·原因：障碍物反射电磁波，反射波和原始波在接收端混叠·室内障碍物众多，多径效应明显对电磁波的阻碍作用①GPS传播能力强，穿透能力弱②室内应选用短波信号来进行定位需求主要来自企业和个人：难以购置ToA，TDoA，AoA等技术所需的昂贵硬件基于信号特征的定位RSS①使用信号强度进行定位②利用已有的无线网络③红外线、超声波、蓝牙、RFID、超宽带（UWB)、ZigBee技术34.基于信号特征的定位ToA和TDoA都需要接收端特殊装置，AoA需定向天线；基于信号特征的定位直接利用无线通信的射频信号定位，不需要额外设备原理：信号强度随传播距离衰减24rttrPdPGGd问题：理想公式实际难以应用解决方法：①将信号强度看做“特征”②预先布置N个参考节点③测出N个参考节点信号的强度，得到一个N维向量④事先测出区域中每个位置的特征向量⑤将目标测出的特征向量和事先测量值比对，找出位置缺点：不能应对动态变化LANDMARC：基于信号特征的动态定位方法①除了信号发送源，再布置一系列RFID标签作为参考标志②每个标志随时记录自己收到的RSS信号强度特征向量③将目标测得的信号特征向量与参考标志此时的特征向量进行比对，确定位置，误差在1m范围以内35.新兴定位系统A-GPS（AssistedGPS）①GPS定位和蜂窝基站定位的结合体②利用基站定位确定大致范围③连接网络查询当前位置可见卫星④大大缩短搜索卫星的时间无线AP定位(AP=AccessPoint)①利用可见Wi-Fi接入点来定位②AP向外广播的信息中包含自己的MAC地址，这个MAC地址是全球唯一的。③用数据库记录下全世界所有无线AP的MAC地址和它的位置。④查询数据库来得到定位目标附近AP的位置，再通过信号强度来估算出较精确的位置。36.互联网的发展历程①20世纪60年代末期，诞生于美国。②诞生初期只有4台计算机。③网络构成网络。④从局部相通到公众相联，再到全球互联37.网络接入方式①拨号上网：互联网普及初期最常用的有线接入方式，通过调制解调器（Modem）利用当地运营商提供的电话号码拨号接入互联网，是一种低速接入，最高数据传输速率56kbps。②DSL：目前运用最广泛的有线接入方式，基于普通电话线的宽带接入技术。上传速率峰值：1Mbps（通常小于1Mbps），下载速率峰值：8Mbps（通常小于2Mbps），速率稳定，带宽独享，与语音服务独立。③以太网：应用最广泛的局域网通信技术，包括10Mbps，100Mbps，10Gbps等速率范围，具有速率高，抗干扰能力强的特点，适用于各类企事业团体，可实现各类高速互联网应用，但一次性布线成本较高。④电力线：利用电力线进行网络数据传输的新型有线接入方式，最高速率14Mbps，结构