物联网架构

2019/8/2《物联网技术概论》《物联网技术概论》物联网技术概论刘静邮箱：[e-mail]山东理工职业学院软件工程学院2019/8/2《物联网技术概论》第1章物联网概述物联网相关的概念1物联网的发展和特点2物联网体系架构3物联网标准化42019/8/2《物联网技术概论》第1章物联网概述【本章学习重点】了解物联网的相关概念、物联网的特点与发展历程，掌握物联网的体系架构组成。2019/8/2《物联网技术概论》1.1物联网相关的概念1.1.1物联网1.1.2传感网1.1.3泛在网1.1.4物联网、传感网与泛在网之间的关系2019/8/2《物联网技术概论》1.1.1物联网比尔・盖茨:物联网的概念最早出现于比尔・盖茨1995年《未来之路》一书。在《未来之路》中，比尔・盖茨提及InternetofThings的概念。1.物联网的概念国际电信联盟（ITU）:2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《互联网报告2005：物联网》一文，在报告中明确提出了“物联网”InternetofThings）的概念。2019/8/2《物联网技术概论》欧盟：2009年9月15日，欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目簇（ClusterofEuropeanResearchProjectonTheInternetOfThings：CERP-IoT）在发布的《物联网研究战略路线图》（InternetofThingsStrategicResearchRoadmap）研究报告中对物联网的定义如下：物联网是未来Internet的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口，实现与信息网络的无缝整合。1.1.1物联网2019/8/2《物联网技术概论》中国：2010年，我国的政府工作报告所附的注释中对物联网有如下的说明：物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。1.1.1物联网2019/8/2《物联网技术概论》1.1.1物联网2.物联网的特点（1）全面感知（3）智能处理特点（2）可靠传递2019/8/2《物联网技术概论》1.1.2传感网传感器网络(SensorNetwork)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(DARPA)开始资助卡耐基梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目。2008年2月，ITU-T在《泛在传感器网络(UbiquitousSensorNetworks)》研究报告指出：它是由智能传感器节点组成的网络，可以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式被部署。该技术可以在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。2019/8/2《物联网技术概论》1.1.2传感网传感器网络(SensorNetwork)的定义：随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的具有无线通信与计算能力的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。传感网络的节点间距离很短，一般采用多跳（Multi-hop）的无线通信方式进行通信。传感器网络可以在独立的环境下运行，也可以通过网关连接到互联网，使用户可以远程访问。传感网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。2019/8/2《物联网技术概论》1.1.3泛在网1.泛在网的概念泛在网是指无所不在的网络，又称泛在网络。日韩给出的定义是：无所不在的网络社会将是由智能网络、最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。根据这样的构想，U网络将以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征，帮助人类实现“4A”化通信，即在任何时间(anytime)、任何地点(any-where)、任何人(anyone)、任何物(anything)都能顺畅地通信。2019/8/2《物联网技术概论》1.1.3泛在网2.泛在网的关键技术泛在网络在网络层的关键技术包括新型光通信、分组交换、互联网管控、网络测量和仿真、多技术混合组网等。泛在网的构建依赖三个实体层的存在和互动：一是无所不在的基础网络；二是无所不在的终端单元；三是无所不在的网络应用图。2019/8/2《物联网技术概论》1.1.4物联网、传感网与泛在网之间的关系传感网是物联网的组成部分，物联网是互联网的延伸，泛在网是物联网发展的愿景。传感网、物联网与泛在网之间的关系如图1-1所示。传感器网络物联网泛在网图1-12019/8/2《物联网技术概论》1.2物联网的发展和特点1.2.2物联网的发展1.2.1物联网的起源1.2.3物联网的特征2019/8/2《物联网技术概论》1.2.1物联网的起源1999年麻省理工学院Auto-ID（自动识别）中心，在美国统一代码委员会的支持下提出了EPC(ElectronicProductCode)的概念。2003年11月1日，Auto-ID中心更名为Auto-ID实验室，致力于自动识别技术的开发和研究工作，倡导为能够跨越整个供应链的操作方案制定公共的标准。2003年9月，Auto-ID中心发布的规范1．0版中将这个组件命名为PML(物品标识语言，PhysicalMarkupLanguageServer)作为EPC系统中的信息服务关键组件，PML成为描述自然物体、过程和环境的统一标准。在其后的一年中，技术小组依照各个组件的不同标准和作用以及它们之间的关系修改了规范，于2004年9月发布了修订的EPC网络结构方案，EPCIS(EPC信息服务)代替了原来的PMLServer。2005年，突尼斯信息社会世界峰会上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式将“物联网”称为“TheInternetofThings”。2019/8/2《物联网技术概论》物联网的发展主要经历三个阶段。初级阶段：已存在的一些各行业基于各种行业数据交换和传输标准的连网监测监控、两化融合引领MAI应用系统。中级阶段：在物联网理念推动下，基于局部统一的数据交换标准实现的跨行业、跨业务综合管理大集成系统，包括一些基于SaaS模式和“私有云”的M2M营运系统。高级阶段：基于物联网统一数据标准，SOA、WebService、云计算虚拟服务的onDemand系统，最终实现基于“公有云”TaaS（ThingasaService）。1.2.2物联网的发展2019/8/2《物联网技术概论》（1）国外物联网的发展现状（2）物联网在我国的发展1.2.2物联网的发展2019/8/2《物联网技术概论》（1）国外物联网的发展现状从国际上看，欧盟、美国、日本和韩国等国家都十分重视物联网的工作，并且已进行了大量的研究开发和应用。1.2.2物联网的发展美国“智慧地球”日本“U-Japan”计划韩国“U-Korea”战略欧盟的“欧洲物联网行动计划”2019/8/2《物联网技术概论》1.2.2物联网的发展（2）物联网在我国的发展2009年8月,温家宝总理在考察无锡传感网工程技术研发中心时指出，要在无锡建立“感知中国”中心，发展物联网。2009年11月,在首都科技界大会再次提出发展物联网。2010年3月5日，温家宝总理在《政府工作报告》中，将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴计划。2019/8/2《物联网技术概论》1.2.2物联网的发展各省积极响应：江苏提出政府推动、聚焦无锡，努力将无锡建设成“感知中国”中心的目标；北京将打造中国物联网产业发展中心；浙江努力将先发优势转化为领先优势；上海制定顶层规划、示范先行的规划；广东计划构筑物联网产业发展高地；福建提出政府驱动、迎头赶上的口号。此外，山东、四川、重庆、黑龙江等省市也在积极推进物联网技术及产业发展的相关工作。2019/8/2《物联网技术概论》（1）各种感知技术的广泛应用。（2）建立在互联网上的泛在网络。（3）不仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力1.2.3物联网的特征2019/8/2《物联网技术概论》1.3物联网体系架构1.3.2网络层1.3.1感知层1.3.3应用层2019/8/2《物联网技术概论》物联网是以感知与应用为目的的物物互联系统，涉及传感器、RFID、安全、网络、通信、信息处理、服务技术、标识、定位、同步等众多技术领域。物联网的价值在于让物体也拥有了“智慧”，从而实现人与物、物与物之间的沟通。物联网的特征在于感知、互联和智能的叠加。作为一种形式多样的聚合性复杂系统，物联网涉及了信息技术自上而下的每一个层面，对它的体系结构划分有比较多的争议，人们普遍认同的体系架构一般可分为三层，如图1-2所示。1.3物联网体系架构2019/8/2《物联网技术概论》1.3物联网体系架构图1-2物联网体系架构2019/8/2《物联网技术概论》感知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。物联网数据采集涉及到的技术有多种，主要包括传感器、RFID、二维码技术、Zigbee、蓝牙、多媒体信息采集、实时定位等等。传感器网络组网并协同信息处理技术来实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据进行处理。1.3.1感知层2019/8/2《物联网技术概论》1.3.1感知层（1）传感器技术（2）RFID技术（3）二维码技术（4）ZigBee（5）蓝牙感知层主要技术图1-感知层主要技术2019/8/2《物联网技术概论》物联网的发展是基于其他网络基础上的，特别是三网融合中的三网（电信网、电视网、互联网），还包括通信网、卫星网、行业专网等。网络层将来自感知层的各类信息通过基础承载网络传输到应用层，网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括物联网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的技术。1.3.2网络层2019/8/2《物联网技术概论》1.3.1网络层（1）Internet技术（2）移动通信网技术（3）无线传感器网络技术网络层主要技术图1-网络层主要技术2019/8/2《物联网技术概论》应用层主要包括服务支撑层和应用服务子集层。服务支撑层的主要功能是根据底层采集的数据，形成与业务需求相适应、实时更新的动态数据资源库；应用服务子集层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。物联网应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。物联网的应用可分为监控型（物流监控、污染监控）、查询型（智能检索、远程抄表），控制型（智能交通、智能家居、路灯控制）、扫描型（手机钱包、高速公路不停车收费）等。1.3.3应用层2019/8/2《物联网技术概论》1.3.3应用层（1）M2M（2）云计算（3）人工智能（4）数据挖掘（5）SOA应用层主要技术图1-应用层主要技术2019/8/2《物联网技术概论》物联网自身能够打造一个巨大的产业链，在当前经济形势下对调整经济结构、转变经济增长方式具有积极意义。目前，我国物联网产业和应用还处于起步阶段，只有少量专门的应用项目，零散地分布在独立于核心网络的领域，而且多数还只是依托科研项目的示范应用。它们采用的是私有协议，尚缺乏完善的物联网标准体系，缺乏对如何采用现有技术标准的指导，在产品设计、系统集成时无统一标准可循。因此，严重制约了技术应用和产业的迅速发展。而为了实现无处不在的物联网，要实现与核心网络的融合，关键技术尚需突破。1.4物联网标准化2019/8/2《物联网技术概论》1.4.1国际物联网标准制定现状1.4.2我国物联网标准制定现状1.4.3我国物联网标准1.4物联网标准化2019/8/2《物联网技术概论》国际上针对不同技术领域的标准化工作早已开展。由于物联网的技术体系庞杂，因此物联网