物联网复习纲要

1-1.物联网英文表述，定义物联网是一个基于互联网、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，具有三个重要特征：1.普通对象设备化2.自治终端互联化3.普适服务智能化。（InternetofThings）1-2.物联网核心技术（四层），主要特点（五个）核心技术：四层由下到上分别是：感知识别层，网络构建层，管理服务层和综合应用层。主要特点：（1）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。（2）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（3）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。（4）管理处理智能化；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。1-3.发展趋势（三个更）（1）更广泛的互联互通:互联互通的对象从人延伸到物体，互联互通方式的扩展（2）更透彻的感知：通信功能使传感器能够协同工作（3）更深入的智能:多传感器实现“人多力量大”的智能，多维感知数据实现“防患于未然”的智能，大数据挖掘实现“见微知著”的智能2-1.RFID英文表述，中文表述RFID射频识别技术（RadioFrequencyIdentification）,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。2-2.RFID系统的组成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。2-3.RFID工作频率频率是RFID系统的一个很重要的参数，它决定了系统工作原理、通信距离、成本、天线形状和应用领域等因素。RFID典型的工作频率有125KHz、133KHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等。按照工作频率的不同，RFID系统集中在低频、高频和超高频三个区域。2-4.RFID标签的优点（与条形码相比）（1）体积小且形状多样：RFID标签在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需要为了读取精度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。（2）环境适应性：纸张容易被污染而影响识别。但RFID对水、油等物质却有极强的抗污性。（3）可重复使用：标签具有读写功能，电子数据可被反复覆盖，因此可以被回收而重复使用。（4）穿透性强：标签在被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包裹的情况下也可以进行穿透性通讯。（5）数据安全性：标签内的数据通过循环冗余校验的方法来保证标签发送的数据准确性。2-5.RFID标签分类（六种分类方式）标签（Tag）由耦合元件、芯片及微型天线组成，每个标签内部存有唯一的电子编码，附着在物体上，用来标识目标对象。（1）按供电方式分类：无源RFID标签，有源RFID标签（2）按工作模式分：被动式标签，主动标签，半主动标签（3）按读写方式分类：只读式RFID标签，读写式RFID标签（4）按工作频率分类：低频RFID标签，高频RFID标签，超高频RFID标签，微波RFID标签（5）按封装材料分类：纸质封装RFID标签，塑料封装RFID标签，玻璃封装RFID标签（6）按封装形状分类：薄膜粘贴RFID标签，卡式RFID标签，柱形RFID标签，扣式RFID标签，身份识别RFID标签，植入式RFID标签3-1.无线传感网络的英文简称无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN），由部署在监测区域内的大量传感器以自组织和多跳的方式构成的，以协作方式感知、采集、传输和处理网络覆盖区域内监测对象信息的无线网络。3-2.无线传感节点的组成：传感器、微处理器、无线通信芯片、电池；3-3.制约传感器性能提升的因素：1.传感失谐：很多应用的制约来自于感知元件。木桶原理2.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。3.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。4.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。3-4.大规模长时间部署传感器的设计要求1.低成本与微型化（1）低成本的节点才能被大规模部署，微型化的节点才能使部署更加容易（2）节点的软件设计也需要满足微型化的需求。2.低功耗（1）在硬件设计上采用低功耗芯片（2）软件节能策略来实现节能。软件节能策略的核心就是尽量使节点在不需要工作的时候进入低功耗模式，仅在需要工作的时候进入正常状态3.灵活性与扩展性（1）传感器节点被用于各种不同的应用中，因此节点硬件和软件的设计必须具有灵活性和扩展性（2）节点的硬件设计需满足一定的标准接口，例如节点和传感板的接口统一有利于给节点安装上不同功能的传感器（3）软件的设计必须可剪裁，能根据不同应用的需求，安装不同功能的软件模块4.鲁棒性鲁棒性是实现传感器网络长时间部署的重要保障。对于普通的计算机，一旦系统崩溃了，人们可以采用重启的方法恢复系统，而传感器节点则不行，就整个网络而言，可以适当增加冗余性，增加整体系统的鲁棒性。4-1.GPS系统组成1.宇宙空间部分：24颗工作卫星（6轨道平面，每平面4颗星）2.地面监控部分（全部在美国境内）：1个主控中心、4个专用地面天线、6个专用监视站3.用户设备部分GPS接收机：与卫星通信的专用天线、计算位置的处理器、高精度时钟4-2.GPS定位原理1.首先测得接收机与三个GPS卫星之间的距离，然后通过三点定位方式确定接收机的位置。2.每一刻GPS工作卫星都在不断地向外发送信息，每条信息中都包含有信息发送的时刻，以及卫星在该时刻的坐标。接收机会接受这些信息，同时根据自己的时钟记录下接收到信息的时刻。3.用接收到信息的时刻，减去信息发出的时刻，就得到信息在空间中传播所用的时间。将这个时间乘以信息传播的速度（信息通过电磁波传播，其速度为光速），就得到了接收机到信息发出时的卫星坐标之间的距离。4-3.GPS定位的主要优缺点优点：精度高、全球覆盖，可用于险恶环境缺点：启动时间长(3-5分钟)、室内信号差、需要GPS接收机4-4.什么是A-GPS？其工作原理是什么？A-GPS：AssistedGlobalPositioningSystem辅助GPS定位。是人们将GPS和蜂窝基站定位、的结合。工作原理：（1）利用基站定位快速确定大致范围。（2）连接网络查询当前位置可见卫星，大大缩短搜索卫星的时间。（3）得知那些卫星可用后，利用这几颗卫星进行GPS定位。4-5.TOA和TDOA定位原理和方法是什么？TOA:基于距离（时间）的定位（TimeofArrival,ToA）原理：先测量出目标到数个参考点的距离，利用测得的距离以及参考点的坐标算出目标位置。方法：1.距离测量法（1）利用波速差发送端（参考点）先发送一道电磁波，波速rV；电磁波到达时刻rt，在间隔t后再发送一道声波，波速sV；声波到达时刻st，距离tttvvvvdrssrsr若rV远大于sV，如果发送端同步发送电磁波和声波，则rssttvd（2）测量波的往返时间A、发送端于时刻0t向参考点发送一个信号，B、参考点接收到该信号后，等待一段时间t后返回一个同样的信号，C、发送端记录收到回复的时间t;信号往返的时间为0ttD、信号在两点间传播所用的时间为2/0'ttttF、根据信号传播的速度v，两点间的距离20'tttvvtd2.位置计算方法（也称多点测量）平面上定位，取三个参考点，以每个参考点为圆心，到该参考点的距离为半径画圆，目标必在圆上，平面上三个圆交于一点，实际中取用超过三个参考点（多参考点），用最小二乘法减少误差TDOA：基于距离（时间）差的定位（TimeDifferenceofArrival,TDoA）原理：根据不同参考点接受测量目标发送信号的时间差算距离差，从而计算出测量目标位置测量方法：1.距离差测距方法测量目标广播一个信号，参考点i，j分别记录接收到信号的时刻jitt和，时间差为jiijttt假设信号发出的时刻为0t，传播速度为v，测量目标到i，j的距离差jijijiijttvttvttvddd)()(002.位置计算方法（1）每次测量结果，参考点坐标jjiiyxyx,,,，到参考点的距离ijd构建方程：2222jjiiijyyxxyyxxd（2）要在平面上唯一确定目标的坐标，至少需要两组测量结果，三个参考点（3）实际中，使用多组测量结果，用最小二乘法来减少误差4-6.什么是电磁波传播的多径效应电磁波向四周发散，障碍物反射电磁波，反射波和原始波在接收端混叠的现象4-7.基于信号特征的定位原理与方法是什么？原理：射频信号的信号强度（RSS：ReceivedSignalStrength）随传播距离衰减，根据Friis方程，在与发送源距离为d的地方即受到的信号功率为rttGGPddP2r4)(通过测量接收到的信号功率，根据此式计算出到发送端的距离。方法：将信号强度看成一个“特征”。假设在一个区域内布置了N个参考节点，它们向外发送射频信号。当需要定位时，可以在区域的任何位置测出N个信号的强度，得到一个N维的特征向量，被称为RSS指纹。可以事先测出区域中每个位置的RSS特征向量，做成一幅RSS特征地图。然后RSS指纹与RSS特征地图进行比对，就可以找出目标所在的位置。5-1、互联网基本组成。在互联网中，各种终端互联互通的通道主要由通信链路和数据交换设备组成。（1）通信链路：承载数据传输，根据物理传播介质的不同，可以分为很多种类如同轴电缆、光纤、无线电频谱。不同通信链路的数据传输速率和有效传输距离有显著的区别。（2）数据交换设备：为每个传入的数据包分配与其目的终端相匹配的传出通信链路。链路交换机和路由器是主要的数据包交换设备。终端、链路交换机和路由器彼此之间通过协议进行传输和转发控制。5-2、FDMA、TDMA、CDMA的区别。（1）频分多址（frequencydivisionmultipleaccess，FDMA）也称频分复用，把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。在移动通信中，也是将一个频段分成多个小的频段，让不同的用户使用不同的小频段。（2）时分多址（timedivisionmultipleaccess，TDMA）把时间分割成互不重叠的时段（帧），再将帧分割成互不重叠的时隙（信道）与用户具有一一对应关系，依据时隙区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接，达到同时传输多路信号的目的。在GSM中多被采用。（3）码分多址（codedivisionmultipleaccess，CDMA）将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把带宽信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。两点概念：一是扩频编码，二是扩频编码是正交的。原理比喻：同一教室用三种语言交流5-3、什么是移动通信中的呼吸效应和远近效应（1）呼吸效应：在CDMA系统中，基站的实际有效覆盖面积会随着用户的增多（干扰增强）而缩小，反之则会增大。（2）远近效应：手机用户到基站的距离是不断变化的，固定的通信功率不仅会造成严重的功率过剩（离基站很近的地方依然用大功率来传输数据），而且可能形成有害的电磁辐射。5-4、什