物联网技术导论 -课件 第2章 物联网体系结构

物联网

技术导论数字经济系列教材第2章

物联网体系结构物联网

技术导论012.1物联网体系结构的层次模型02032.2体系结构的层次2.3关键技术目录CONTENTS2.1物联网体系结构的层次模型分层模型分层可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题。各种网络的体系结构都是按照分层的思想建立的，最典型的就是国际互联网。ISO(国际标准化组织)提出的开放系统互连参考模型OSI/RM(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)，是世界范围内各类网络互连的标准参考模型。OSI/RM七层体系结构4应用层1网络接口层2网际层IP(各种应用层协议，如DNS,HTTP,SMTP等)3运输层(TCP或UDP)（这一层并没有具体内容）国际互联网的四层TCP/IP体系结构2.1物联网体系结构的层次模型分层模型物联网的分层设计是按照数据流动的关系对整个物联网进行分割。各层间通过标准的接口进行互联，以便物联网的设计者、设备厂家、服务提供商可以专注于本领域的工作。关于物联网的体系结构，学术界和工业界迄今并未达成共识，但大多参照互联网分层的方法提出物联网的分层模型。物联网领域当前主要有以下几种典型的分层方法：三层模型六层模型四层模型2.1物联网体系结构的层次模型分层模型-三层模型物联网三层模型是当前最常见、使用最广泛的层次模型。其将物联网分为感知层、网络层和应用层三层。物联网体系结构的经典三层模型2.1物联网体系结构的层次模型分层模型-六层模型在物联网的三层架构的基础上，每层还可以细分，这样就产生了物联网的六层扩展架构。六层架构包括感知子层、汇聚子层、接入网络层、通用网络层、应用业务层和应用服务层。其中，感知层包括感知子层和汇聚子层，网络层包括接入网络层和通用网络层，应用层包括应用业务层和应用服务层。物联网体系结构的六层模型六层扩展架构三层架构应用服务层应用层应用业务层通用网络层网络层接入网络层汇聚子层感知层感知子层2.1物联网体系结构的层次模型分层模型-四层模型物联网体系结构的三层模型，将数据处理等功能隐藏到了应用层中，物联网数据存储和智能处理等细节被屏蔽，其中的计算机科学与技术问题容易被忽略。而六层模型又过于复杂，不利于技术描述和应用推广。四层模型的物联网体系结构分为：感知控制层、网络互联层、支撑服务层和综合应用层。相对于经典的三层模型，突出了服务层的作用。本教材按此四层模型架构进行编排和论述。物联网体系结构的四层模型层次内容综合应用层智能工业、智慧农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能家居、智能安防...支撑服务层数据中心、数据库、云计算、数据挖掘、搜索引擎、中间件...网络互联层移动通信网、互联网、有线电视网、行业专网、接入网、WPAN、WLAN、NB-IoT、Lora...感知控制层RFID、传感器、二维码、定位系统、嵌入式系统、WSN...012.1物联网体系结构的层次模型02032.2体系结构的层次2.3关键技术目录CONTENTS2.2体系结构的层次1.感知控制层感知控制层是物联网的前端与基础，相当于人的神经末梢，负责物理世界与信息世界的衔接。其功能是感知周围环境或自身的状态，并对获取的感知信息进行初步处理和判决，按照规则进行响应，并把中间结果或最终结果送往网络层。感知层除了用来采集真实世界的信息外，也可以对物体进行控制。部署在感知层的设备主要有RFID标签和识读器、条码标签与识读器、传感器、执行器、摄像头、IC卡、光学标签、智能终端、红外感应器、GPS、智能手机、机器人、仪器仪表、内置移动通信模块等。2.2体系结构的层次2.网络互联层网络互联层负责感知层与支撑服务层之间的数据传输与处理，感知层采集的数据需要经过通信网络传输到数据中心、控制系统等处进行处理和存储；在物联网建设中，物联网是把传感器连接成传感网，然后再通过现有的互联网（相互连接起来，最后将构成一个全球性的网络；网络层的信息传输可以划分为两个阶段：接入网络阶段和互联网传输阶段。接入网络阶段：感知层的信息通过短距离通信介质传输到互联网上，接入网络为来自感知层的数据提供到互联网的接入手段。互联网传输阶段：通过互联网传输到终端用户。2.2体系结构的层次3.支撑服务层支撑服务层提供物联网资源的初始化，监测资源的在线运行状况，协调多个物联网资源之间的工作，实现跨域资源间的交互、共享、调度；支撑服务层利用云计算、大数据和人工智能等技术与平台，为感知数据的存储分析提供支撑服务，实现感知数据的语义理解、推理、决策，以及提供数据的查询，存储，分析挖掘等功能。海量感知信息的计算与处理是物联网的支撑核心。支撑服务层利用云计算平台实现海量感知数据的动态组织与管理。随着物联网应用的发展，终端数量的增长，借助云计算处理海量信息，进行辅助决策，可有效提升物联网的信息处理能力。2.2体系结构的层次4.综合应用层综合应用层利用经过分析处理的数据，为用户提供多种不同类型的服务，辅助用户做出正确的控制和决策，实现智能化的管理应用；可划分为两个子层：一个是应用业务子层；另一个是应用服务子层。应用业务子层主要进行与业务相关的数据处理，完成跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能，应用服务子层主要是为终端用户提供所需要的服务程序；物联网的应用可分为监控型（如物流监控、污染监控）、查询型（如智能检索、远程抄表）、控制型（如智能交通、智能工业）、扫描型（手机钱包、高速公路不停车收费ETC）等。应用是物联网发展的目的。利用感知、传输、处理后的信息，构建面向各行业实际应用的管理平台和运行平台，为用户提供丰富的特定服务，这是物联网的终极追求。012.1物联网体系结构的层次模型02032.2体系结构的层次2.3关键技术目录CONTENTS2.3关键技术感知控制层关键技术RFID标签与应用传感器应用感知数据融合无线传感器网络嵌入式硬件结构设计与实现嵌入式软件编程智能硬件设计与实现可穿戴设备设计与实现位置定位方法与位置服务基于位置服务技术与应用2.3关键技术网络互联层关键技术计算机网络技术终端设备接入技术移动通信网4G/5G技术M2M与WMMP协议网络管理与应用技术2.3关键技术支撑服务层关键技术中间件技术并行计算