物联网技术与应用复习知识点

第一章 1 物联网定义物联网定义 物联网是指物体的信息通过智能感应装置 经过传输网络 到达指定的信息处理中心 最 终实现物与物 人与物之间的自动化的信息交互与处理的智能网络 2物联网三大特征物联网三大特征 1 全面感知 利用射频识别 二维码 传感器等感知 捕获 测量技术随时随地对物体进行 信息采集和获取 2 可靠传送 通过将物体接入信息网络 依托各种通信网络 随时随地进 行可靠的信息交互和共享 3 智能处理 利用各种智能计算技术 对海量的感知数据和信息 进行分析并处理 实现智能化的决策和控制 4 面向物联网的传感技术面向物联网的传感技术 1 低耗自组 异构互连 泛在协同的无线传感网络 2 智能化传感器网络节点研究 3 传感器网络组织结构及底层协议研究 4 对传感器网络自身的检测与控制 5 传感器网络的安全问题 6 先进测试技术及网络化测控 5 物联网中的智能技术物联网中的智能技术 智能技术是为了有效地达到某种预期的目的 利用知识所采用的各种方法和手段 1 人工智能理论研究 2 机器学习 3 智能控制技术与系统 4 智能信号处理 8 什么是什么是 IPv6 IPv6 是 Internet Protocol Version 6 的缩写 也被称作下一代互联网协议 它是由 IETF 设计 的用来替代现行的 IPv4 协议的一种新的 IP 协议 9 IPv6 与物联网的关系与物联网的关系 物联网的发展与 IPv6 紧密联系 因为每个物联网链接的对象都需要 IP 地址作为识别码 而目前 IPv4 的地址已经不够用 IPv6 拥有巨大的地址空间 他的地址空间完全可以满足结点 标识的需要 第二章 1 物联网层次结构模型物联网层次结构模型 1 信息感知层 实现对物理世界的智能感知识别 信息采集处理和自动控制 并通过通信 模块将物理实体连接到网络层和应用层 2 物联接入层 主要任务是将信息感知层采集到的信息 通过各种网络技术进行汇总 将大 范围内的信息整合到一块 以供处理 3 网络传输层 基本功能是利用互联网 移动通信网 传感器网络及其融合技术等 将感知 到的信息无障碍 高可靠性 高安全性地进行传输 远距离传输 4 技术支撑层 主要任务是开展物联网基础信息运营与管理 是网络基础设施与架构的主体 5 应用接口层 物联网和用户 包括人 组织和其他系统 的接口 主要完成服务发现和服务 呈现的工作 5 物联网网关是什么物联网网关是什么 是一种跨信息感知层和网络传输层的设备 6 物联网的应用物联网的应用 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 8 物联网体系的特点物联网体系的特点 实时性 大范围 自动化 全天候 9 RFID 的缺点的缺点 1 RFID 读写器不能实时感应环境的变换 2 覆盖范围受限 优点 1 扫描识别性能强 2 数据的记忆体容量有不断扩大趋势 3 抗污染能力和耐久性比较 好 4 可重复使用 5 体积小型化 形状多样化 6 安全性 叮叮小文库 2 10 基于传感器的物联网基于传感器的物联网 从传感器技术出发 可在传感网络的基础上建立基于传感技术的物联网 由传感器 通信网络 和信息处理系统为主构成的传感网技术具有实时数据采集 监督控制和信息共享与存储管理 等功能 11 物联网与泛在网的关系物联网与泛在网的关系 泛在网使之无所不在的网络 相对于物联网技术的当前可实现性来说 泛在网属于未来信息网 络技术发展的理想状态和长期愿景 对于物联网 传感网 广电网 互联网 电信网等网络相互融 合形成的网络 成为泛在网 12 传感器网络与传感器网络与 RFID 的关系的关系 RFID 和传感器具有不同的技术特点 传感器可以检测感应到各种信息 但缺乏对物品的标识 能力 而 RFID 技术恰恰具有强大的标识物品能力 但是 RFID 读写器不能实时感应当前环境的 改变 而且受到距离的影响 而传感器网络较长的有效距离将拓展 RFID 技术的应用范围 传感 器 传感器网络和 RFID 技术都是物联网技术的重要组成部分 13 物联网四大支柱业务群物联网四大支柱业务群 RFID 传感网 M2M 两化融合 14 物联网四大支撑网络物联网四大支撑网络 短距离无线通信 ZigBee 蓝牙 RFID 长距离无线通信 GPRS 3G 4G 短距离有线通信 ModBus DeviceNet 长距离有线通信 计算机网 广电网 电信网 15 物联网与传感器网络的关系物联网与传感器网络的关系 不同点 1 传感网更强调感知能力 而不注重对物体的标识和指示 物联网则强调 人感知物 强调标识物的手段 除传感器外 还有射频识别 二维码 一维码等 2 物联网的概念相对比传感器大一些 3 在人为参与度方面也有不同 物联网是规模化 的信息整合 一般还需要人的参与和主动搜索 传感网几乎无需人工干预 相同点 目标都是突破人与人通信的模式建立物与物 物与人之间的通信 16 短距离无线通信同长距离无线通信的区别短距离无线通信同长距离无线通信的区别 1 短距离无线通信的主要特点为通信距离短 覆盖距离一般在几十米到 200 米以内 覆 盖的范围响应也比较小 2 无线发射器的发射功率较低 发射功率一般小于 100mV 3 自由地连接各种个人便携式电子设备 计算机外部设备和各种家用电气设备 实现信 息共享和多业务的无线传输 4 不用申请无线频道 区别于无线广播等长距离无线传输 5 高频操作 工作频段一般以 GHZ 为单位 17 无线局域网的特点无线局域网的特点 1 机动性高 移动性强 2 安装过程简单而快速 3 可与有线网络紧密结合 4 安全保密功能让数据传输更具保障 5 组网灵活 即插即用 不必改变现有网络构架 6 解决有线网络布设困难时的传输问题 7 可以把网络应用延伸到室外 18 短距离无线通信短距离无线通信 有线无线的比较有线无线的比较 有线接入 无线接入 属固定投资 不可搬移 可移动性强 提供富有个性的服务 施工需考虑地形取得政府同意 频谱资源开放使用 施工周期长不利于抢占市场 施工简便周期短 易于网络快速接入 成本回收周期长 低成本易扩展 性能非常可靠 性能可靠 适合长期大规模客户 适合非长期零散用户 叮叮小文库 3 19 RFID 技术的定义技术的定义 RFID 技术是一种非接触式的自动识别技术 它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 识别工作无需人工干预 可工 作于各种恶劣环境 RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签 操作快捷方便 20 RFID 的组成的组成 标签 阅读器 天线 21 RFID 的工作原理的工作原理 标签进入磁场后 如果接收到阅读器发出的特殊射频信号 就能凭借感应电流所获得的能 量发送出存储在芯片中的产品信息 即 Passive Tag 无源标签或被动标签 或者主动发送某 一频率的信号 即 Active Tag 有源标签或主动标签 阅读器读取信息并解码后 送至中央 信息系统进行有关数据处理 22 RFID 的耦合方式的耦合方式 以 RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成 感应耦合 Inductive Coupling 及后向散射耦合 Backscatter Coupling 两种 一般低频的 RFID 大都采用第 一种式 而较高频大多采用第二种方式 23 传感网 物联网与泛在网络的关系 24 有线局域网和无线局域网的定义有线局域网和无线局域网的定义 1 有线局域网 采用传统线缆 交换机或集线器及计算机等终端设备组成覆盖局部地域的网 络 用户通过该网络完成信息交互功能 2 无线局域网 是以射频无线电波通信技术构建的局 域网 虽不采用线缆 但也能提供传统有线局域网的所有功能 25 Ad hoc 网络是什么网络是什么 需要一种不依赖于固定基础设施 并且能够快速和灵活配置的移动通信网络技术 Ad Hoc 网络就是为了满足这种特殊应用需求而产生的 26 Ad hoc 网络组成网络组成 1 由一组带有无线通信收发装置的移动终点组成 2 网络中每个移动终端自由移动 3 网络中所有移动终端地位相等 4 可以在任何时候 任何地点快速构建 5 不需要现有信息基础网络设施的支持 叮叮小文库 4 6 是一个多跳 临时 无中心网络 27 Ad hoc 网络缺点网络缺点 安全性差 网络的可扩展性不强 存在单向的无线信道 生存时间短 28 什么是无线什么是无线 Mesh 网络网络 无线 Mesh 网络是通过无线链路把固定的和移动的节点连接起来 构成一个多跳的移动自 组织网络 在这种网络中 节点由 Mesh 路由和 Mesh 客户端两种节点构成 每个节点都具 有路由器和中继器的功能 可以为网络的其它节点存储转发数据包 29 无线无线 Mesh 网络设计思想网络设计思想 任何设备节点都可以作为接入点 AP 和路由器 每个节点都可以接收和发送数据 每个节点都可以和对等节点直接通信 不再需要基站转发 和 Internet 网络一样 当一条传送线路中断时 可以选择另一条线路进行连接 30 无线无线 MESH 网络的产生网络的产生 蜂窝移动系统在应用上的局限性 Ad Hoc 网络使用场合 WLAN 在技术上的缺 陷 31 无线无线 mesh 网络结构网络结构 1 客户 Mesh 网络 2 骨干 Mesh 网络 3 混合 Mesh 网络 32 无线无线 MESH 网络与蜂窝通信技术的比较网络与蜂窝通信技术的比较 1 可靠性 无线 MESH 网络采用多跳网络结构 是多点对多点的通信 蜂窝通信 是点到多点的通信 当一条传输线路中断时 无线 MESH 网络可以寻找代替线 路 而蜂窝通信技术则不能 所以其可靠性更好 2 成本 WMN 中 大大节省了骨干网络的建设成本 而且接入点 WMN 路由 器等基础设施 要比基站便宜的多 而且维护方便 3 控制方式 WMN 是分布式的控制 蜂窝通信是集中式 4 传输速率大大提高 33 无线无线 MESH 网络与网络与 Ad hoc 网络的比较网络的比较 1 WMN 注重的是 无线 而 Ad hoc 网络更强调的是 移动 2 WMN 多为静态或弱移动的拓扑 而 Ad hoc 网络多为随意移动 包括高速移动 的 网络拓扑 3 WMN 节点的主要业务是来往于因特网网关的业务 Ad hoc 网络节点的主要 业务是任意一对节点之间的业务流 4 WMN 主要是因特网或宽带多媒体通信业务的接入 Ad hoc 网络主要应用在 军事上或其他专业通信 还未进行大规模的商用 34 无线无线 MESH 网络与其他通信网络的区别网络与其他通信网络的区别 35 无线无线 MESH 网络优点网络优点 叮叮小文库 5 与现有的网络兼容 结构灵活 组网方便 可靠性高 低成本 高宽带 非视距传输 36 无线无线 MESH 网络不足网络不足 互操作性 通信延迟 安全 37 移动通信网移动通信网 早期移动通信系统 采用大区制早期移动通信系统 采用大区制 特点 高架天线 大功率发射机 增大覆盖面积 缺点 传输损耗随着距离的增加而增加 而且与地形环境密切相关 因而终端与 基站之间的通信距离是有限的 服务范围受到限制 可容纳的用户数是有限制 的 无法满足大容量的要求 38 移动通信网区群的含义移动通信网区群的含义 相邻的使用不同频道所有小区 这些小区共同使用了系统提供的所有频率资源 39 什么是卫星通信什么是卫星通信 是指利用人造地球卫星作为中继转发无线电波 再两个或多个地球站之间进行的 通信 40 电力载波是什么电力载波是什么 电力线载波 Power Line Carrier 简称 PLC 是指利用电力线作为信息传输媒介进 行语音或数据传输的一种特殊通信方式 PLC 是电力系统特有的通信方式 用于电力系统的调度通信 保护 生产指挥 行政业务通信及各种信息传输 13 条形码定义条形码定义 将宽度不等的多个黑条和空白 按照一定的编码规则排序 用以表达一组 信息的图形标示符 按码制分 UPC 骂 EAN 码 交叉 25 码 39 码 库德巴码 128 码 93 49 按维数 一维 二维 优点 可靠性强 效率高 成本低 易于制作 构造简单 灵活使用 采集信息量大 结构 静区 起始字符 数据字符 终止字符 静区 二维条码特点 1 信息容量更大 2 准确性更高 3 编码范围广可以表示图像数据 4 纠错能力强 5 保密防伪性好 6 全方位读取 7 可用多种阅读设备阅读 无需另接数 据库 分类 堆叠式 行排式二维码 矩阵式二维码 第三章 1 自动识别是指通过自动识别是指通过非人工非人工手段获取被识别对象所包含的手段获取被识别对象所包含的标识标识信息或信息或特征特征信息 并且不使信息 并且不使 用键盘即可实现数据实时输入计算机或其他微处理器控制设备的技术 用键盘即可实现数据实时输入计算机或其他微处理器控制设备的技术 特点 准确性 高效性 兼容性特点 准确性 高效性 兼容性 根据识别对象的特征 识别原理和方式可以分为根据识别对象的特征 识别原理和方式可以分为数据采集数据采集技术技术 定义识别定义识别 和和特征提取特征提取技术技术 模式识别模式识别 两大类两大类 数据采集技术 光 磁 电存储器数据采集技术 光 磁 电存储器 特征提取技术 静态特征 动态特征 属性特征特征提取技术 静态特征 动态特征 属性特征 工作原理 自动识别系统是一个以工作原理 自动识别系统是一个以信息处理信息处理为主的技术系统 也是一个传感器技术 计算为主的技术系统 也是一个传感器技术 计算 机技术 通信技术综合应用的系统 其机技术 通信技术综合应用的系统 其输入端输入端是是被识别信息被识别信息 输出端输出端是是已识别信息已识别信息 完整的自动识别计算机管理系统包括自动识别系统 应用程序接口或者中间件和应用系统完整的自动识别计算机管理系统包括自动识别系统 应用程序接口或者中间件和应用系统 软件 软件 2 生物特征识别技术是基于某人的生理特征或行为特征用自动化的方法予以辨识或认证的生物特征识别技术是基于某人的生理特征或行为特征用自动化的方法予以辨识或认证的 技术 技术 比较 传统身份鉴定技术是指基于特定持有物和基于特定知识进行身份鉴定的一种技术 比较 传统身份鉴定技术是指基于特定持有物和基于特定知识进行身份鉴定的一种技术 叮叮小文库 6 缺点是 特定持有物易丢失 被盗和遗忘 特定知识则存在记忆上的问题 密码太复杂 缺点是 特定持有物易丢失 被盗和遗忘 特定知识则存在记忆上的问题 密码太复杂 容易遗忘 密码简单 则容易被破译和猜测 容易遗忘 密码简单 则容易被破译和猜测 生物识别技术特点 随身性 安全性 唯一性 稳定性 广泛性 方便性 可采集性 可生物识别技术特点 随身性 安全性 唯一性 稳定性 广泛性 方便性 可采集性 可 接受性接受性 生物识别的主要过程 原始数据获取 特征提取 比较和匹配生物识别的主要过程 原始数据获取 特征提取 比较和匹配 3 常用的生物识别技术 指纹识别常用的生物识别技术 指纹识别 虹膜识别虹膜识别 视网膜识别视网膜识别 签名识别签名识别 面部识别面部识别 声音识别声音识别 4 指纹识别固有特性 确定性 惟一性 可分类性指纹识别固有特性 确定性 惟一性 可分类性 系统构成 读取指纹图像 提取特征 保存数据和比对系统构成 读取指纹图像 提取特征 保存数据和比对 基本过程 通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像基本过程 通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像 要对原始图像进行预处理 使之更要对原始图像进行预处理 使之更 清晰清晰 提取指纹特征 建立指纹的数字表示特征数据提取指纹特征 建立指纹的数字表示特征数据 验证端采集指纹 提取特征验证端采集指纹 提取特征 与数据与数据 库指纹匹配 计算相似度 给出匹配结果 库指纹匹配 计算相似度 给出匹配结果 采集设备 光学采集设备 光学 硅晶体传感器硅晶体传感器 超声波超声波 其他类型其他类型 优点 优点 a 指纹是人体独一无二的特征指纹是人体独一无二的特征 b 可采集的指纹多 最多可达可采集的指纹多 最多可达 10 个 而且每个指纹个 而且每个指纹 都是独一无二的都是独一无二的 c 扫描指纹的速度快 使用非常方便 扫描指纹的速度快 使用非常方便 d 指纹与采集头直接接触 读取特指纹与采集头直接接触 读取特 征方法可靠征方法可靠 e 指纹采集头体积小 价格低廉 指纹采集头体积小 价格低廉 缺点 缺点 a 某些人或某些群体的指纹特征很少 故而很难成像某些人或某些群体的指纹特征很少 故而很难成像 b 过去因为犯罪记录中使用指过去因为犯罪记录中使用指 纹 有些人害怕将指纹记录在案纹 有些人害怕将指纹记录在案 c 实际上现在的指纹鉴别技术都可以不存储任何含有指纹实际上现在的指纹鉴别技术都可以不存储任何含有指纹 图像的数据 而只是存储从指纹中得到的加密的指纹特征数据图像的数据 而只是存储从指纹中得到的加密的指纹特征数据 d 每一次使用指纹时 都会每一次使用指纹时 都会 在指纹采集头上留下用户的指纹印痕 而这些指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性 在指纹采集头上留下用户的指纹印痕 而这些指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性 5 膜识别技术步骤 图像获取膜识别技术步骤 图像获取 像预处理像预处理 特征提取特征提取 特征匹配特征匹配 优点 唯一性 稳定性 可采集性 非侵犯性优点 唯一性 稳定性 可采集性 非侵犯性 缺点 缺点 a 仍未进行唯一性的认证仍未进行唯一性的认证 b 很难将图象获取设备小型化很难将图象获取设备小型化 c 摄像头价格昂贵摄像头价格昂贵 d 镜头可镜头可 能使图象畸变而使可靠性降低能使图象畸变而使可靠性降低 e 黑眼睛极难读取黑眼睛极难读取 f 需要一个较好的光源需要一个较好的光源 6 视网膜识别视网膜识别 优点优点 1 精确度高 错误接受率低于百万分之一 精确度高 错误接受率低于百万分之一 2 生物识别样本稳定 生物识别样本稳定 不磨损 不老化 不受疾病不磨损 不老化 不受疾病 影响 影响 3 难以伪造 是一个最难欺骗的系统 难以伪造 是一个最难欺骗的系统 4 使用者 使用者 不需要和设备直接接触不需要和设备直接接触 缺点 未进行过任何的测试 当前的视网膜识别系统只是用统计学原理进行小规模的试验 缺点 未进行过任何的测试 当前的视网膜识别系统只是用统计学原理进行小规模的试验 而没有进行过现实世界的唯一性认证试验 光照射眼球的背面可能会影响使用者健康 这而没有进行过现实世界的唯一性认证试验 光照射眼球的背面可能会影响使用者健康 这 需要进一步研究 消费者而言 视网膜技术没有吸引力 难进一步降低成本 需要进一步研究 消费者而言 视网膜技术没有吸引力 难进一步降低成本 7 面部识别四步 建立人脸的面像档案 取当前的人体面像面部识别四步 建立人脸的面像档案 取当前的人体面像 当前的面纹编码与档案库存 当前的面纹编码与档案库存 比对 确定面像身份或提出身份选择比对 确定面像身份或提出身份选择 优点 易于使用 非常适合隐蔽进行面像采集 可直观比对 以核查某人身份优点 易于使用 非常适合隐蔽进行面像采集 可直观比对 以核查某人身份 缺点 面部的位置和周围的光环境可能影响系统的精确性 采集图象的设备昂贵缺点 面部的位置和周围的光环境可能影响系统的精确性 采集图象的设备昂贵 8 磁条技术 优点 数据可读写 数据存储量大 便于使用 成本低廉 缺点 数据存储磁条技术 优点 数据可读写 数据存储量大 便于使用 成本低廉 缺点 数据存储 时间长短受磁性粒子时间长短受磁性粒子极性的耐久性限制以及存储数据的安全性较低 极性的耐久性限制以及存储数据的安全性较低 9 IC 卡分为接触式和非接触式卡分为接触式和非接触式 应用系统构成要素 应用系统构成要素 IC 卡 卡 IC 卡接口设备卡接口设备 PC 网络与计算机网络与计算机 特点 存储容量大 体积小 重量小 抗干扰能力强 便于携带 易于使用 安全性高特点 存储容量大 体积小 重量小 抗干扰能力强 便于携带 易于使用 安全性高 10 传感器定义 传感器是一种能把特定的信息传感器定义 传感器是一种能把特定的信息 物理 化学 生物物理 化学 生物 按一定规律变换成某种按一定规律变换成某种 可用信号输出的器件和装置 可用信号输出的器件和装置 功能 物理世界的功能 物理世界的 感觉器官感觉器官 从狭义角度来看 传感器是一种将测量信号转换成电信 从狭义角度来看 传感器是一种将测量信号转换成电信 号的变换器号的变换器 广义角度来看 传感器是指在电子检测控制设备输入部分中起检测信号作用 广义角度来看 传感器是指在电子检测控制设备输入部分中起检测信号作用 的器件的器件 叮叮小文库 7 组成 敏感元件 直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量组成 敏感元件 直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量 的元件 传感元件 又称变换器 能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件的元件 传感元件 又称变换器 能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件 11 按信号变化的特征分为按信号变化的特征分为物性型传感器物性型传感器和和结构型传感器结构型传感器 按用途 分为力传感器 加速度传感器 位移传感器 温度传感器 流量传感器按用途 分为力传感器 加速度传感器 位移传感器 温度传感器 流量传感器 按基本效应分 可以有物理按基本效应分 可以有物理 化学 生物等传感器化学 生物等传感器 按工作的物理基础 分为电气式传感器 光学式传感器 机械式传感器按工作的物理基础 分为电气式传感器 光学式传感器 机械式传感器 按按能量关系能量关系 分为 分为有源传感器有源传感器和和无源传感器无源传感器 按测量方式 分为接触式传感器和非接触式传感器按测量方式 分为接触式传感器和非接触式传感器 按输出信号的形式 分为模拟式传感器和数字式传感器按输出信号的形式 分为模拟式传感器和数字式传感器 12 静态特性参数静态特性参数 测量范围和量程测量范围和量程 量程量程 XMAX XMIN 灵敏度灵敏度 指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值 它是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值 它是 输入和输出特性曲线的斜率输入和输出特性曲线的斜率 线性度线性度 指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度 端基线性度端基线性度 传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差 端点平移拟合 在端点连线拟合基础上使直线平移 移动距离为原先的一半端点平移拟合 在端点连线拟合基础上使直线平移 移动距离为原先的一半 独立线性度独立线性度 重复度重复度 迟滞迟滞 分辨力与阈值分辨力与阈值 漂移漂移 精确度精确度 最小二乘线性度最小二乘线性度 bkxy bkxy iii 2 2 ii iiii xxn yxyxn k 2 2 2 ii iiiii xxn yxxyx b 68 0 k25 0 b 25 068 0 xy 7 5 35 0 100 max FS L y L 238 0 1 35 0 2 16 0 3 11 0 4 126 0 5 194 0 6 新型传感器 气敏 温湿 光栅数字 光电式 智能新型传感器 气敏 温湿 光栅数字 光电式 智能 1 EPC 产品电子编码 定义 产品电子编码 定义 旨在为每一件单品建立全球的 开放的标识标准 实现全球范围内对单件产品的跟旨在为每一件单品建立全球的 开放的标识标准 实现全球范围内对单件产品的跟 踪与追溯 从而有效提高供应链管理水平 降低物流成本 踪与追溯 从而有效提高供应链管理水平 降低物流成本 EPC 的载体是的载体是 RFID 电子标电子标 签 并借助互联网来实现信息的传递 签 并借助互联网来实现信息的传递 EPC 是一个完整的 复杂的 综合的系统是一个完整的 复杂的 综合的系统 2EPC 编码特点编码特点 科学性科学性 兼容性兼容性 全面性全面性 合理性合理性 无歧视性无歧视性 叮叮小文库 8 4 目前的目前的 EPC 系统中应用的编码类型主要有三种 系统中应用的编码类型主要有三种 64 位 位 96 位和位和 256 位位 EPC 编码由编码由版本版本 号号 产品域名管理产品域名管理 产品分类部分和序列号产品分类部分和序列号四个字段组成四个字段组成 5 EPC RFID 与条码技术与条码技术 条形码 条形码是应用了不同宽度的黑白条码反射光来编码 具体成本低廉 使用方便 条形码 条形码是应用了不同宽度的黑白条码反射光来编码 具体成本低廉 使用方便 缺点是编码容量不足缺点是编码容量不足 RFID RFID 标签是存储了具体的标签是存储了具体的 EPC 标准的产品编码信息的产品标签 它会因不同应用标准的产品编码信息的产品标签 它会因不同应用 场合的具体要求而表现出不同的封装形式 如纽扣类 场合的具体要求而表现出不同的封装形式 如纽扣类 IC 卡类以及条形码形式等等卡类以及条形码形式等等 EPC EPC 是编码标准 规定了对具体不同商品产品唯一的编码格式 完成是编码标准 规定了对具体不同商品产品唯一的编码格式 完成 RFID 产品信息产品信息 编码编码 7EPC RFID 与条形码相比 优点与条形码相比 优点 1 唯一标识 唯一标识 2 读取方便 读取方便 3 长寿耐用 长寿耐用 4 动态更改 动态更改 5 可扩展性可扩展性 6 保密性强保密性强 8EPC 识别流程识别流程 1EPC 编码读写器读出商品中的编码读写器读出商品中的 EPC 编码信息编码信息 2 由由 EPC 产品管理中间件 传输到产品管理中间件 传输到 Internet 中中 3 经过网络传到经过网络传到 ONS 服务器 找到该服务器 找到该 EPC 对应的对应的 IP 地址 由地址 由 IP 地址找到地址找到 PML 服务器 服务器 从产品信息的数据库中 获取相关实物信息并作相应处理从产品信息的数据库中 获取相关实物信息并作相应处理 9 物联网与物联网与 EPC RFID 技术应用展望技术应用展望 1 零售业 零售业 2 物流业 物流业 3 制造业 制造业 4 有效防伪 有效防伪 5 军事领域军事领域 1 MEMS 产品电子编码产品电子编码 定义定义 微机电系统 MEMS 从广义上讲 MEMS 是指集微型传感器 微型执行器 以及信号处理和控制电路 甚至接口电路 通信和电源于一体的微型机电系统 特点特点 1 微型化特点 2 多样化特点 3 稳定性特点 4 集成化特点 5 批量化特 点 6 广义化特点 优点优点 MEMS 器件和系统具有体积小 重量轻 功耗小 成本低 可靠性高 性能优异 功能强大 可以批量生产 信息系统分为以下几种信息系统分为以下几种 MIS 管理信息系统 DSS 决策支持系统 只能决策支持系 叮叮小文库 9 统 空间信息系统 2 GIS 1 地理信息系统的组成地理信息系统的组成 系统硬件 系统软件 空间数据库 用户 GIS 的操作对象是地理实体或空间数据 地理空间数据 2 信息的特征信息的特征 客观性 适用性 可传输性共享性 空间分布性 数据量大信息载 体的多样性 3 功能功能 1 数据采集与编辑 2 数据存储与管理 3 数据处理和变换 4 空间分析和 统计 5 产品制作与显示 6 二次开发和编程 4 点线面的实例点线面的实例 1 GIS 用于全球环境变化动态监测 2 GIS 用于自然资源调查与 管理 3 GIS 用于城市 区域规划和地籍管理 4 GIS 用于预测和辅助决策 GIS 空间数据分为以下几种类型空间数据分为以下几种类型 1 按数据来源分类按数据来源分类 1 地图数据 2 影像数据 3 地形数据 4 属性数据 5 元数据 数 据的数据 2 按数据所表达的地理实体几何形状分类按数据所表达的地理实体几何形状分类 1 点数据 2 线数据 3 面数据 地理实体的特征地理实体的特征 属性特征 空间特征 时间特征 9 矢量数据矢量数据 矢量结构的特点矢量结构的特点 属性隐含 定位明显 点实体点实体 记录点坐标和属性代码 线实体线实体 记录两个或一系列采样 面实体面实体 记录边界上一系列采样点的坐标 由于多边形封闭 边界为闭合环 加面域属性代码 北斗系统和北斗系统和 GPS 的比较的比较 1 无线传感器网络无线传感器网络 术语的标准定义术语的标准定义 无线传感器网络无线传感器网络 WSN 是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构 成的无线网络 目的是协作地采集 处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监成的无线网络 目的是协作地采集 处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监 测信息 并报告给用户 测信息 并报告给用户 2 传感器网络基本工作过程传感器网络基本工作过程 1 传感器节点的处理器模块完成计算与控制功能 射频模块完成无线通信传输传感器节点的处理器模块完成计算与控制功能 射频模块完成无线通信传输 功能 传感器探测模块完成数据采集功能 通常由电池供电 封装成完整的低功能 传感器探测模块完成数据采集功能 通常由电池供电 封装成完整的低 功耗无线传感器网络 功耗无线传感器网络 叮叮小文库 10 2 网关节点只需要具有处理器模块和射频模块 通过无线方式接收探测终端网关节点只需要具有处理器模块和射频模块 通过无线方式接收探测终端 发送来的数据信息 再传输给有线网络的发送来的数据信息 再传输给有线网络的 PC 机或服务器 机或服务器 3 各种类型的低功耗网络终端节点可以构成星形拓扑结构 或者混合型的各种类型的低功耗网络终端节点可以构成星形拓扑结构 或者混合型的 ZigBee 拓扑结构 有的路由节点还可以采用电源供电方式 拓扑结构 有的路由节点还可以采用电源供电方式 4 当通信环境发生变化导致两个节点失效时 先前借助它们传输数据的其他当通信环境发生变化导致两个节点失效时 先前借助它们传输数据的其他 节点将自动重新选择路由 保证在网络出现故障时能够实现自动愈合 节点将自动重新选择路由 保证在网络出现故障时能够实现自动愈合 3 无线传感器网络与无线传感器网络与 Ad hoc 网络的比较网络的比较 不同点 不同点 1 网络功能 网络功能 WSN 是以获取感知信息为主要目的信息采集网络 是以获取感知信息为主要目的信息采集网络 AD hoc 是解决人与人 设备与设备之间信息传输是解决人与人 设备与设备之间信息传输 2 结点能力 结点能力 WSN 小型化 低成本 低功耗 处理能力低 通信速率与通信小型化 低成本 低功耗 处理能力低 通信速率与通信 距离有限 距离有限 AD hoc 处理与存储能力 通信能力 可靠性相对强大 处理与存储能力 通信能力 可靠性相对强大 3 网络形态 网络形态 WSN 大规模 密度高 大规模 密度高 AD hoc 是小型网络 密度高后冲突增大 是小型网络 密度高后冲突增大 4 拓扑结构 拓扑结构 WSN 是一到多 多到一 结点到用户 结点间一般不存在通信 是一到多 多到一 结点到用户 结点间一般不存在通信 AD hoc 是任意的点到点是任意的点到点 5 业务特征 业务特征 WSN 由用户发起查询或节点检测到异常或周期报告 业务量低 由用户发起查询或节点检测到异常或周期报告 业务量低 AD hoc 是传输语音 数据 视频等业务 业务量高 是传输语音 数据 视频等业务 业务量高 6 关注问题 关注问题 WSN 以数据为中心 电池供电 能量有限 所以限制其网络协以数据为中心 电池供电 能量有限 所以限制其网络协 议算法设计强点简单高效 议算法设计强点简单高效 AD hoc 以通信为目的 与能量无关 以网络容量 以通信为目的 与能量无关 以网络容量 Qos 业务传输的有效性为主 业务传输的有效性为主 相同点 不依托任何网络基础设施的情况下开展工作 都可以依靠节点之间的相同点 不依托任何网络基础设施的情况下开展工作 都可以依靠节点之间的 自组织行为对信道资源的使用以及在网络拓扑动态变化的情况下实现多跳路由自组织行为对信道资源的使用以及在网络拓扑动态变化的情况下实现多跳路由 转发等功能 转发等功能 4 无线传感器网络的特征无线传感器网络的特征 1 能量受限能量受限 2 可扩展性 可扩展性 3 健壮性 健壮性 4 环境适应性 环境适应性 5 实时性 实时性 5 传感器网络节点的结构传感器网络节点的结构 传感器模块 传感器 传感器模块 传感器 AD DC 转换器 监测区域内信息的采集和数据转换 转换器 监测区域内信息的采集和数据转换 计算与存贮模块 应用程序 内存 处理器 控制整个传感器节点的操作 存计算与存贮模块 应用程序 内存 处理器 控制整个传感器节点的操作 存 储和处理本身采集的数据和其他节点发来的数据 储和处理本身采集的数据和其他节点发来的数据 无线通信模块 网络层 无线通信模块 网络层 MAC 层 物理层 与其他传感器节点进行无线通信 层 物理层 与其他传感器节点进行无线通信 交换控制信息和收发采集数据 交换控制信息和收发采集数据 能量供应模块 微型电池 为传感器节点提供能量 能量供应模块 微型电池 为传感器节点提供能量 6 传感器节点的限制条件传感器节点的限制条件 电源能量有限电源能量有限 通信能力受限通信能力受限 计算和存储能力受限计算和存储能力受限 7 传感器网络的结构传感器网络的结构 平面结构 等式结构 网络负荷由多条路径共同承担但可扩充性差 平面结构 等式结构 网络负荷由多条路径共同承担但可扩充性差 分层结构 具有很好的扩充性 但能量消耗巨大 分层结构 具有很好的扩充性 但能量消耗巨大 8 传感器网络由数据获取子网 数据分布子网和控制管理中心三部分组成 主传感器网络由数据获取子网 数据分布子网和控制管理中心三部分组成 主 要组成部分是集成了传感器 数据处理单元和通信模块的节点 节点通过协议要组成部分是集成了传感器 数据处理单元和通信模块的节点 节点通过协议 自组织成一个分布式网络 将采集的数据优化后经无线电波传输给信息处理中自组织成一个分布式网络 将采集的数据优化后经无线电波传输给信息处理中 心 心 9 传感器网络节点的体系传感器网络节点的体系 由分层的网络通信协议 网络管理平台和应用支撑平台三个部分 由分层的网络通信协议 网络管理平台和应用支撑平台三个部分 10 结点封装示例 结点封装示例 1 密封型封装罩密封型封装罩 2 锥形罩锥形罩 叮叮小文库 11 11 传感器网络的关键技术传感器网络的关键技术 1 无线通信技术 无线通信技术 2 低功耗设计问题 低功耗设计问题 3 嵌入式操作系统设计 嵌入式操作系统设计 4 多条自组织 多条自组织 的网络路由的网络路由 5 数据融合方法 数据融合方法 6 如何保护机密数据和防御网络攻击 如何保护机密数据和防御网络攻击 12 组网特点 自组织性 以数据为中心 应用相关性 动态性 网络规模大和组网特点 自组织性 以数据为中心 应用相关性 动态性 网络规模大和 需要高的可靠性等 需要高的可靠性等 13 传感器网络的特点传感器网络的特点 传感器网络的节点数量大传感器网络的节点数量大 传感器节点有一定的故障率传感器节点有一定的故障率 传感器网络节点的限制传感器网络节点的限制 传感器网络的拓扑结构变化快传感器网络的拓扑结构变化快 以数据为中心以数据为中心 14 物理层特点物理层特点 灵活的信道宽度灵活的信道宽度 前向纠错前向纠错 自适应天线系统自适应天线系统 AAS 可改善通信距离 提高系统容量 可改善通信距离 提高系统容量 动态频率选择动态频率选择 DFS 可帮助减小干扰 可帮助减小干扰 空时编码空时编码 STC 通过空间分集提高在衰落环境下的性能 通过空间分集提高在衰落环境下的性能 15 IEEE802 16 实现了实现了 OSI 模型中的数据链路层的大部分功能 从上到下包括 模型中的数据链路层的大部分功能 从上到下包括 会聚子层 公共部分子层 加密子层 安全子层 会聚子层 公共部分子层 加密子层 安全子层 16 802 16 系列标准协议栈按照两层体系结构组织 主要对网络的低层 即系列标准协议栈按照两层体系结构组织 主要对网络的低层 即 MAC 层和物理层进行了规范 层和物理层进行了规范 主要包括 主要包括 1 MAC 层 物理层 毫米波频率范围层 物理层 毫米波频率范围 2 点对多点 点对多点 PMP 拓扑结构 拓扑结构 3 网格网 网格网 Mesh 拓扑结构 拓扑结构 4 用户站 用户站 SS 和基站 和基站 BS 1 应用层的基础性技术 时间同步机制 定位技术 数据融合 能量管理和安应用层的基础性技术 时间同步机制 定位技术 数据融合 能量管理和安 全机制等 全机制等 3 传感器网络时间同步机制的意义和作用传感器网络时间同步机制的意义和作用 1 传感器节点需要彼此协作 去完成复杂的监测和感知任务 例如数据融合 传感器节点需要彼此协作 去完成复杂的监测和感知任务 例如数据融合 2 传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的 传感器网络的一些节能方案是利用时间同步来实现的 如休眠如休眠 唤醒机制 唤醒机制 同步机制为本地时钟提供相同的时钟基准 同步机制为本地时钟提供相同的时钟基准 4 时间同步协议的特点时间同步协议的特点 1 结点造价低 体积小 不安装同步器件 结点造价低 体积小 不安装同步器件 2 结点无人值守 有限能量 侦听通信会消耗能量 运行同步协议需考虑消耗 结点无人值守 有限能量 侦听通信会消耗能量 运行同步协议需考虑消耗 的能量 的能量 3 现有网络的时间同步机制关注于最小化同步误差来达到最大的同步精度方面 现有网络的时间同步机制关注于最小化同步误差来达到最大的同步精度方面 很少考虑计算和通信的开销及能量消耗 很少考虑计算和通信的开销及能量消耗 5 TPSN 协议的操作过程协议的操作过程 前提条件 前提条件 假设每个传感器结点都有唯一的标识号假设每个传感器结点都有唯一的标识号 ID 结点间的无线通信链路是双向的 结点间的无线通信链路是双向的 通过双向的消息交换实现结点间的时间同步 将整个网络内所有结点按照层次通过双向的消息交换实现结点间的时间同步 将整个网络内所有结点按照层次 结构进行管理 负责生成和维护层次结构 结构进行管理 负责生成和维护层次结构 第一个阶段生成层次结构 第二个阶段实现所有树节点的时间同步 第一个阶段生成层次结构 第二个阶段实现所有树节点的时间同步 叮叮小文库 12 6 什么是什么是 TPSN 同步协议 同步协议 1 采用层次结构 实现网络结点的时间同步 采用层次结构 实现网络结点的时间同步 2 所有结点按照层次结构进行逻辑分级 表示结点到根结点的距离 所有结点按照层次结构进行逻辑分级 表示结点到根结点的距离 3 通过基于发送者 通过基于发送者 接收者的结点对方式 每个结点与上一级的一个结点进行接收者的结点对方式 每个结点与上一级的一个结点进行 同步 从而最终所有结点都与根结点实现时间同步 同步 从而最终所有结点都与根结点实现时间同步 7 传感器网络的定位方法分类 传感器网络的定位方法分类 1 根据是否依靠测量距离 分为基于测距的定位和不需要测距的定位 根据是否依靠测量距离 分为基于测距的定位和不需要测距的定位 2 根据部署的场合不同 分为室内定位和室外定位 根据部署的场合不同 分为室内定位和室外定位 3 根据信息收集的方式 网络收集传感器数据称为被动定位 节点主动发出根据信息收集的方式 网络收集传感器数据称为被动定位 节点主动发出 信息 用于定位称为主动定位 信息 用于定位称为主动定位 8 定位的含义 指自组织的网络通过特定方法提供节点的位置信息 定位的含义 指自组织的网络通过特定方法提供节点的位置信息 9 能量管理的意义 能量管理的意义 随着通信距离的增加 能耗急剧增加 通常为了降低能耗 应尽量减小单跳通随着通信距离的增加 能耗急剧增加 通常为了降低能耗 应尽量减小单跳通 信距离 信距离 多个短距离跳的数据传输比一个长跳的传输能耗会低些 在传感器网络中要减多个短距离跳的数据传输比一个长跳的传输能耗会低些 在传感器网络中要减 少单跳通信距离 尽量使用多跳短距离的无线通信方式 少单跳通信距离 尽量使用多跳短距离的无线通信方式 传感器节点通常由四个部分组成 处理器单元 无线传输单元 传感器单元传感器节点通常由四个部分组成 处理器单元 无线传输单元 传感器单元 和电源管理单元 传感器单元能耗与应用特征相关 采样周期越短 采样精度和电源管理单元 传感器单元能耗与应用特征相关 采样周期越短 采样精度 越高 能耗越大 越高 能耗越大 由于传感器单元的能耗要比处理器单元和无线传输单元的能耗低得多 可由于传感器单元的能耗要比处理器单元和无线传输单元的能耗低得多 可 以忽略 通常只讨论处理器单元和无线传输单元的能耗问题 以忽略 通常只讨论处理器单元和无线传输单元的能耗问题 10 传感器网络的电源节能方法传感器网络的电源节能方法 1 休眠机制休眠机制 2 数据融合 数据融合 11 数据融合的定义 数据融合的定义 1 数据融合是多信源 多层次的处理过程 每个层次代表信息的不同抽象程度 数据融合是多信源 多层次的处理过程 每个层次代表信息的不同抽象程度 2 数据融合过程包括数据的检测 关联 估计与合并数据融合过程包括数据的检测 关联 估计与合并 3 数据融合的输出包括低层次上的状态身份估计和高层次上的总战术态势的评数据融合的输出包括低层次上的状态身份估计和高层次上的总战术态势的评 估估 12 数据融合的作用 数据融合的作用 提高信息的准确性和全面性提高信息的准确性和全面性 降低信息的不确定性降低信息的不确定性 提高系统的可靠性提高系统的可靠性 增加系统增加系统 的实时性的实时性 2929 定向扩散路由协议是一种基于查询的路由机制 定向扩散路由协议是一种基于查询的路由机制 扩散节点通过兴趣信息发出查询任务 采用洪泛方式传播兴趣信息到整个区域或部分扩散节点通过兴趣信息发出查询任务 采用洪泛方式传播兴趣信息到整个区域或部分 区域内的所有传感器节点 兴趣信息用来表示查询的任务 表达了网络用户对监测区域内区域内的所有传感器节点 兴趣信息用来表示查询的任务 表达了网络用户对监测区域内 感兴趣的具体内容 例如监测区域内的温度 湿度和光照等数据 感兴趣的具体内容 例如监测区域内的温度 湿度和光照等数据 在兴趣信息的传播过程中 协议将逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源到在兴趣信息的传播过程中 协议将逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源到 汇聚节点的数据传输梯度 传感器探测节点将采集到的数据沿着梯度方向传送给汇聚节点汇聚节点的数据传输梯度 传感器探测节点将采集到的数据沿着梯度方向传送给汇聚节点 1 通信与组网技术 通信与组网技术 通信处于传感器网络的最底层 包括物理层及通信处于传感器网络的最底层 包括物理层及 MAC 层 层 主要解决实现数据的点到点或则点到多点的传输问题 为上层组网提供通信服务 主要解决实现数据的点到点或则点到多点的传输问题 为上层组网提供通信服务 同