物联网的结构组成

第二章物联网结构，第一章目录，2.1物联网工作原理和特点2.2物联网体系结构概述2.3感知层2.4网络层2.5应用层2.6多视角物联网体系结构2.7国内外物联网体系结构研究2.8物联网安全策略和统一访问控制。本章首先概述了物联网的工作原理和特点，然后重点介绍了物联网的结构。本章将从三个方面阐述物联网的结构：国内外研究现状，物联网的总体结构，以及从不同角度对物联网的结构分类。最后，以工程总承包结构在实践中的应用为例，具体阐述了物联网的各个环节。2.1.1物联网的工作原理是利用射频自动识别技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别、信息的互联和共享以及智能控制。在物联网的概念中，射频识别标签存储标准化和可互操作的信息，这些信息通过无线数据通信网络自动收集到中央信息系统中，以实现物品(商品)的识别，然后通过开放的计算机网络实现信息交换和共享，以实现对物品的“透明”管理。2.1.2物联网工作步骤，1 . 1 . 2可视状态事件处理机制，技术问题是物联网最关键的问题。物联网是一项综合技术和系统。物联网的开发步骤如下：(1)识别对象的属性，包括静态和动态属性。(2)识别设备需要完成对象属性的读取，并将信息转换成适合网络传输的数据格式。(3)对象的信息通过网络传输到信息处理中心。2.1.3物联网的两个主要特征和三个基本要素。物联网的两个主要特征是第一：无处不在第二：智能三个基本要素。第一个因素是在信息感知方面。综合信息收集是实现物联网的基础。第二个要素是运输网络。无处不在的无线通信网络是实现物联网的重要设施。第三个要素是信息处理。最重要的是如何以低成本处理大量信息。2.2物联网体系结构概述物联网通常被认为有三个层次：底层是感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，顶层是应用层。1 . 1 . 2 isualstate事件处理机制。传感层的传感层包括数据采集设备，例如传感器，包括在数据被接入网关之前的传感器网络。感知层是物联网发展和应用的基础。射频识别技术、传感与控制技术和短程无线通信技术是传感层涉及的主要技术。网络层物联网的网络层将基于现有的移动通信网络和互联网。网络层感知数据管理和处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术，包括传感器网络数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据的决策和行为理论与技术。应用层物联网的应用层通过分析和处理感知数据为用户提供丰富而具体的服务。应用层是物联网发展的目的。2.3.1传感层概述。传感层由各种类型的采集和控制模块组成，如温度传感器、声音传感器、振动传感器、压力传感器、射频识别阅读器、二维码阅读器等。完成物联网应用的数据采集和设备控制功能，还包括传感器网络连接到网关之前的数据。感知层是物联网的重要基础。2 . 3 . 2t的关键技术之一2.3.3传感器网络概述，传感器是感知物质世界的机器的“感觉器官”，能够感知热、力、光、电、声音和位移等信号，为网络系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。传感器网络节点的基本组成包括以下基本单元：传感器单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括中央处理器、内存、嵌入式操作系统等)。)，通信单元(由无线通信模块组成)和电源。此外，可以选择的其他功能单元包括定位系统、移动系统和电源自供电系统等。2.3.3传感器网络概述。物联网传感器网络技术的研究包括以下几个方面：先进的测试技术和网络化测控。智能传感器网络节点的研究。传感器网络的组织结构和底层协议研究。传感器网络自身的检测和控制。传感器网络的安全性。2.3.4传感器网络结构中，WSN节点的基本组成包括以下基本单元：传感器单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括中央处理器、内存、嵌入式操作系统等)。)、通信单元(由无线通信模块组成)和能量单元。根据分工的不同，传感器网络可以细分为终端节点层和接入层。终端节点层由各种类型的采集和控制模块组成，如温度传感器、声音传感器、振动传感器、压力传感器、射频识别阅读器、二维码阅读器等。完成物联网应用的数据采集和设备控制功能。接入层由基站节点(汇聚节点)和接入网关(接入网关)组成，完成应用终端节点信息的组网控制和信息采集，或者完成向终端节点传输信息等功能。换句话说，在终端节点之间的组网完成后，如果终端节点需要上传数据，数据将被发送到基站节点，基站节点接收到数据后将通过接入网关完成与承载网络的连接。2.3.4传感器网络结构、2.3.4传感器网络结构、终端节点和接入层构成了物联网的信息采集和控制，根据接入网络的复杂程度可分为简单接入模式和多跳接入模式。简单接入是指采集设备获取信息后，通过有线或无线方式直接将信息发送到承载网络，如图所示。目前，射频识别读写设备主要采用简单的访问方式，可用于终端设备和数据量分散的业务应用。2.3.4传感器网络结构，多跳接入是利用WSN技术，将具有无线通信和计算能力的小传感器节点通过自组织方式，每个节点可以根据环境的变化，独立完成网络的自适应组织和信息传输。由于节点间距离短，通常采用多跳通信。传感器网络最终通过接入网关将信息传输到承载网络。典型的无线传感器设备包括紫蜂、超宽带等。多跳接入方法适用于终端设备单独集中并且终端和网络之间传输的数据量小的应用。采用多跳接入方式，可以降低终端节点、接入层和承载网的建设投资和应用成本，方便建设和实施工作，提高接入网的健壮性，如图所示。2.4.1网络层的组成，网络层可细分为承载网络层和应用控制层。载波网络主要由计算机网络和通信网络组成。应用控制层由各种应用服务器(包括数据库服务器)组成。它的主要功能包括收集、转换和分析收集的数据，以及适应和触发用户层呈现的事件。2.4.1网络层、2.4.2互联网和物联网的组成，物联网是互联网的延伸，但物联网不是互联网的副本，也不是互联网的接口。作为的延伸2.4.2互联网和物联网，2.4.3云计算和物联网，云计算是一种分布式计算技术，其最基本的概念是通过网络将一个庞大的计算过程自动拆分成无数个较小的子程序，然后将处理结果通过由多个服务器组成的庞大系统进行搜索、计算和分析后发回给用户。2.4.3云计算和物联网，云计算具有以下特点：超大规模虚拟化、高可靠性、高通用性、高可扩展性、按需服务、极低成本。云计算和物联网各有许多优势。通过结合云计算和物联网，可以看出云计算实际上相当于一个人的大脑，而物联网就是它的眼睛、鼻子、耳朵、四肢等。2.4.2互联网和物联网，云计算和物联网的结合可以分为：单中心，多终端，多中心，大量终端信息，应用层次化处理，海量终端以上三种只是云计算和物联网结合的大致轮廓，也许在实际应用中有许多模式或方法，两者的结合仍需继续探索和研究。2.4.2互联网和物联网、云计算和物联网都是新事物，但现在有很多应用。然而，这两种情况的结合仍然相对较少。凭借云计算中心的廉价、超大处理能力和存储能力，以及物联网无处不在的信息收集，两者的结合将带来一个地球上所有生物都联系在一起的美妙场景。云计算和物联网的结合是互联网发展的必然趋势，它将引导互联网和通信行业的发展。2.5应用层，应用层是物联网发展的目的。软件开发和智能控制技术将为用户提供丰富多彩的物联网应用。各种行业和家庭应用的发展将推动物联网的普及。在互联网发展的早期，物联网的发展面临着类似的问题，即如何解决内容丰富的应用和业务运营模式的问题。物联网是通信网络的应用扩展，是信息网络上的增值应用，不同于语音电话、短信等基本通信需求。因此，物联网在其早期发展中面临着广泛的需求挖掘和消费导向投资。2.5应用层，物联网的主要应用类型，2.5应用层，一般来说，物联网将在提高信息传输效率、改善民生、提高生产率、降低企业管理成本等方面发挥重要作用。从其实际价值和购买力来看，企业有望成为物联网应用的第一批用户，他们的应用也将成为物联网早期发展的主要应用。从企业的应用一点一滴开始，它将逐步延伸和扩大，以促进产业链的成熟和应用。2.6.1物联网服务类型，根据物联网本身的特点，它应该提供以下类型的服务：联网服务。物品的识别、交流和定位。信息服务。信息收集、存储和查询。运营服务。远程配置、监控、远程操作和控制。安保服务。用户管理、访问控制、事件报警、入侵检测和攻击防御。管理服务。故障诊断、性能优化、系统升级和计费管理服务。根据物联网在不同领域的应用需求，上述服务类型可以相应扩展或定制。物联网的服务类型是设计和验证物联网架构和物联网系统的主要依据。因此，可以根据物联网的不同应用构建不同的架构。2.6.2物联网中节点的分类。为了构建物联网的体系结构，物联网中的网络节点类型n由于物联网的异构性，通用物联网体系结构由三部分组成：无源节点和有源节点之间的互连结构、有源节点和有源节点之间的互连结构以及有源节点和互联网节点之间的互连结构。2.6.3物联网互连架构，无源节点和有源节点互连架构如图所示。2.6.3物联网互连架构。活动节点和活动节点的互连结构如图所示。2.6.3物联网互连架构，主动节点和互联网节点互连架构如图所示。2.6.3物联网互连架构。在上述定义的物联网架构中，物联网物理层协议提供了在物理信道上收集和传输信息的功能，并具有一定的安全和可靠性控制能力。物联网数据链路层协议提供了对物理通道的访问控制和重用，以及链路层安全、可靠和高效的数据传输功能。具有相对完整的可靠性和安全控制能力，能够为服务质量提供保证。应用层协议提供信息收集、传输和查询功能，具有相对完整的用户管理、网络配置、安全管理和可靠性控制能力。2.7国内外物联网架构研究。目前，还没有被广泛认可的物联网架构。最具代表性的物联网体系结构是欧美支持的全球物联网体系结构和日本的泛在物联网系统。物品编码的国家标准体系包括由韩国互联网发展署提出的移动射频识别代码。电子产品全球和泛在信息中心都是国际标准化组织，旨在促进射频识别标准化。中国还积极参与上述物联网系统，并积极制定符合中国发展的物联网标准和架构。2.7.1UID技术架构，日本在电子标签方面的发展始于20世纪80年代中期的实时嵌入式系统TRON，以T-引擎为核心架构。在T-Engine论坛的领导下，泛在识别中心于2003年3月在东京大学成立，并得到了日本政府经济、生产、通信和工业部以及大型企业的支持。目前，泛在身份证中心包括微软、索尼、三菱、日立、日本、东芝、夏普、富士通、NTT、DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等重量级企业。UID中心的建立旨在建立和推广自动识别“商品”所需的基础技术，最终实现“普适计算”的理想环境。2.7.1UID技术架构，UID技术架构由泛在识别码(uCode)、泛在通信器、信息系统服务器和uCode分析服务器组成。UID使用uCode作为真实世界商品和地点的标识。UC从uCode电子标签中读取uCode，以获取这些设施的状态并对其进行控制。加州大学类似于PDA终端。UID可以广泛应用于各种行业。它将现实世界中由uCode标注的商品、场所等各种实体与虚拟世界中存储在信息服务器中的各种相关信息联系起来，实现“物物互连”。此外，UID是一个开放的架构，它的规范对公众开放。2.7.2物联网的自主架构。物联网自主架构是一种适应物联网异构无线通信环境的架构，采用自主通信技术。自主通信是以自主组件为核心的通信。自治组件在端到端级别和中间节点的网络控制平面上执行已知或新出现的任务，这可以确保通信系统的可演进特性。物联网的自主架构包括数据、控制、知识和管理。如图所示。2.7.2物联网自主架构，数据平面主要用于数据包传输；控制平面通过向数据平面发送配置消息来优化数据平面的吞吐量和可靠性。知识提供了一种补偿IOT节点的智能层主要用于在交互节点之间协商STP/SP的选择，优化无线链路上的通信和数据传输，满足异构IOT设备之间的组网要求。