第章物联网架构技术《物联网技术基础教程》

第2章物联网架构技术

学习任务物联网结构未来的物联网架构技术

案例:上海嘉定物联网工程示范项目123本章主要涉及：2.1物联网结构从物联网的功能上来说，应该具备四个特征：一是全面感知能力，可以利用RFID、传感器、二维条形码等获取被控/被测物体的信息;二是数据信息的可靠传递，可以通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去;2.1物联网结构三是可以智能处理，利用现代控制技术提供的智能计算方法，对大量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。四是可以根据各个行业、各种业务的具体特点形成各种单独的业务应用，或者整个行业及系统的建成应用解决方案。2.1物联网结构2.1物联网结构

而按照更为科学及严谨的表述，物联网结构应分成:①感知识别层②网络构建层③管理服务层④综合应用层2.1.1感知识别层感知层是物联网发展和应用的基础，RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术是感知层的主要技术。例如张贴安装在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器都属于物联网的感知层。现在的高速公路不停车收费系统、超市仓储管理系统等都是基于这一类结构的物联网。2.1.1感知识别层感知层由传感器节点接入网关组成，智能节点感知信息（温度、湿度、图像等），并自行组网传递到上层网关接入点，由网关将收集到的感应信息通过网络层提交到后台处理。当后台对数据处理完毕，发送执行命令到相应的执行机构完成对被控/被测对象的控制参数调整或发出某种提示信号以实现对其的一个远程监控。2.1.1感知识别层由传感器组成的感知结构

2.1.2网络构建层网络是物联网最重要的基础设施之一。网络构建层在物联网四层模型中连接感知识别层和管理服务层，具有强大的纽带作用，高效、稳定、及时、安全地传输上下层的数据。物联网在网络构建层存在各种网络形式，通常使用的网络形式有如下几种：网络构建建层①互联联网：互联网/电信网是是物联网网的核心心网络、、平台和和技术支支持。IPv6的使用扫扫清了可可接入网网络的终终端设备备在数量量上的限限制。②无线宽带带网：WiFi/WiMAX等无线宽宽带技术术的覆盖盖范围较较广，传传输速度度较快，，为物联联网提供供高速可可靠廉价价且不受受接入设设备位置置限制的的互联手手段。网络构建建层③无线线低速网网：ZigBee/蓝牙/红外等低低速网络络协议能能够适应应物联网网中能力力较低的的节点的的低速率率、低通通信半径径、低计计算能力力和低能能量来源源等特征征。④移动动通信网网：移动通信信网络将将成为““全面、、随时、、随地””传输信信息的有有效平台台。高速速、实时时、高覆覆盖率、、多元化化处理多多媒体数数据，为为“物品品触网””创造条条件。网络构建建层网络构建建层管理服务务层管理服务务层位于于感知识识别和网网络构建建层之上上，综合合应用层层之下，，人们通通常把物物联网应应用冠以以“智能””的名称称，如智智能电网网、智能能交通、、智能物物流等，，其中的的智慧就就来自这这一层。。当感知识识别层生生成的大大量信息息经过网网络层传传输汇聚聚到管理理服务层层，管理理服务层层解决数数据如何何存储（（数据库库与海量量存储技技术）、、如何检检索（搜搜索引擎擎）、如如何使用用（数据据挖掘与与机器学学习）、、如何不不被滥用用（数据据安全与与隐私保保护）等等问题。。管理服务务层1.数据库物联网数数据特点点是海量量性，多多态性，，关联性性及语义义性。适适应这种种需求，，在物联联网中主主要使用用的是关关系数据据库和新新兴数据据库系统统。①关系系数据库库系统作作为一项项有着近近半个世世纪历史史的数据据处理技技术，仍仍可在物物联网中中使用，，为物联联网的运运行提供供支撑。。②新兴兴数据库库系统（（NoSQL数据库））针对非非关系型型、分布布式的数数据存储储，并不不要求数数据库具具有确定定的表模模式，通通过避免免连接操操作提升升数据库库性能。。管理服务务层2.海量信息息存储海量信息息存储早早期采用用大型服服务器存存储，基基本都是是以服务务器为中中心的处处理模式式，使用用直连存存储（DAS，DirectAttachedStorage），存储储设备（（包括磁磁盘阵列列，磁带带库，光光盘库等等）作为为服务器器的外设设使用。。管理服务务层随着网络络技术的的发展，，服务器器之间交交换数据据或向磁磁盘库等等存储设设备备份份时，都都是通过过局域网网进行，，这是主主要应用用网络附附加存储储（NAS，NetworkAttachedStorage）技术来来实现网网络存储储，但这将占占用大量量的网络络开销，，严重影影响网络络的整体体性能。。管理服务务层为了能够够共享打打容量，，高速度度存储设设备，并并且不占占用局域域网资源源的海量量信息传传输和备备份，就就需要专专用存储储区域网网络（SAN,StorageAreaNetwork）来实现现。管理服务务层3.数据中心心数据中心心不仅包包括计算算机系统统和配套套设备（（如通信信/存储设备），，还包括冗余余的数据通信信连接/环境控制设备备/监控设备及安安全装置，是是一大型的系系统工程。通通过高度的安安全性和可靠靠性提供及时时持续的数据据服务，为物物联网应用提提供良好的支支持。典型的数据中中心如Google/Hadoop数据中心。管理服务层4.搜索引擎Web搜索引擎是一一个能够在合合理响应时间间内，根据用用户的查询关关键词，返回回一个包含相相关信息的结结果列表（hitslist）服务的综合合体。传统的Web搜索引擎是基基于查询关键键词的，对于于相同的关键键词，会得到到相同的查询询结果。而物联网时代代的搜索引擎擎必须是从智智能物体角度度思考搜索引引擎与物体之之间的关系，，主动识别物物体并提取有有用信息。从从用户角度上上的多模态信信息利用，使使查询结果更更精确，更智智能，更定制制化。管理服务层5.数据挖掘技术术物联网需要对对海量的数据据进行更透彻彻的感知要求求对海量数据据多维度整合合与分析，更更深入的智能能化需要普适适性的数据搜搜索和服务，，需要从大量数数据中获取潜潜在有用的且且可被人理解解的模式，基本类型有关关联分析，聚聚类分析，演演化分析等。。这些需求都都使用了数据据挖掘技术。。管理服务层例如用于精准准农业可以实实时监测环境境数据，挖掘掘影响产量的的重要因素，，获得产量最最大化配置方方式。而用于市场营营销则可以通通过数据库行行销和货篮分分析等方式获获取顾客购物物取向和兴趣趣。综合应用层传统互联网经经历了以数据据为中心到以以人为中心的的转化，典型型应用包括文文件传输、电电子邮件、万万维网、电子子商务、视频频点播、在线线游戏和社交交网络等；而物联网应用用以“物”或者物物理世界为中中心，涵盖物物品追踪、环环境感知、智智能物流、智智能交通、智智能电网等等等。物联网应应用目前正处处于快速增长长期，具有多多样化、规模模化、行业化化等特点。综合应用层①智能物流流：现代物流系统统希望利用信信息生成设备备，如RFID设备、感应器器或全球定位位系统等种种种装置与互联联网结合起来来而形成的一一个巨大网络络，并能够在在这个物联化化的物流网络络中实现智能能化的物流管管理。②智能交通通：通过在基础设设施和交通工工具当中广泛泛应用信息、、通讯技术来来提高交通运运输系统的安安全性、可管管理性、运输输效能同时降降低能源消耗耗和对地球环环境的负面影影响。综合应用层③绿色建筑筑：物联网技术为为绿色建筑带带来了新的力力量。通过建建立以节能为为目标的建筑筑设备监控网网络，将各种种设备和系统统融合在一起起，形成以智智能处理为中中心的物联网网应用系统，，有效的为建建筑节能减排排提供有力的的支撑。④智能电网网：以先进的通信信技术、传感感器技术、信信息技术为基基础，以电网网设备间的信信息交互为手手段，以实现现电网运行的的可靠、安全全、经济、高高效、环境友友好和使用安安全为目的的的先进的现代代化电力系统统。综合应用层⑤环境监测测：通过对人类和和环境有影响响的各种物质质的含量、排排放量、以及及各种环境状状态参数的检检测，跟踪环环境质量的变变化，确定环环境质量水平平，为环境管管理、污染治治理、防灾减减灾等工作提提供基础信息息、方法指引引和质量保证证。2.2未来的物联网网架构技术通过专业人员员对物联网体体系结构的长长期讨论，目目前可以明确确以下几点：：首先，未来的的物联网需要要一个开放的的架构来最大大限度的满足足各种不同系系统和分布式式资源之间的的互操作性需需求。这些系统和资资源既可能是是来自于信息息和服务的提提供者，也可可能来自于信信息和服务的的使用者或者者客户。2.2未来的物联网网架构技术其次，未来的的物联网的架架构还需要有有良好的、明明确定义的、、呈现为粒度度形式的层次次划分。物联网的架构构技术应该促促进用户丰富富的选择权，，而不应该将将用户锁定到到必须使用某某一家或者某某几家大的、、处于垄断地地位的解决方方案服务提供供商所发布的的各种应用上上。2.2未来的物联网网架构技术同时，物联网网的架构技术术需要设计为为可以抵御物物理网络中各各种中断以及及干扰的形式式，尽可能将将这些情况所所带来的影响响降低到最小小程度。而且，未来的的物联网架构构还需要考虑虑到这样一个个事实：即，，以后网络中中的很多节点点和网络设备备将是移动的的。2.2未来的物联网网架构技术最后，从对于于未来物联网网的架构技术术来说，要理理解下列几件件事情：第一，对于身身处未来物联联网中的各种种节点，他们们中的大多数数将需要有能能力与其他节节点一起动态态的、自主的的组建各式各各样的本地或或者远程对等等网络。2.2未来的物联网网架构技术第二，可以预预料到，未来来的物联网中中产生的数据据将是海量的的。物联网的架构构技术一定要要同时支持移移动的“智能”与、、自主的信息息过滤、自主主模式识别、、自主机器学学习以及自主主判断决策能能力，要让这这些能力能够够达到各种物物联网子网络络的边缘地带带，而无需考考虑数据是在在附近产生的的还是远程生生成的。2.2未来的物联网网架构技术第三，在未来来物联网架构构的设计过程程中，我们要要一方面使得得基于事件的的处理、路由由、存储、检检索以及引用用能力成为可可能，另一方面还要要允许这些能能力可以在离离线的、非连连接情况（比比如，那些网网络连接是时时断时续的，，或者根本没没有网络覆盖盖的地方）下下进行操作。。2.3案