物联网导论重点概念总结

本文格式为Word版，下载可任意编辑——物联网导论重点概念总结物联网/IoT：是一个基于互联网传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。具有普通对象设备化、自治终端互联化、普适服务智能化三个特征。GPS：全球定位系统，是目前最常用的全球卫星定位系统。由宇宙空间部分、地面监控部分、用户设备部分组成。EPC：（电子产品码）是物联网中具有代表性的自动标识系统，每个对象或电子设备都有唯一的EPC码。包含EPC编码系统、EPC射频、识别系统和EPC信息网络系统。嵌入式系统定义特点：以应用为中心，计算机技术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。CPU加上不同的设备，再协同不同的系统与应用程序，就可以开发出完全不同用途的电子产品。3G：是第三代移动通信技术，指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，我国标准有TD-CDMA、W-CDMA、CDMA2000TDD/FDD：LTE分为LTETDD和LTEFDD，前者采用时分复用进行双工，利用目前频谱规划中杂散的频谱资源，灵活性高；后者采用频分复用进行双工，上下行链路固定频谱分派，并且需要频谱隔离度。体域网：是基于无线传感器网络（WSN）的，人体上的或移植到人体内的生物传感器共同形成的一个无线网络，它不仅是一种新的普适医疗保健、疾病监控和预防的解决方案，还是物联网的重要感知及组成部分。k-匿名机制：主体思想是让用户发布的位置信息和另外K-1个用户的位置信息变得不可分辩，这样即使攻击者通过途径得知了K个用户的真是身份，也很难将K个匿名和K个身份一一对应起来。智能交通系统：通过在基础设施和交通工具中应用先进的感知技术、识别技术、定位技术、网络技术、控制技术、智能技术对道路和交通进行全面感知，对交通工具全面控制，对每一条道路进行全时空控制，以提高交通运输系统的效率和安全，同时降低能源消耗和对地球环境的负面影响。智能交通系统是一种实时、确凿、高效的交通运输综合管理和控制系统。1、简述物联网的四层体系结构模型，以及各层的主要功能。

①感知识别层：是物联网的核心技，是联系物理世界和信息世界的纽带②网络构建层：把下层设备接入互联网，供上层服务使用③管理服务层：在高性能计算和海量存储技术的支撑下该层将大规模数据高效可靠地组织起来，为上层行业应用提供智能的支撑平台。④综合应用层：从计算机间通信到连接以人为主体的用户，现在正朝着物物互联的目标前进。2、RFID的定义和分类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自动识别的目的。分类：被动式、主动式、半主动式。RFID系统：阅读器、天线、标签

3、GPS概念，系统组成和原理GPS全球定位系统，是目前世界上最常用的全球卫星定位系统。由宇宙空间部分、地面监控部分、用户设备部分组成。原理：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。4、定位技术（基于距离、距离差和信号特征），把握ToA和TDoA，能简单定位计算。关键有二：其一是必需要有一个或者多个已知坐标的参考点，其二是必需要得到特定位物体与已知参考点的空间关系。定位两步：①测量物理量②根据物理量确定目标位置。5、802.11协议的介质访问控制机制。（隐蔽终端、CSMA/CA,RTC-CTS机制）

802.11协议使用带冲突避免的载波监听多路访问协议，由于无线信号干扰问题造成数据传输出错率较大，所以802.11协议要求建立数据链路层确认/重传机制。CSMA/CA：即使侦听到信道为空，也为避免冲突而等待一小段随机时间再发送数据帧。隐蔽终端：有两个无线网络用户A.B和一个基站。用户A.B都在接入点信号范围内，但两个用户都位于彼此信号范围外，因此它们是典型的“隐蔽终端〞关系。CTS帧作用：①为了传输端提供了信道的使用权，②也防止其他用户在传输端发送数据和接收确认帧这段时间内进行传输。使用RTS和CTS帧从以下两个方面提升了无线传输的性能。①由于无线网络用户在传输数据之前要与接入点通信，使其只为当前用户保存信道使用权，在这段时间内其他任何与接入

点相关联的用户不会与接入点进行数据交换，从而消除“隐蔽终踹〞问题。②由于RTS和CTS帧的长度十分短，即使RTS或CTS有冲突发生，其代价也十分小。一旦RTS和CTS成功传达，那么数据帧和确认帧的传输就不再会有冲突发生。虽然使用RTS和CTS帧可以减少冲突，但与此同时也会增加传输延时和降低信道利用率。为什么用CSMA/CA不用CSMA/DA:①冲突侦测需要全双工的信道，而对于无线传输信号来说往往发送信号的能量远高于接收到信号的能量，建立能侦测冲突的硬件代价很高。②即使无线信道是全双工的，但是由于无线信号衰减特性和隐蔽终端问题，硬件还是不能侦听到全部可能的冲突。6、物联网为什么需要无线低速网络？无线低速网络技术主要包括哪些。P115首先，通信宽带与能耗、处理能力、通信距离是相互制约的。通信宽带越大，通信距离越长，需要消耗越多的能量和越强的信号处理能力。其次，绝大多数传送数据较少，对数据传输的实时性和宽带要求不高。再次，在物联网的背景下连接各种各样的物体，这些物体不可能每个都有着同当前互联网设备一样的应用背景和能力。因此，直接把适用于互联网的高速网络协议搬过来并不能完全满足物联网的需求。物联网的物体多数工作的能量受限于环境、计算能力、资源拥有能力不高，在能耗受限、处理能力受限、通信距离受限的环境下，低速网络协议应运而生。包括：蓝牙802.15.1、红外、zigbee802.15.4、WIFI、体域网802.15.67、简述Zigbee技术的特点，其协议栈结构，及其与802.15.4的关系。P121

特点：低功耗、成本低、时延短、网络容量大、可靠、安全结构：物理层、介质访问控制层、网络层、传输层、应用层与802.15.4的关系：都是无线通信协议，zigbee是以802.15.4为基础的，802.15.4只规定了通信协议栈的物理层和链路层的通信标准，zigbee主要提供了在物理层和链路层之上的网络层、传输层、应用层规范。8、三种网络存储方式的比较。直接附加存储（DAS）：将存储系统通过缆线直接与服务器或工作站相连。DAS的系统一般包括多个硬盘驱动器，与主机总线适配器通过电缆或光纤相连。在存储设备和主机总线适配器之间不存在不存在其他网络设备；网络附加存储（NAS）：是一种文件级的计算机数据存储架构。在NAS中，计算机连接到一个仅为其他设备提供基于文件级数据存储服务的网络。NAS包括存储器件和专用服务器；存储区域网络（SAN）：是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储架构，为实现大量原始数据的传输进行了专门的优化。SAN由服务器、存储设备、连接设备组成。

9、说明哈希锁、随机哈希锁和树形协议工作过程。锁定过程1)阅读器随机生成一个密钥key,并计算metaID=hash(key)。其中，hash()是一个单向密码学哈希函数。2)阅读器将metaID写人到标签。3)标签被锁定，进人锁定状态。4)阅读器以metaID为索引，将(metaID,key)对存储到后台数据库。解锁过程1)标签进入读写器范围后，读写器查询标签；标签响应并返回metaID。2)读写器以metaID为索引在后台数据库中查找对应的(metaID,key)对，并将key返回给阅读器。3)阅读器把密钥key发送给标签。4)标签计算hash(key),假使hash(key)与标签中存储的metaID相等，则标签解锁，并向读写器发送真实ID随机哈希锁当阅读器请求访问标签时，标签Tk先用伪随机数发生器生成一个随机数R，然后计算其ID和随机数R的哈希值hkey(IDk||R），最终把随机数R和这个哈希值返回给发起访问请求的阅读器。阅读器收到标签的响应后，将这些信息都发送给后台数据库。由于还不知道被査询标签的身份，因此后台数据库需要穷举所有标签的IDi，并与收到的随机数R一起作为密码学哈希函数的输人，计算hkey(IDi||R）。假使计算得到的哈希值与收到的哈希值一致，则IDi就是正在被查询的标签，阅读器将此标签的ID发回，对标签进行解锁。树形协议:阅读器发起查询，有一随机数r1，标签Ti收到查询产生随机数r2，并计算所有密钥的哈希值h(K1，r1，r2)，h(K2i，r1，r2)，h(K3i，r1，r2)，其中Kji表示标签Ti对应第j层密钥。这些哈希值随r2发给阅读器。收到标签回复后，阅读器使用这些哈希值在树中深度优先遍历，找到被认证标签在树中叶节点的位置，进而认证该标签。

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10.身份匿名机制，及优缺点。位罝信息三要素：时间、地点、人物不但要从发布的位置信息中隐去用户的真实身份，还要防止攻击者借助发市的位置信息来推测出用户的真实身份。让用户发布的位罝信息和另外K-1个用户的位置信息变得不可分辩，当用户需要和服务提供商进行通信的时候，用户将真确切的位置信息发送给中间层，而中介对信息进行处理之后，再将处理后的信息发送给服务提供商，并将提供商返回的数据传递给用户。中介数据处理方式：对空间信息进行处理；对时间信息进行处理。

身份匿名的隐私保护策略有两个主要缺陷：其一，由于掩盖了真实身份，一部分依靠于用户身份的服务将无法正常进行，例如在员工到达办公地点后自动进行签到的服务，假使不知道位罝信息的真实身份，自然就无法正常运作了。其二，要实现身份匿名，要借助一个中介来统合不同用户的位置信息，从而造成用户的身份变得不可分辩，而中介的引入增加额外开销。11.结合试验说明物联网中间件的作用，设计与实现物联网系统时如何使用中间件。

中间件是一种可以批量生产、高度可复用的软件。在网络环境下，它位于平台（硬件和操作系统）和应用软件之间，起连接作用。它通过提供标准的程序接口、协议等，屏蔽实现细节，提高应用系统的易移植性，主要解决异构网络下分布式软件的互联和互操作问题。

自动识别技术：光符号；语音；生物计量（虹膜识别和指纹识别）；IC卡技术；条形码技术（需要扫描和译码两过程)。低频（30-300kHz）无缘标签，典型频率125和133，通信小于1m，适合近距离、低速、数据量较少的识别应用。高频（3-30MHz）通信小于1m,典型频率13.56。超高频(300MHz-3GHz),大于1m，典型4-6m，最大超10m，有很高的数据传输速率，短时间可以读取大量电子标签。RFID广泛应用基础：①编码的标准化②解析服务体系的建立。设计传感器硬件平台和软件程序应考虑：①低成本与微型化②低功耗③灵活性与扩展性④鲁棒性硬件平台四部分:传感器、微处理器、通信芯片、供能装置节点操作系统设计要求：①低功耗②轻量级③实时和并发操作④模块化GPS精度高速度慢；蜂窝基站定位精度低速度快；室内确切定位不需专门设备，低廉；WIFi基站定位精度高速度快。无线网络：①广域网（3G1000KM）②城域网（WIMAX802.1610-100KM③局域网（WIFI802.11100m）④个域网（蓝牙802.15.110m）WIMAX传输连接组成部分：①基站和用户之间的连接（点对多点无线访问连接）②基站和上层网络之间连接，称为回程。（点对点无线回程连接，回程需要高速稳定连接）有线与无线连接区别：①信号强度衰减②非视线传输③同频信号干扰④多径传播干扰⑤隐蔽终端问题802.11重要部分是一个基站（接入点）和多个无线网络用户组成的基本服务组，它的另一种架构模式是自组织网络，不需要类似基站的基础设施。蓝牙设备角色：主设备、从设备，一个主蓝牙设备最多同时7个从设备。移动通信三代：模拟语言、数字语言、数字语言和数据MIMO技术提高频谱效率GFS是google设计用以处理超大规模的数据密集型应用的分布式文件系统。MapReduce是一种针对超大规模数据集的编程模型和系统Hadoop是Apache开源组织的一个分布式计算开源框架，用于大型集群的廉价服务器设备上