物联网体系构架和关键技术

物联网构架和关键技术《农业物联网技术应用》1.物联网体系架构物联网构架和关键技术分为三层：即感知层、网络层和应用层。分为四层：即感知层、传输层、服务管理层（也称智能层）和应用层。本质上讲这两种分法都是一样的。1.物联网体系架构物联网构架和关键技术感知层：实现对外界的感知，识别或定位物体，采集外界信息等。主要包括二维码标签、RFID标签、读写器、摄像头、各种终端、GPS等定位装置、各种传感器或局部传感器网络等。传输层：负责感知信息或控制信息的传输，物联网通过信息在物体间的传输可以虚拟成为一个更大的“物体”，或者通过网络，将感知信息传输到更远的地方。传输层包括各种有线和无线组网技术、接入互联网的网关等。1.物联网体系架构物联网构架和关键技术服务管理层：对感知层通过传输层传输的信息进行动态汇集、存储、分解、合并、数据分析、数据挖掘等智能处理，并为应用层提供物理世界所对应的动态呈现等。其中主要包括数据库技术、云计算技术、智能信息处理技术、智能软件技术、语义网技术等。应用层：应用层实现物联网的各种具体的应用并提供服务，物联网具有广泛的行业结合的特点，根据某一种具体的行业应用，应用层实际上依赖感知层、传输层和服务管理层共同完成应用层所需要的具体服务。1.物联网体系架构物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术物联网实现目标：全面感知、可靠传输、智能处理、自动控制。主要技术：有二维码技术、传感器技术、RFID技术、红外感知技术、定位技术、无线通信与组网技术、互联网接入技术（如IPV6技术）、物联网中间件技术、云计算技术、语义网技术、数据挖掘、智能决策、信息安全与隐私保护、应用系统开发技术等（如嵌入式开发技术、系统开发集成技术等）。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.1感知与识别技术物联网的感知与识别技术主要实现对物体的感知与识别。感知与识别都属于自动识别技术，即应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。识别技术主要实现识别物体本身的存在，定位物体位置、移动情况等等。常采用的技术包括射频识别技术如RFID技术、GPS定位技术、红外感应技术、声音及视觉识别技术、生物特征识别技术等。感知技术主要通过在物体上或物体周围嵌入各类传感器，感知物体或环境的各种物理或化学变化等。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.1感知与识别技术射频识别RFID技术：射频识别（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是一种非接触的自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合传输特性，实现对静态或移动物体的自动识别。RFID技术可实现无接触的自动识别，具有全天候、识别穿透能力强、无接触磨损、可同时实现对多个物品的自动识别等特点。产品电子代码(EPC)采用RFID电子标签技术作为载体，大大推动了物联网的发展和应用。RFID技术市场应用成熟，标签成本低廉，但RFID一般不具备数据采集功能，多用来进行物品的甄别和属性的存储。目前在国内RFID已经在身份证、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛应用。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.1感知与识别技术传感器技术：是一门涉及物理学、化学、生物学、材料科学、电子学以及通信与网络技术等多学科交叉的高新技术。其中的传感器是一种物理装置，能够探测、感受外界的各种物理量（如光、热、湿度）、化学量（如烟雾、气体等）、生物量，以及未定义的自然参量等。传感器技术与无线网络技术相结合，综合传感器技术、纳米技术、分布式信息处理技术、无线通讯技术等，使嵌入到任何物体的微型传感器相互协作，实现对监测区域的实时监测和信息采集，形成一种集感知、传输、处理于一体的终端末梢网络。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.1感知与识别技术一种典型终端末梢网络：主要由多个带有传感器或RFID射频的节点、读写器、控制器等组成，在该网络内部，不仅仅实现数据的采集和处理，还可以实现数据的融合和路由等。这些局部的节点经过汇聚节点（比如网关）将信息汇聚后，再利用核心承载网络如3G、4G移动网络、Wi-Fi、WiMAX、企业专网、互联网等连接到信息服务系统，从而形成一个更大的虚拟网络，或者将数据处理后用于应用服务。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.1感知与识别技术物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.2通信与网络技术物联网涉及的网络种类：有线网络、无线网络；短距离网络和长距离网络；企业专用网络、公用网络；局域网、互联网等等。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.2通信与网络技术物联网可以通过有线网络连接，比如飞机上的传感器网络；无线联网，比如手机就是一种无线的联网方式。无线传感器网络也使用无线组网方式。物联网的网络可以是专用网络，比如企业内部网络，也可以是公用网络。对于实际的物联网应用也可以由上述网络组成一个混合网络。对于物联网，无线网络具有特别的吸引力，比如不用部署线路并且特别适合于移动物体。

物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.2通信与网络技术无线网络技术丰富多样，根据距离不同，可以组成个域网、局域网和城域网。近距离的无线技术组成个域网是物联网最为活跃的部分，其通信距离可能是几厘米到几百米之间，常用的主要有WI-FI、蓝牙、ZigBee、RFID、NFC和UWB等技术。对于各种无线网络技术，结合实际应用需要可以有所取舍。在物流领域，RFID以其低成本占据着核心地位。而在智能家居的应用中，ZigBee逐步占据重要地位。但对于安防使用高清摄像的应用，Wi-Fi或者直接连接到互联网可能是唯一的选择。

物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.2通信与网络技术物联网的许多应用，比如比较分散的野外监测点、市政各种传输管道的分散监测点、农业大棚的监测信息汇聚点、无线网关，移动的监测物体（如汽车等）等，一般需要远距离的无线通信技术。常用的远距离通信技术主要有GSM、GPRS、WIMAX、2G／3G／4G移动通信，甚至卫星通信等。从能耗上看，长距离无线通信比短距离无线通信往往具有更高的能耗，但其移动性和长距离通信使物联网具有更大的监测空间和更多有吸引力的应用。从近距离通信网络到远距离通信网络往往会涉及连接到互联网的技术。使用新的网络技术，如IPV6可以给每一个物体分配一个IP地址。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.3信息处理与服务技术对数据信息进行智能信息处理并为应用层提供服务。信息处理与服务层主要解决感知数据如何存储（如物联网数据库技术、海量数据存储技术）、如何检索（搜索引擎等）、如何使用（云计算、数据挖掘、机器学习等）、如何不被滥用（数据安全与隐私保护等）的问题。对于物联网而言，信息的智能处理是最为核心的部分。物联网不仅仅要收集物体的信息，更重要的在于利用这些信息对物体实现管理，因此信息处理技术是提供服务与应用的重要组成部分。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.3信息处理与服务技术物联网的信息处理与服务技术主要包括数据的存储、数据融合与数据挖掘、智能决策、云计算、安全及隐私保护等，本节主要介绍如云计算技术、智能化技术、安全及隐私保护、中间件技术等。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.3信息处理与服务技术云计算(CloudComputing)：云技术通过网络将庞大的计算处理程序自动拆分成无数个较小的子程序，再交给多部服务器所组成的庞大系统经计算分析之后将处理结果回传给用户。通过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和超级计算机同样强大效能的网络服务。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.3信息处理与服务技术物联网与云计算二者并不等同：云计算是一种分布式的数据处理技术，而物联网可以说是利用云技术实现其自身的应用。但物联网与云计算关系紧密。首先，物联网采集到的数据量很大，使用云计算来承载数据处理任务具有非常显著的性价比优势，使“云”有用武之地。其次，物联网依赖云计算设施对物联网的数据进行处理、分析、挖掘，可以更加迅速、准确、智能地对物理世界进行管理和控制，使人类可以更加及时、精细地管理物质世界，大幅提高资源利用率和社会生产力水平，实现“智慧化”的状态。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.3信息处理与服务技术物联网的智能化技术：物联网的智能化技术将智能技术的研究成果应用到物联网中，实现物联网的智能化。物联网根据具体应用结合人工智能，可以实现智能控制和决策。人工智能或称机器智能，是研究如何用计算机来表示和执行人类的智能活动，以模拟人脑所从事的推理、学习、思考和规划等思维活动，并解决需要人类的智力才能处理的复杂问题，如医疗诊断、管理决策等。

物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.3信息处理与服务技术人工智能一般有两种不同的方式：工程学方法（EngineeringApproach）和模拟法（ModelingApproach）。模拟法应用于物联网的一个方向是专家系统，这是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。另外一个方向为模式识别，通过计算机用数学技术方法来研究模式的自动处理和判读，如用计算机实现模式（文字、声音、人物、物体等）的自动识别。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.3信息处理与服务技术物联网安全及隐私保护：物联网是一种虚拟网络与现实世界实时交互的系统，其特点是无处不在的数据感知、以无线为主的信息传输、智能化的信息处理。正如互联网上的安全问题一样，随着物联网的发展，安全问题摆在了重要位置。与互联网不同，从物联网的信息处理过程来看，感知信息经过采集、汇聚、融合、传输、决策与控制等过程，整个信息处理的过程体现了物联网的安全特征与传统的网络安全存在着巨大的差异。在发展物联网的同时，必须对物联网的安全问题更加重视，保证物联网的健康发展。对于物联网的安全，可以参照互联网所设计的安全防范体系，在传感层、网络传输层和应用层分别设计相应的安全防范体系。物联网构架和关键技术2.物联网的关键技术2.3信息处理与服务技术中间件：位于位于数据感知设施和后台应用软件之间的应用系统软件。中间件的两个关键特征：

1.为系统应用提供平台服务。

2.需要连接到网络操作系统，并且保持运行工作状态。中间件为物联网应用提供一系列计算和数据处理功能，对感知系统采集的数据进行捕获、过滤、汇聚、计算，数据校对、解调、数据传送、数据存储和任务管理，减少从感知系统向应用系统中心传送的数据量。中间件还可提供与其它支撑软件系统进行互操作等功能。物联网构架和关