物联网的构成与要素课件.ppt

1、第2章物联网的技术基础，第2章目录，2.1物联网的构成和要素2.2物联网中计算机和网络访问2.3产品电子代码(EPC )和RFID，2.1物联网的构成和要素， 2.1.1物联网系统配置2.2物联网配置2.1基本上利用RFID (射频识别)技术，通过因特网实现物品(商品)的自动识别、信息的相互连接和物联网的构想是，RFID标签中存储有规范且互操作性的信息，通过无线数据通信网络将它们自动收集到中央信息系统中，实现物(商品)的识别，进而通过开放的计算机网络实现信息交换和共享，实现物的“透明物联网从技术特征看与互联网的关系有几个特点： (1)软硬技术相结合的应用网络。 从当前的技术观点来看，物联网与互

2、联网的关系是由能够接入互联网的传感器组成的软硬结合的应用网络。 (2)互联网和传感器并不是基础物联网完全新的网络，而是网络技术发展的互联网应用和扩展，是互联网应用的一部分。 (3)互联网的服务互联网就像人的信息交换动脉，物联网是毛细血管，两者相互连接，物联网是互联网服务的有益补充。 (4)未来的网络技术物联网，无所不在的网络，未来的互联网，虽然他们的名字不同，但是表现都是同一个愿景，它可以让人类随时随地，使用任何网络，与任何人和物联系，自由交换信息物联网对物有全面的感知能力，对信息有可靠的传输和智能处理能力，形成物与物相连的信息网络即全面的感知、可靠的传输、智能处理是物联网的基本特征。 2.1

3、.2物联网结构1、物联网及其服务体系、分类： (1)应用对象类别：专用物联网和公共物联网公共物联网：为满足大众生活和信息需求提供物联网服务。 专用物联网：满足企业、团体或个人的特色应用需求，为地方提供专业的物联网业务应用。 私有网络可以是私有网络(例如，因特网)、私有网络(例如，局域网、企业网络或移动通信因特网的公用网络)中的私有资源，如表2-1、表2-2所示。 2.1.2物理网络的结构、多跳接入可利用WSN技术，通过自组织方式使具有无线通信和纠正运算能力的微传感器节点通过，各节点可以按照环境变化自主完成网络自适应组织和信息传输。 因为节点间距离短，所以一般用多跳方式进行通信。 传感器网络最终

4、经由接入网关向承载网络传递信息。 典型的无线传感器装置有ZigBee、UWB等。 多跳接入方式适用于终端设备分别集中、在终端与网络之间传输的数据量较少的应用。 采用多跳接入方式，可以降低终端节点、接入层和承运商网络的建设投资和应用成本，并使建设实施工作变得容易，提高接入网的健壮性。 2.1.2物联网的结构应根据物联网本身的特点，提供以下类型的服务：物联网类服务：物联网标志、通信和定位。 信息类服务：收集、保存和查询信息。 操作系统服务：远程配置、监视、远程操作、控制。 安全服务：用户管理、访问控制、事件警告、入侵检测、攻击防御。 管理级服务：故障诊断、性能优化、系统升级、计费管理服务。 这些服

5、务类型可以根据不同领域的物联网的应用需求进行扩展或裁剪。 物联网的服务类型是物联网体系结构和物联网系统建设修订和验证的主要依据。 因此，还能够针对物联网上的每个应用构筑不同的体系结构。2 .物理网络的节点和互连类型必须首先划分物理网络中的网络节点的类型，以构建物理网络的架构。 物理网络节点可被划分为无源CPS节点、主动CPS节点、因特网CPS节点，其中描述了电源、移动性、感知、存储能力、校正能力、网络能力、连接能力。 2 .物理网络节点和互连类型，无源CPS节点：具有电子标签的物体。 这是物理网络中数量最多的节点。 有源CPS节点：具有感知、网络和控制功能的嵌入式系统。 这是物联网的核心节点。

6、 互联网CPS节点：具有网络、控制能力的计算系统。 这是物联网的信息中心和控制中心。 2 .单网络的节点和互连类型可根据这些单网络节点的分类进一步检查可能存在的连接类型。 例如，在物理网络节点之间存在被动节点和有源节点、有源节点和有源节点以及有源节点和因特网节点之间的连接，这些类型的连接结构构成物理网络相互连接的架构。 由于物联网的异构性，通用物联网体系结构由三部分组成：被动节点与有源节点的互连结构、有源节点与有源节点的互连结构、有源节点与因特网节点的互连结构。 2 .物理网络的节点和互连类型，无源节点和有源节点的互连结构如图所示。 2 .物理网络的节点和相互连接类型，有源节点和有源节点的相互

7、连接结构如图所示。 2 .物联网节点和互联类型，主动节点和因特网节点的互联结构如图所示。 2 .单网络的节点和互连类型，以及在上述定义的单网络架构中，单网络物理层协议提供在物理信道上收集和传送信息的功能。 具有一定安全性和可靠性控制能力的物理网络数据链路层协议提供对物理信道的访问控制、复用，提供在链路层安全、可靠、有效地传输数据的功能，具有更完全的可靠性、安全性控制能力， 可以提供服务质量保证的应用层协议提供信息收集、分发和查询功能，并具有更完整的用户管理、网络配置、安全管理和可靠性控制功能。 物联网的设置纠正应遵循一定的原则，设置纠正体系结构是物联网设置纠正不可缺少的环节，具体原则如下： (

8、1)多样性原则，物联网体系结构应根据物联网节点类型分为多种体系结构(2) 物联网体系结构必须能够满足物联网的时间、空间和能量方面的需求(3)互连性原则，物联网体系结构能够顺利地连接到互联网(4)安全原则，物联网体系结构、3、设置校正的基本原则，基于这五个基本原则，建立物联网指示标识物、建立物联网系统、建立物联网应用平台、物联网应用(1) 构建物品网络系统的第一步骤是标识物品(即标识世界上的所有物品)，并且需要使用电子标签和传感器技术。 世界上所有的东西都可以简单地分为人造物和自然物，可以贴上电子标签，配置感测装置，改造成CPS节点。 识别物品的另一种技术是世界统一的物品代码技术。 目前还没有面

9、向物联网的全球物联网编码技术。 3、建立修订的基本原则；(2)在建立物联网系统之后，可建立、验证或采集经标记的物联网节点，即活动CPS节点。需要主动CPS节点和无源CPS节点、主动CPS节点和主动CPS节点之间的无线通信机制以及基于信息编解码器技术的物品识别机制的设置校正和实现。 必须修改和实现通信信道的复用机制，以便多个无源或有源CPS节点可在一个信道上同时通信。 例如，同时识别具有RFID标签的一百件以上的物品。 建立和实现通信信道上的可靠传输机制和实时传输机制，满足物联网的可靠性和实时性要求。 前两个部分可以构成物理网络系统中的网络系统。 3 .设置修改的基本原则，3 .设置修改的基本原

10、则，有源CPS节点实现系统，(3)物联网应用平台物联网应用系统的构建在物联网应用平台上。 建立有源CPS节点的网络系统后，建立和实现有源CPS节点的网络配置、用户管理、节点控制、信息收集、信息传递和信息查询等功能，实现基本的物联网应用平台， 即，面向某特定的应用区域的物联网，3 .设定修改的基本原则，(4)构筑物联网应用系统构筑物联网应用中间件后，进一步设定修改物联网应用系统并实现基本的应用系统包括物品命名管理系统、物品身份真伪验证系统、物联网系统管理等，特定的应用系统包括仓库管理系统、大楼监控系统、环境监控系统等。 3 .设定修订的基本原则，3 .设定修订的基本原则，物联网应用系统的逻辑构造

11、，物联网应用系统有必要区别应用系统的物联网侧和互联网侧。 应用系统的单网络端配置在活动CPS节点上，作为应用系统的客户端(客户端/服务器)，也是应用系统的对等应用模型(P2P、Peer-to-Peer 应用系统的因特网侧配置在因特网CPS节点上，既可以作为应用系统的服务器侧(客户/服务器)，也可以作为应用系统的P2P应用模型3 .设定纠正的基本原则物联网应用系统的配置结构、网络科学理论的发展、基本方法和建模应研究的问题与各要素的关系如下表所示：2.1.3物联网建模和要素1 .物联网物理模型，网络建模要素，1.1目前具有代表性的复杂网络无缩放网络：网络中的大多数节点没有连接到大多数节点，大多数节

12、点连接到非常多的节点。 此类重要节点(称为“枢纽分析”或“分布式节点”)的存在对无标度网络的意外故障具有强抵抗力，但在面对协作攻击时显得脆弱。 现实中的许多网络具有互联网、金融系统网络、社会人际网络等无尺度特性。 2.1.3物联网建模和元素1 .物联网物理模型、无尺度网络示例、1 .物联网物理模型、(2)Barabasi-Albert模型1999年，Barabasi和Albert在科学杂志上运行它以关注热门文档(如网页)、保持超链接的可能性高、容易找到链接高的文档而闻名。 1 .物联网的物理模型，物联网中最常用的是有关运动的残奥仪表。 物体不断运动，运动是有规律的。研究物理运动的理论是描述最基

13、本的物理运动的方法。 2、运动残奥仪表和基本理论、理论和概念、控制论是由自动控制、通信技术、计算机技术、数学逻辑、神经生理学、统计力学、行动科学等多种学科技术相互渗透而形成的跨学科。 控制论的研究表明，机器人、神经系统、生命系统、经济系统、社会系统，不考虑各自的质量特征，都可以视为自动控制系统。 反馈对系统的控制和稳定起到了决定性的作用。 控制论如何利用控制器，通过信息交换和反馈作用，使系统能够自动按照人们预定的程序运行，最终达到最佳目标。 2、运动残奥表和基本理论、自动控制、定义：所谓自动控制，是指人不直接操作的情况下，通过控制装置操作控制对象(一个装置或一个生产过程)，使其自动按照规定的规

14、则运行，使被控制变量按照规定的规则变化。 可以实现自动控制任务的系统可以称为自动控制系统。 构成例分析：液位控制系统，自动控制的基本内容，机械数字物理系统(CPS )将物理空间转换为数学空间，将其对应的构成解释为修正算法分析，预测和控制物理空间可能发生的各种可能性。 “机器人”一词的本义是指基于计算机技术、现代通信网络技术乃至虚拟现实技术等信息技术的综合运用，以知识和信息为内容的新空间。 CPS是对物联网的网络特征的专门称呼。 3、物联网机器人数字物理系统，(1)信息硬件和软件无论是集成电路技术、互联网技术、高性能计算机架构还是存储技术，到2020年都将面临难以超越现有技术的障碍。 (摩尔定律可能变暗)功耗和成本问题很突出。 (2)人、机、物超并行编