3.物联网体系架构.ppt

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1、第第 3 章章 物联网体系架构物联网体系架构 学习任务学习任务物联网结构 未来的物联网架构技术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：本章主要涉及：3.1 物联网结构物联网结构从物联网的功能上来说，应该具备四个特征：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，可以利用一是全面感知能力，可以利用RFID、传感器、传感器、二维条形码等获取被控二维条形码等获取被控/被测物体的信息被测物体的信息; 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网络与互联网的融合，将物体的信息

2、实时准确地传递出去地传递出去;3.1 物联网结构物联网结构 三是可以智能处理，利用现代控制技术提供的三是可以智能处理，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。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。统的建成应用解决方案。感知层是实现物联网全面的感知的核心能力是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分关键在于具备更精

3、确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本的问题广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网络提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发物联网应用层物联网网络层物联网感知层3.1 物联网结构物联网结构 而按照更为科学及严谨的表述，物联网结构而按照更为科学及严谨的表述，物联网结构应分成应分成: 感知识别层

4、感知识别层 网络构建层网络构建层 管理服务层管理服务层 综合应用层综合应用层3.1.1 感知识别层感知识别层感知层是物联网发展和应用的基础，感知层是物联网发展和应用的基础，RFID 技术、技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术是感知层传感和控制技术、短距离无线通信技术是感知层的主要技术。的主要技术。例如张贴安装在设备上的例如张贴安装在设备上的 RFID 标签和用来识别标签和用来识别RFID信息的扫描仪、信息的扫描仪、 感应器都属于物联网的感知感应器都属于物联网的感知层。层。现在的高速公路不停车收费系统、超市仓储管理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。系

5、统等都是基于这一类结构的物联网。3.1.1 感知识别层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。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执行机构完成对被控/被测对象的控制参数调整或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。发出某种提示信号

6、以实现对其的一个远程监控。3.1.1 感知识别层感知识别层由传感器组成的感知结构由传感器组成的感知结构 3.1.2 网络构建层网络构建层 网络是物联网最重要的基础设施之一。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、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。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使用的网络形式有如下几种如下几种：3.1.2 网络构建层网

7、络构建层 互联网：互联网： 互联网互联网/电信网是物联网的核心网络、平台和电信网是物联网的核心网络、平台和技术支持。技术支持。IPv6的使用扫清了可接入网络的终的使用扫清了可接入网络的终端设备在数量上的限制。端设备在数量上的限制。 无线宽带网：无线宽带网： WiFi/WiMAX等无线宽带技术的覆盖范围较广，等无线宽带技术的覆盖范围较广，传输速度较快，为物联网提供高速可靠廉价且传输速度较快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互联手段。不受接入设备位置限制的互联手段。3.1.2 网络构建层网络构建层 无线低速网：无线低速网： ZigBee/蓝牙蓝牙/红外等低速网络协议能够适应物联红外

8、等低速网络协议能够适应物联网中能力较低的节点的低速率、低通信半径、低网中能力较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源等特征。计算能力和低能量来源等特征。 移动通信网：移动通信网： 移动通信网络将成为移动通信网络将成为“全面、随时、随地全面、随时、随地”传输传输信息的有效平台。高速、实时、高覆盖率、多元信息的有效平台。高速、实时、高覆盖率、多元化处理多媒体数据，为化处理多媒体数据，为“物品触网物品触网”创造条件。创造条件。3.1.2 网络构建层网络构建层网络构建层网络构建层 3.1.3 管理服务层管理服务层 管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综管理服务层位于感知识别和网络构建

9、层之上，综合应用层之下，人们通常把物联网应用冠以合应用层之下，人们通常把物联网应用冠以“智智能能”的名称，如智能电网、智能交通、智能物流的名称，如智能电网、智能交通、智能物流等，其中的智慧就来自这一层。等，其中的智慧就来自这一层。 当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇聚到管理服务层，管理服务层解决数据如何存储聚到管理服务层，管理服务层解决数据如何存储（数据库与海量存储技术）、如何检索（搜索引（数据库与海量存储技术）、如何检索（搜索引擎）、如何使用（数据挖掘与机器学习）、如何擎）、如何使用（数据挖掘与机器学习）、如何不被滥用（数据安全与隐私保护）等

10、问题。不被滥用（数据安全与隐私保护）等问题。3.1.3 管理服务层管理服务层1. 数据库数据库 物联网数据特点是海量性，多态性，关联性及语义物联网数据特点是海量性，多态性，关联性及语义性。适应这种需求，在物联网中主要使用的是关系性。适应这种需求，在物联网中主要使用的是关系数据库和新兴数据库系统。数据库和新兴数据库系统。 关系数据库系统作为一项有着近半个世纪历史的关系数据库系统作为一项有着近半个世纪历史的数据处理技术，仍可在物联网中使用，为物联网的数据处理技术，仍可在物联网中使用，为物联网的运行提供支撑。运行提供支撑。 新兴数据库系统（新兴数据库系统（NoSQL数据库）针对非关系数据库）针对非关

11、系型、分布式的数据存储，并不要求数据库具有确定型、分布式的数据存储，并不要求数据库具有确定的表模式，通过避免连接操作提升数据库性能。的表模式，通过避免连接操作提升数据库性能。3.1.3 管理服务层管理服务层2. 海量信息存储海量信息存储 海量信息存储早期采用大型服务器存储，基本海量信息存储早期采用大型服务器存储，基本都是以服务器为中心的处理模式，使用直连存都是以服务器为中心的处理模式，使用直连存储（储（DAS ，Direct Attached Storage），存），存储设备（包括磁盘阵列，磁带库，光盘库等）储设备（包括磁盘阵列，磁带库，光盘库等）作为服务器的外设使用。作为服务器的外设使用。3

12、.1.3 管理服务层管理服务层 随着网络技术的发展，服务器之间交换数据或随着网络技术的发展，服务器之间交换数据或向磁盘库等存储设备备份时，都是通过局域网向磁盘库等存储设备备份时，都是通过局域网进行，这是主要应用网络附加存储（进行，这是主要应用网络附加存储（NAS ，Network Attached Storage）技术来实现网）技术来实现网络存储，络存储， 但这将占用大量的网络开销，严重影响网络的但这将占用大量的网络开销，严重影响网络的整体性能。整体性能。3.1.3 管理服务层管理服务层 为了能够共享打容量，高速度存储设备，并且为了能够共享打容量，高速度存储设备，并且不占用局域网资源的海量信息

13、传输和备份，就不占用局域网资源的海量信息传输和备份，就需要专用存储区域网络（需要专用存储区域网络（SAN ,Storage Area Network）来实现。）来实现。3.1.3 管理服务层管理服务层3. 数据中心数据中心 数据中心不仅包括计算机系统和配套设备（如数据中心不仅包括计算机系统和配套设备（如通信通信/存储设备），还包括冗余的数据通信连存储设备），还包括冗余的数据通信连接接/环境控制设备环境控制设备/监控设备及安全装置，是一监控设备及安全装置，是一大型的系统工程。通过高度的安全性和可靠性大型的系统工程。通过高度的安全性和可靠性提供及时持续的数据服务，为物联网应用提供提供及时持续的数据

14、服务，为物联网应用提供良好的支持。良好的支持。 典型的数据中心如典型的数据中心如 Google/Hadoop 数据中心。数据中心。3.1.3 管理服务层管理服务层4. 搜索引擎搜索引擎 Web搜索引擎是一个能够在合理响应时间内，根搜索引擎是一个能够在合理响应时间内，根据用户的查询关键词，返回一个包含相关信息的据用户的查询关键词，返回一个包含相关信息的结果列表（结果列表（hits list）服务的综合体。）服务的综合体。 传统的传统的Web搜索引擎是基于查询关键词的，对于搜索引擎是基于查询关键词的，对于相同的关键词，会得到相同的查询结果。相同的关键词，会得到相同的查询结果。 而物联网时代的搜索引

15、擎必须是从智能物体角度而物联网时代的搜索引擎必须是从智能物体角度思考搜索引擎与物体之间的关系，主动识别物体思考搜索引擎与物体之间的关系，主动识别物体并提取有用信息。从用户角度上的多模态信息利并提取有用信息。从用户角度上的多模态信息利用，使查询结果更精确，更智能，更定制化。用，使查询结果更精确，更智能，更定制化。3.1.3 管理服务层管理服务层5.数据挖掘技术数据挖掘技术 物联网需要对海量的数据进行更透彻的感知要物联网需要对海量的数据进行更透彻的感知要求对海量数据多维度整合与分析，更深入的智求对海量数据多维度整合与分析，更深入的智能化需要普适性的数据搜索和服务，能化需要普适性的数据搜索和服务，

16、需要从大量数据中获取潜在有用的且可被人理需要从大量数据中获取潜在有用的且可被人理解的模式，解的模式， 基本类型有关联分析，聚类分析，演化分析等。基本类型有关联分析，聚类分析，演化分析等。这些需求都使用了数据挖掘技术。这些需求都使用了数据挖掘技术。3.1.3 管理服务层管理服务层 例如用于精准农业可以实时监测环境数据，挖例如用于精准农业可以实时监测环境数据，挖掘影响产量的重要因素，获得产量最大化配置掘影响产量的重要因素，获得产量最大化配置方式。方式。 而用于市场营销则可以通过数据库行销和货篮而用于市场营销则可以通过数据库行销和货篮分析等方式获取顾客购物取向和兴趣。分析等方式获取顾客购物取向和兴趣。3.1.4 综合应用层综合应用层 传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化，典型应用包括文件传输、电子邮件、万维转化，典型应用包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、视频点播、在线游戏和社交网络网、电子商务、视频点播、在线游戏和社交网络等；等； 而物联网应用以而物联网应用以“物物”或者物理世界为中心，涵或者物理世界为中心，涵盖物品追踪、环境感知、