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1、第3章物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)學(xué)習(xí)任務(wù)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)案例:上海嘉定物聯(lián)網(wǎng)工程示范項(xiàng)目123本章主要涉及:3.1物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)從物聯(lián)網(wǎng)的功能上來(lái)說(shuō),應(yīng)該具備四個(gè)特征:一是全面感知能力,可以利用RFID、傳感器、二維條形碼等獲取被控/被測(cè)物體的信息;二是數(shù)據(jù)信息的可靠傳遞,可以通過(guò)各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合,將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去;3.1物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)三是可以智能處理,利用現(xiàn)代控制技術(shù)提供的智能計(jì)算方法,對(duì)大量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理,對(duì)物體實(shí)施智能化的控制。四是可以根據(jù)各個(gè)行業(yè)、各種業(yè)務(wù)的具體特點(diǎn)形成各種單獨(dú)的業(yè)務(wù)應(yīng)用,
2、或者整個(gè)行業(yè)及系統(tǒng)的建成應(yīng)用解決方案。物聯(lián)網(wǎng)(傳感網(wǎng))典型體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)典型體系架構(gòu)分層描述感知層是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面的感知的核心能力是物聯(lián)網(wǎng)中包括關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化方面、產(chǎn)業(yè)化方面亟待突破的部分關(guān)鍵在于具備更精確、更全面的感知能力,并解決低功耗、小型化和低成本的問(wèn)題廣泛覆蓋的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施是物聯(lián)網(wǎng)三層中標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強(qiáng)、最成熟的部分關(guān)鍵在于為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特征進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn),形成協(xié)同感知的網(wǎng)絡(luò)提供豐富的基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本目標(biāo)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)信息化需求相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解
3、決方案集關(guān)鍵在于行業(yè)融合、信息資源的開(kāi)發(fā)利用、低成本高質(zhì)量的解決方案、信息安全的保障以及有效的商業(yè)模式的開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物聯(lián)網(wǎng)感知層3.1物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)而按照更為科學(xué)及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋硎觯锫?lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)分成:①感知識(shí)別層②網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層③管理服務(wù)層④綜合應(yīng)用層3.1.1感知識(shí)別層感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ),RFID技術(shù)、傳感和控制技術(shù)、短距離無(wú)線通信技術(shù)是感知層的主要技術(shù)。例如張貼安裝在設(shè)備上的RFID標(biāo)簽和用來(lái)識(shí)別RFID信息的掃描儀、感應(yīng)器都屬于物聯(lián)網(wǎng)的感知層。現(xiàn)在的高速公路不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)、超市倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)等都是基于這一類
4、結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)。3.1.1感知識(shí)別層感知層由傳感器節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)關(guān)組成,智能節(jié)點(diǎn)感知信息(溫度、濕度、圖像等),并自行組網(wǎng)傳遞到上層網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn),由網(wǎng)關(guān)將收集到的感應(yīng)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層提交到后臺(tái)處理。當(dāng)后臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)處理完畢,發(fā)送執(zhí)行命令到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對(duì)被控/被測(cè)對(duì)象的控制參數(shù)調(diào)整或發(fā)出某種提示信號(hào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控。3.1.1感知識(shí)別層由傳感器組成的感知結(jié)構(gòu)3.1.2網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層在物聯(lián)網(wǎng)四層模型中連接感知識(shí)別層和管理服務(wù)層,具有強(qiáng)大的紐帶作用,高效、穩(wěn)定、及時(shí)、安全地傳輸上下層的數(shù)據(jù)。
5、物聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層存在各種網(wǎng)絡(luò)形式,通常使用的網(wǎng)絡(luò)形式有如下幾種:3.1.2網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層①互聯(lián)網(wǎng):互聯(lián)網(wǎng)/電信網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)和技術(shù)支持。IPv6的使用掃清了可接入網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備在數(shù)量上的限制。②無(wú)線寬帶網(wǎng):WiFi/WiMAX等無(wú)線寬帶技術(shù)的覆蓋范圍較廣,傳輸速度較快,為物聯(lián)網(wǎng)提供高速可靠廉價(jià)且不受接入設(shè)備位置限制的互聯(lián)手段。3.1.2網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層③無(wú)線低速網(wǎng):ZigBee/藍(lán)牙/紅外等低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能夠適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)中能力較低的節(jié)點(diǎn)的低速率、低通信半徑、低計(jì)算能力和低能量來(lái)源等特征。④移動(dòng)通信網(wǎng):移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將成為“全面
6、、隨時(shí)、隨地”傳輸信息的有效平臺(tái)。高速、實(shí)時(shí)、高覆蓋率、多元化處理多媒體數(shù)據(jù),為“物品觸網(wǎng)”創(chuàng)造條件。3.1.2網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層3.1.3管理服務(wù)層管理服務(wù)層位于感知識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層之上,綜合應(yīng)用層之下,人們通常把物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用冠以“智能”的名稱,如智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流等,其中的智慧就來(lái)自這一層。當(dāng)感知識(shí)別層生成的大量信息經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳輸匯聚到管理服務(wù)層,管理服務(wù)層解決數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)(數(shù)據(jù)庫(kù)與海量存儲(chǔ)技術(shù))、如何檢索(搜索引擎)、如何使用(數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí))、如何不被濫用(數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù))等問(wèn)題。3.1.3管理服務(wù)
7、層1.數(shù)據(jù)庫(kù)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特點(diǎn)是海量性,多態(tài)性,關(guān)聯(lián)性及語(yǔ)義性。適應(yīng)這種需求,在物聯(lián)網(wǎng)中主要使用的是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和新興數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。①關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為一項(xiàng)有著近半個(gè)世紀(jì)歷史的數(shù)據(jù)處理技術(shù),仍可在物聯(lián)網(wǎng)中使用,為物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行提供支撐。②新興數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù))針對(duì)非關(guān)系型、分布式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并不要求數(shù)據(jù)庫(kù)具有確定的表模式,通過(guò)避免連接操作提升數(shù)據(jù)庫(kù)性能。3.1.3管理服務(wù)層2.海量信息存儲(chǔ)海量信息存儲(chǔ)早期采用大型服務(wù)器存儲(chǔ),基本都是以服務(wù)器為中心的處理模式,使用直連存儲(chǔ)(DAS,DirectAttachedStorage)
8、,存儲(chǔ)設(shè)備(包括磁盤(pán)陣列,磁帶庫(kù),光盤(pán)庫(kù)等)作為服務(wù)器的外設(shè)使用。3.1.3管理服務(wù)層隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,服務(wù)器之間交換數(shù)據(jù)或向磁盤(pán)庫(kù)等存儲(chǔ)設(shè)備備份時(shí),都是通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行,這是主要應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)(NAS,NetworkAttachedStorage)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ),但這將占用大量的網(wǎng)