物联网基础.docx
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物联网基础
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物联网基础
物联网技术与运用基础
个人总结
第一章
物联网的定义：
2005年11月17日，国际电信联盟（ITU）正式提出了“物联网”的概念，即“通过无线传感、射频识别、全球定位系统，激光扫描等信息感知设备，按约定协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、转移、监控和管理的一种网络”，物联网就是“物物相连的互联网”，具有感知层、网络层、应用层的物理架构。
第二章
物联网应该具备的3个能力：
1.全面感知：
利用RFID、传感器、二维码等随时随地地获取物体信息，包括用户位置、周边环境、个体喜好、身体状况、情绪、环境温度、湿度、以及用户业务感受、网络状态等。
2.可靠传递：
通过各种网络融合、业务融合、终端融合、运营管理融合，将物体的信息实时准确的传递出去。
3.智能处理：
利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体进行实时智能化控制。
物联网体系架构：
1.感知层：
物联网的皮肤和五官。
2.网络层：
物联网的神经中枢和大脑。
3.应用层：
物联网的“社会分工”。
感知层关键技术：
1.传感器技术
2.RFID技术
3.二维码技术
4.ZigBee
5.蓝牙
网络层关键技术：
1.Internet
2.移动通信网
3.无线传感器网络
应用层关键技术：
1.M2M
2.云计算
3.人工智能
4.数据挖掘
5.中间件
第三章
嵌入式系统：
以应用位中心，软件硬件可以裁剪的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性需要的计算机系统。
它由嵌入式硬件和嵌入式软件两部分组成。
嵌入式操作系统位于硬件和应用软件之间，为上层应用提供基础服务，是嵌入式系统的核心和灵魂。
嵌入式技术是让物具有“智慧”的一种关键技术。
嵌入式系统由嵌入式处理器和嵌入式操作系统组成。
传感器被定义为“能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号的输出器件活装置”。
传感器的组成一般包括3大部分：
敏感元件；转换元件；信号调节与转换电路。
RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写，即射频识别技术，也称为电子标签技术，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标对象加以识别并获取相关数据。
RFID系统包括三部分：
RFID读写器、RFID电子标签、中央信息系统。
RFID系统的特点：
1.非触式操作，长距离识别，因此完成识别工作时无须人工干预，应用便利。
2.无机械磨损，寿命长，并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境。
3.形状和大小多样化
4.可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签。
5.数据记忆容量大。
6.读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口，保证其自身的安全性。
7.数据安全方面除电子标签的密码保护外，数据部分可以用一些加宽算法实现安全性管理。
8.在部分安全性要求较高时场合，读写器与标签之间存在互相认证的过程，实现通信和存储。
RFID电子标签由耦合元件及内置芯片组成，一般附着在物体目标对象上。
RFID电子标签通常具有以下功能：
1.具有一定的存储容量。
2.电子标签存储的数据能够被读出或写入。
3.维持对识别物品的识别及相关信息的完整。
4.数据信息编码后，及时传输给读写器。
5.可写入，并且在写入以后，永久性数据不能修改。
6.具有确定的使用期限，使用期限内不需要维修。
7.对于有源标签，通过读写器能够显示电池的工作状况。
RFID电子标签的特性包括以下几点：
1.存储物体数据信息。
2.对物品进行唯一标示。
3.电子标签可以被读写器识别和读写。
4.具有较长的使用寿命。
从功能上来说，RFID电子标签一般由天线、射频模块、控制模块、存储器、电池等组成。
RFID读写器又称为阅读器、读头、扫描器、查询器等，其主要任务是向RFID电子标签发射读取或写入信号，并接受RFID电子标签的应答，对电子标签的对象标识信息进行解码，并将对象标识信息连带标签上其他相关信息传输到中央信息系统以供处理。
RFID读写器的基本组成包括射频模块、天线、读写模块以及其他一些基本功能单元。
第四章
移动通信就是移动物体之间的通信，或移动物体与固定物体之间的通信。
传播的开放性、接收环境的复杂性和通信用户的随机移动性，这三个特点共同构成了移动通信的主要特点。
三代移动通信系统的功能：
1.能实现全球漫游。
2.能提供多种业务。
3.能适应多种环境。
4.足够的系统容量。
LTE：
第三代移动通信系统普遍采用的事码分多址（CDMA）技术；此技术能支持的最大系统宽带为5MHZ，因此3G系统难以达到较高的通信速率，进而对无线多媒体业务的提供能力和质量无法满足人们参与网络、享受网络生活的通信需求。
LTE的关键技术：
1.多址技术。
2.多天线技术。
3.干扰抑制技术。
短距离无线通信的主要特点为通信距离短，覆盖距离一般在10~200M。
成本低、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势。
Zigbee是基于标准的低功耗个域网协议。
根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
ZigBee技术具有以下优势：
1.低功耗。
2.工作可靠。
3.成本低。
4.网络容量大。
5.有效范围大。
6.时延短。
7.优良的拓扑能力。
8.安全性较好。
9.工作频段灵活
ZigBee的3中拓扑结构：
1.星形2.网状形3.簇树形
ZigBee在物联网中的应用：
1.家庭自动化。
2.无线定位。
3.工业领域。
蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。
能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。
利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。
蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的ISM（即工业、科学、医学）频段。
其数据速率为1Mbps。
采用时分双工传输方案实现全双工传输。
无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
它的英文是WirelessSensorNetwork,简称WSN。
大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。
在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能，而这正对应着现代信息技术的三大基础技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。
无线传感器网络的特点：
1.动态性网络。
2.硬件资源有限。
3.能量受限。
4.大规模网络。
5.以数据为中心。
6.广播方式通信。
7.无人值守。
8.易受物理环境影响。
传感器网络系统通常包括传感器节点（sensor）、汇聚节点（sinknode）和管理节点。
大量传感器节点随机部署在监测区域（sensorfield）内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。
传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。
用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。
传感器网络节点的组成和功能包括如下四个基本单元：
传感单元（由传感器和模数转换功能模块组成）、处理单元（由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等）、通信单元（由无线通信模块组成）、以及电源部分。
此外，可以选择的其它功能单元包括：
定位系统、运动系统以及发电装置等。
S-MAC的主要机制:
1.周期监听和睡眠机制。
2.冲突和串音避免机制。
3.消息传递机制。
4.流量自适应监听机制。
第五章
中间件是一种独立的系统软件或服务程序，中间件应用于客户机、服务器的操作系统之上，主要用于管理计算机资源和网络通信。
中间件是连接两个独立应用程序或独立系统的软件，主要功能是使得相连接的系统即使具有不同的接口，利用中间件仍然能相互交换信息。
执行中间件的一个关键途径是信息传递。
中间件主要特点包括：
满足大量应用的需要；运行于多种硬件和OS平台；支持分布计算，提供跨网络、硬件和OS平台的透明的应用或服务的交互；支持标准的协议；支持标准的接口。
物联网中间件就是在物联网中采用中间件技术，以实现多个系统和多种技术之间的资源共享，最终组成一个资源丰富、功能强大的服务系统。
中间件的分类：
1.远程过程调用中间件（RemoteProcedureCall）；
2.面向消息的中间件（Message-OrientedMiddleware）；
3.对象请求代理中间件（ObjectRequestBrokers）；
Web服务（WebServices）就是一种可以通过Web描述、发布、定位和调用的模块化应用。
嵌入式系统就是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式中间件是在嵌入式应用程序和操作系统、硬件平台之间嵌入的一个中间层，通常定义成一组较为完整的、标准的应用程序接口。
嵌入式Web服务器的关键技术主要有HTTP协议和通用网关接口CGI。
嵌入式Web是利用Web框架建立物联网中间件的重要技术，嵌入式Web服务主要具有以下优点：
1.统一的客户界面。
2.平台独立性。
3.高可扩展性。
4.并行性与分布性。
CGI是通过网关接口（CommonGatewayInterface）的缩写。
它是Web服务器主机与外部扩展应用程序交互的一种标准接口。
它提供了讲参数传递给程序并将结果返回浏览器的一种机制。
Web服务器可以通过CGI读取客户端所需要的动态信息。
5W：
Who
What
Where
When
Why
第六章
M2M的全称是机器对机器（Machine-to-Machine），提供了设备实时数据在系统之间、远程设备之间、机器与人之间建立无线连接的简单手段，旨在通过技术来实现人、机器、系统三者之间的智能化、交互式无缝连接，从而实现人与机器、机器与机器之间畅通无阻、随时随地地通信。
M2M终端类型主要包括行业专用终端、无线调制解调器、手持设备三种类型。
M2M的支撑技术：
1.机器
2.M2M硬件（1.嵌入式硬件2.可改装硬件3.调制解调器4.传感器5.识别标识）
3.通信网络（广域网、局域网、个域网）
4.中间件：
中间件包括两部分M2M网关，数据收集，集成部件
云计算中的“云”主要是指能够提供无穷资源的一种全新计算模式，通过云可以将计算能力、网络基础设施、商业处理平台、存储空间、带宽资源等按照约定的服务水平协议有偿地提供给云客户，无论身处何处，何时使用。
云计算的基本属性：
1.按需自助服务
2.广泛的网络接入
3.资源池
4.快速弹性
5.按量计费服务
云计算的部署模式：
1.公共云
2.社区云
3.专用云
4.混合云
云计算的组成：
1.应用程序
2.云客户端
3.基础结构
4.云平台
5.业务
6.存储
7.计算能力
经典云计算应用实例：
1.微软公司的WindowsAzure.
2.IBM公司的"蓝云"
3.亚马逊公司的云
4.谷歌公司的云
物联网与云计算的关系:
云计算是实现物联网的核心。
运用云计算模式，使物联网中数以兆计的各类物品的实时动态管理，智能分析变得可能。
物联网通过将射频识别技术、传感器技术、纳米技术等新技术充分运用在各行各业之中，将各种物体充分连接，并通过无线等网络将采集到的各种实时动态信息送达计算处理中心，进行汇总、分析和处理。
从物联网的结构看，云计算将成为物联网的重要环节。
物联网与云计算的结合必将通过对各种能力资源共享、业务快速部署、人物交互新业务扩展、信息价值深度挖掘等多方面的促进带动整个产业链和价值链的升级与跃进。
物联网强调物物相连，设备终端与设备终端相连，云计算能为连接到云上设备终端提供强大的运算处理能力，以降低终端本身的复杂性。
二者都是为满足人们日益增长的需求而诞生的。
第7章
息安全是一门涉及计算机科学、网络技术、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数学、数论、信息论等多种学科的综合性学科。
ISO对信息安全的定义是:
在技术上和管理上为数据处理系统建立的安全保护,保护计算机硬件、软件和数据不因偶然和而已的原因而遭到破坏、更改和泄露。
信息安全的基本属性：
1.可用性
2.可靠性
3.完整性
4.保密性
5.不可抵赖性
保障网络安全使用的核心和关键，主要包括密码算法、密码协议的设计与分析、密钥管理和密钥托管等技术
物联网安全特点:
1.安全事件导致的危害具有新的特点
2.复杂性带来的新的安全挑战
3.平台、固件、应用软件的多样化带来新的安全挑战
4.成本和效率的挑战，量变到质变的挑战
5.可伸缩性、灵活性要求带来的新挑战
6.安全管理的新挑战
7.来自物联网技术人员的挑战
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