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1、2022-5-12物联网技术与应用物联网技术与应用 配套电子课件配套电子课件主编主编: :刘丽军刘丽军【本章知识要点本章知识要点】学习完本章后，应当掌握如下知识：学习完本章后，应当掌握如下知识： （1）物联网技术体系框架。）物联网技术体系框架。 （2）感知层功能及关键技术。）感知层功能及关键技术。 （3）网络层功能及关键技术。）网络层功能及关键技术。 （4）应用层功能及关键技术。）应用层功能及关键技术。 概述概述物联网技术体系框架概述概述 感知 全面感知 网络 可靠传输 应用 智能处理 人的感官 人的神经 人的大脑 物联网各层功能与人体功能对应关系图 2.1 感知层感知层 主要的功能和作用是完
2、成信息采集和信号处理工作主要的功能和作用是完成信息采集和信号处理工作，这类设备中多采用嵌入式系统软件与之适应。由于需，这类设备中多采用嵌入式系统软件与之适应。由于需要感知的地理范围和空间范围比较大，包含的信息也比要感知的地理范围和空间范围比较大，包含的信息也比较多，该层中的设备还需要通过自组织网络技术，以协较多，该层中的设备还需要通过自组织网络技术，以协同工作的方式组成一个自组织的多节点网络进行数据传同工作的方式组成一个自组织的多节点网络进行数据传递。递。 2.1.1 2.1.1 感知层主要功能感知层主要功能2.1 感知层感知层 1. RFID 1. RFID技术技术 无线射频识别技术无线射频
3、识别技术(Radio Frequency Identification(Radio Frequency Identification，RFID)RFID)，又称电子标签，是一种通信技术，可通过无线，又称电子标签，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。统与特定目标之间建立机械或光学接触。 2.1.2 2.1.2 感知层关键技术感知层关键技术2.1 感知层感知层 RFID RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，系统由一个询问器系统
4、由一个询问器( (或阅读器或阅读器) )和很多应答器和很多应答器( (或标签或标签) )组成。组成。RFID系统的组成2.1 感知层感知层 RFIDRFID技术的基本工作原理：技术的基本工作原理： 标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag(Passive Tag，无源标签或被动标签，无源标签或被动标签) )，或者主动发送某，或者主动发送某一频率的信号一频率的信号(Active Tag(Active Tag，有源标签或主动标签
5、，有源标签或主动标签) )；解读；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。处理。2.1 感知层感知层 2. 2. 传感器技术传感器技术 传感器是指能感受规定的被测量件，并按照一定的规传感器是指能感受规定的被测量件，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。律转换成可用输出信号的器件或装置。2.1.2 2.1.2 感知层关键技术感知层关键技术2.1 感知层感知层 3. 3. 嵌入式系统嵌入式系统 嵌入式系统有如下特点：嵌入式系统有如下特点： (1) (1) 嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的嵌入式系统是与应用紧密结合
6、的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理利用。专用性，必须结合实际系统需求进行合理利用。 (2) (2) 是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。新的知识集成系统。 (3) (3) 嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行选择，嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行选择，以满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。以满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。2.1.2 2.1.2 感知层关键技术感知层关键技术2.1 感知层感知层 4. 4. 微机电系统微机电系统(MEMS)(MEMS) 微机电系统是指可批量制作的，
7、集微型机构、微型传感微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。通信和电源等于一体的微型器件或系统。2.1.2 2.1.2 感知层关键技术感知层关键技术2.1 感知层感知层 微机电系统基本特点微机电系统基本特点: : (1) (1) 微型化；微型化； (2) (2) 以硅为主要材料；以硅为主要材料； (3) (3) 批量生产；批量生产； (4) (4) 集成化；集成化； (5) (5) 多学科交叉。多学科交叉。2.1 感知层感知层 5. GPS 5. GPS
8、GPS GPS 是英文是英文Global Positioning System(Global Positioning System(全球定位系统全球定位系统) )的简称，是的简称，是2020世纪世纪7070年代由美国陆海空三军联合研制的年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。新一代空间卫星导航定位系统。GPSGPS由空间部分、地面控制系统和用户设备部分组成。由空间部分、地面控制系统和用户设备部分组成。 2.1.2 2.1.2 感知层关键技术感知层关键技术2.1 感知层感知层 6. GIS 6. GIS GIS(Geographic Information SystemGIS(
9、Geographic Information System，地理信息系统，地理信息系统) )是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。 2.1.2 2.1.2 感知层关键技术感知层关键技术2.2 网络层网络层 网络层的主要功能是直接通过现有互联网网络层的主要功能是直接通过现有互联网(IPv4/IPv6 (IPv4/IPv6 网络网络) )、移动通信网、移动通信网( (如如GSMGSM、TD-SCDMATD-SCDMA、WCDMAWCDMA、C
10、DMA2000CDMA2000、无线接入网、无线局域网、无线接入网、无线局域网等等) )、卫星通信网等基础网络设施，对来自感知层的信息、卫星通信网等基础网络设施，对来自感知层的信息进行接入和传输。进行接入和传输。 2.2.1 2.2.1 网络层主要功能网络层主要功能2.2 网络层网络层2.2.2 2.2.2 网络层关键技术网络层关键技术 1. 1. 互联网互联网 互联网是一个由各种不同类型和规模的、独立运行和管互联网是一个由各种不同类型和规模的、独立运行和管理的计算机网络组成的世界范围的巨大计算机网络。理的计算机网络组成的世界范围的巨大计算机网络。 2.2 网络层网络层2.2.2 2.2.2
11、网络层关键技术网络层关键技术 2. 2. 移动通信网移动通信网 移动通信使电话摆脱了电缆的束缚，让人们可以以更加移动通信使电话摆脱了电缆的束缚，让人们可以以更加灵活方便的方式进行交流。灵活方便的方式进行交流。 3G3G技术：技术：CDMA2000CDMA2000、WCDMAWCDMA、TD-SCDMATD-SCDMA、WiMAX WiMAX 2.2 网络层网络层2.2.2 2.2.2 网络层关键技术网络层关键技术 3. 3. 无线短距离通信技术无线短距离通信技术 （1 1）ZigBeeZigBee （2 2）蓝牙）蓝牙 （3 3）Wi-FiWi-Fi2.3 应用层应用层 应用层包括各类用户界面
12、显示设备以及其他管理设备应用层包括各类用户界面显示设备以及其他管理设备等，这也是物联网体系结构的最高层。应用层根据用户等，这也是物联网体系结构的最高层。应用层根据用户的需求可以面向各类行业实际应用的管理平台和运行平的需求可以面向各类行业实际应用的管理平台和运行平台，并根据各种应用的特点集成相关的内容服务。台，并根据各种应用的特点集成相关的内容服务。 2.3.1 2.3.1 应用层主要功能应用层主要功能2.3 应用层应用层2.3.2 2.3.2 应用层关键技术应用层关键技术 1. 1. 云计算云计算 云计算概念是由云计算概念是由GoogleGoogle提出的，其核心思想是将大量用提出的，其核心思
13、想是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供相应服务。源池向用户提供相应服务。 2.3 应用层应用层2.3.2 2.3.2 应用层关键技术应用层关键技术 2. 2. 中间件中间件 中间件是一类连接软件组件和应用的计算机软件，它包中间件是一类连接软件组件和应用的计算机软件，它包括一组服务，以便运行在一台或多台机器上的多个软件括一组服务，以便运行在一台或多台机器上的多个软件通过网络进行交互。通过网络进行交互。 2.3 应用层应用层2.3.2 2.3.2 应用层关键技术应用层关键技术 3. 3. 人工智能人工智能 人工智能
14、人工智能(Artificial Intelligence(Artificial Intelligence，简称，简称AI)AI)是研究人类是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。能行为的基本理论、方法和技术。2.3 应用层应用层2.3.2 2.3.2 应用层关键技术应用层关键技术 4. 4. 数据挖掘数据挖
15、掘 数据挖掘数据挖掘(Data Mining)(Data Mining)，就是从存放在数据库、数据，就是从存放在数据库、数据仓库或其他信息库中的大量的数据中获取有效的、新颖仓库或其他信息库中的大量的数据中获取有效的、新颖的、潜在有用的、最终可理解的模式的非平凡过程。的、潜在有用的、最终可理解的模式的非平凡过程。 2.3 应用层应用层2.3.2 2.3.2 应用层关键技术应用层关键技术 5. 5. 专家系统专家系统 专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。 一、单项选择题15:DBBCD610:BCDCC1115:D AAA二、简答题略课后练习参考答案课后练习参考答案