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1、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:刘丽军刘丽军第第2 2章章 物联网的体系结构物联网的体系结构2023/2/9【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成信息采集和信号处理工作，主要的功能和作用是完成
2、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。由于需要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，包含的信息也比较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，以协同多，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递。工作的方式组成一个自组织的多节点网络进行数据传递。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识别技术(Radio Frequency Identi
3、fication(Radio Frequency Identification，RFID)RFID)，又称电子标签，是一种通信技术，可通过无，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，而无需在识别线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。系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
4、(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，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
5、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
6、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)微微机机电电系系统统是是指指可可批批量量制制作作的的，集集微微型型机机构构、微微型型传传感感器器、微微型型执执行行器器以以及及信信号号处处理理
7、和和控控制制电电路路，直直至至接接口口、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 GPS GPS 是是英英文文Global Global Positioning Positioning System(System(全全球球定定位位系系统统)的的
8、简简称称，是是2020世世纪纪7070年年代代由由美美国国陆陆海海空空三三军军联联合合研研制制的新一代空间卫星导航定位系统。的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 GIS(Geographic Information Information SystemSystem，地地理理信信息息系系统统)是是以以测测绘绘测测量量为为基基础础，以以数数据据库库作作为为数数据据储储存存和和使使用
9、用的的数据源，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、CDMA2000CDMA2000、无线接入网、无线局域网等、无线接入网、无线局域网等)、卫星通、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信网等基础网络设施，对来自感知层的信息进行接入
10、和传输。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 互互联联网网是是一一个个由由各各种种不不同同类类型型和和规规模模的的、独独立立运运行行和和管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 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 移移动动通通信信使使电电话话摆摆脱脱了了电电缆缆的的束束缚缚，让让人人们们可可以以以以更更加加灵活方便的方式进行交流。灵活方便的方式进行交流。3G3
11、G技技 术术：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
12、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 云云计计算算概概念念是是由由GoogleGoogle提提出出的的，其其核核心心思思想想是是将将大大量量用用网网络络连连接接的的计计算算资资源源统统一一管管理理和和调调度度，构构成成一一个个计计算算资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
13、2.2.中间件中间件 中中间间件件是是一一类类连连接接软软件件组组件件和和应应用用的的计计算算机机软软件件，它它包包括括一一组组服服务务，以以便便运运行行在在一一台台或或多多台台机机器器上上的的多多个个软软件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 人人工工智智能能(Artificial(Artificial IntelligenceIntelligence，简简称称AI)AI)是是研研究究人人类类智智能能活活动动的的规规律律，构构造造具具有有一一定定智智能能的的人人工工系系统统，研研究究如如何何让
14、让计计算算机机去去完完成成以以往往需需要要人人的的智智力力才才能能胜胜任任的的工工作作，也也就就是是研研究究如如何何应应用用计计算算机机的的软软硬硬件件来来模模拟拟人人类类某某些些智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.数据挖掘数据挖掘 数数据据挖挖掘掘(Data(Data Mining)Mining)，就就是是从从存存放放在在数数据据库库、数数据据仓仓库库或或其其他他信信息息库库中中的的大大量量的的数数据据中中获获取取有有效效的的、新新颖颖的的、潜在有用的、最终可理解的模式的非平凡过程。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 专专家家系系统统是是一一个个智智能能计计算算机机程程序序系系统统，其其内内部部含含有有大大量量的的某某个个领领域域专专家家水水平平的的知知识识与与经经验验，能能够够利利用用人人类类专专家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