第2章物联网的体系结构资料
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第2章物联网的体系结构ppt课件全
2.3 应用层
2.3.2 应用层关键技术
3. 人工智能
人工智能(Artificial Intelligence，简称AI)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 能行为的基本理论、方法和技术。
2.2 网络层
2.2.2 网络层关键技术 3. 无线短距离通信技术
（1）ZigBee （2）蓝牙 （3）Wi-Fi
2.3 应用层
2.3.1 应用层主要功能
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 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。
2.3 应用层
2.3.2 应用层关键技术
1. 云计算 云计算概念是由Google提出的，其核心思想是将大量用 网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资 源池向用户提供相应服务。
2.3 应用层
2.3.2 应用层关键技术
2. 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 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。
课后练习参考答案
一、单项选择题 1～5:DBBCD 6～10:BCDCC 11～15:D AAA 二、简答题 略
2.3 应用层
2.3.2 应用层关键技术
4. 数据挖掘 数据挖掘(Data Mining)，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
2.3.2 应用层关键技术
物联网概论-2版-第2章
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物联网概论（第2版）
2.4
应用层
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物联网概论（第2版）
应用层
2.4.1 应用层的功能
2.4.2 物联网中间件
2.4.3 物联网应用场景
2.4.4 物联网应用所需的环境 2.4.5 物联网面临的挑战 2.4.6 物联网前景展望
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2.4.1 应用层的功能
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物联网概论（第2版）
2.4.6 物联网前景展望
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物联网概论（第2版）
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信息不是单向传递的，也有交互或控制。
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物 联 网 体 系 架 构
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物联网概论（第2版）
2.3.3 互联网
3．互联网的基本功能 互联网的功能主要有三个：数据通信、资源共享和分布处 理。数据通信是计算机最基本的功能，能够实现快速传送计算机与 终端、计算机与计算机之间的各种信息。计算机互联网络的目的就 是实现网络资源共享。互联网数据通信能力强，网上的计算机是相 对独立的，它们各自相互联系又相互独立。
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物联网概论（第2版）
2.4.2 物联网中间件
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物联网概论（第2版）
2.4.2 物联网中间件
物联网-第2章 物联网体系架构-物联网——体系结构、协议标准与无线通信-高泽华-清华大学出版社
➢ OSI七层模型和TCP/IP四个协议层的关系
2.2 网络传输层
➢ IPv6
➢ 地址空间巨大 ➢ 地址层次丰富 实现 IP 层网络安全 无状态自动配置
2.2 网络传输层
➢ 传输网与传感网的融合
2.3 应用层
➢ 应用层是物联网运行的驱动力，提供服务是物联网建设的价值所在。应用 层的核心功能在于站在更高的层次上管理、运用资源。感知层和传输层将 收集到的物品参数信息，汇总在应用层进行统一分析、挖掘、决策，用于 支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、控制、共享、互通，提升 信息的综合利用度。应用层是对物联网的信息进行处理和应用,面向各类 应用,实现信息的存储、数据的分析和挖掘、应用的决策等,涉及到海量信 息的智能分析处理、分布式计算、中间件等多种技术。 网络传输层 2.3 应用层 2.4 物联网体系构架
第2章 物联网体系架构
➢ 物联网是互联网向世界万物的延伸和扩展， 是以实现万物互联的一种网络。万物互联是 实现物与物、人与人、物与人之间的通信。 物联网系统架构和标准的技术体系包括：感 知层、传输层、应用层。
（1）感知网用于采集与传输环境信息 （2）接入网由一些网关或汇聚节点组成，为感知网与外部网络或控制中心之间的通信提
供基础通信接入设施 （3）网络基础设施是指下一代互联网NGN （4）中间件由负责大规模数据采集与处理的软件组成 （5）应用平台涉及未来各个行业，它们将有效使用物联网提供服务以提高生产和生活的
➢ 业务模式和流程
➢ 1.业务模式
➢ 业务定制模式 ➢ 公共服务模式 ➢ 灾害应急模式
➢ 2.业务描述语言
➢ XML ➢ UML ➢ BPEL
➢ 3.业务流程
2.3 应用层
➢ 服务资源
➢ 1.标识
2.2 网络传输层
➢ IPv6
➢ 地址空间巨大 ➢ 地址层次丰富 实现 IP 层网络安全 无状态自动配置
2.2 网络传输层
➢ 传输网与传感网的融合
2.3 应用层
➢ 应用层是物联网运行的驱动力，提供服务是物联网建设的价值所在。应用 层的核心功能在于站在更高的层次上管理、运用资源。感知层和传输层将 收集到的物品参数信息，汇总在应用层进行统一分析、挖掘、决策，用于 支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、控制、共享、互通，提升 信息的综合利用度。应用层是对物联网的信息进行处理和应用,面向各类 应用,实现信息的存储、数据的分析和挖掘、应用的决策等,涉及到海量信 息的智能分析处理、分布式计算、中间件等多种技术。 网络传输层 2.3 应用层 2.4 物联网体系构架
第2章 物联网体系架构
➢ 物联网是互联网向世界万物的延伸和扩展， 是以实现万物互联的一种网络。万物互联是 实现物与物、人与人、物与人之间的通信。 物联网系统架构和标准的技术体系包括：感 知层、传输层、应用层。
（1）感知网用于采集与传输环境信息 （2）接入网由一些网关或汇聚节点组成，为感知网与外部网络或控制中心之间的通信提
供基础通信接入设施 （3）网络基础设施是指下一代互联网NGN （4）中间件由负责大规模数据采集与处理的软件组成 （5）应用平台涉及未来各个行业，它们将有效使用物联网提供服务以提高生产和生活的
➢ 业务模式和流程
➢ 1.业务模式
➢ 业务定制模式 ➢ 公共服务模式 ➢ 灾害应急模式
➢ 2.业务描述语言
➢ XML ➢ UML ➢ BPEL
➢ 3.业务流程
2.3 应用层
➢ 服务资源
➢ 1.标识
物联网体系架构
发现服 务
EPC信 息服务
EPC信息服务
用以实现最终用户在物 联网环境下访问EPC信息。
物联网体系架构
物联网的网络架构
物联网网络架构
物联网体系架构
应用层包括应用支持子层和 各种物联网应用。应用支持 子层为物联网应用提供信息 处理、计算等通用基础服务 设施、能力及资源调用接口， 以此为基础实现物联网在众 多领域的各种应用。 网络层主要实现信息的传递、 路由和控制，包括延伸网、 接入网和核心网，网络层可 依托公众电信网和互联网， 也可以依托行业专用通信网 络。 感知层实现对物理世界的智 能感知识别、信息采集处理 和自动控制，并通过通信模 块将物理实体连接到网络层 和应用层。
本地EPC 信息服务
EPC 中间件
互联网
EPC 读卡器
全局EPC 信息服务
电子标签
物联网的体系架构研究现状
GS1（Globe Standard 1，国际物品编码协会）
EPC编码体系
射频识别系统
射频识别系统包括 EPC标签和读写器
EPC编 码体系 射频识 别系统
定义相关编码体系，要求不同物 品使用统一，唯一的电子标签
ISO/IEC JTC1 WG7/SWG5/WG10相关工作
ISO/IEC JTC1 SC6 WG7
ISO/IEC JTC1 SWG 5
• 致力于对未来网络(FN)的研究，旨在创造一系列新的网 络体系结构、网络设计方法和协议标准 • 目前的成果ISO/IEC TR 29181系列标准的制定
• 为了建立科学、合理的物联网参考体系结构 • JTC1 SWG5完成了关于物联网参考体系架构研究报告， 针对物联网参考架构需求，要求及模型等提出分析。
支持不同规模、不同复杂度、不同 工作负载的大量应用，同时也能支 持包含大量设备、应用、用户、巨 大数据流等系统。 使物联网系统可 对组件(如设备 和网络)的增加 与删除自适应 使物联网的用户、服务、设 备和来自设备的数据根据不 同准则（如地理位置信息、 设备类型等）被发现。 可扩展性 可发现性 支持不同类型设备的 异构网络，在不同网 络和不同操作系统之 间的互操作性
物联网体系架构
泛在服务
• 泛在服务以无所不在、无所不包、无所不 为为基本特征，以实现在任何时间、任何 地点、任何人、任何物都能畅通地通信为 目标，是人类通信服务的极致。
物联网体系架构
• 1、泛在网体系框架 • ITU-T在Y.2002中分为： • 底层传感网络、泛在传感网接入网络、泛
在传感网络中间件、泛在传感网络基础骨 干网络、泛在传感网络应用平台。如下图：
• 半导体、陶瓷、复合材料、金属材料、高 分子材料、超导体材料、光纤材料、纳米 材料传感器
• 5、按能量分 • 能量转换型、能量控制型传感器 • 6、按制造工艺 • 集成传感器、薄膜传感器、厚膜、陶瓷
• 基于双绞线铜缆的xDSL技术 • 1、电话网铜线(DSL)
• 2、高比特率数字用户线(HDSL)
• BOSS：统一管理客户集团信息，业务受理、
物联网的体系架构
• 通用物联网体系结构：感知层、网络层、 数据智能处理层和应用层。
• 感知层就像人的皮肤和五官，用来识别物 体，采集信息；包括信息采集和末梢网络 两个子层，传感器、二维码、条形码、RFID、 智能装置等作为数据采集设备，将采集到 的数据通过末梢网络上传给网络层。末梢 网络包括传感网、无线传感网、工业控制 网络、无线个域网、家庭网以及各种短距 离无线通信网络。
• 用户隐私安全包括对用户个人资料等信息 进行有效保障，不能泄露用户隐私信息。
• 物联网的运营可以分成两大类：面向公众 提供的物联网服务和面向行业提供的物联 网专用服务。面向公众提供的物联网服务 是建设一张面向公众服务的广域物联网， 网络建设和网络维护需要长期投入人力和 物力，从集约化和节省全社会的角度看， 通信运营商凭借丰富的专业经验、较低的 人员维护成本、一体化维护优势，是最佳 的建设方和维护方。面向行业提供的物联 网专用服务主要指某些行业单独设立的通
物联网体系架构及关键技术
第2章 物联网体系架构
它提供整个网络信息
物联网的这种自主体系结构由数据面、的控完制整面视、图知，并识且面提和
炼成为网络系统的知
管理面四个面组成。
识，控用制于面指通导过控向制数面 的适据应面性发控送制配置信
息，优化数据面
的吞吐量，提高
可靠性
数据面主要用于
管理面用于协调数 图2.1 物联网的一种自主体系结构数据分组的传送
第2章 物联网体系架构 图2.3 EPC物联网体系架构示意图
第2章 物联网体系架构
由图2.3可以看到一个企业物联网应用系统的基本架构。 该应用系统由三大部分组成，即RFID识别系统、中间件系统 和计算机互联网系统。
RFID识别系统包含EPC标签和RFID读写器，两者通过 RFID空中接口通信，EPC标签贴于每件物品上。
EPC Global对于物联网的描述是，一个物联网主要由 EPC编码体系、射频识别系统及EPC信息网络系统三部分组 成。
第2章 物联网体系架构
1．EPC编码体系 物联网实现的是全球物品的信息实时共享。显然，首先 要做的是实现全球物品的统一编码，即对在地球上任何地方 生产出来的任何一件物品，都要给它打上电子标签。 这种电子标签带有一个电子产品代码，并且全球唯一。 电子标签代表了该物品的基本识别信息，例如，表示“A公 司于B时间在C地点生产的D类产品的第E件”。目前，欧美 支持的EPC编码和日本支持的UID编码是两种常见的电子产 品编码体系。
第2章 物联网体系架构
EPC信息发现服务(Discovery Service)包括对象名解析服 务(Object Name Service，ONS)以及配套服务，它基于电子产 品代码，获取EPC数据访问通道信息。目前，根ONS系统和 配套的发现服务系统由EPC Global委托VeriSign公司进行运
物联网工程导论知识资料
第二章 物联网的体系结构
本章要点
1、理解物联网的【三维体系结构】 2、了解物联网基础实施类技术 3、了解自主结构物联网的4个平面 4、了解EPC体系结构
目录
2.1 三维体系结构 2.2 自主体系结构 2.3 EPC体系结构
2.1 .1物联网的三维体系结构概念
物联网主要解决物品到物品(T2T)、人到物品(H2T)、人到 人(H2H) 之间的互连.T2T、H2T、H2T 这3 个层面的互连是 物联网不可缺少的，单纯物品与物品之间的互连并不构成 一个物联网，单纯在局部范围之内连接某些物品也不构成 物联网，物联网一定是由物品可以自然连接的因特网
其一，物联网一定属于未来因特网，物联网一定是未来 网络社会的基础设施，即物联网一定可以自然扩展到全 球的系统；
其二，物联网中物品的连接一定是“自然连接”，也就 是保留了物品在物理世界中时间和空间特性的连接。
2.1 .1物联网的三维体系结构概念
物联网体系结构与传统网络体系结构不同, 不能简单采用分 层网络体系结构描述。物联网系统本身是由三个维度构成 的一个系统, 这三个维度是信息物品、自主网络、智能应 用。
自主网络表示这类网络具有自配置、自愈合、自优化、自保 护能力[ 7]
智能应用表示这类应用具有智能控制和处理能力 信息物品表示这些物品是可以标识或感知其自身信息。 三个物联网的功能维度是传统网络系统不具备的维度(包括自
主网络的维度) , 却是连接物品的网络必须具有的维度, 否 则, 物联网就无法满足应用的需求。
网基础设施。 表示了智能交通系统的层面和智能电网的层面, 这两个系统都是具体
的物联网系统,各自具有信息物品、自主网络与智能应用三个维度 的组成部件。例如智能交通系统的信息物品功能部 件包括机动车、非机动车和行人的标识以及这些物品的信息采集; 自 主网络功能部件包括机动车、非机动车和行人的自主接入网络、自 主优化网络; 智能应用功能部件包括车辆、行人智能导航, 交通信号 灯的自动控制。这些功能组成部件是智能交通系统中特 有的, 不同于智能电网中同类型的功能部件。
本章要点
1、理解物联网的【三维体系结构】 2、了解物联网基础实施类技术 3、了解自主结构物联网的4个平面 4、了解EPC体系结构
目录
2.1 三维体系结构 2.2 自主体系结构 2.3 EPC体系结构
2.1 .1物联网的三维体系结构概念
物联网主要解决物品到物品(T2T)、人到物品(H2T)、人到 人(H2H) 之间的互连.T2T、H2T、H2T 这3 个层面的互连是 物联网不可缺少的，单纯物品与物品之间的互连并不构成 一个物联网，单纯在局部范围之内连接某些物品也不构成 物联网，物联网一定是由物品可以自然连接的因特网
其一，物联网一定属于未来因特网，物联网一定是未来 网络社会的基础设施，即物联网一定可以自然扩展到全 球的系统；
其二，物联网中物品的连接一定是“自然连接”，也就 是保留了物品在物理世界中时间和空间特性的连接。
2.1 .1物联网的三维体系结构概念
物联网体系结构与传统网络体系结构不同, 不能简单采用分 层网络体系结构描述。物联网系统本身是由三个维度构成 的一个系统, 这三个维度是信息物品、自主网络、智能应 用。
自主网络表示这类网络具有自配置、自愈合、自优化、自保 护能力[ 7]
智能应用表示这类应用具有智能控制和处理能力 信息物品表示这些物品是可以标识或感知其自身信息。 三个物联网的功能维度是传统网络系统不具备的维度(包括自
主网络的维度) , 却是连接物品的网络必须具有的维度, 否 则, 物联网就无法满足应用的需求。
网基础设施。 表示了智能交通系统的层面和智能电网的层面, 这两个系统都是具体
的物联网系统,各自具有信息物品、自主网络与智能应用三个维度 的组成部件。例如智能交通系统的信息物品功能部 件包括机动车、非机动车和行人的标识以及这些物品的信息采集; 自 主网络功能部件包括机动车、非机动车和行人的自主接入网络、自 主优化网络; 智能应用功能部件包括车辆、行人智能导航, 交通信号 灯的自动控制。这些功能组成部件是智能交通系统中特 有的, 不同于智能电网中同类型的功能部件。
第2章物联网体系结构PPT课件
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物联网体系结构图
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.2.2 物联网感知层
第一层是感知层，物联网中由于要实现物与物和人与 物的通信，感知层是必须的。感知层主要实现物体的信 息采集、捕获和识别。即以二维码、RFID、传感器为主， 实现对“物”的识别与信息采集。
感知层是物联网发展和应用的基础。例如，张贴安装 在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感 应器都属于物联网的感知层。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。
在内网（Intranet）、专网（Extranet/VPN）或互联网 （Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制， 提供安全可控（隐私保护）乃至个性化的实时在线监测、 定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、进程控制、 远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面 （Dashboard）等管理和服务功能，实现对“万物” （Things）的“高效、节能、安全、环保”的“管、 控、营”一体化服务。
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短距离有线通信 （双绞线、同轴电 缆和光纤等）
长距离有线通信（广 电网、电信网等）
数据传输技 术
短距离无线通信 （Zigbee、蓝牙 和红外等）
长距离无线通信 （2G、3G 和 4G 等
物联网中常用的数据传输技术
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2.2.4 物联网应用层 第三层是应用层。应用层主要包括服务支撑层和应用子
集层。物联网的核心功能是对信息资源进行采集、开发和利 用。
服务支撑层的主要功能是根据底层采集的数据，形成与 业务需求相适应、实时更新的动态数据资源库。
物联网体系架构
第章2物联网体系架构物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的信息产业新方向，其价值在于让物体也拥有了“智慧”，从而实现人与物、物与物之间的沟通。
本章将从感知层、网络层、应用层对物联网体系架构进行介绍。
同时，本章也是本书的线索和灵魂，读者可以借助本章了解物联网知识体系的基本框架。
2.1要深入研究物联网的体系架构，必须首先了解物联网有哪些应用，为了实现丰富多彩的应用，物联网在技术上有哪些需求。
本节首先列举了物联网的典型应用场景，并且在分析物联网应用需求的基础上，引出了通用的物联网体系结构，使读者能够对物联网体系架构有一个形象而宏观的认识。
2.1.1物联网是近年来的热点，人人都在提物联网，但物联网到底是什么？究竟能做什么？本节将对几种与普通用户关系紧密的物联网应用进行介绍。
应用场景一：当你早上拿车钥匙出门上班，在电脑旁待命的感应器检测到之后就会通过互联网络自动发起一系列事件，比如通过短信或者喇叭自动播报今天的天气，在电脑上显示快捷通畅的开车路径并估算路上所花时间，同时通过短信或者即时聊天工具告知你的同事你将马上到达等。
应用场景二：联网冰箱也将是最常见的物联网物品之一。
想象一下，联网冰箱可以监视冰箱里的食物，在我们去超市的时候，家里的冰箱会告诉我们缺少些什么，也会告诉我们食物什么时候过期。
它还可以跟踪常用的美食网站，为你收集食谱并在你的购物单里添加配料。
这种冰箱知道你喜欢吃什么东西，依据的是你给每顿饭做出的评分。
它可以照顾你的身体，因为它知道什么食物对你有好处。
应用场景三：用户开通了家庭安防业务，可以通过PC 或手机等终端远程查看家里的各种环境参数、安全状态和视频监控图像。
当网络接入速度较快时，用户可以看到一个以三维立体图像显示的家庭实景图，并且采用警示灯等方式显示危险；用户还可以通过鼠标拖动从不同的视角查看具体情况；在网络接入速度较慢时，用户可以通过一个文本和简单的图示观察家庭安全状态和危险信号。
图2-1形象地表示了物联网在我们日常生活中的应用。
简述物联网的体系结构
简述物联网的体系结构物联网（InternetofThings，IoT）是一种将物理系统与因特网联系起来，用于存储和交换数据的一种技术。
它利用一系列网络技术，如无线传感器网络和系统整合技术，将人们的日常生活，环境和工业行业的设备联系起来，从而使这些机器变得更加自动、智能化和可视化。
物联网的体系架构是物联网所依赖的重要组成部分，也是物联网实现数据采集、连接、存储和分析的基础。
物联网体系结构一般分为五层：传感层、网络层、数据传输层、控制层以及应用层。
传感层是物联网的核心，由智能传感器、智能模块、智能终端等设备组成，负责从物理世界的实时信息中进行持续的数据采集。
网络层是物联网的存储和传输媒介，它负责物联网设备之间的连接与控制，具体来说就是建立和管理网络，控制信息流，确保设备正常工作。
数据传输层是在网络层和控制层之间的一种技术，它负责数据的安全传输和传输的可靠性，通过它可以对数据采集与传输做出更精准的控制。
控制层是物联网的管理系统，负责智能设备之间的交互，管理网络拓扑结构，为用户提供功能强大、易于管理的物联网环境。
最后，应用层是使用者接触物联网数据的门户，它负责服务门户、设备管理、数据处理和分析等应用，并将这些应用与使用者有机结合起来，提供更加便捷实用的物联网解决方案。
物联网的体系架构有助于搭建可靠的物联网系统，它提供了一种一致的分层架构，可以将物联网中的不同层次联系起来，使其可以获取更多的有用数据。
物联网的体系架构不仅能够满足物联网中的基本需求，而且可以帮助企业更好地把握机遇和应对挑战，为其带来更多的发展机遇。
物联网的体系架构有助于企业更有效地应用物联网，能够将物联网环境中的众多技术有机地连接起来，实现物联网系统高效率地运行，使企业更好地利用物联网技术，实现数据采集、存储和分析等应用。
总之，物联网的体系架构不仅是物联网技术的基础，而且是物联网实现其核心功能的催化剂。
它为物联网设备之间的连接、控制和数据传输提供了基础，是实现物联网通信和服务功能的基石。
物联网技术导论 第2章 物联网体系结构
➢ 四层模型的物联网体系结构分为：感知控制层、网络互联层、支撑服务层和综合应用层。 相对于经典的三层模型，突出了服务层的作用。
➢ 本教材按此四层模型架构进行编排和论述。
层次 综合应用层
支撑服务层 网络互联层
感知控制层
内容 智能工业、智慧农业、智能物流、智能交通、智能电网、
智能家居、智能安防... 数据中心、数据库、云计算、数据挖掘、搜索引擎、中间件...
第2章 物联网体系结构
CONTENTS
目 录
01 2.1 物联网体系结构的层次模型
02 2.2 体系结构的层次
03 2.3 关键技术
2.1 物联网体系结构的层次模型
3 — —
分层模型
➢ 分层可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题。各种网络的体系结构都是按照 分层的思想建立的，最典型的就是国际互联网。
移动通信网、互联网、有线电视网、行业专网、接入网、 WPAN、WLAN、NB-IoT、Lora...
RFID、传感器、二维码、定位系统、嵌入式系统、WSN...
物联网体系结构的四层模型
CONTENTS
目 录
01 2.1 物联网体系结构的层次模型
02 2.2 体系结构的层次
03 2.3 关键技术
2.2 体系结构的层次
➢ 网络层的信息传输可以划分为两个阶段：接入网络阶段和互联网传输阶段。
• 接入网络阶段：感知层的信息通过短距离通信介质传输到互联网上，接入网络为来自感知层的数 据提供到互联网的接入手段。
• 互联网传输阶段：通过互联网传输到终端用户。
2.2 体支撑服务层
➢ 支撑服务层提供物联网资源的初始化，监测资源的在线运行状况，协调多个物联网资源之 间的工作，实现跨域资源间的交互、共享、调度；
➢ 本教材按此四层模型架构进行编排和论述。
层次 综合应用层
支撑服务层 网络互联层
感知控制层
内容 智能工业、智慧农业、智能物流、智能交通、智能电网、
智能家居、智能安防... 数据中心、数据库、云计算、数据挖掘、搜索引擎、中间件...
第2章 物联网体系结构
CONTENTS
目 录
01 2.1 物联网体系结构的层次模型
02 2.2 体系结构的层次
03 2.3 关键技术
2.1 物联网体系结构的层次模型
3 — —
分层模型
➢ 分层可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题。各种网络的体系结构都是按照 分层的思想建立的，最典型的就是国际互联网。
移动通信网、互联网、有线电视网、行业专网、接入网、 WPAN、WLAN、NB-IoT、Lora...
RFID、传感器、二维码、定位系统、嵌入式系统、WSN...
物联网体系结构的四层模型
CONTENTS
目 录
01 2.1 物联网体系结构的层次模型
02 2.2 体系结构的层次
03 2.3 关键技术
2.2 体系结构的层次
➢ 网络层的信息传输可以划分为两个阶段：接入网络阶段和互联网传输阶段。
• 接入网络阶段：感知层的信息通过短距离通信介质传输到互联网上，接入网络为来自感知层的数 据提供到互联网的接入手段。
• 互联网传输阶段：通过互联网传输到终端用户。
2.2 体支撑服务层
➢ 支撑服务层提供物联网资源的初始化，监测资源的在线运行状况，协调多个物联网资源之 间的工作，实现跨域资源间的交互、共享、调度；
第二章 物联网体系构架ppt课件
物联网感知层解决的就是人类世界和物理 世界的数据获取问题。
感知层处于三层架构的最底层，是物联网 发展和应用的基础，具有物联网全面感知的 核心能力。作为物联网的最基本一层，感知 层具有十分重要的作用。
感知层功能
感知层一般包括数据采集和数据短距离 传输两部分
此处的短距离传输技术，尤指像蓝牙、 ZigBee这类传输距离小于100m，速率 低于1M bit/s的中低速无线短距离传输 技术。
在物联网中，数据挖掘只是一个代表性 概念，它是一些能够实现物联网“智能 化”、“智慧化”的分析技术和应用的 统称。
中间件
中间件是为了实现每个小的应用环境或 系统的标准化以及它们之间的通信，在 后台应用软件和读写器之间设置的一个 通用的平台和接口。
物联网中间件的主要作用在于将实体对 象转换为信息环境下的虚拟对象，因此 数据处理是中间件最重要的功能。
感知层关键技术
感知层所需要的关键技术包括检测技术 （传感器、RFID、二维码等）、中低速无 线或有线短距离传输技术（Zigbee、蓝牙 等）等。
牙刷也上物联网
传感器技术
计算机类似于人的大脑，而仅有大脑而 没有感知外界信息的“五官”显然是不 够的，计算机也还需要它们的“五 官”——传感器。
传感器是摄取信息的关键器件，它是物 联网中不可缺少的信息采集手段，也是 采用微电子技术改造传统产业的重要方 法
物联网需求分析
➢（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
目前在业界物联网体系架构也大致被公认为有这三 个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是 数据传输的网络层，最上面则是内容应用层 。
物联网体系架构
感知层处于三层架构的最底层，是物联网 发展和应用的基础，具有物联网全面感知的 核心能力。作为物联网的最基本一层，感知 层具有十分重要的作用。
感知层功能
感知层一般包括数据采集和数据短距离 传输两部分
此处的短距离传输技术，尤指像蓝牙、 ZigBee这类传输距离小于100m，速率 低于1M bit/s的中低速无线短距离传输 技术。
在物联网中，数据挖掘只是一个代表性 概念，它是一些能够实现物联网“智能 化”、“智慧化”的分析技术和应用的 统称。
中间件
中间件是为了实现每个小的应用环境或 系统的标准化以及它们之间的通信，在 后台应用软件和读写器之间设置的一个 通用的平台和接口。
物联网中间件的主要作用在于将实体对 象转换为信息环境下的虚拟对象，因此 数据处理是中间件最重要的功能。
感知层关键技术
感知层所需要的关键技术包括检测技术 （传感器、RFID、二维码等）、中低速无 线或有线短距离传输技术（Zigbee、蓝牙 等）等。
牙刷也上物联网
传感器技术
计算机类似于人的大脑，而仅有大脑而 没有感知外界信息的“五官”显然是不 够的，计算机也还需要它们的“五 官”——传感器。
传感器是摄取信息的关键器件，它是物 联网中不可缺少的信息采集手段，也是 采用微电子技术改造传统产业的重要方 法
物联网需求分析
➢（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
目前在业界物联网体系架构也大致被公认为有这三 个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是 数据传输的网络层，最上面则是内容应用层 。
物联网体系架构
ch2-物联网概论(第2版)-崔艳荣-清华大学出版社
2.4.2应用支撑层关键技术
• 2.云计算
➢云计算最基本的概念是通过网络将庞大的计算 处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再 交由多个服务器所组成的庞大系统，经搜索、 计算分析之后将处理结果回传给用户。
➢云计算支撑物联网的应用发展的方式
• （1）单中心、多终端应用模式。 • （2）多中心、多终端应用模式 • （3）信息与应用分层处理、海量终端的应用模式。
• 必须统一规划和设计系统的业务体系结构 ，才能满足物联网全面实时感知、多目标 业务、异构技术融合的需要。
2.5.1 应用接口层功能
• 应用接口层的功能是根据物联网的业务需 求，采用建模、企业体系结构、SOA等设计 方法，开展物联网业务体系结构、应用体 系结构、IT体系结构、数据体系结构、技 术参考模型、业务操作视图设计等。
纠正能力
以根据实际应用设置不同的安全
等级
不储存资料，垂直方向的高度是为 携带资料，因印刷缺陷或局部损坏
了识读方便，弥补印刷缺陷或局部 等可以错误纠正机制恢复资料
损坏
物品识别
物品描述
多数场合必须依赖资料库及通讯 可以不依赖于资料库及通讯网络
网络
而单独应用
线扫描器（光笔、线型 ccd、雷射 线扫描器多次扫描、图像扫描仪等
• 感知识别层采集的数据需要经过通信网络 传输到数据中心、控制系统等地方进行处 理或存储
• 网络传输层就是利用公网或者专网以无线 或者有线的通讯方式，提供信息传输的通 路。
2.3.1 网络传输层功能
• 物联网网络传输层建立在现有的移动通讯 网和互联网基础上。
• 物联网网络传输层与目前主流的移动通信 网、国际互联网、企业内部网、各类专网 等网络一样，主要承担着数据传输的功能 。
物联网体系结构
1 2 物联网定义ຫໍສະໝຸດ • 物联网中的物的涵义要满足以下条件才能够被纳入物 联网的范围： ① 要有相应信息的接收器； ② 要有数据传输通路； ③ 要有一定的存储功能； ④ 要有CPU；
1 2 物联网定义
⑤ 要有操作系统； ⑥ 要有专门的应用程序； ⑦ 要有数据发送器； ⑧ 遵循物联网的通信协议； ⑨ 在世界网络中有可被识别的唯一编号;
2 1 物联网技术概论
• 欧盟于2009年9月发布的 欧盟物联网战略研究路线 图白皮书中列出13类关键技术;包括：标识技术 物联 网体系结构技术 通信与网络技术 数据和信号处理技 术 软件和算法 发现与搜索引擎技术 电源和能量储存 技术等;
2 2 物联网的层次结构
2 2 物联网的层次结构
• 感知层实现对物理世界的智能感知识别 信息采集处理和 自动控制;并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应 用层;
• 网络层主要实现信息的传递 路由和控制;包括延伸网 接入 网和核心网;网络层可依托公众电信网和互璇网 也可以依 托行业专用通信网络;
2 2 物联网的层次结构
• 应用层类似于人类社会的分工;包括应用基础设施／中间 件和各种物联网应用;应用基础设施／中间件为物联网应 用提供信息处理 计算等通用基础服务设施 能力及资源调 用接口;以此为基础实现物联网在众多领域的各种应用;
1 1 物联网概念
• 物联网的概念是由麻省理工学院AutoID研究中心于 1999年提出的; 当时基于互联网 RFID技术 EPC标准 ;在计算机互联网的基础上;利用射频识别技术 无线 数据通信技术等;构造了一个实现全球物品信息实时 共享的实物互联网;
1 2 物联网定义
目前较为公认的物联网的定义是：
1 4 物联网的三大特征
物联网体系结构及其主要应用(PPT 26页)
物联网体系结构中的主要技术：
1.射频识别（RFID）： RFID是一种非接触式的自动识别 技术，他通过射频信号自动读取目标对象电子标签内存储 的信息，获得相关数据。 最基本的RFID系统由3部分组成： 标签、阅读器、天线
2.无线传感网：将一系列在空间上分散的传感器单元通过 自组织的无线网络进行连接，通过各类集成化的微型传感 器协作实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息， 以实现对空间分散范围内的环境状况的协作监控。主要由 分布式传感器节点、基站节点、互联网和用户界面等构成。
（4)安全性原则，因此物联网的体系结构和存储数据应能够 防御大范围内的网络攻击，应具备相当好的安全性和可靠 性。
根据物联网的服务类型和节点等情况，下面给出一种由感 知层、网络通信层和应用层组成的3层物联网体系结构。
体系结构图：
感知层：感知层是物联网的皮肤和五官，主要功能是信息 感知与采集，主要包括二维码标签和识读器、RFID标签和 读写器、摄像头、各种传感器等。如温度感应器、声音感 应器、震动感应器、压力感应器、RFID读写器、二维码识 读器等。
3. M2M ：物物互联（M2M） M2M技术是所有机器设备 都具备联网和通信能力，它让机器之间、人与机器之间实 现
无缝连接，能够实现业务流程的自动化。
4.产品电子代码（EPC）： EPC系统是一个非常先进的综 合性和复杂的系统，其最终目标是为每一个单品建立全球 的、开放的标识标准。EPC代码作为产品信息沟通的纽带， 通过识别承载EPC代码信息的RFID标签，利用计算机互联 网，实现整个供应链中物品的自动识别、信息交换和共享， 进而实现对物品的实时跟踪和透明化管理。
通过论文写作期间查阅大量资料首先使我认识了物联网这 个新概念，其次通过对其体系结构的分析，初步掌握了物 联网的基本组成和依赖的技术，最后对物联网在各个领域 的应用也有了更为清晰的认知，在以后涉及到物联网方面 的工作生活中将会使我受益匪浅。
第2章 物联网架构技术 -《物联网技术基础教程》ppt课件
网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确 地传递出去;
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3
2.1 物联网结构
• 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 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 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。
2.2 未来的物联网架构技术
• 同时，物联网的架构技术需要设计为可以抵御 物理网络中各种中断以及干扰的形式，尽可能 将这些情况所带来的影响降低到最小程度。
• 而且，未来的物联网架构还需要考虑到这样一 个事实：即，以后网络中的很多节点和网络设 备将是移动的。
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2.2 未来的物联网架构技术
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。 • 物联网在网络构建层存在各种网络形式，通常 使用的网络形式有如下几种：
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10
2.1.2 网络构建层
① 互联网： • 互联网/电信网是物联网的核心网络、平台和技
术支持。IPv6的使用扫清了可接入网络的终端 设备在数量上的限制。 ② 无线宽带网： • WiFi/WiMAX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 不受接入设备位置限制的互联手段。
• 物联网的架构技术一定要同时支持移动的“智能” 与、自主的信息过滤、自主模式识别、自主机器 学习以及自主判断决策能力，要让这些能力能够 达到各种物联网子网络的边缘地带，而无需考虑 数据是在附近产生的还是远程生成的。
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2.2 未来的物联网架构技术
• 第三，在未来物联网架构的设计过程中，我们要 一方面使得基于事件的处理、路由、存储、检索 以及引用能力成为可能，
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2.1 物联网结构
• 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 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 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。
2.2 未来的物联网架构技术
• 同时，物联网的架构技术需要设计为可以抵御 物理网络中各种中断以及干扰的形式，尽可能 将这些情况所带来的影响降低到最小程度。
• 而且，未来的物联网架构还需要考虑到这样一 个事实：即，以后网络中的很多节点和网络设 备将是移动的。
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2.2 未来的物联网架构技术
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。 • 物联网在网络构建层存在各种网络形式，通常 使用的网络形式有如下几种：
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2.1.2 网络构建层
① 互联网： • 互联网/电信网是物联网的核心网络、平台和技
术支持。IPv6的使用扫清了可接入网络的终端 设备在数量上的限制。 ② 无线宽带网： • WiFi/WiMAX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 不受接入设备位置限制的互联手段。
• 物联网的架构技术一定要同时支持移动的“智能” 与、自主的信息过滤、自主模式识别、自主机器 学习以及自主判断决策能力，要让这些能力能够 达到各种物联网子网络的边缘地带，而无需考虑 数据是在附近产生的还是远程生成的。
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2.2 未来的物联网架构技术
• 第三，在未来物联网架构的设计过程中，我们要 一方面使得基于事件的处理、路由、存储、检索 以及引用能力成为可能，
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
主编:刘丽军
RFID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(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。
RFID系统的组成
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
主编:刘丽军
RFID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 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，无源标签或被动标签)，或者主动发送某 一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；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 处理。
微机电系统基本特点:
(1) 微型化； (2) 以硅为主要材料； (3) 批量生产； (4) 集成化； (5) 多学科交叉。
主编:刘丽军
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
2.1.2 感知层关键技术
主编:刘丽军
5. GPS
GPS 是英文Global Positioning System(全球定位系统) 的简称，是20世纪70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。
物联网技术与应用
——配套电子课件
第2章 物联网的体系结构
主编:刘丽军
2020/10/9
第2章 物联网的体系结构
【本章知识要点】
主编:刘丽军
✓学习完本章后，应当掌握如下知识：
（1）物联网技术体系框架。 （2）感知层功能及关键技术。 （3）网络层功能及关键技术。 （4）应用层功能及关键技术。
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第2章 物联网的体系结构
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第2章 物联网的体系结构
2.2 网络层
2.2.1 网络层主要功能
主编:刘丽军
网络层的主要功能是直接通过现有互联网(IPv4/IPv6 网络)、移动通信网(如GSM、TD-SCDMA、WCDMA 、CDMA2000、无线接入网、无线局域网等)、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。
2. 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 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。
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第2章 物联网的体系结构
2.2 网络层
2.2.2 网络层关键技术
主编:刘丽军
1. 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 理的计算机网络组成的世界范围的巨大计算机网络。
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第2章 物联网的体系结构
2.2 网络层
主编:刘丽军
2.2.2 网络层关键技术
2. 移动通信网
概述
主编:刘丽军
物联网技术体系框架
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第2章 物联网的体系结构
概述
感知 全面感知
网络 可靠传输
主编:刘丽军
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
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
2.1.1 感知层主要功能
主编:刘丽军
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 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 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。
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
2.1.2 感知层关键技术
主编:刘丽军
1. RFID技术
无线射频识别技术(Radio Frequency Identification， RFID)，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 统与特定目标之间建立机械或光学接触。
主编:刘丽军
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第2章 物联网的体系结构
2.3 应用层
2.3.1 应用层主要功能
主编:刘丽军
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 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。
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GPS由空间部分、地面控制系统和用户设备部分组成。
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
2.1.2 感知层关键技术
主编:刘丽军
6. GIS
GIS(Geographic Information System，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 数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
2.1.2 感知层关键技术
主编:刘丽军
4. 微机电系统(MEMS)
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、 通信和电源等于一体的微型器件或系统。
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
主编:刘丽军
2.1.2 感知层关键技术
2. 传感器技术
传感器是指能感器件或装置。
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第2章 物联网的体系结构
2.1 感知层
主编:刘丽军
2.1.2 感知层关键技术
3. 嵌入式系统
嵌入式系统有如下特点： (1) 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。 (2) 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。 (3) 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。
第2章 物联网的体系结构
2.3 应用层
主编:刘丽军
2.3.2 应用层关键技术
1. 云计算
云计算概念是由Google提出的，其核心思想是将大量用 网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资 源池向用户提供相应服务。
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第2章 物联网的体系结构
2.3 应用层
主编:刘丽军
2.3.2 应用层关键技术
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。
3G 技 术 ： CDMA2000 、 WCDMA 、 TD-SCDMA 、 WiMAX
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第2章 物联网的体系结构
2.2 网络层
2.2.2 网络层关键技术 3. 无线短距离通信技术
（1）ZigBee （2）蓝牙 （3）Wi-Fi