物联网网络架构与数据分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
主要完成服务发现 • . 和服务呈现 三部分功能：1. 对下认知， 自适应传输；2.实现语义互 操作和信息共享；3.对上提供 统一接口与虚拟化支撑。 主要完成信息的远距离传输 等功能
主要完成各类设备的互联网接 入重点强调各类接入方式。
信息的收集和简单处理，由传感 器等数据采集设备及相应网络组成。
物联网参考架构
智能农业
• .
智能医疗
• .
智能环保
• .
智能物流
智能家居
• .
智能工业
• .
智能交通
.
Thank you for your attention ！！！
两种基本的表现形式
• 1. 在WSN协议栈的基础上新增一个IP重叠层。 • 该方法通常使用直接扩散（Directed Diffusion，DD）或ACQUIRE（A Directedquery approach）等途径来建立一个IP重叠层。 其中，DD是一种以数据为中心的通信方法，适 合业务量较大的情况。而ACQUIRE较适合单次但 复杂的数据传输。 • 2. 在IP协议栈之上完成WSN的数据传输。 • WSN数据报文到达互联网以后，将被重新打包成 TCP/IP数据报文，再投递到指定的IP节点。 • 互联网上的虚拟节点和重叠网关是该方案的重 要组成部分。其中虚拟节点在TCP/IP之上实现 WSN协议，并相互组网，形成一个处于互联网之 上的虚拟的网络。而重叠网关同时具备TCP/IP 和WSN协议栈，通过简单设置即可完成数据格式 的转换。
• 美国则分别进行无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)与RFID的相关研究。 日本和韩国也分别提出了U-Japan和U-Korea。
中国物联网的发展
• 2006年发布了“RFID 技术政策白皮书”,并将 物联网应用列入“国家中长期科学技术发展规 划（2006-2020年）”和“2050年国家产业路线 图”。 • 2009年，随着IBM提出“智慧地球”的概念，我 国诞生了“感知中国”的物联网发展理念。 • 2011年，我国物联网产业市场规模达到2500亿 元。 • 2012年10月25日，第三届中国国际物联网在无 锡召开。大会发布了《2011-2012年中国物联网 发展年度报告》。报告指出，截止至2012年6月， 三大运营商已在全国320多个城市和当地政府合 作建设智慧城市。并预计到2015年，全球物联 网整体市场规模将接近3500亿美元，年增长率 为25%。
中间件技术（Middleware）
• 物联网的中间件技术作为一种数据处理平台被 大家所熟知。因为物联网数据的多态与异构性， 导致对数据处理与分析非常困难。而中间件技 术则是解决物联网数据多态与异构性的关键技 术之一。当前主要的中间件 技 术有CoBrA、 Gaia、Context Toolkit、CAMUS 、CAMidO、 OSGI 。
2009 2010
IBM提出”智慧地球 “，温家宝总理无锡 视察提出”感知中国 “。工信部传感网络 标准化小组成立。 欧洲 EP o SS (Internet of Things strategic Research Roadmap )
2011
中国物联网 研究发展中 心落户无锡 CCSA”泛 在网“标准 组成立 中国物联 网市场规 模达到 2500亿元
超级计算机
• 就物联网的发展而言，其核心必定是计算，通 过计算得到各种有用的信息。物联网正是由传 感器、网络和计算能力组成的基于互联网的 N 种应用。由于物联网的数据极其庞大，只有超 级计算机才能胜任对数据的分析与处理，也只 有超级计算机和云计算有效融合，才能将“物 联网”整合起来。超级计算机的成就也是物联 网发展的重要标志之一。
物联网的产生及发展
• 最初在1995年比尔· 盖茨《未来之路》一书中提 出。 • 1999年,MIT Auto—ID中心的Ashton教授首次 提出“物联网”的概念。
• 2005年欧洲EPoSS发布了“ITU欧洲互联网报 告2005：物联网”，此后，该组织于2008年5 月发布了“2020年欧洲物联网规划”，2009年 9月该组织又发布了物联网发展路线图。
.
家庭网关同时支持IP和ID协议， 还具备异构网络接入功能。
物联网的数据分析
• 1. 数据分析的重要性
• 2. 数据的特点 • 3. 数据分析与处理的方法 • 4. 数据处理技术
1. 数据分析的重要性
数据分析和处理是物联网核心技术中最重要的 一环。大规模、实时的数据涌入到系统之内， 如何对这些繁杂、海量的数据进行实时有效的 传输处理并得到分析结果，进而通过反馈使客 户能够对物体进行智能管理和控制，将是整个 物联网技术的关键。
云计算
• 物联网的应用广泛，数据量大。因此， 需要云计算来配合处理。如果使用传统 的模式来处理这些庞大的数据，根本无 从谈起。云计算提供的数据服务能够有 效地解决物联网海量数据的基本特性， 通过云存储和服务技术实现海量数据的 采集以及之后处理和管理。实现云技术 与物联网的融合将是提高解决物联网海 量数据的关键。
基于量子神经网络算法的数据分析
• .
开始 数据采集 数据提取形成决策表 属性约解 神经网络训练 粗糙集量子神经网络 数据分析 分析结果 结束
智Hale Waihona Puke Baidu数据分析
• 当前智能信息处理的研究主要集中在动态贝叶 斯网络、扩展的卡尔曼滤波、Ｄ－Ｓ证据理论 和粗集理论。 • 以动态贝叶斯网络为例： • 贝叶斯网络：能很好的处理各事件之间的概率 关系，通过条件概率来建立各隐藏变量之间的 关系。 • 动态贝叶斯网络：在原有贝叶斯网络的基础上 新增时间轴，因此，前一时刻发生概率会直接 影响下一时刻事件发生概率，根据应用准确生 成贝叶斯网络以及根据不断丰富的训练集实现 网络的自学习。是贝叶斯高效工作的关键。
物联网网络架构与数据分析
报告人： 罗忠岚
目录
• 1. 引言
• 2. 物联网网络架构 • 3. 物联网的数据分析 • 4. 物联网的智能应用
物联网的定义
物联网（Internet of Tings）是指将无处不在的末端设备和设施，包括具有 “内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视 频监控系统等和“外在使能”（Enabled）的，如贴上RFID的各种资产、携带 无线终端的个人及车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote）， 通过各种无线和/或有限的长距离和/或短距离通信网络实现互联互通（M2M） ，应用大集成以及基于云计算的SaaS运营等模式，在内网（Intranet）、专网 (Extranet）、和/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、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决 策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“万物”（everything）“高效 、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化TaaS服务。
物联网数据处理技术
• 1. IPV6 • 2. 中间件技术 • 3. 云计算 • 4. 超级计算机 • 5. 系统架构
IPV6
• 目前，互联网使用的是 IPV4 地址寻址方式， 还无法满足物联网的海量数据要求。物联网采 用 RFID 射频识别技术，在物联网相连的系统 中，若想对某一件特定的物体进行寻址，必须 得到其特有的标志码，如 ID 标志类型等。由 于事物的繁杂以及数目的难以估量，使得 IPV6 的应用将是实现这一构思的条件之一
1999 2000
2003
物联网
2005 2006 2008
欧洲EP o SS 《Internet of Things in 2020》
中国已将”物联网“明确列入《国 家中长期科学技术发展规划 （2006-2020年）》和2050年国家 产业路线图，中国国家科技部等14 个部委共同发布了”RFID技术政 策白皮书“
基于遗传算法的数据分析
• 遗传算法（genetic algorithm，GA）是模拟自 然界生物进化过程的计算模型。使用该算法能 够以很大概率得到全局最优解集或局部最优解 集。 • 算法步骤如下： • ①读入系统数据→②识别目标系统故障区域→ ③识别故障区域中所包含的元件、保护及断路 器（形成优化模型的目标函数）→④得出最优 解。 • 算法不足：在诊断所依据的信息发生畸变，出 现复杂的故障模式的时候，不能保证诊断结果 的可靠性。
物联网数据的特点
• • • • • (1) . 数据的异构性 (2) . 数据的不确定性 (3) . 数据的海量性 (4) . 数据的实时性 (5) . 数据的语义丰富性
数据分析与处理的方法
• 1. 基于遗传算法的数据分析
• 2. 数据降维分析 • 3. 基于量子神经网络算法的数据分析
• 4. 智能数据分析
2.基于网关的物联网组网技术
以基于DTN网关的组网技术为例：
三大优势
• 1. DTN网关利用自身缓存机制能很好的 处理物联网中数据的离线状态问题 • 2. 该方法能很好地支持异构网络的连接
• 3. DTN网关结构实现成本低，可以在很 大程度上保持两端网络原有的协议栈结 构
物联网典型网络分层结构
物联网智能应用
• 物联网的智能应用主要有：智能安 防、智能电网、智能农业、智能医 疗、智能环保、智能家居、智能物 流、智能工业、智能交通等方面。
智能安防
• .
智能电网
• .
是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过 对先进的传感和测量技术、设备技术、控制方法以及 决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、 经济、高效、环境友好和使用安全。智能电网打破了 传统电网的刚性系统，大大提高了电网的协调控制能 力，电力资源优化配置能力。
物联网发展过程图
、
美国—移动计算与网络国 际会议。“传感网是下一 个世纪人类面临的又一发 展机遇”Kevin Ashton 提 出了物联网概念 日本 U-Japan 构想 韩国 U-Korea 计划 美国《技术评论》： “传感网是下一个世 纪人类面临的又一个 发展机遇 国际电信联盟 （ITU）发布了 《ITT互联网报 告2005：物联 网》
2012
中国三大运营 商在全国320 多个城市和当 地政府合作建 设智慧城市
图一：物联网的发展过程
物联网的网络架构
四大支撑网 络 短距离无线 通信网 短距离有线 通信网
四大支撑网络 长距离无线 通信网
长距离有线 通信网
物联网的特点分析
• 1.物联网与传感网的区别
• 2.物联网与RFID的区别 • 3.物联网与泛在网的区别 • 4.物联网的技术特点
数据降维分析
在很多情况下，首先将数据的维数降到一个合 理的大小，同时尽可能多的保留原始的信息， 然后再将降维处理后的数据送入信息处理系统， 可以很好对海量数据进行有效处理。
• 降维算法主要分为线性降维算法和非线性降维 算法。降维的实质就是寻找投影变换：从高维 空间到低维空间变换。现在有一种最小量嵌入 算法，在保持局部等距和角度不变的约束条件 下，能很好的揭示数据内在的流形结构。
系统架构
• 在物联网的应用过程中，首先要进行数据的采 集，继而要对数据进行传输。采集和传输只有 正确进行，才能保障系统对数据的有效加工和 处理。数据采集和传输的关键，则是对硬件设 备如传感器、读写器以及节点等枢纽和源头的 建设。只有保证物联网系统长期可靠的操作， 才能更好地使用物联网，继而达到准确有效地 进行数据传输的目的。在此要求下，必须保证 系统硬件的安全性、抗干扰性以及低功耗等等。 只有建立了实用有效的系统架构，才能够确保 物联网系统的成熟与可靠。
物联网典型组网技术
1.基于重叠方法的物联网组网技术
2.基于网关的物联网组网技术
1.基于重叠方法的物联网组网技术
通过不同的方式将IP和WSN的协议栈进行融合，从 而在互联网的协助下实现多个WSN的互联互通。 案例一：某节点为执行器，需要为该节点分配IP 地址，从而实现该节点的远程控制； 案例二：在分簇传感网路由协议中，簇头供电及 处理能力相对较强，对于这些簇头，往往在WSN 协议栈的基础上新增一个IP重叠层；
主要完成各类设备的互联网接 入重点强调各类接入方式。
信息的收集和简单处理，由传感 器等数据采集设备及相应网络组成。
物联网参考架构
智能农业
• .
智能医疗
• .
智能环保
• .
智能物流
智能家居
• .
智能工业
• .
智能交通
.
Thank you for your attention ！！！
两种基本的表现形式
• 1. 在WSN协议栈的基础上新增一个IP重叠层。 • 该方法通常使用直接扩散（Directed Diffusion，DD）或ACQUIRE（A Directedquery approach）等途径来建立一个IP重叠层。 其中，DD是一种以数据为中心的通信方法，适 合业务量较大的情况。而ACQUIRE较适合单次但 复杂的数据传输。 • 2. 在IP协议栈之上完成WSN的数据传输。 • WSN数据报文到达互联网以后，将被重新打包成 TCP/IP数据报文，再投递到指定的IP节点。 • 互联网上的虚拟节点和重叠网关是该方案的重 要组成部分。其中虚拟节点在TCP/IP之上实现 WSN协议，并相互组网，形成一个处于互联网之 上的虚拟的网络。而重叠网关同时具备TCP/IP 和WSN协议栈，通过简单设置即可完成数据格式 的转换。
• 美国则分别进行无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)与RFID的相关研究。 日本和韩国也分别提出了U-Japan和U-Korea。
中国物联网的发展
• 2006年发布了“RFID 技术政策白皮书”,并将 物联网应用列入“国家中长期科学技术发展规 划（2006-2020年）”和“2050年国家产业路线 图”。 • 2009年，随着IBM提出“智慧地球”的概念，我 国诞生了“感知中国”的物联网发展理念。 • 2011年，我国物联网产业市场规模达到2500亿 元。 • 2012年10月25日，第三届中国国际物联网在无 锡召开。大会发布了《2011-2012年中国物联网 发展年度报告》。报告指出，截止至2012年6月， 三大运营商已在全国320多个城市和当地政府合 作建设智慧城市。并预计到2015年，全球物联 网整体市场规模将接近3500亿美元，年增长率 为25%。
中间件技术（Middleware）
• 物联网的中间件技术作为一种数据处理平台被 大家所熟知。因为物联网数据的多态与异构性， 导致对数据处理与分析非常困难。而中间件技 术则是解决物联网数据多态与异构性的关键技 术之一。当前主要的中间件 技 术有CoBrA、 Gaia、Context Toolkit、CAMUS 、CAMidO、 OSGI 。
2009 2010
IBM提出”智慧地球 “，温家宝总理无锡 视察提出”感知中国 “。工信部传感网络 标准化小组成立。 欧洲 EP o SS (Internet of Things strategic Research Roadmap )
2011
中国物联网 研究发展中 心落户无锡 CCSA”泛 在网“标准 组成立 中国物联 网市场规 模达到 2500亿元
超级计算机
• 就物联网的发展而言，其核心必定是计算，通 过计算得到各种有用的信息。物联网正是由传 感器、网络和计算能力组成的基于互联网的 N 种应用。由于物联网的数据极其庞大，只有超 级计算机才能胜任对数据的分析与处理，也只 有超级计算机和云计算有效融合，才能将“物 联网”整合起来。超级计算机的成就也是物联 网发展的重要标志之一。
物联网的产生及发展
• 最初在1995年比尔· 盖茨《未来之路》一书中提 出。 • 1999年,MIT Auto—ID中心的Ashton教授首次 提出“物联网”的概念。
• 2005年欧洲EPoSS发布了“ITU欧洲互联网报 告2005：物联网”，此后，该组织于2008年5 月发布了“2020年欧洲物联网规划”，2009年 9月该组织又发布了物联网发展路线图。
.
家庭网关同时支持IP和ID协议， 还具备异构网络接入功能。
物联网的数据分析
• 1. 数据分析的重要性
• 2. 数据的特点 • 3. 数据分析与处理的方法 • 4. 数据处理技术
1. 数据分析的重要性
数据分析和处理是物联网核心技术中最重要的 一环。大规模、实时的数据涌入到系统之内， 如何对这些繁杂、海量的数据进行实时有效的 传输处理并得到分析结果，进而通过反馈使客 户能够对物体进行智能管理和控制，将是整个 物联网技术的关键。
云计算
• 物联网的应用广泛，数据量大。因此， 需要云计算来配合处理。如果使用传统 的模式来处理这些庞大的数据，根本无 从谈起。云计算提供的数据服务能够有 效地解决物联网海量数据的基本特性， 通过云存储和服务技术实现海量数据的 采集以及之后处理和管理。实现云技术 与物联网的融合将是提高解决物联网海 量数据的关键。
基于量子神经网络算法的数据分析
• .
开始 数据采集 数据提取形成决策表 属性约解 神经网络训练 粗糙集量子神经网络 数据分析 分析结果 结束
智Hale Waihona Puke Baidu数据分析
• 当前智能信息处理的研究主要集中在动态贝叶 斯网络、扩展的卡尔曼滤波、Ｄ－Ｓ证据理论 和粗集理论。 • 以动态贝叶斯网络为例： • 贝叶斯网络：能很好的处理各事件之间的概率 关系，通过条件概率来建立各隐藏变量之间的 关系。 • 动态贝叶斯网络：在原有贝叶斯网络的基础上 新增时间轴，因此，前一时刻发生概率会直接 影响下一时刻事件发生概率，根据应用准确生 成贝叶斯网络以及根据不断丰富的训练集实现 网络的自学习。是贝叶斯高效工作的关键。
物联网网络架构与数据分析
报告人： 罗忠岚
目录
• 1. 引言
• 2. 物联网网络架构 • 3. 物联网的数据分析 • 4. 物联网的智能应用
物联网的定义
物联网（Internet of Tings）是指将无处不在的末端设备和设施，包括具有 “内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视 频监控系统等和“外在使能”（Enabled）的，如贴上RFID的各种资产、携带 无线终端的个人及车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote）， 通过各种无线和/或有限的长距离和/或短距离通信网络实现互联互通（M2M） ，应用大集成以及基于云计算的SaaS运营等模式，在内网（Intranet）、专网 (Extranet）、和/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、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决 策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“万物”（everything）“高效 、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化TaaS服务。
物联网数据处理技术
• 1. IPV6 • 2. 中间件技术 • 3. 云计算 • 4. 超级计算机 • 5. 系统架构
IPV6
• 目前，互联网使用的是 IPV4 地址寻址方式， 还无法满足物联网的海量数据要求。物联网采 用 RFID 射频识别技术，在物联网相连的系统 中，若想对某一件特定的物体进行寻址，必须 得到其特有的标志码，如 ID 标志类型等。由 于事物的繁杂以及数目的难以估量，使得 IPV6 的应用将是实现这一构思的条件之一
1999 2000
2003
物联网
2005 2006 2008
欧洲EP o SS 《Internet of Things in 2020》
中国已将”物联网“明确列入《国 家中长期科学技术发展规划 （2006-2020年）》和2050年国家 产业路线图，中国国家科技部等14 个部委共同发布了”RFID技术政 策白皮书“
基于遗传算法的数据分析
• 遗传算法（genetic algorithm，GA）是模拟自 然界生物进化过程的计算模型。使用该算法能 够以很大概率得到全局最优解集或局部最优解 集。 • 算法步骤如下： • ①读入系统数据→②识别目标系统故障区域→ ③识别故障区域中所包含的元件、保护及断路 器（形成优化模型的目标函数）→④得出最优 解。 • 算法不足：在诊断所依据的信息发生畸变，出 现复杂的故障模式的时候，不能保证诊断结果 的可靠性。
物联网数据的特点
• • • • • (1) . 数据的异构性 (2) . 数据的不确定性 (3) . 数据的海量性 (4) . 数据的实时性 (5) . 数据的语义丰富性
数据分析与处理的方法
• 1. 基于遗传算法的数据分析
• 2. 数据降维分析 • 3. 基于量子神经网络算法的数据分析
• 4. 智能数据分析
2.基于网关的物联网组网技术
以基于DTN网关的组网技术为例：
三大优势
• 1. DTN网关利用自身缓存机制能很好的 处理物联网中数据的离线状态问题 • 2. 该方法能很好地支持异构网络的连接
• 3. DTN网关结构实现成本低，可以在很 大程度上保持两端网络原有的协议栈结 构
物联网典型网络分层结构
物联网智能应用
• 物联网的智能应用主要有：智能安 防、智能电网、智能农业、智能医 疗、智能环保、智能家居、智能物 流、智能工业、智能交通等方面。
智能安防
• .
智能电网
• .
是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过 对先进的传感和测量技术、设备技术、控制方法以及 决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、 经济、高效、环境友好和使用安全。智能电网打破了 传统电网的刚性系统，大大提高了电网的协调控制能 力，电力资源优化配置能力。
物联网发展过程图
、
美国—移动计算与网络国 际会议。“传感网是下一 个世纪人类面临的又一发 展机遇”Kevin Ashton 提 出了物联网概念 日本 U-Japan 构想 韩国 U-Korea 计划 美国《技术评论》： “传感网是下一个世 纪人类面临的又一个 发展机遇 国际电信联盟 （ITU）发布了 《ITT互联网报 告2005：物联 网》
2012
中国三大运营 商在全国320 多个城市和当 地政府合作建 设智慧城市
图一：物联网的发展过程
物联网的网络架构
四大支撑网 络 短距离无线 通信网 短距离有线 通信网
四大支撑网络 长距离无线 通信网
长距离有线 通信网
物联网的特点分析
• 1.物联网与传感网的区别
• 2.物联网与RFID的区别 • 3.物联网与泛在网的区别 • 4.物联网的技术特点
数据降维分析
在很多情况下，首先将数据的维数降到一个合 理的大小，同时尽可能多的保留原始的信息， 然后再将降维处理后的数据送入信息处理系统， 可以很好对海量数据进行有效处理。
• 降维算法主要分为线性降维算法和非线性降维 算法。降维的实质就是寻找投影变换：从高维 空间到低维空间变换。现在有一种最小量嵌入 算法，在保持局部等距和角度不变的约束条件 下，能很好的揭示数据内在的流形结构。
系统架构
• 在物联网的应用过程中，首先要进行数据的采 集，继而要对数据进行传输。采集和传输只有 正确进行，才能保障系统对数据的有效加工和 处理。数据采集和传输的关键，则是对硬件设 备如传感器、读写器以及节点等枢纽和源头的 建设。只有保证物联网系统长期可靠的操作， 才能更好地使用物联网，继而达到准确有效地 进行数据传输的目的。在此要求下，必须保证 系统硬件的安全性、抗干扰性以及低功耗等等。 只有建立了实用有效的系统架构，才能够确保 物联网系统的成熟与可靠。
物联网典型组网技术
1.基于重叠方法的物联网组网技术
2.基于网关的物联网组网技术
1.基于重叠方法的物联网组网技术
通过不同的方式将IP和WSN的协议栈进行融合，从 而在互联网的协助下实现多个WSN的互联互通。 案例一：某节点为执行器，需要为该节点分配IP 地址，从而实现该节点的远程控制； 案例二：在分簇传感网路由协议中，簇头供电及 处理能力相对较强，对于这些簇头，往往在WSN 协议栈的基础上新增一个IP重叠层；