物联网智能信息处理技术.. 共42页
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物联网的主要技术在当今科技飞速发展的时代,物联网(Internet of Things,简称IoT)已经逐渐融入我们的生活,从智能家居到智能交通,从工业自动化到医疗保健,物联网的应用无处不在。
那么,究竟是什么技术支撑着这个庞大的物联网世界呢?首先,传感器技术是物联网的基础。
传感器就像是物联网的“眼睛”和“耳朵”,能够感知和收集各种物理世界的信息,如温度、湿度、压力、光线、声音等等。
这些传感器可以被安装在各种设备和环境中,将所感知到的物理量转化为电信号,然后通过网络传输到数据处理中心。
常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光电传感器、声音传感器等等。
不同类型的传感器能够满足不同场景的需求,为物联网提供了丰富的数据来源。
其次,无线通信技术在物联网中起着至关重要的作用。
它使得物联网设备能够相互连接和通信,将收集到的数据传输到云端或其他终端设备。
目前,常见的无线通信技术包括蓝牙、WiFi、Zigbee、LoRaWAN 等。
蓝牙技术适用于短距离、低功耗的设备连接,比如蓝牙耳机、智能手环等。
WiFi 则广泛应用于家庭和办公场所的网络连接,能够提供较高的数据传输速率。
Zigbee 具有低功耗、低成本、自组网等特点,适用于智能家居、工业控制等领域。
LoRaWAN 则适用于远距离、低功耗的物联网应用,如智能抄表、环境监测等。
再者,射频识别(RFID)技术也是物联网的重要组成部分。
RFID标签可以存储物品的相关信息,通过射频信号与读写器进行通信,实现对物品的自动识别和追踪。
RFID 技术广泛应用于物流、零售、库存管理等领域,能够大大提高工作效率和管理精度。
例如,在物流行业,通过在货物上粘贴 RFID 标签,可以实时跟踪货物的运输状态和位置;在零售行业,RFID 技术可以用于快速盘点库存,减少人工操作的时间和错误。
云计算和大数据技术在物联网中也不可或缺。
物联网设备产生的海量数据需要强大的计算和存储能力来处理和分析。
物联网的主要技术随着科技的不断进步,物联网(Internet of Things,简称IoT)逐渐成为了一个热门的领域。
物联网通过将传感器、网络和云计算等技术相结合,实现设备之间的互联互通,进而实现信息的收集、共享和应用。
在物联网的建设中,涉及到了许多主要技术,本文将对其中一些重要的技术进行分析和介绍。
一、传感技术传感技术是物联网中至关重要的一环,它可以通过感知和采集物理世界中的各种信息。
传感器可以测量和检测温度、湿度、压力、光线等环境参数,还可以获取人体生理信号、电能消耗等数据。
传感器种类繁多,包括光学传感器、温度传感器、加速度传感器等。
这些传感器通过将物理量转换为电信号,然后通过无线或有线方式传输给接收器,实现信息的采集和传输。
二、无线通信技术物联网中的设备需要能够互相通信,无线通信技术是实现设备之间连接的关键。
目前,物联网中常用的无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、LoRa等。
Wi-Fi是一种高带宽的无线通信技术,适用于大规模数据传输;蓝牙是一种短距离通信技术,适用于低功耗设备之间的传输;ZigBee是一种低功耗、低速率的无线传输技术,适用于物联网中的传感器节点之间的通信;LoRa是一种长距离、低功耗的无线通信技术,适用于物联网中的远程传输。
三、云计算技术物联网中产生的海量数据需要进行存储和处理,云计算技术为物联网提供了强大的支持。
通过将数据上传到云端,可以实现大规模的数据存储和分析。
云计算技术还可以提供弹性计算资源,根据需要动态分配计算能力。
同时,云计算平台也提供了开放的API,可以将物联网设备和应用程序与云端进行连接和交互。
四、大数据分析技术物联网中的设备不断产生大量的数据,利用这些数据进行分析和挖掘可以获得有价值的信息和洞察。
大数据分析技术可以帮助企业和机构更好地理解数据,并做出相应的决策。
通过对数据的聚类、分类、关联和预测分析,可以发现隐藏在数据中的规律和趋势。
大数据分析技术还可以帮助企业提高效率、降低成本,优化生产和运营过程。
物联网的概念及其关键技术物联网(Internet of Things,简称IoT)是指通过物理设备和网络相互连接,实现物与物、物与人之间的信息交互和互联互通。
它将各种传感器、执行器和智能设备连接起来,形成一个庞大、复杂而智能化的系统,能够监测、控制和管理各类物体和环境。
本文会介绍物联网的基本概念以及其关键技术。
一、物联网的基本概念物联网是由计算机科学、通信技术和物理技术等领域相互交叉而形成的新一代信息技术。
它通过将传感器、执行器和网络互连起来,实现对物体和环境的感知、收集、传输和处理。
物联网的基本概念包括以下几个方面:1. 互联性:物联网通过智能设备和网络实现各类物体的连接和通信,使得各种设备能够交换和共享信息。
2. 智能化:物联网通过将传感器和执行器与计算和控制系统相结合,使得物体能够感知和理解信息,并作出相应的决策和行动。
3. 实时性:物联网能够实时监测和控制各类物体和环境,使得信息和决策能够在最短的时间内传递和执行。
4. 数据驱动:物联网通过收集大量的数据,并通过数据分析和挖掘技术提供有价值的信息和洞察。
二、物联网的关键技术物联网的实现离不开一系列关键技术的支持,以下是几个重要的关键技术:1. 传感技术:传感器是物联网的核心组成部分,能够感知和采集物体或环境的各类信息,如温度、湿度、压力等。
传感器的种类繁多,包括光学传感器、声学传感器、压力传感器等。
2. 通信技术:物联网依赖于各类通信技术来实现设备之间的连接和信息交互。
常见的通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、LPWAN(低功耗广域网)、NFC(近场通信)等。
3. 数据处理与分析技术:物联网产生了大量的数据,如何高效地处理和分析这些数据是物联网技术发展的重要方向。
数据处理与分析技术包括数据挖掘、机器学习、人工智能等。
4. 安全与隐私技术:物联网的安全和隐私问题备受关注。
由于物联网中涉及到的信息和数据非常敏感,因此需要加强网络安全和数据隐私的保护。
智能物联网技术智能物联网技术是近年来快速发展的一项技术,它通过将传感器、无线通信技术和云计算等技术应用于物品之间的连接和数据传输,实现了物品和信息的智能化交互。
智能物联网技术的出现不仅为人们的生活带来了便利,也在各个领域中推动了技术和应用的创新。
一、智能物联网技术的应用领域1. 智慧家居:智能物联网技术在家庭中的应用广泛,通过连接家庭设备和物品,实现对电器、照明、安防等设备的智能控制,提高了家居的舒适度和安全性。
2. 智能交通:智能物联网技术在交通系统中的应用,可以实现车辆之间的信息交流和自动驾驶技术,提高交通效率和安全性。
3. 智能健康:智能物联网技术可以应用于健康监测和医疗领域,通过传感器和云计算技术,实现对人体健康状况的监测和远程医疗等服务。
4. 智慧城市:智能物联网技术在城市管理和公共服务领域的应用,可以实现对城市基础设施和公共资源的智能化管理和调配,提升城市的生态环境和居民的生活质量。
二、智能物联网技术的优势和挑战1. 优势:智能物联网技术可以实现设备之间的智能连接和数据交互,提高了生产效率和资源利用效率。
同时,它也为人们的生活带来了更多的便利和舒适。
2. 挑战:智能物联网技术的发展还面临着一些挑战。
首先是安全性问题,随着设备和数据的互联,信息安全和隐私保护变得越来越重要。
其次是标准和互操作性问题,设备和系统的互联需要统一的标准和接口,以确保设备之间的兼容和交互。
三、智能物联网技术的未来发展趋势1. 人工智能与物联网的结合:人工智能技术的发展将进一步推动智能物联网技术的应用和发展。
通过人工智能的算法和模型,可以对数据进行更精准的分析和处理,提高物联网系统的自动化和智能化水平。
2. 边缘计算的兴起:边缘计算是一种将计算和存储资源推向物联网边缘的技术,它可以减少数据传输和处理的延迟时间,提高物联网系统的实时性和响应能力。
3. 生态系统的构建:智能物联网技术的发展需要各个领域的合作和共建,构建一个开放、互联的生态系统能够促进技术和应用的创新,推动智能物联网技术的进一步发展。
物联网的四层模型:感知识别层:联系物理世界和信息世界的纽带(GPS、传感器、RFID)网络构建层:把下层设备接入互联网特点:低功耗、低传输速率、短距离无线广域网(3G、4G)、无线城域网(wimax)、无线局域网(WiFi)、无线个域网(ZigBee、蓝牙、近场通信)管理服务:在高性能计算和海量存储技术下将大规模数据高效可靠地组织起来(数据挖掘、数据中心、搜索引擎)综合应用层:智能物流、智能交通物联网特点:联网终端规模化、感知识别普适化、异构设备互联化、管理处理智能化、应用服务链条化自动识别技术:光符号识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术(红膜识别技术、指纹识别技术)、IC卡技术、条形码技术RFID三大组件:阅读器。
天线、标签工作原理:阅读器通过天线发出的电子信号,标签接收到信号后发送内部存储的标识符信息,阅读器通过天线接收并识别标签发回的信息,最后阅读器将是别的结果发送给主机标签由耦合元件、芯片及微型天线组成优点:体积小且组成形状多样性、环境适应性强、可重复使用、穿透性强、数据安全性3种数据储存:eeprom、fram、sram分类:被动式标签、主动式标签、半主动是标签传感器:敏感元件、转换元件、基本电路组成无线传感器:传感器部件、微型处理器、无线通信芯片、功能装置设计目标:低成本与微型化、低功耗、灵活性和可扩展性、鲁棒性常见定位系统:GPS卫星定位系统、蜂窝基站定位、室内精确定位、WiFi基站定位GPS由宇宙空间部分、地面控制部分、用户设备部分组成缺点:制约了GPS的适用范围,室内差、定位速度慢优点:汽车导航、定位效果好。
不但显示位置还能找出最短路线,并获取最新路线蜂窝基站定位:典型应用(紧急电话定位)COO定位:缺点:精度低优点:速度快TOA、TDOA、AOA、RSS室内精确定位缺点:多径效应、众多障碍物对电磁波的阻碍作用优点:不需要专门的定位设备、经济实惠WiFi基站定位:缺点(需要建立大量的AP数据库)TOA————d=vs(ts-tr ) d=v(t-t0-&t)/2常见的智能设备:手机、车载设备、数字标牌、医疗设备、智能电视手机中的传感器:传声器、摄像头、无线通信模块加速度传感器:测量手机受到的加速力陀螺仪:测出旋转动作磁力传感器:告诉人们地刺的南北极对于手机的方向距离传感器:打电话时屏灭,离开时屏亮光感传感器:根据周围的光亮程度调节屏幕明暗无线广域网:1、信号通过多个相邻的地面基站接收传播2、信号通过卫星系统传播2G:全球移动通信系统(GMS)、码分多址数字无线技术(CDMA)2.5G:分组无线业务(GPRS)、增强型GMS3G:CDMA2000、时分同步码分多址数字无线技术(TD-SCDMA)、通用移动通信技术(UMTS)无线城域网:微波进入的全球互通(WIMAX)无线局域网两种工作模式:基于基站模式无线设备必须通过接入点访问是上层网络自组织模式,无线设备之间无需中心基站接点IEEE 802.11:利用多无线输入输出MIMO无线个人局域网:IEEE 802.15隐藏终端问题:由于AB信号逐渐衰弱,A和B不知道对方是否在传数据,会因为无线信号间互相干扰而信号不能被正确解析和接受隐藏终端问题解决方法:WiFi使用IEEE 802.11:允许某个用户使用控制帧RTS 和CTS,在传输数据帧之前和接入点通信之前,令接入点为其保留信道使用权Wimax:全双工信道传输,点到多点传输的可扩展性以及对QOS的支持WiFi使用CSMA/CA而不是CSMA/CD原因:1、冲突侦测需要全双工的信道2、即使无线信道是全双工但由于无线信号衰减特性和隐藏终端问题,硬件还是不能侦听到全部可能的冲突常见的无线低速网络技术:红外线通信、蓝牙、ZigBee、体域网,容迟网ZigBee:又称802.15.4标准,目标实现低功能,低消耗、低速率自足细致的短距无线通信网络特点:低功耗、成本低、时延短、网络容量大、可靠、安全物理层负责电磁波收发器的管理频道选择,能量和信号侦听即利用介质访问控制层(MAC)控制和协调节点使用物理层的信道负责提供接口来访问物理信道网络层:使得应用层数据能够利用介质访问控制层到达最终的目的地网络层以上:向终端用户提供接口体域网典型应用:医疗应用、日常生活应用、危险场合应用、竞技体育和娱乐领域应用传感器:植入式传感器、与体液相接触的可穿戴式传感器、无接触可穿戴式传感器容迟网:在该网络中端到端的路径通常很难建立,网络中的消息传播具有很大的延时,使得传统因特网上基于tcp/ip协议,无线ad-hoc 网络中面向端到端的路由协议变得失效DNT应用:深空探测、野生斑马研究、深水质量探测、乡村通信、移动机会网络第二代移动电话是数字制式额,不仅能够进行传统语音通信,收发文字短信,各种多媒体短信,还可以支持无线应用协议GSM:属于蜂窝网络的一种,运行在多个不同的无线电频率上,用户端连接到他搜索范围最近的蜂窝单元(时分复用、频分复用技术)蜂窝大下分为:宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝和伞蜂窝CDMA:是有蜂窝组网、扩频、多址接入以及频率复用等几种技术组成,含有频域、时域、码域等三维信号处理的一种协议(采用码分多址)优势:利用编码技术可以区分和分离多个同时传输的信号,从根本上保证了时间和频段等资源的高效利用3种3G标准:TD—SCDMA、W—CDMA、CDMA2000TD—SCDMA(时分-同步码分多址):将空分多址,同步、CDMA和软件无线点等当今国际领先技术融会在一起,可以对频率和不同业务灵活搭配,高效率利用频谱等有效资源他不是一个自干扰系统、不存在呼吸效应,远近效应W-CDMA(宽带码分多址):包括FDD、TDD前者覆盖面积大,可以在分离两个对称频率信道上进行接收和传送工作和TD-SCDMA只支持同步基站不同,W-CDMA可以支持异步的基站运行方式,且主动态调控多种速率的传输,对多媒体的业务可通过扩频比和多吗进行传送方式实现在三种方式中W-CDMA和TD-SCDMA由3Gpp制定而CDMA 2000由3GPP2三种网络存储体系结构:直接附加存储(DAS)、网络附加存储(NAS)、存储区域网络(SAN)DAS指将存储系统通过缆线直接与服务器或工作站相连包括:多个硬盘驱动域主机总线适配器通过电缆或光线相连优点:管理容易、成本低、结构简单缺点:文件服务器成为整个存储系统瓶颈,读写能力差,对存储资源利用率低资源共享能力缺失NAS是一种文件级的计算机数据存储架构包括:存储器件、专用服务器DAS是一种对已有服务器的简单扩展,没有网络互连,NAS则将网络作为存储实体,NAS内在的RAID和集群存储能力增加数据可访问性,且不许负责其他运算,而DAS需负责其他进行处理SAN:是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储架构为实现大量原始数据传输进行优化包括:服务器、存储设备、连接设备使用小型计算机接口和光纤通道技术Mapreduce是一种针对超大规模数据集的编程模型和系统(包括map、reduce)1、用户程序中mapreduce将输入文件分割,并执行多个用户程序副本2、由master分配任务,选择空闲worker并分配一个map任务或reduce3、被分配到map的worker读取输入的文件,从数据中解析出(key,value),并传递给map函数4、缓存的(key,value)被写入本地磁盘,将地址递回master,由master将这些地址送回负责reduce的worker5、当负责reduce的worker得到master地址时,调用缓存数据worker对数据按key排序,使用相同key对被排列在一起6、对每一个唯一的key,负责reduce任务的worker将对应的数据集传递reduce7、当map和reduce完成时,master唤醒用户程序,mapreduce调用向用户代码返回结果物联网中主要的安全隐患:1、窃听、2中间人攻击、3欺骗克隆重放、4物理破解、5篡改信息、6拒绝服务攻击、7RFID病毒物联网安全和隐私保护机制:1、早期物理安全机制:灭活、法拉第网罩、主动干扰、阻止标签2、基于密码的安全机制:哈希顿、随机哈希锁、哈希链、同步方法、属性协议3、新兴隐私保护认证方法:基于PUF的方法、基于掩码的方法智能交通中的物理网技术:感知识别、无线通信、计算决策、定位技术、视频检测识别、探测车辆和设备智能交通中的应用:交通检测与管理、电子收费系统、智能停车管理、辅助驾驶、智能行驶智能物流(技术):计算机辅助管理、模拟仿真系统、线性规划技术智能物流特点:精准化,智能化,协同化智能物流应用:EPC、可视化RFID系统RF-ITV、食品物流、基于FRID技术的航空行李人工辅助系统电子化物流:条形码、EDI条形码优点:经济实用的快速识别技术提高了输入速度,可靠性高标准的EDI信息格式和处理方式配合条形码技术可以提高效率,减少差错率,降低成本,电子物流缺点:互联互通不充分、感知不及时不彻底、缺少智慧计算支持和服务智能建筑应具有的功能:建筑系统智能化、办公智能化、通信智能化、安全防范和逃生智能化、能耗监测和节能控制、智能综合管理智能建筑中的物联网技术:自动是别与RFID、传感器、通信技术、室内定位技术、信息处理和职能决策物联网时代的智能建筑应用:建筑结构健康监测、智能家居(家庭网关、无线通信子节点)、智能安防和紧急逃生、室内环境监控无线传感网在环境监测中的优势:大范围监测、长期无人监测、复杂事件监测、同步监测无线传感网监测面临的挑战:无线传感网传输和感知量大功能不匹配、网络管理困难、大多数的现有研究工作都基于理想化的模型假设。
物联网技术的核心技术随着科技的不断发展,越来越多的新兴技术逐渐出现在我们的生活中,其中之一就是物联网技术。
物联网技术能够将多种现实世界中的事物通过互联网连接起来,让这些事物之间的信息互相交流,实现更加智能化的控制和管理。
而要实现物联网技术的应用,就需要掌握一些核心技术,下面就让我们一起来了解一下这些技术。
一、传感器技术传感器是物联网技术中最关键的组成部分之一,是实现信息感知和采集的重要设备。
传感器主要负责将各类数据从物理量转化为数字信号,然后再通过网络传输给终端设备,供人们进行处理和分析。
物联网技术与传统的传感器技术最大的不同在于,它可以利用互联网的优势,将各种传感器设备进行联网,实现对多种物体和事物的监测。
二、网络通信技术物联网技术的另一个核心技术是网络通信技术,这种技术可以使大量设备和终端通过互联网实现数据的共享和交流。
当前,物联网技术主要采用的是无线网络技术,包括WiFi、蓝牙、ZigBee、NB-IoT等,这些技术可以使众多设备更加便捷地完成信息的传输,并且能够保证数据传输的准确性和安全性。
三、云计算技术云计算技术是物联网技术的重要支持技术之一。
通过云计算技术,可以将海量的数据存储到云端,同时通过云计算的算法进行分析和处理,可以获得更准确、更智能的数据信息。
与此同时,云计算技术还可以实现对物联网设备的集中管理和监控。
四、数据分析技术物联网技术造就了信息的爆炸式增长,对于正确有效地处理这些数据,数据分析技术显得十分重要。
数据分析技术可以尽可能地挖掘数据中隐藏的价值,对于各行各业的发展都起着重要作用。
目前,数据分析技术主要包括机器学习、人工智能、大数据等技术,这些技术的应用可以大大提升物联网技术的智能化水平。
五、安全保障技术随着物联网技术的迅速发展,其所涉及的信息和数据量也与日俱增,而物联网设备本身又具有相应的网络安全风险。
因此,安全保障技术对于物联网技术的发展至关重要。
其中,物联网安全保障技术主要涉及物联网设备的授权、数据传输的安全性保障、数据存储的安全等。