物联网网络层技术

物联网技术物联网（TheInternetofthings）通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

物联网被视为互联网的应用拓展，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。

物联网（TheInternetofthings）的概念是在1999年提出的。

即通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

简而言之，物联网就是“物物相连的互联网”。

这一概念有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。

[1]和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。

首先，它是各种感知技术的广泛应用。

物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。

传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。

其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。

物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。

在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。

第三，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。

物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。

从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。

物联网四大部署方式私有物联网一般面向单一机构内部提供服务。

物联网解决方案,感知层,通信网络层篇一：物联网感知层技术物联网感知层的关键技术感知层是物联网的基础，是联系物理世界与信息世界的重要纽带。

感知层是由大量的具有感知、通信、识别（或执行）能力的智能物体与感知网络组成。

其主要技术有：传感器技术、RFID技术、二维码技术、Zig-Bee和蓝牙技术。

1. 传感器技术传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感官来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断（即人的思维）和处理，再指挥人作出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的本能。

但是通过人的五官感知外界的信息非常有限，例如，人总不能利用触觉来感知超过几十甚至上千度的温度吧，而且也不可能辨别温度的微小变化，这就需要电子设备的帮助。

同样，利用电子计算机特别象计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，那么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”显然是不足够的，中央处理系统也还需要它们的“五官”——即传感器。

基于传感器的传感器技术是对感知节点的不同定义与探索。

比如一个温度传感器可以实时地传输它所测量到得环境温度，这是基于温度利用汞的液态与温差变化而形成的；声控灯安装在楼道之间，有人路过就亮，这是基于人走路时声音的分贝大小来进行控制；高速路上的收费站人们开车经过时，在地面的称重传感器会将车辆重量反馈给电脑，以便确认其是否超重，这是基于弹簧弹性收缩变化的张力长度来进行测量。

未来传感器技术可能是温度、湿度、声音、压力等物理参数，亦可以是氧气、二氧化碳等化学成分的含量等化学参数。

把这些物理与化学集合而成的传感器是现在人们追求的技术，及机器人得目标。

2. RFID技术RFID是一门独立的将不同的跨学科的专业技术综合在一起，如高频技术、微波与天线技术、电磁兼容技术、半导体技术、数据与密码学、制造技术和应用技术等。

让客户尽情享受信息新生活物联网技术发展的思考提纲1 2物联网的体系架构和技术路线物联网的标准进展3 4物联网网络发展关键问题发展建议物联网(传感网)典型体系架构物联网典型体系架构分层描述感知层是实现物联网全面的感知的核心能力是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本的问题广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网络提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发物联网应用层物联网网络层物联网感知层物联网扩展系统架构物联网技术路线以规模化应用为目标，分阶段实现3G与传感网的融合，实现物联网的可运营、可管理及产业化主要特征（1）基于多种组网技术融合的无处不在的协同感知能力（2）信息资源使用模式突破以单一应用服务为目标，通过聚合海量信息聚合不断衍生新的应用信息汇聚协同感知泛在聚合主要特征（1）将分散的、利用多种感知技术手段所采集的信息通过网关设备汇聚到3G网络（2）通过3G网络将感知信息汇聚到应用系统（3）由应用系统集中进行信息的处理，并提供信息应用服务。

主要特征（1）具备以事件、任务为驱动的感知层、网络层和应用层协同工作的更强大的信息感知和信息处理能力（2）3G网络为物联网业务特性进行优化和定制，满足物联网通信及业务的特性需求（3）传感器网络的自组织、协同感知功能是在物联网的整体管理体系下实现的3G与传感器网络结合3G与传感器网络融合泛在网络、信息聚合物联网市场和网络发展规划物联网信息汇聚阶段关键技术第一阶段3G与传感器网络结合相关关键技术•传感器网络高能效通信技术•传感器网络组网关键技术•传感器网络协同体系架构•传感器网络专用操作系统•传感器网络测试验证平台•传感器网络低功耗技术•传感器网络电磁兼容技术•传感器网络网关设备物联网协同感知阶段--第二阶段3G与传感网络的融合3G与传感器网络融合物联网体系架构设计及研究物联网的编码体系、码号体系、地址体系研究物联网的安全体系研究物联网QoS体系研究增强无线接口物联网移动性管理技术研究物联网协同体系架构研究物联网信息库管理策略及关键技术研究物联网与信息智能处理关键技术研究物联网的计费策略及关键技术研究物联网应用示范系统建设提纲1 2物联网的体系架构和技术路线物联网的标准进展3 4物联网网络发展关键问题发展建议ETSI2008年成立TC M2M 工作组，该工作组由FT -Orange 发起，包括运营商、设备商、集成商等几百个研究单位和组织加入研究目标研究和制定物联网业务需求报告,聚焦传感网和移动网融合、商业模式和最佳业务应用等研究并规范端到端的物联网网络架构与相关接口对其他标准组织中已有物联网相关规范进行修订研究重点模组规范化传感网技术选择和组网物联网网关规范化网络架构和统一协议统一应用平台面向医卫和监控的应用研究3GPP R10-Network Improvements for Machine Type Communications (NIMTC)•3GPP已完成了业务需求的研究，目前就网络结构（SA2)及无线接口(RAN2)开展了技术方案的研究•基于移动终端的WSN网络结构及协议研究•设计更灵活的自适应编码，优化传输方式，支持更灵活的资源粒度分配•增强L2/L3协议，支持大量M2M终端•简化调度、功控、HARQ、链路自适应、同步、接入和切换过程3GPP MTC Service Requirements •MTC业务的公共需要•地址•识别•收费•安全•远程管理•分类别的系统优化：•低移动性•通信时间可控•仅使用PS域•低数据率•用户分群•仅有移动源发•高可用性•盗窃/故意破坏物联网标准研究进展国内标准物联网进展情况国家传感器网络标准组（WGSN）标准组由信标委支持，无锡物联网研究院和电子技术标准化研究所主导成立，主要面向ISO/IEC JTC1进行中国的国际标准提案输出该标准组下设立2个研究组和6个标准组，分别为国际标准化项目组、行业应用调研组、标准体系与系统架构组、通信与信息交互组、协同信息处理组、标识组、接口组、安全组参加单位众多，主要以高校、科研机构和IT企业为主，包括中国电子技术标准化研究所、中国科学院、华为、西电捷通、深圳天智、杭州家和、清华、北大、展讯、中兴、大唐、北邮、工信部研究院、中国移动、中国联通、中国电信等上百家单位该标准组提出的物联网信息汇聚、协同感知、泛在聚合三阶段演进路线，已经被ISO/IEC JTC1传感网总体技术文档采纳。

物联网技术与运用基础个人总结第一章物联网的定义：2005年 11月17日,国际电信联盟ITU正式提出了“物联网”的概念,即“通过无线传感、射频识别、全球定位系统,激光扫描等信息感知设备,按约定协议,将任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、转移、监控和管理的一种网络”,物联网就是“物物相连的互联网”,具有感知层、网络层、应用层的物理架构;第二章物联网应该具备的3个能力：1.全面感知：利用RFID、传感器、二维码等随时随地地获取物体信息,包括用户位置、周边环境、个体喜好、身体状况、情绪、环境温度、湿度、以及用户业务感受、网络状态等;2.可靠传递：通过各种网络融合、业务融合、终端融合、运营管理融合,将物体的信息实时准确的传递出去;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：1.感知层：物联网的皮肤和五官;2.网络层：物联网的神经中枢和大脑;3.应用层：物联网的“社会分工”;感知层关键技术：1.传感器技术2.RFID技术3.二维码技术4.ZigBee5.蓝牙网络层关键技术：1.Internet2.移动通信网3.无线传感器网络应用层关键技术：1.M2M2.云计算3.人工智能4.数据挖掘5.中间件第三章嵌入式系统：以应用位中心,软件硬件可以裁剪的,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性需要的计算机系统;它由嵌入式硬件和嵌入式软件两部分组成;嵌入式操作系统位于硬件和应用软件之间,为上层应用提供基础服务,是嵌入式系统的核心和灵魂;嵌入式技术是让物具有“智慧”的一种关键技术;嵌入式系统由嵌入式处理器和嵌入式操作系统组成;传感器被定义为“能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号的输出器件活装置”;传感器的组成一般包括3大部分：敏感元件；转换元件；信号调节与转换电路;RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别技术,也称为电子标签技术,是自动识别技术的一种,通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,对目标对象加以识别并获取相关数据;RFID系统包括三部分：RFID读写器、RFID电子标签、中央信息系统;RFID系统的特点：1.非触式操作,长距离识别,因此完成识别工作时无须人工干预,应用便利;2.无机械磨损,寿命长,并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境;3.形状和大小多样化4.可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签;5.数据记忆容量大;6.读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口,保证其自身的安全性;7.数据安全方面除电子标签的密码保护外,数据部分可以用一些加宽算法实现安全性管理;8.在部分安全性要求较高时场合,读写器与标签之间存在互相认证的过程,实现通信和存储;RFID电子标签由耦合元件及内置芯片组成,一般附着在物体目标对象上;RFID电子标签通常具有以下功能：1.具有一定的存储容量;2.电子标签存储的数据能够被读出或写入;3.维持对识别物品的识别及相关信息的完整;4.数据信息编码后,及时传输给读写器;5.可写入,并且在写入以后,永久性数据不能修改;6.具有确定的使用期限,使用期限内不需要维修;7.对于有源标签,通过读写器能够显示电池的工作状况;RFID电子标签的特性包括以下几点：1.存储物体数据信息;2.对物品进行唯一标示;3.电子标签可以被读写器识别和读写;4.具有较长的使用寿命;从功能上来说,RFID电子标签一般由天线、射频模块、控制模块、存储器、电池等组成;RFID读写器又称为阅读器、读头、扫描器、查询器等,其主要任务是向RFID电子标签发射读取或写入信号,并接受RFID电子标签的应答,对电子标签的对象标识信息进行解码,并将对象标识信息连带标签上其他相关信息传输到中央信息系统以供处理;RFID读写器的基本组成包括射频模块、天线、读写模块以及其他一些基本功能单元;第四章移动通信就是移动物体之间的通信,或移动物体与固定物体之间的通信;传播的开放性、接收环境的复杂性和通信用户的随机移动性,这三个特点共同构成了移动通信的主要特点;三代移动通信系统的功能：1.能实现全球漫游;2.能提供多种业务;3.能适应多种环境;4.足够的系统容量;LTE：第三代移动通信系统普遍采用的事码分多址CDMA技术；此技术能支持的最大系统宽带为5MHZ,因此3G系统难以达到较高的通信速率,进而对无线多媒体业务的提供能力和质量无法满足人们参与网络、享受网络生活的通信需求;LTE的关键技术：1.多址技术;2.多天线技术;3.干扰抑制技术;短距离无线通信的主要特点为通信距离短,覆盖距离一般在10~200M;成本低、低功耗和对等通信,是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势;Zigbee是基于标准的低功耗个域网协议;根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术;ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术;ZigBee技术具有以下优势：1.低功耗;2.工作可靠;3.成本低;4.网络容量大;5.有效范围大;6.时延短;7.优良的拓扑能力;8.安全性较好;9.工作频段灵活ZigBee的3中拓扑结构：1.星形 2.网状形 3.簇树形ZigBee在物联网中的应用：1.家庭自动化;2.无线定位;3.工业领域;蓝牙,是一种支持设备短距离通信一般10m内的无线电技术;能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换;利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化设备与因特网Internet 之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路;蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的 ISM即工业、科学、医学频段;其数据速率为1Mbps;采用时分双工传输方案实现全双工传输;无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息,并报告给用户; 它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN; 大量的传感器节点将探测数据,通过汇聚节点经其它网络发送给了用户;在这个定义中,传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能,而这正对应着现代信息技术的三大基础技术,即传感器技术、计算机技术和通信技术;无线传感器网络的特点：1.动态性网络;2.硬件资源有限;3.能量受限;4.大规模网络;5.以数据为中心;6.广播方式通信;7.无人值守;8.易受物理环境影响;传感器网络系统通常包括传感器节点sensor、汇聚节点sink node和管理节点;大量传感器节点随机部署在监测区域sensor field内部或附近,能够通过自组织方式构成网络;传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输,在传输过程中监测数据可能被多个节点处理,经过多跳后路由到汇聚节点,最后通过互联网或卫星到达管理节点;用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理,发布监测任务以及收集监测数据;传感器网络节点的组成和功能包括如下四个基本单元：传感单元由传感器和模数转换功能模块组成、处理单元由嵌入式系统构成,包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等、通信单元由无线通信模块组成、以及电源部分;此外,可以选择的其它功能单元包括：定位系统、运动系统以及发电装置等;S-MAC的主要机制:1.周期监听和睡眠机制;2.冲突和串音避免机制;3.消息传递机制;4.流量自适应监听机制;第五章中间件是一种独立的系统软件或服务程序,中间件应用于客户机、服务器的操作系统之上,主要用于管理计算机资源和网络通信;中间件是连接两个独立应用程序或独立系统的软件,主要功能是使得相连接的系统即使具有不同的接口,利用中间件仍然能相互交换信息;执行中间件的一个关键途径是信息传递;中间件主要特点包括：满足大量应用的需要；运行于多种硬件和OS平台；支持分布计算,提供跨网络、硬件和OS平台的透明的应用或服务的交互；支持标准的协议；支持标准的接口;物联网中间件就是在物联网中采用中间件技术,以实现多个系统和多种技术之间的资源共享,最终组成一个资源丰富、功能强大的服务系统;中间件的分类：1.远程过程调用中间件Remote Procedure Call；2.面向消息的中间件Message-Oriented Middleware；3.对象请求代理中间件Object Request Brokers；Web服务Web Services就是一种可以通过Web描述、发布、定位和调用的模块化应用;嵌入式系统就是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统;嵌入式中间件是在嵌入式应用程序和操作系统、硬件平台之间嵌入的一个中间层,通常定义成一组较为完整的、标准的应用程序接口;嵌入式Web服务器的关键技术主要有HTTP协议和通用网关接口CGI;嵌入式Web 是利用Web框架建立物联网中间件的重要技术,嵌入式Web 服务主要具有以下优点：1.统一的客户界面;2.平台独立性;3.高可扩展性;4.并行性与分布性;CGI是通过网关接口Common Gateway Interface的缩写;它是Web服务器主机与外部扩展应用程序交互的一种标准接口;它提供了讲参数传递给程序并将结果返回浏览器的一种机制;Web服务器可以通过CGI读取客户端所需要的动态信息;5W：WhoWhatWhereWhenWhy第六章M2M的全称是机器对机器Machine-to-Machine,提供了设备实时数据在系统之间、远程设备之间、机器与人之间建立无线连接的简单手段,旨在通过技术来实现人、机器、系统三者之间的智能化、交互式无缝连接,从而实现人与机器、机器与机器之间畅通无阻、随时随地地通信;M2M终端类型主要包括行业专用终端、无线调制解调器、手持设备三种类型;M2M的支撑技术：1.机器2.M2M硬件1.嵌入式硬件 2.可改装硬件3.调制解调器4.传感器5.识别标识3.通信网络广域网、局域网、个域网4.中间件：中间件包括两部分 M2M网关,数据收集,集成部件云计算中的“云”主要是指能够提供无穷资源的一种全新计算模式,通过云可以将计算能力、网络基础设施、商业处理平台、存储空间、带宽资源等按照约定的服务水平协议有偿地提供给云客户,无论身处何处,何时使用;云计算的基本属性：1.按需自助服务2.广泛的网络接入3.资源池4.快速弹性5.按量计费服务云计算的部署模式：1.公共云2.社区云3.专用云4.混合云云计算的组成：1.应用程序2.云客户端3.基础结构4.云平台5.业务6.存储7.计算能力经典云计算应用实例：1.微软公司的Windows Azure.2.IBM公司的"蓝云"3.亚马逊公司的云4.谷歌公司的云物联网与云计算的关系:云计算是实现物联网的核心;运用云计算模式,使物联网中数以兆计的各类物品的实时动态管理,智能分析变得可能;物联网通过将射频识别技术、传感器技术、纳米技术等新技术充分运用在各行各业之中,将各种物体充分连接,并通过无线等网络将采集到的各种实时动态信息送达计算处理中心,进行汇总、分析和处理;从物联网的结构看,云计算将成为物联网的重要环节;物联网与云计算的结合必将通过对各种能力资源共享、业务快速部署、人物交互新业务扩展、信息价值深度挖掘等多方面的促进带动整个产业链和价值链的升级与跃进;物联网强调物物相连,设备终端与设备终端相连,云计算能为连接到云上设备终端提供强大的运算处理能力,以降低终端本身的复杂性;二者都是为满足人们日益增长的需求而诞生的;第7章息安全是一门涉及计算机科学、网络技术、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数学、数论、信息论等多种学科的综合性学科;ISO对信息安全的定义是:在技术上和管理上为数据处理系统建立的安全保护,保护计算机硬件、软件和数据不因偶然和而已的原因而遭到破坏、更改和泄露;信息安全的基本属性：1.可用性2.可靠性3.完整性4.保密性5.不可抵赖性保障网络安全使用的核心和关键,主要包括密码算法、密码协议的设计与分析、密钥管理和密钥托管等技术物联网安全特点:1.安全事件导致的危害具有新的特点2.复杂性带来的新的安全挑战3.平台、固件、应用软件的多样化带来新的安全挑战4.成本和效率的挑战,量变到质变的挑战5.可伸缩性、灵活性要求带来的新挑战6.安全管理的新挑战7.来自物联网技术人员的挑战。

物联网控制系统的概念及架构物联网（Internet of Things，简称IoT）作为现代信息技术的重要应用领域，正逐渐改变着我们的生活和工作方式。

而物联网控制系统作为物联网核心技术之一，在实现物联网智能化管理和控制方面扮演着重要角色。

本文将从物联网控制系统的概念、架构和应用等方面进行探讨。

一、物联网控制系统的概念物联网控制系统是一种基于信息通信技术与控制原理相结合的系统，旨在通过将传感器、执行器和网络技术相互连接，实现对物联网中各种设备、设施和资源的监测、管理和控制。

物联网控制系统可以通过实时获取和处理大量的数据，控制物联网中的各种节点，提高资源的利用效率，改善人们的生活质量。

物联网控制系统的核心功能包括数据采集、信息传输、数据处理和控制信号输出等。

通过物联网控制系统，我们可以实现对各类设备的远程监控、远程操控、智能化管理和优化控制，从而提高生产效率、节能减排、降低成本，为人们提供更加便捷、安全和舒适的生活环境。

二、物联网控制系统的架构物联网控制系统的架构是实现其功能的关键。

一般来说，物联网控制系统的架构包括物理层、传感层、网络层、应用层和管理层。

1. 物理层：物理层是物联网控制系统的基础，用于连接物联网中的各种设备和传感器。

物理层中包括传感器、执行器、控制器和通信接口等。

传感器负责采集各种环境参数或设备状态信息，执行器用于控制设备的操作，控制器用于对采集到的信息进行处理和分析，通信接口用于与其他设备进行数据交互。

2. 传感层：传感层是物联网控制系统中的数据采集和传输层。

传感层通过传感器对环境参数和设备状态进行采集，并通过通信接口将数据传输给上层进行处理。

3. 网络层：网络层是物联网控制系统中的数据传输和通信层。

网络层采用各种通信技术，如以太网、Wi-Fi、蓝牙等，将传感层采集到的数据传输到应用层或其他节点。

4. 应用层：应用层是物联网控制系统中的数据处理和控制信号输出层。

应用层通过对传感层采集到的数据进行处理、分析和决策，生成相应的控制信号，控制执行器实现对设备的控制。