物联网工程知识提纲

第1章 物联网概论
(1)CPS定义
CPS, Cyber-Physical Systems, 信息物理系统,CPS 是环境感知、嵌入式计算、网络通信深度融合的系统

(2)物联网定义
按照规定的协议,将具有“感知、通信、计算”功能的智能物体、系统、信息资源互联起来,实现对物理世界“泛在感知、可靠传输、智慧处理”的智能服务系统

(3)物联网主要技术特征:1、物联网的智能物体具有感知、通信与计算能力2、物联网可以提供所有对象在任何时间、任何地点的互联3、物联网的目标是实现物理世界与信息世界的融合

(4)物联网与互联网区别 1、物联网提供行业性、专业性与区域性的服务2、物联网数据主要是通过自动方式获取的3、物联网是可反馈、可控制的“闭环”系统

(5)物联网三层结构模型

分为感知层,网络层,应用层三层
感知层:感知层设备分为自动感知设备和人工生成信息设备;设备间感知能力与控制能力的差别:是不是需要同时具备感知能力和控制、执行能力,以及需要什么样的控制、执行能力
网络层:根据物联网网络结构的特点,需要将网络层进一步划分为三个子层:接入层、汇聚层和核心交换层。接入层连接各种传感器、传感网、感知设备与执行设备,将感知数据传送到汇聚层,并将控制指令反馈给执行设备。汇聚层聚合接入层的用户流量,实现感知数据与控制指令的路由、转发与交换。核心交换层连接应用层,为物联网提供一个高速、安全与保证服务质量的数据传输环境。
应用层:物联网的应用层可以进一步分为管理服务层与行业应用层。管理服务层位于网络层与行业应用层之间,为行业应用层提供服务。有中间件软件,数据存储服务,大数据与智能决策服务的功能。

(6)物联网共性服务 : 共性技术、网络管理、服务质量保障、对象名字服务、网络安全

(7)物联网包括关键技术

第2章 RFID与物联网应用
(1)RFID定义 RFID是利用无线射频信号空间耦合的方式,实现无接触的标签信息自动传输与识别的技术,RFID标签又称为“电子标签(tag)”或“射频标签”

(2)RFID标签分类

(3)EPC编码结构(填空题)

1、第一个字段:版本号 版本号字段值表示产品编码所采用的EPC版本 从版本号可以知道编码的长度与结构
2、第二个字段:域名管理 域名管理字段值用来标识生产厂商 根据域名管理字段值可以查询出生产厂商服务器在互联网的域名信息
3、第三个字段:对象分类 对象分类字段值用来标识产品类型
4、第四个字段:序列号 序列号字段值用来标识每一件产品

(4)RFID的主要特点:
1、RFID芯片存储的数据量大,最多可以多达几千个字节
2、RFID读写器读取RFID标签数据的距离可以是几厘米,甚至是上百米
3、RFID标签可以贴在货物的内部、包装箱、运输托盘或安装在运输车辆上
4、RFID读写器通过无线方式读取RFID标签数据,不需要与货物接触,也不限定货物摆放在特定的位置与特定的角度
5、RFID读写器读取RFID标签数据可以在多种环境中完成,工作环境可以在白天或夜晚的黑暗状态中
6、RFID标签数据的读写过程是通过无线通信方式自动完成的

第3章 传感器与传感网技术
(1)传感器定义
传感器(sensor)是由敏感元件和转换元件组成的一种检测装置,能感受到被测量,并能将检测和感受到的信息,按一定规律变换成为电信号(电压、电流、频率或相位)输出,以满足感知信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求

电传感器可以分为:电阻式、电容式、电感式传感器

纳米传感器的特点(简答题)

(2)传感器性能指标
线性度
灵敏度
分辨率
迟滞
重复性
漂移
测量范围
精度

(3)智能传感器特点
自学习、自诊断与自补偿能力
复合感知能力
灵活的通信能力

(4)WSN定义

wireless sensor network无线传感器网络,由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个自组织网络。

(5)无线传感器网络特点
网络规模,自组织网络,拓扑结构的动态变化,以数据为中心

(6)无线传感器网络节点类型

传感器节点
汇聚节点
管理节点

(7)无线传感器网络节点单元组成
传感器模块:传感器完成监控区域内信息感知和采集,AC/DC电路将模拟信号转换成数字信号
处理器模块:负责控制整个传感器节点的操作,存储和处理传感器采集的数据,以及其他节点传送来的数据

无线通信模块:负责与其他传感器节点进行无线通信,网络层模块负责完成数据包的传输路由选择,介质访问控制模块负责协调多节点对公共通信信道的访问控制,无线收发器模块负责数据信号的发送和接收

第4章 物联网智能硬件与嵌入式系统
(1)嵌入式系统体系结构

(2)嵌入式系统特点 填空)
面向特定应用的专用计算机系统、根据应用的具体需求,剪裁计算机的硬件与软件、适应对计算机功能、可靠性、成本、体积、功耗的要求

(3)智能硬件

(了解)智能手机硬件与软件充分地体现出嵌入式系统“以应用为中心”、“裁剪计算机硬软件”的特点,是对功能、体积、功耗、可靠性与成本有严格要求的“专用计算机系统”
作为物联网重要组成部分的RFID标签与读写器、无线传感器网络节点、智能机器人、无人驾驶汽车与可穿戴计算设备,以及各种智能终端设备,从结构、原理上都与智能手机有着很多的相似之处,都属于嵌入式计算设备与装置
物联网智能硬件的研究将促进了嵌入式芯片、操作系统、软件编程与智能技术的发展;智能硬件的研究将涉及机器智能、机器学习、人机交互、虚拟现实与增强现实的研究,以及大数据、云计算等领域,体现出多学科、多领域交叉融合的特点

体现了“互联网+传感器+计算+通信+智能+控制+大数据+云计算”等多项技术的融合,其核心是智能技术
标志着硬件技术向着更加智能化、交互方式更加人性化,以及向“云+端”融合方向发展的趋势,预示着智能硬件将成为物联网产业发展新的热点
《智能硬件产业创新发展专项行动(2016-2018年)》明确重点发展的五类智能硬件产品:智能穿戴设备、智能车载设备、智能医疗健康设备、智能服务机器人、工业级智能硬件设备

(4)人工智能定义
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术应用系统的一门科学
人工智能研究的目标是让机器具有像人类一样的思考能力与识别事物、处理事物的能力

(5)人工智能研究基本内容(解答题)
智能感知、智能推理、智能学习、智能行动

(6)物联网智能硬件人机交互研究技术
概念:
支撑智能硬件的六项技术是:人机交互、硬件结构、软件应用、设备协同、信息安全与能量控制
“应用创新”是物联网发展的核心,“用户体验”是物联网应用设计的灵魂 物联网的用户接入方式多样性、应用环境差异性,决定了物联网智能硬件在人机交互方式上的特殊性
一个成功的物联网智能硬件设计,必须根据不同物联网应用系统需求与用户接入方式,认真地解决好物联网智能硬件的人机交互问题;很多人机交互的奇思妙想甚至会成就物联网在某一个领域的应用

交互方式:文字、语音、视觉

第5章 物联网通信与网络技术
(1)计算机网络按地理范围分类
广域网、城域网、局域网、个人区域网、人体区域网

(2)TCP/IP协议特点

开放的协议标准,独立于特定的计算机硬件与操作系统,独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网、广域网等各种传输网之上,适用于互联网与物联网

1、 可靠的面向连接服务:在应用层数据传输之前,必须在通信的与目的程序进程之间建立一个TCP连接;当一次进程通信结束后,TCP协议关闭这个连接;面向连接传输的每一个报文都需接收方确认
2、字节流的传输服务:流(stream)相当于一个管道,从一端放入什么的字节流,从另一端可以照原样取出什么的字节流;TCP协议对正确接收到的字节行确认,出错时要求发送方重传
3、TCP支持数据全双工通信:两个应用程序进程可以同时利用该连接发送和接收数据报文。双方通过捎带确认的方法交互准确接收数据报的信息

(3)物联网无线接入技术

  1. 工业、科学与医药专用ISM频段
  2. Wi-Fi接入
  3. 蓝牙、ZigBee与LR-WPAN技术
  4. 基于IPv6的低速无线个人区域网6LoWPAN标准
  5. 超宽带通信UWB技术
  6. WBAN与IEEE 802.15.6标准
  7. NFC技术
  8. NB-IoT

(4)ZigBee定义

ZigBee是一种面向自动控制的低速、低功耗、低价格的无线网络技术,ZigBee网络的结点数量、覆盖规模大

(5)蓝牙定义
蓝牙通信采用工业、科学与医学(ISM )频段,工作频率在2.4GHz时
数据传输速率最高为1Mbps
通信距离一般在10cm~10m
支持点对点、点对多点的通信

第6章 位置信息定位技术与服务
(1)位置信息三要素 位置信息涵盖了空间、时间与对象三要素

(2)GPS系统组成部分
空间星座部分、地面监控部分与用户设备部分

(3)GPS接收机类型
1、接收机主要用于运动物体的导航,可以实时给出物体的位置和速度,根据应用的不同可以分为:车载型、航海型、航空型与星载型接收机

2、型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量,这类仪器定位精度高,设备复杂,价格较贵

3、型接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时,常用于天文台及无线电通信的时间同步

(4)GIS定义
GIS是在地理学、遥测遥感技术、GPS、管理科学与计算机科学的基础上发展起来的一门交叉学科
GIS作为一种综合处理和分析地理空间数据的软件技术,它包括:地理空间数据库、空间信息检索软件、空间信息分析与处理软件、空间信息显示软件
GIS技术在发展过程中不断地融合了移动通信技术、3D可视化技术、虚拟现实技术、人工智能技术与网络技术

第7章 物联网智能数据处理技术
(1)物联网数据特点 海量、多态、动态、关联

(2)物联网数据处理关键技术
数据存储、融合、挖掘、决策

(3)数据挖掘定义
透过数据,应用一定的分析方法,从大量数据中提取出一些有价值的信息和知识,这个过程就是“数据挖掘(Data Mining)”

(4)大数据的特征
大体量、多样性、时效性、准确性、大价值

(5)智能决策定义

(6)云计算定义
云计算是一种计算模式,它是将计算与存储资源、软件与应用作为服务,通过网络提供给用户

(7)大数据定义:: 是指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合,是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。(这是百科的,ppt第七章第13页标题是大数据的基本概念但没找到答案)

第8章 物联网网络安全
(1)网络空间安全涵盖主要内容
应用安全、系统安全、网络安全、网络空间安全基础、密码学及其应用

(2)网络空间安全理论体系

基础理论体系、技术理论体系与应用理论体系

(3)网络安全机制
加密、认证、数字签名、流量填充、访问控制、路由控制、数据完整性、公证

第9章
(1)工业4.0的核心
工业4.0的五大特点:互联、数据、集成、创新、转型
工业4.0的核心是:智能工厂、智能制造与智能物流

(2)物联网应用
智能农业
智能交通
智能电网
智能环保
智能医疗
智能安防
智能家居
智能物流

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