物联网期末复习知识点整理

物联网学习笔记

物联网体系结构

物联网的概念 p2

​ 通过使用射频识别 （RFID）、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫 描器等信息采集设备，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。

物联网的特征

• 全面感知
• 可靠传输

• 智能处理

  

物联网的基本模型

​ 物联网的C3SD技术结构

​
物联网的发展

物联网面临的问题

• 标准化统一的问题
• 协议与安全问题
• 核心技术有待突破
• 商业模式和产业链问题
• 配套政策和规定的制度与完善

物联网的应用

1. 智能交通
2. 智能物流
3. 环境监测
4. 智能电网
5. 医疗健康
6. 智能家居

物联网可以抽象划分成

• 广泛分布的感知设备

• 物联网中间件

  中间件（Middleware ） 是位于感知设备和应用之 间的通用服务，这些服务 具有标准的程序接口和协 议，即中间件 =平台 +通信

• 上层应用

  

物联网体系结构

五层结构

• 底层泛在感知网络
• 异构网络接入层
• 骨干传输网
• 网络中间件
• 泛在网络应用平台

四层结构

• 感知控制层
• 数据传输层
• 数据的动态组织与管理层
• 应用决策层

三层结构

• 应用层
• 网络层
• 感知层

RFID的概念

Radio Frequency Identification 射频识别技术

​ 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，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从 而达到识别目标和数据交换的目的，

物联网关键技术

1. 感知标识技术

2. 网络与通信技术

   三网融合技术： ➢“三网融合”又叫“三网合一”（即FDDX），意指电 信网、有线电视网和计算机通信网的相互渗透、互相兼 容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络

3. 云计算技术

4. 安全技术

   位置是物联网的核心服务。

已有物联网相关应用架构

1. 基于传感器技术的无线传感网体系结构；

   无线传感器网络（WSN）:多跳，

   无线传感器网络的三个要素 无线传感器网络的三个要素是传感器;感知对象;观察者

   

2. 基于互联网和射频识别技术的EPC、UID系统；

   EPC(Electronic Product Code )

   EPC编码体系有EPC-64，EPC-96和EPC-256 三种。使用较多的是EPC-64编码体系，而新一代 的EPC标签将采用EPC-96编码体系

   

3. 学术界和企业提出的M2M、CPS系统框架。

   M2M的定义可以分为广义和狭义两种。

   广义上包括Machine-to-Machine、Man-toMachine以及Machine-to-Man。它是指是人与 各种远程设备之间的无线数据通信。

   狭义上的M2M是Machine-to-Machine的简称 ，指一方或双方是机器且机器通过程序控制，能自 动完成整个通信过程的通信形式

   

   信息物理系统（ CPS,Cyber-Physical Systems）是一个综合 计算、网络和物理环境的 多维复杂系统，通过3C （Computation、 Communication 、 Control）技术的有机融 合与深度协作，实现大型 工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。

物联网的反馈和控制

自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利 用外加的设备或装置（称控制装置或控制器）， 使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的 某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照 预定的程序运行。

反馈控制——就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，而且， 由于引入了被控量的反馈信息，整个控制过程成为闭合过程，因此 反馈控制也称闭环控制

物联网的控制特性

鲁棒性 保安性 可信性 时延性

知识点： ➢标识的方法 ➢感知的方法

学习目标：

➢了解物联网中标识和感知的作用

➢理解常用的定位和标识技术及方法

➢熟悉常见的感知技术的工作原理和信息感知的基本方法

传感器技术

传感器的特性

• 静态特性是指被测量的值处于稳定状态时 的输出/输入关系

  衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等

• 动态特性往往可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析

传感器的两种处理技术

• 模拟信号处理技术
• 数字信号处理技术

传感器的分类

• 按传感器的工作原理分类

  • 物性型传感器
  • 结构型传感器
  • 化学型传感器
  • 生物传感器

​ 电感式传感器种类很多，根据感知原理可分为自感式、互感式和电涡流式等

物联网感知技术

物品->代码->标志->代码->物品

一维条形码

左资料码 白黑白黑

右资料码 黑白黑白

常用的一维条形码

1. UPC-A

逻辑值可用7个二进 制数字表示

UPC A码的特点

2. EAN是欧洲物品条码（European Article Number Bar Code）的英文缩写

EAN-13标准码

我国的国家代码为 690~691

3. ISBN码 国际标准书号 ( International Standard Book Number，ISBN )

​ “ISBN”代号(978)

4. ISSN码

​ 相邻 两资料码之间，必须包含一个不具任何意义的空白(或细白 ，其逻辑值为0)，目前主要用于工业产品、商业资料及医 院用的保健资料

二维条形码技术

一维条形码与二维条形码的比较

二维码与NFC的比较

二维条形码的优点

1. 可靠性强
2. 效率高
3. 成本低
4. 易于制作
5. 灵活实用
6. 高密度
7. 纠错功能

二维条形码的分类

1. 线性堆叠式二维码；典型的码制如： Code 16K、Code 49、PDF417等
2. 线性堆叠式二维码；典型的码制如： Aztec、Maxi Code、QR Code、 Data Matrix等

二维条形码的识别

(1) 透过线型扫描器逐层扫描进行解码，

(2) 透过照相和图像处理对二维条形码进行解码。（绝大多数的矩阵式二维条形码则必须用照 相方法识读，例如使用面型CCD扫描器）

QR码容量密度大，可以放入1817个汉字、7089个数字、4200多个英 文字母

RFID核心技术

RFID技术利用感应、无线电波或微波能量进行非 接触双向通信，以达到识别及数据交换的目的，其关键设备和核心技术包括标签、读写器、天线以及 RFID中间件（p108）四部分。

避免碰撞的方法：防冲突算法

包括：标签碰撞和读写碰撞P111

1）空分多址(SDMA)

2）频分多址（FDMA）

3）码分多址(CDMA)

4）时分多址(TDMA)

三种基于ALOHA的防冲突算法

➢ 纯ALOHA算法

➢ 时隙ALOHA算法

➢ 基于帧的时隙ALOHA算法

基于二进制树的防冲突算法的基本思想

• 按照递归的方式将冲突的标签集合划分为两个子集，直 到集合中只剩下一个标签为止。

• 划分子集的算法：

  • ➢ 随机二进制树算法：让标签随机选择所属的集合
  • ➢ 查询二进制树算法：按照标签的标示符划分子集

定位技术

​ 常用的定位方法一般分为两种：

​ ➢ 一种是基于卫星导航的定位；

​ ➢ 一种是基于参考点的基站定位。

GPS系统主要由空间部分、地面控制部分和用户接收设备 三部分构成

蜂窝定位技术

室内定位技术

物联网通信技术

无线通信技术

通信距离在100m以内的称为短距离通信

​ 通信距离超过1000m的称为长距离通信

​ 近距离无线：

• Wi-Fi技术（基于IEEE 802.11）

  * 特点
     * 两个重要概念：站点（STA）、无线接入点（AP）
     * 两种模式：没有接入点的Ad-hoc模式、有接入点模式
     * 两种网络拓扑结构：基础网（基于AP）、自组网（只含有STA）
     * 安全技术：核心是数据链路层安全
  

• 蓝牙技术、

• ZigBee技术

  • zigBee技术的主要特征（p135）
  • ZigBee组网技术：采用星型，树状，网络拓扑，也允许三者自由组合

  采用星形、树状、网络拓扑，允许三者之间的组合

  协调器、路由器、终端

远距离无线通信技术

1. 卫星通信技术（p138）

​ 组成：空间设备、地球站、地面的跟中遥测及指令分系统、监控管理分系统

​ 使用微波频段

​ 通信卫星的种类（p139）

   * 按卫星供电方式划分：无源卫星和有源卫星

​ * 按通信卫星的运行轨道角度划分：赤道轨道卫星/极轨道卫星/倾斜轨道卫星

​ * 按卫星距离地球的最大高度划分：

​ 1）低轨道卫星，指的是距离在5000km以内的卫星；

​ 2）中间轨道卫星，指的是距离在5000km和20000km之间 的卫星

​ 3）高轨道卫星，指的是距离在20000km以上的卫星。

​ * 卫星与地球上任一一点的相对位置划分：（p139）

​ 同步卫星距地面高达35800km，一颗卫星的覆盖区（从 卫星上能“看到”的地球区域）可达地球总面积的40% 左右，地面最大跨 距可达18000km。

​ 非同步卫星

​ 卫星通信的优点（p141）

​ 卫星通信的技术（p142）

2. 移动通信技术(p143)

​ 第一代

​ 第二代：采用数字技术

​ 第三代：

​ 第四代：集3G与wlan于一体

​ 4G标准：（p147）有五种标准：LTE（long term Evolution）

​ 移动通信系统的组成

3. 微波通信技术

​ 微波（microwave）是指频率为300MHz~300GHz的电磁波，

​ 微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。

2. 低功耗广域网无线通信技术（LPWAN）

​

有线通信技术

​ 双绞线（是目前使用最广的一种传输介质）

​ 光纤：单模光纤（只能传输一种模式的光）、多模光纤

以太网

标准以太网（10M）

快速以太网(100M)

千兆以太网(1000M)

物联网数据处理

大数据

​ 特点：海量、多样、高速、真实、价值

​ 存储角度划分：

• 结构化数据：就是关系型数据库里的数据
• 非结构化数据：不遵循统一的数据结构或模型的数据
• 半结构化数据：是指有一定的结构性，但本质上不具 有关系性，介于完全结构化数据和完全非结构化数据 之间的数据（XML文件 和JSON文件）

编程语言

数据挖掘：记录数据、基于图的数据和序列数据等

数据存储

1. 面临的挑战
2. 满足的条件

3. 如何组织存储查询海量的数据信息？

   1. 关系型数据库

   2. 非关系型数据库

      1. 键值存储数据库
      2. 列存储数据库
      3. 文档型数据库
      4. 图形数据库
      5. 感知数据库（ThinkDB）

​ 3.本地文件系统和分布式文件系统

云计算

虚拟化技术的核心思想：利用软件或固件管理程序构成虚拟化层，把物理资源映射为虚拟资源

传统存储技术

​ RAID技术:磁盘阵列

​ NAS技术：网络连接存储

​ SAN技术：存储区域网络

存储虚拟化：指将存储网络中各个分散且异构的 存储设备按照一定的策略映射成一个统一的连续编址的 逻辑存储空间，称为虚拟存储池，并将虚拟存储池的访 问接口提供给应用系统

存储系统已成为数据中心的核心平台

软件定义网络（Software Defined Network，SDN）

SDN不等于网络虚拟化，只是SDN这种技术非 常适合实现网络虚拟

数据预处理

数据清洗：删去数据 中 重复的记录，消除数据中 的噪 声数据，纠正不完整和 不一致 的数据。、

数据集成：将这些数据源中的数据集中存放在一个统 一的数据存储（如数据仓库）中。

数据转换：将一种格式的数据转换为另外一种格式的 数据。

数据归约：指在尽可能保持数据原貌的情况下，最大 限度地精简数据量，因此也称为数据消减。

知识发现：一个选择和提取数据的过程，它能自动地 发现新的、精确的、有用的模式以及现实世界现象

侠义知识发现：

​ 关联知识发现

​ 分类知识发现

​ 预测知识发现

数据挖掘

技术角度的定义

数据

关联分析算法

分类规则：决策树或者数学公式，乃至神经网络

聚类分析

同质分组或者无监督的分类

聚类分析方法

基于划分的聚类方法

基于层次的聚类方法

基于密度的聚类方法

基于网格的聚类方法

基于模型的聚类方法

并行处理

数据处理能力提升的两种方式：

单机情况下的纵向扩展

分布式并行的横向扩展

MapReduce是一种分布式并行编程框架：

​ 分而治之的策略

​ 计算向数据靠拢

Spark:基于内存计算的大数据并行计算框架

文本检索

图像检索

音频处理

视频检索

数据可视化的概述

数据可视化：是指将结构或非结构化的数据转换成适 当的可视化图表，然后将隐藏在数据中的信息直接展 现在人们面前，是一种关于数据视觉表现形式的科学 技术研究