[嵌入式]物联网复习

互联网

互联网体系结构

物联网是在物品与物品之间能够自动实现信息交换的通信网络

物联网起源于两种技术：射频识别和无线传感器网络

物联网的本质特征

• 全面感知
• 可靠传输
• 智能处理

物联网与互联网的关系

• 互联网是把计算机连接起来为人们提供信息服务的全球通信网络
• 区别
  • 数据源的不同
  • 互联网
    • 全球性公网
    • 虚拟
    • 信息世界
  • 物联网
    • 行业性的或区域性的专网
    • 真实
    • 物理世界

物联网与传感网的关系

• 包含关系
• 传感网区域性比较强
• 物联网行业性比较强

物联网与泛在网的关系

• 广泛，目标一致
• 泛在网侧重理想
• 物联网侧重现实

物联网与CPS

• 目标一致，虚拟世界和现实世界融合
• 物联网
  • 强调应用，侧重外在表现形式
  • 强调网络联通作用
  • 强调感知
• CPS
  • CPS强调3C的融合，侧重技术内涵
  • 强调网络的虚拟作用
  • 强调感控

通信网体系结构是国际标准化组织的7层模型

• 物理层
• 数据链路层
• 网络层
• 传输层
• 会话层
• 表示层
• 应用层

物联网体系结构

• 感知层
• 传输层
• 处理层
• 应用层

物联网三层模型

• 感知层
• 网络层
• 应用层

ITU-T参考模型：感知层、传输层、处理层、应用层

物联网的域模型

• 六域模型
  • 物联网用户域
  • 目标对象域
  • 感知控制域
  • 服务提供域
  • 运维管控域
  • 资源交换域
• 五域模型
  • 对象域
  • 通信域
  • 管理域
  • 服务域
  • 用户域

物联网的关键技术

• 自动识别技术
• 传感技术
• 网络技术
• 数据处理技术

物品信息编码

物品编码是人类认识事物、管理事物的一种方法，是人们统一认识、统一观点、交换信息的一种技术

用一组有序的符号（数字、字母或者其他符号）组合来标识不同类目物品的过程为物品编码。这组有序符号组合称为物品代码

编码作用：提供标识、分类、参照等功

物品编码种类

• 物品分类编码
• 物品标识编码
• 物品属性编码

分类就是把物品的某些特征划分到不同的集合中

物品分类的原则

• 目的性
• 明确性
• 包容性
• 唯一性
• 逻辑性

代码是一组有序的符号，代表了物品的信息表现形式一般有数字型、字母型数字字母混合型3种

物品编码的载体

• 条码标签
• 射频标签
• 卡

条形编码体系

• EAN.UCC系统：旨在在全球推广条形码标准和通用商务标准
• EAN.UCC编码体系
  • 标识代码
    • 全球贸易项目代码GTIN
    • 系列货运包装箱代码SSCC
    • 全球参与方位置代码GLN
    • 全球可回收资产标识代码GRAI
    • 全球单个资产标识代码GIAI
    • 全球服务关系代码GSRN
  • 附加属性代码
    • AI+附加属性编码

产品电子代码EPC

• 为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯
• 基于RFID技术的发展
• EPC的载体是RFID电子标签
• EPC编码原则
  • 唯一性
  • 简单性
  • 可扩展性
  • 保密性与安全性
• EPC编码结构
  • 一个比特串
  • 组成
    • 标头：确定码的总长度、结构、功能
    • 一系列数字字段
• EAN.UCC系统中编码的EPC标识类型
  • EAN.UCC（十进制）—->EPC （二进制，无效验位）

ECP系统

• 组成
  • 信息网络系统
  • 射频识别系统
  • EPC编码体系
• 开发实例
  • 客户端模块
  • 数据存储模块
  • 数据查询模块

自动识别技术

定义：一种机器自动数据采集技术

分类

• 数据采集技术
  • 光存储
    • 条码、OCR
  • 磁存储
    • 磁条
  • 电存储
    • IC卡
• 特征提取技术
  • 动态特征
    • 语音
  • 属性特征
    • 化学感觉特征

条码识别

• 分类
  • 连续型条码和非连续型条码
  • 定长条码和非定长条码
  • 双向条码和单向条码
• 码制种类
  • 25码
  • 39码
  • EAN码
    • 我国的690-699
    • EAN-13
    • EAN-8
  • UPC码
  • ISBN
  • UCC/EAN-128
• 条码阅读器
  • 原理
    • 扫描
    • 译码
  • 组成
    • 光源
    • 接收装置
    • 光电转换部件
    • 解码器
    • 计算机接口

二维码

• 特点
  • 信息容量大
  • 密度高
  • 抗磨损
  • 字节数字
• 分类
  • 行排式
  • 矩阵式
  • 邮政码
  • 彩码
  • 符合码
• QR码特点
  • 超高速识别
  • 全方位解读
  • 高效表示汉字
• 汉信码
  • 矩阵式二维条码
  • 深色模块表示1
  • 浅色模块表示0
• 符号结构
  • 编码区域
  • 功能图形
• 编码过程
  • 数据分析
  • 数据编码
  • 纠错
  • 构造最终信息
  • 在矩阵中布置模块
  • 掩模
  • 添加格式信息和版本信息

RFID射频识别技术

• 俗称电子标签，一种自动识别技术，可以快速读写、长期跟踪管理，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别
• 分类
  • 按编程分类
    • 只读型
    • 读写型
  • 按工作频率划分
    • 低频率系统
    • 高频率系统
    • 超高频系统
    • 微波系统
  • 按距离划分
    • 密耦合
    • 遥耦合
    • 远距离
• 组成
  • 电子标签
    • 信息
      • 全球唯一的标识符UID
      • 标签的生产信息
      • 用户数据
    • 分类
      • 按供电方式
        • 无源标签
        • 有源标签
      • 工作方式
        • 主动式
        • 被动式
        • 半被动式
      • 存储分类
        • 只读标签
        • 可读写标签
  • 读写器
    • 阅读器
      • 单纯实现无接触读取电子标签信息的设备
      • 功能
        • 发送和接收
        • 与标签和分离的单个物品进行通信
        • 连接主机网络
    • 编程器
      • 向电子标签写入数据的设备
      • 写入类型
        • 有线接触方式
        • 专用设备以无接触方式写入
  • 中间件
    • 组成
      • 读写器适配器
      • 事件管理器
      • 应用程序接口
  • 应用系统
    • 数据信息的存储
    • 数据信息管理
    • 电子标签的读写控制
• RFID系统的防碰撞机制
  • 空分多址法
  • 频分多址法
  • 时分多址法

NFC

• Near Field Communication 近场通信
  • 感应场（近场）
  • 辐射场（远场）
• 技术指标
  • 通信频带
  • 通信距离
  • 数据传输速率
• 组成
  • NFC模拟前端
  • 安全单元

语音识别应用

• 命令控制和识别
• 文字语音录入系统
• 无人值守电话
• 识别与翻译机

OCR光学字符识别

• 将图像信息转换为计算机文字

通信技术

信号可理解为任何携带信息的物理量

信号分析的方法

• 时域分析
• 频域分析

信号处理分类

• ASP
• DSP
  • 过程
    • 预处理
    • 模数转换
    • 频谱分析
    • 数字滤波
    • 数模转换
    • 平滑滤波
  • 应用
    • 语音增强
    • 图像锐化
    • 微弱信号前端处理

通信方式

• 单工通信
  • 广播电台
• 半双工通信
  • 对讲机
• 全双工通信

信号调制

• 载波三个特征参数
  • 振幅
  • 频率
  • 相位
• 数字调制技术
  • 幅移键控ASK
  • 频移键控FSK
  • 相移键控PSK
  • 正交调幅QAM
• 多路复用
  • 频分多路复用FDM
  • 时分多路复用TDM
  • 波分多路复用WDM
  • 码分多路复用CDM

无线通信

• 频段
  • 射频
  • 微波
• 传播方式
  • 地波
  • 天波
  • 散射
  • 视距
• 特征
  • 阴影效应
  • 多径效应
  • 多普勒效应
  • 远近效应

光通信

• 光纤
• 无线激光通信
• 可见光通信

ZigBee

• 一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术

物联网的数据处理

数据中心

• 数据中心定义：可以实现信息的集中处理、存储、传输、交换和管理等功能的基础设施
• 组成
  • 物理组成
    • 计算机设备
    • 服务器
    • 网络设备
    • 通信设备
    • 存储设备
  • 逻辑组成
    • 支撑系统
    • 计算设备
    • 业务信息系统

大数据与物联网

• 关系
  • 物联网催生了大数据
  • 大数据丰富了物联网应用
• 特点
  • 数据量更大
  • 数据速率更高
  • 数据更加多样化
  • 物联网对数据真实性的要求更高

数据库系统

• 类型
  • 关系数据库
  • 层次数据库
  • 网状数据库
• 操作
  • DBMS
  • SQL

数据挖掘

• 过程
  • 数据处理
    • 准备
    • 选取
    • 预处理
    • 变换
  • 数据挖掘
    • 选择算法
    • 数据挖掘
  • 知识评估与表示
    • 模式选择
    • 知识评估
    • 结果可视化

搜索引擎

• 分类
  • 全文
  • 目录索引类
  • 元
• 组成
  • 搜索器
  • 索引器
  • 检索器
  • 用户接口

网络存储

• 直接附加存储DAS
• 网络附加存储NAS
• 存储区域网SAN

云计算

• 定义：一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式
• 服务模式
  • 基础设施即服务
  • 平台即服务
  • 软件即服务
• 类型
  • 公有云
  • 私有云
  • 企业云
• 实例
  • 亚马逊云计算
    • 弹性云计算EC2
    • 简单存储服务S3
    • 简单数据库服务SDB
  • 微软云计算

普适计算

• 特征
  • 信息空间与物理空间
  • 间断连接与轻量计算
• 组成
  • 普适计算设备
  • 普适计算网络
  • 系统软件
  • 人机交互

物联网应用

智能电网

• 定义：一种基于电脑驱动系统的、自发的、双向供电的系统
• 功能框架
  • AMI
    • 高级计量体系
  • ADO
    • 高级配电运行
  • AAM
    • 高级资产管理
  • ATO
    • 高级输电运行

智能交通

• 智能交通系统ITS
• ITS的关键技术
  • 标识和传感技术
  • 网络与通信技术
  • 智能化软件
  • 服务技术
• ITS组成
  • 交通信息采集
  • 互联通信
  • 交通状况监听
  • 交通控制
  • 信息发布
• ITS体系结构
  • 感知层
  • 传输层
  • 处理层
  • 应用层
• ETC的实现：利用RFID技术实现不停车收费

智能物流

• 相关技术
  • 无线射频识别技术
  • EPC系统
  • 定位技术
    • GPS定位
    • 基站定位
    • Wi-Fi定位
    • 声波定位

精细农业

智能环保

智能家居

智慧医疗

智慧广场

物联网标准及发展

标准体系

• 感知层技术
• 传输层技术
• 处理层技术
• 应用层
• 公共类技术

标准组织

• 标准制定现状
  • 国际电联电信标准化组织ITU-T
  • 欧洲电信标准化协会ETSI
  • 国际标准化组织/国际电工委员会
  • 美国电气与电子工程师学会IEEE

    • IEEE工作组

      • TG1负责制定IEEE802.15.1标准
        • 蓝牙无线通信标准
      • TG2
        • 蓝牙与无线局域网的共存
      • TG3
        • 超宽带（UWB）标准
      • TG4
        • 低速无线个人局域网
      • TG5
        • 研究WPAN的无线网状网组网

    • IEEE 802标准

      • 802.1（高级接口）
      • 802.2（逻辑链路控制）
      • 802.3（带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD（以太网））
      • 802.4（令牌环总线）
      • 802.5（令牌环Token- Passing Ring）
      • 802.6（城域网）
      • 802.7（宽带局域网）
      • 802.8（光纤局域网）
      • 802.9（集成数据和语音网络）
      • 802.10（网络安全）

    • IEEE 802 参考模型

      • 物理层
      • 媒介访问控制层
      • 逻辑链路控制层
  • 第三代合作伙伴计划3GPP
  • 互联网工程任务组IETF
  • EPCglobal
• 我国物联网标准制定现状
  • 国家传感器网络标准工作组（WGSN）
  • 中国通信标准化协会（CCSA）
  • 闪联标准工作组（IGRS）
  • 电子标签标准工作组
  • 中国物联网标准联合工作组

物联网的重要标准

• 感知层标准