2022年物联网的基础知识 .pdf

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1、精心整理1. 物联网定义目前较为公认的物联网的定义是：通过射频识别（ RFID）装置、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相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。当每个而不是每种物品能够被唯一标识后，利用识别、通信和计算等技术，在互联网基础上，构建的连接各种物品的网络，就是人们常说的物联网。2. 物联网中的“物”的涵义要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围： 要有相应信息的接收器； 要有数据传输通路； 要有一定的存储功能； 要有 CPU ；33 物联网的三大特征一般认为 ,物联网具有以下的三大特征: 全

2、面感知利用 RFID 、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。可靠传递通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递给用户。智能处理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 精心整理利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。44. 物联网认识方面的误区误区之一，把传感器网络或RFID网等同于物联网。误区之二，把物联网当成互联网的无边无际的无限延伸，

3、把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。误区之三，认为物联网就是物-物互联的无所不在的网络，因此认为物联网是空中楼阁，是目前很难实现的技术。误区之四，把物联网当成个筐，什么都往里装；基于自身认识，把仅仅能够互动、通信的产品都当成物联网应用。41. 感知、网络通信和应用关键技术 传感和识别技术是物联网感知物理世界获取信息和实现物体控制的首要环节。传感器将物理世界中的物理量、化学量、生物量转化成可供处理的数字信号。识别技术实现对物联网中物体标识和位臵信息的获取。 网络通信技术主要实现物联网数据信息和控制信息的双向传递、路由和控制. 重点包括低速近距离无线通信技术、低功耗路由、

4、自组织通信、无线接入M2M 通信增强、 IP 承载技术、网络传送技术、异构网络融合接入技术以及认知无线电技术。 海量信息智能处理综合运用高性能计算、人工智能、数据库和模糊计算等技术，对收集的感知数据进行通用处理，重点涉及数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现等。 面向服务的体系架构（ Service-oriented Architecture ，SOA ）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 精心整理是一种

5、松耦合的软件组件技术，它将应用程序的不同功能模块化，并通过标准化的接口和调用方式联系起来，实现快速可重用的系统开发和部署。SOA 可提高物联网架构的扩展性，提升应用开发效率，充分整合和复用信息资源物联网的应用：食品安全，平安城市，人体健康，智能家居，智慧农业。应用案例；光纤传感温度检测系统。从物联网的功能上来说，应该具备四个特征：一是全面感知能力，可以利用RFID 、传感器、二维条形码等获取被控/ 被测物体的信息; 二是数据信息的可靠传递，可以通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去 ; 三是可以智能处理，利用现代控制技术提供的智能计算方法，对大量数据和信息进行分析和处理

6、，对物体实施智能化的控制。四是可以根据各个行业、各种业务的具体特点形成各种单独的业务应用，或者整个行业及系统的建成应用解决方案。而按照更为科学及严谨的表述，物联网结构应分成: 感知识别层 网络构建层 管理服务层 综合应用层一感知识别层感知层是物联网发展和应用的基础，RFID 技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术是感知层的主要技术。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 精心整理例如张贴安装在设备上的 RFID 标签

7、和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器都属于物联网的感知层。现在的高速公路不停车收费系统、超市仓储管理系统等都是基于这一类结构的物联网。感知层由传感器节点接入网关组成，智能节点感知信息（温度、湿度、图像等），并自行组网传递到上层网关接入点，由网关将收集到的感应信息通过网络层提交到后台处理。当后台对数据处理完毕，发送执行命令到相应的执行机构完成对被控/ 被测对象的控制参数调整或发出某种提示信号以实现对其的一个远程监控。二网络构建层网络构建层在物联网四层模型中连接感知识别层和管理服务层，具有强大的纽带作用，高效、稳定、及时、安全地传输上下层的数据。物联网在网络构建层存在各种网络形式，通常使用的网络

8、形式有如下几种： 互联网：互联网 / 电信网是物联网的核心网络、平台和技术支持。 IPv6 的使用扫清了可接入网络的终端设备在数量上的限制。 无线宽带网：WiFi/WiMAX等无线宽带技术的覆盖范围较广，传输速度较快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互联手段。 无线低速网：ZigBee/ 蓝牙/红外等低速网络协议能够适应物联网中能力较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源等特征。 移动通信网：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 1

9、0 页 - - - - - - - - - 精心整理移动通信网络将成为“全面、随时、随地”传输信息的有效平台。高速、实时、高覆盖率、多元化处理多媒体数据，为“物品触网”创造条件。三管理服务层管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综合应用层之下，人们通常把物联网应用冠以“智能”的名称，如智能电网、智能交通、智能物流等，其中的智慧就来自这一层。当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇聚到管理服务层，管理服务层解决数据如何存储（数据库与海量存储技术）、如何检索（搜索引擎）、如何使用（数据挖掘与机器学习）、如何不被滥用（数据安全与隐私保护）等问题。1 数据库物联网数据特点是海量性，多态性，关联性及

10、语义性。适应这种需求，在物联网中主要使用的是关系数据库和新兴数据库系统。 关系数据库系统作为一项有着近半个世纪历史的数据处理技术，仍可在物联网中使用，为物联网的运行提供支撑。 新兴数据库系统（ NoSQL 数据库）针对非关系型、分布式的数据存储，并不要求数据库具有确定的表模式，通过避免连接操作提升数据库性能2. 海量信息存储海量信息存储早期采用大型服务器存储，基本都是以服务器为中心的处理模式，使用直连存储（ DAS ，Direct Attached Storage），存储设备（包括磁盘阵列，磁带库，光盘库等）作为服务器的外设使用。随着网络技术的发展，服务器之间交换数据或向磁盘库等存储设备备份时

11、，都是通过局域网进行，这是主要应用网络附加存储（NAS ，Network Attached Storage）技术来实现网络存储，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 精心整理但这将占用大量的网络开销，严重影响网络的整体性能。. 数据中心数据中心不仅包括计算机系统和配套设备（如通信/存储设备），还包括冗余的数据通信连接 / 环境控制设备 / 监控设备及安全装置，是一大型的系统工程。通过高度的安全性和可靠性提供及时持续的

12、数据服务，为物联网应用提供良好的支持。典型的数据中心如 Google/Hadoop 数据中心。4. 搜索引擎Web搜索引擎是一个能够在合理响应时间内，根据用户的查询关键词， 返回一个包含相关信息的结果列表（ hits list）服务的综合体。传统的 Web搜索引擎是基于查询关键词的，对于相同的关键词，会得到相同的查询结果。而物联网时代的搜索引擎必须是从智能物体角度思考搜索引擎与物体之间的关系，主动识别物体并提取有用信息。从用户角度上的多模态信息利用，使查询结果更精确，更智能，更定制化。.5 数据挖掘技术物联网需要对海量的数据进行更透彻的感知要求对海量数据多维度整合与分析，更深入的智能化需要普适

13、性的数据搜索和服务，需要从大量数据中获取潜在有用的且可被人理解的模式，基本类型有关联分析，聚类分析，演化分析等。这些需求都使用了数据挖掘技术。例如用于精准农业可以实时监测环境数据，挖掘影响产量的重要因素，获得产量最大化配置方式。而用于市场营销则可以通过数据库行销和货篮分析等方式获取顾客购物取向和兴趣。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 精心整理四综合应用层传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化，典型应用包括

14、文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、视频点播、在线游戏和社交网络等；而物联网应用以“物”或者物理世界为中心，涵盖物品追踪、环境感知、智能物流、智能交通、智能电网等等。物联网应用目前正处于快速增长期，具有多样化、规模化、行业化等特点。 智能物流：现代物流系统希望利用信息生成设备，如RFID设备、感应器或全球定位系统等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，并能够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理。 智能交通：通过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息、通讯技术来提高交通运输系统的安全性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的负面影响。 绿色建筑：物联网技术为绿色建筑带来

15、了新的力量。通过建立以节能为目标的建筑设备监控网络，将各种设备和系统融合在一起，形成以智能处理为中心的物联网应用系统，有效的为建筑节能减排提供有力的支撑。 智能电网：以先进的通信技术、传感器技术、信息技术为基础，以电网设备间的信息交互为手段，以实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全为目的的先进的现代化电力系统。 环境监测：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 精心整理通过对人类和环境有影响的各种物质

16、的含量、排放量、以及各种环境状态参数的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法指引和质量保证。以上是前两章的内容，比较重要，重点是原理，概伦，认识！有空将前两章浏览一遍！第三章是 RFID技术！二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。它的优点是信息容量大，译码可靠性高，纠错能力强，制作成本低，保密与防伪性能好。磁卡（ magnetic card ）：一种卡片状的磁性记录介质，利用磁性载体记录字符与数字信息，用来识别身份或其他用途。按照使用基材的不同，磁卡可分为PET卡、PVC卡和纸卡三种；视磁层构造的不同，又可分为磁条卡和

17、全涂磁卡两种。磁条内可分为三个独立的磁道，称为TK1,TK2,TK3. TK1最多可写 79 个字母或字符 ; TK2 最多可写 40 个字符 ;TK3 最多可写 107个字符。 IC 卡（integrated circuit card集成电路卡）：也叫做智能卡（smart card ），它是通过在集成电路芯片上写的数据来进行识别的。IC 卡是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816 标准的卡基中，做成卡片形式。 IC 卡读写器是 IC 卡与应用系统间的桥梁，在ISO国际标准中称之为接口设备IFD(Interface Device)。IFD 内 CPU 通过一个接口电路与IC 卡相连并进行通信

18、。IC 卡接口电路是 IC 卡读写器中至关重要的部分，根据实际应用系统的不同， 可选择并行通信、半双工串行通信和I2C 通信等不同的 IC 卡读写芯片。IC 卡工作的基本原理是：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 精心整理射频读写器向 IC 卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个IC 串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有

19、一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。RFID（俗称：电子标签）射频识别是一种非接触式的自动识别技术，主要用来为各种物品建立唯一的身份标识，是物联网的重要支持技术。组成包括：电子标签，读写器（阅读器），以及作为服务器的计算机。其中，电子标签中包含RFID芯片和天线。无线射频识别技术（ RFID）的基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。RFID的优势：与条形码、磁卡、 IC 卡相比较， RFID卡在信息量、读写性

20、能、读取方式、智能化、抗干扰能力、使用寿命方面都具备不可替代的优势，传感器技术传感器网络是一种由传感器节点组成的网络，其中每个传感器节点都具有传感器，微处理器，以及通信单元，节点之间通过通信联络组成网络，共同协作来监测各种物理量和事件。传感器是物联网中获得信息的主要设备?常见的传感器包括温度，压力，湿度，光电，霍尔磁性传感器，等等。传感器的应用范围： 工业检测和自动控制系统、传感器、家用电器、机器人、医疗及人体医学、环境保护、航空及航天、遥感技术OCR 识别系统的工作流程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整

21、理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 精心整理?1. 影像输入 2. 影像前处理?3. 文字特征抽取4. 对比数据库?5. 对比识别 6. 字词后处理?7. 人工校正 8. 结果输出语音识别技术主要包括特征提取技术、模式匹配准则及模型训练技术三个方面。蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接?蓝牙的标准是 IEEE802.15，工作在 2.4GHz 频带，带宽为 1Mb/s。?无线通信是移动通信的基础。我国采用的三种3G标准分别是 TD-SCDMA，W-C

22、DMA 和 CDMA2000。第三代移动通信使用2.4GHz频段?从传输方式的角度来看，无线通信分为单向传输（广播式）和双向传输（应答式）。?单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式阅读器基本工作原理是阅读器使用多种方式与标签交互信息，近距离读取被动标签中信息最常用的方法就是电感式耦合?发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。（1）电感耦合。（ 2）电磁反向散射耦合名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -