物聯(lián)技術(shù)與應(yīng)用

1、1,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用,主 講 人：李 玲吉林大學(xué)通信工程學(xué)院,2,第2章 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),3,本章教學(xué)內(nèi)容,2.1　概述,2.2　感知層,2.3　網(wǎng)絡(luò)層,2.4　應(yīng)用層,4,2.1 物聯(lián)網(wǎng)概述,2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景 2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)需求分析 2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),5,2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景,物聯(lián)網(wǎng)是近年來的熱點(diǎn)，人人都在提物聯(lián)網(wǎng)，但物聯(lián)網(wǎng)到底是什么？究竟能做什么？本節(jié)將對(duì)幾種與普通用戶關(guān)系緊

2、密的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行介紹。,6,應(yīng)用場(chǎng)景一： 當(dāng)你早上拿車鑰匙出門上班，在電腦旁待命的感應(yīng)器檢測(cè)到之后就會(huì)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)發(fā)起一系列事件，比如通過短信或者喇叭自動(dòng)播報(bào)今天的天氣，在電腦上顯示快捷通暢的開車路徑并估算路上所花時(shí)間，同時(shí)通過短信或者即時(shí)聊天工具告知你的同事你將馬上到達(dá)等。,7,應(yīng)用場(chǎng)景二： 想象一下，聯(lián)網(wǎng)冰箱可以監(jiān)視冰箱里的食物，在我們?nèi)コ械臅r(shí)候，家里的冰箱會(huì)告訴我們?nèi)鄙傩┦裁?，也?huì)告訴我們食物什么時(shí)候過期。

3、它還可以跟蹤常用的美食網(wǎng)站，為你收集食譜并在你的購物單里添加配料。這種冰箱知道你喜歡吃什么東西，依據(jù)的是你給每頓飯做出的評(píng)分。它可以照顧你的身體，因?yàn)樗朗裁词澄飳?duì)你有好處。,8,應(yīng)用場(chǎng)景三： 用戶開通了家庭安防業(yè)務(wù)，可以通過PC或手機(jī)等終端遠(yuǎn)程查看家里的各種環(huán)境參數(shù)、安全狀態(tài)和視頻監(jiān)控圖像。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接入速度較快時(shí)，用戶可以看到一個(gè)以三維立體圖像顯示的家庭實(shí)景圖，并且采用警示燈等方式顯示危險(xiǎn)；用戶還可以通過鼠標(biāo)拖動(dòng)從不同的視角查

4、看具體情況；在網(wǎng)絡(luò)接入速度較慢時(shí)，用戶可以通過一個(gè)文本和簡(jiǎn)單的圖示觀察家庭安全狀態(tài)和危險(xiǎn)信號(hào)。,9,物聯(lián)網(wǎng)在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用豐富多彩,10,綜上，從體系架構(gòu)角度將物聯(lián)網(wǎng)支持的業(yè)務(wù)應(yīng)用分3類：,（1）具備物理世界認(rèn)知能力的應(yīng)用。根據(jù)物理世界的相關(guān)信息，如用戶喜好、周邊環(huán)境等改善用戶體驗(yàn)；（2）在網(wǎng)絡(luò)融合基礎(chǔ)上的泛在化應(yīng)用。不以業(yè)務(wù)類型劃分，而是從網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供方式劃分，強(qiáng)調(diào)泛在網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)提供方式；（3）基于應(yīng)用目標(biāo)的綜

5、合信息服務(wù)應(yīng)用。包括基于應(yīng)用目標(biāo)的信息收集、分發(fā)、分析、網(wǎng)絡(luò)和用戶行為決策和執(zhí)行。,11,2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)需求分析,“物聯(lián)網(wǎng)”概念的問世，打破了之前的傳統(tǒng)思維。在“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是物理世界和數(shù)字世界的融合。,12,物聯(lián)網(wǎng)是為了打破地域限制，實(shí)現(xiàn)物物之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、融合、使用等服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。因此，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該具備如下3個(gè)能力 ：全面感知、可靠傳遞、智能處

6、理。,13,（1）全面感知——利用RFID、傳感器、二維碼等隨時(shí)隨地獲取物體的信息，包括用戶位置、周邊環(huán)境、個(gè)體喜好、身體狀況、情緒、環(huán)境溫度、濕度，以及用戶業(yè)務(wù)感受、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等。（2）可靠傳遞——通過網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)融合、終端融合、運(yùn)營管理融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去。（3）智能處理——利用云計(jì)算、模糊識(shí)別等各種智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對(duì)物體進(jìn)行實(shí)時(shí)智能化控制。,,,14,2.1.3 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),

7、目前在業(yè)界物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)也大致被公認(rèn)為有這三個(gè)層次，底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層，第二層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層，最上面則是內(nèi)容應(yīng)用層 。,15,感知層,感知層是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官—識(shí)別物體，采集信息。感知層包括二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等。主要作用是識(shí)別物體，采集信息，與人體結(jié)構(gòu)中皮膚和五官的作用相似。,16,網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦—信息傳遞和處理。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理

8、中心和信息處理中心等。網(wǎng)絡(luò)層將感知層獲取的信息進(jìn)行傳遞和處理，類似于人體結(jié)構(gòu)中的神經(jīng)中樞和大腦。,17,應(yīng)用層,應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會(huì)分工”—與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合，與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)行業(yè)智能化，這類似于人的社會(huì)分工，最終構(gòu)成人類社會(huì) 。,18,,,19,2.2 感知層,2.2.1 感知層功能 2.2.2 感知層關(guān)鍵技術(shù),20,2.2.1 感知層功能,物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上

9、，從原有網(wǎng)絡(luò)用戶終端向“下”延伸和擴(kuò)展，擴(kuò)大通信的對(duì)象范圍，即通信不僅僅局限于人與人之間的通信，還擴(kuò)展到人與現(xiàn)實(shí)世界的各種物體之間的通信。,21,,物聯(lián)網(wǎng)感知層解決的就是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題，包括各類物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻數(shù)據(jù)。感知層處于三層架構(gòu)的最底層，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，具有物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力。作為物聯(lián)網(wǎng)的最基本一層，感知層具有十分重要的作用。,22,,感知層包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)短距離傳輸兩部分。即首先通過

10、傳感器、攝像頭等設(shè)備采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，通過藍(lán)牙、紅外、ZigBee等短距離有線或無線傳輸技術(shù)進(jìn)行協(xié)同工作或傳遞數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān)設(shè)備。 此處的短距離傳輸技術(shù)，尤指像藍(lán)牙、ZigBee這類傳輸距離小于100m，速率低于1Mbit/s的中低速無線短距離傳輸技術(shù)。,23,2.2.2 感知層關(guān)鍵技術(shù),感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器、RFID、 二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、自組織網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、短距離無線或有線短距離傳輸技術(shù)等。,24,傳感器技

11、術(shù),計(jì)算機(jī)類似于人的大腦，而僅有大腦而沒有感知外界信息的“五官”顯然是不夠的，計(jì)算機(jī)也還需要它們的“五官”—傳感器。,25,傳感器功能： 是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)各種參量進(jìn)行信息采集和簡(jiǎn)單加工處理的設(shè)備被稱作物聯(lián)網(wǎng)傳感器。,26,傳感器分類依據(jù)：物理量工作原理輸出信號(hào)的性質(zhì) 或是分為智能

12、傳感器與一般傳感器,27,傳感器是攝取信息的關(guān)鍵器件，它是物聯(lián)網(wǎng)中不可缺少的信息采集手段，也是采用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要方法。,28,RFID技術(shù),RFID是射頻識(shí)別（Radio Frequency IDentification）的英文縮寫，是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)通過空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息實(shí)現(xiàn)物體識(shí)別。RFID是一種能夠讓物品“開口說話”的技術(shù)，也是物聯(lián)網(wǎng)感知層的一

13、個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。,29,,RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)著規(guī)范而具有互用性的信息，通過有線或無線的方式把它們自動(dòng)采集到中央信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物品（商品）的識(shí)別，進(jìn)而通過開放式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換和共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的“透明”管理。,30,,RFID系統(tǒng)的組成：電子標(biāo)簽（Tag），用于存儲(chǔ)待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)信息； 讀寫器（Reader），將約定格式的待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)信息寫入電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)區(qū)中，或在讀寫器的閱讀范圍內(nèi)以無接觸的方式將電子標(biāo)簽內(nèi)保存的信息讀

14、取出來； 天線（Antenna），發(fā)射或接收射頻信號(hào)，內(nèi)置在電子標(biāo)簽或讀寫器中。,31,,RFID技術(shù)的工作原理：電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場(chǎng)后，讀寫器發(fā)出射頻信號(hào)； 憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽）； 讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。,32,,RFID特點(diǎn)：無需接觸；自動(dòng)化程度高；耐用可靠；識(shí)別速度快

15、；適應(yīng)各種工作環(huán)境；可實(shí)現(xiàn)高速和多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別,33,,RFID應(yīng)用：物流和供應(yīng)鏈管理；門禁安防系統(tǒng)；道路自動(dòng)收費(fèi)；航空行李處理；文檔追蹤；圖書館管理；電子支付；生產(chǎn)制造和裝配；物品監(jiān)視；汽車監(jiān)控。,34,二維碼技術(shù),二維碼也叫二維條碼或二維條形碼，是用某種特定的幾何形體按一定規(guī)律在平面上分布（黑白相間）的圖形來記錄信息的應(yīng)用技術(shù)。,35,,二維碼技術(shù)原理： 二維碼在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)

16、的“0”和“1”比特流的概念，使用若干與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來表示數(shù)值信息，并通過圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)處理。,36,,與一維條形碼相比，二維碼的優(yōu)勢(shì)如下：數(shù)據(jù)容量更大；二維碼能在橫向和縱向兩個(gè)方位同時(shí)表達(dá)信息，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大大提高了；數(shù)據(jù)類型增加，超越了字母和數(shù)字的限制。條形碼的相對(duì)尺寸小，空間利用率高；保密性和抗損毀能力提高。目前，二維碼已開始進(jìn)入流通領(lǐng)域，如我國新發(fā)售的火車票，都已開始采用新

17、型二維碼技術(shù)。,37,,二維碼的特點(diǎn)：（1）高密度編碼，信息容量大：可容納多達(dá)1850個(gè)大寫字母或2710個(gè)數(shù)字或1108個(gè)字節(jié)或500多個(gè)漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。,38,,（2）編碼范圍廣：二維碼可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信息進(jìn)行編碼，并用條碼表示。 （3）容錯(cuò)能力強(qiáng)，具有糾錯(cuò)功能：二維碼因穿孔、污損等引起局部損壞時(shí)，甚至損壞面積達(dá)50%時(shí)，仍可以正確得到識(shí)讀。,39,,（4）譯碼可靠性高：比

18、普通條碼譯碼錯(cuò)誤率百萬分之二要低得多，誤碼率不超過千萬分之一。（5）可引入加密措施：保密性、防偽性好。,40,,（6）成本低，易制作，持久耐用。（7）條碼符號(hào)形狀、尺寸大小比例可變。（8）二維碼可以使用激光或CCD攝像設(shè)備識(shí)讀，十分方便。,41,ZigBee技術(shù),ZigBee是一種短距離、低功耗的無線傳輸技術(shù)，是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)，它是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。ZigBee采用分組交換和跳頻

19、技術(shù)，并且可使用3個(gè)頻段，分別是2.4GHz 的公共通用頻段、歐洲的868MHz頻段和美國的915MHz頻段。,42,,應(yīng)用：短距離范圍；數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)；,43,,技術(shù)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率低，10~250kbit/s； 低功耗，只有激活和睡眠兩種狀態(tài)，通信循環(huán)次數(shù)少，工作周期短，一般兩節(jié)5號(hào)干電池可使用半年；成本低，速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單； 網(wǎng)絡(luò)容量大，網(wǎng)絡(luò)最多可支持25

20、5個(gè)設(shè)備；有效范圍小 ，10~75m； 工作頻段靈活， 2.4GHz /868MHz/915MHz為免執(zhí)照頻段；可靠性高，采用了沖突避免機(jī)制和預(yù)留專用時(shí)隙機(jī)制，提高了可靠性。時(shí)延短，從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms ,節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms ,進(jìn)一步節(jié)省了電能。安全性高，提供了數(shù)據(jù)完整性檢查，采用AES-128的加密算法,以靈活確定其安全屬性。,44,藍(lán)牙,藍(lán)牙（Bluetooth）是一種無線數(shù)據(jù)

21、與話音通信的開放性全球規(guī)范，和ZigBee一樣，是一種短距離的無線傳輸技術(shù)，為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的短距離無線接口。藍(lán)牙采用高速跳頻（Frequency Hopping）和時(shí)分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）等先進(jìn)技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。,45,,藍(lán)牙的技術(shù)特點(diǎn)：同時(shí)可傳輸話音和數(shù)據(jù)；可以建立臨時(shí)性的對(duì)等連接（Ad hoc Connection)；開放的接口

22、標(biāo)準(zhǔn)；,46,,藍(lán)牙的應(yīng)用：話音/數(shù)據(jù)接入；外圍設(shè)備互連；個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）；在感知層主要是用于數(shù)據(jù)接入。,47,感知層——物聯(lián)網(wǎng)的感覺器官（相當(dāng)于人的皮膚和五官）；主要作用——信息采集、捕獲、物體識(shí)別；關(guān)鍵技術(shù)——傳感器、RFID、 二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、自組織網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、短距離無線通信、低功耗路由等。,小結(jié),48,2.3 網(wǎng)絡(luò)層,2.3.1 網(wǎng)絡(luò)層功能 2.3.2 網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù),49,2.3.1 網(wǎng)絡(luò)層

23、功能,網(wǎng)絡(luò)層主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽?在物聯(lián)網(wǎng)中，要求網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知層感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送，它解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，尤其是遠(yuǎn)距離地傳輸問題。同時(shí)，現(xiàn)有需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合和擴(kuò)展，利用新技術(shù)以實(shí)現(xiàn)更加廣闊和高效的互聯(lián)功能。,50,2.3.2 網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù),Internet移動(dòng)通信網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò),51,Internet,Internet采用C/S工作模式，利用TCP/IP協(xié)

24、議，與Internet上的任意主機(jī)進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)，無論何種類型、采用何種操作系統(tǒng)，均可看做Internet的一部分。物聯(lián)網(wǎng)也被認(rèn)為是Internet的進(jìn)一步延伸。Internet將作為物聯(lián)網(wǎng)主要的傳輸網(wǎng)絡(luò)之一，它將使物聯(lián)網(wǎng)無所不在、無處不在地深入社會(huì)每個(gè)角落。 IPv6技術(shù)的引用提供了大量的IP地址，為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展發(fā)揮重大作用。,52,移動(dòng)通信網(wǎng),移動(dòng)通信網(wǎng)由無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)三部分組成。無線接入網(wǎng)主要為移動(dòng)終端提供接入

25、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)主要為各種業(yè)務(wù)提供交換和傳輸服務(wù)。,53,,移動(dòng)通信網(wǎng)具有覆蓋廣、建設(shè)成本低、部署方便、具備移動(dòng)性等特點(diǎn)，將成為物聯(lián)網(wǎng)主要的接入方式和傳輸載體，為人與人之間通信、人與網(wǎng)絡(luò)之間的通信、物與物之間的通信提供服務(wù)。 在移動(dòng)通信網(wǎng)中，當(dāng)前比較熱門的接入技術(shù)有3G、Wi-Fi和WiMAX。,54,,3G——第三代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，綜合了蜂窩、無繩、集群、移動(dòng)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星等各種移動(dòng)通信系統(tǒng)的功能，與固定電信網(wǎng)的業(yè)務(wù)兼容，能同

26、時(shí)提供話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。3G包括3種主要國際標(biāo)準(zhǔn)，cdma2000，WCDMA，TD-SCDMA。Wi-Fi——是由接入點(diǎn)AP和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡(luò)。主流的Wi-Fi技術(shù)無線標(biāo)準(zhǔn)有IEEE802.11b及IEEE 802.11g兩種，分別可以提供11Mbit/s和54Mbit/s兩種傳輸速率。傳輸距離有幾百米，可實(shí)現(xiàn)各種便攜設(shè)備在局部區(qū)域內(nèi)的高速無線連接或接入局域網(wǎng)。WiMAX——是一種城域網(wǎng)(MAN)無線接入技術(shù)，是針對(duì)微波和毫米

27、波頻段提出的一種空中接口標(biāo)準(zhǔn)，其信號(hào)傳輸半徑可以達(dá)到50km，基本上能覆蓋到城郊。正是由于這種遠(yuǎn)距離傳輸特性，WiMAX不僅能解決無線接入問題，還能作為有線網(wǎng)絡(luò)接入(有線電視、DSL)的無線擴(kuò)展，方便地實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)連接。,55,無線傳感器網(wǎng)絡(luò),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過自組織的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而將各自采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸匯總，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間分散范圍內(nèi)的物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，

28、并根據(jù)這些信息進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。,56,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)數(shù)目更為龐大（上千甚至上萬），節(jié)點(diǎn)分布更為密集；由于環(huán)境影響和存在能量耗盡問題，節(jié)點(diǎn)更容易出現(xiàn)故障；環(huán)境干擾和節(jié)點(diǎn)故障易造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化；通常情況下，大多數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)是固定不動(dòng)的；傳感器節(jié)點(diǎn)具有的能量、處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力等都十分有限；,57,小結(jié),網(wǎng)絡(luò)層——物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦。主要作用——將感知層獲取的信息進(jìn)行傳遞和處理。 網(wǎng)絡(luò)層關(guān)

29、鍵技術(shù)包括——Internet、移動(dòng)通信網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。,58,主要的機(jī)遇和問題,通信網(wǎng)絡(luò)將成為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)通信終端也可實(shí)現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)終端的融合，從而為電信業(yè)務(wù)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇?，F(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)各自的資源進(jìn)行接入連接并針對(duì)各自的客戶目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，因此形成了目前多種異構(gòu)無線接入技術(shù)并存的格局。因此，物聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備的接入是一個(gè)泛在的、異構(gòu)的接入。,59,,物聯(lián)網(wǎng)的終端發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)的種類是多種多樣的，包括聲音、視頻、語

30、音、數(shù)據(jù)等。接入方式多種多樣，接入網(wǎng)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、無線接入網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)通信網(wǎng)具有覆蓋廣、建設(shè)成本低、部署方便、具備移動(dòng)性等特點(diǎn)，將成為物聯(lián)網(wǎng)主要的接入方式和傳輸載體.IP核心網(wǎng)絡(luò)作為融合的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)，為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的處理能力的提升，對(duì)業(yè)務(wù)和應(yīng)用的支持，達(dá)到一個(gè)更高的層次；現(xiàn)有的無線接入網(wǎng)絡(luò)主要有無線局域網(wǎng)、無線個(gè)域網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、2G、3G／LTE、WiMAX以及下一代無線網(wǎng)絡(luò)等。網(wǎng)關(guān)設(shè)備

31、將多種接入手段整合起來，統(tǒng)一接入到電信網(wǎng)絡(luò)，可滿足局部區(qū)域短距離通信的接入需求，實(shí)現(xiàn)與公共網(wǎng)絡(luò)的連接，同時(shí)完成轉(zhuǎn)發(fā)、控制、信令交換和編解碼等功能，而終端管理、安全認(rèn)證等功能保證了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的質(zhì)量和安全。,60,2.4 應(yīng)用層,2.4.1 應(yīng)用層功能 2.4.2 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù),61,2.4.1 應(yīng)用層功能,應(yīng)用層主要功能就是把感知和傳輸來的信息進(jìn)行分析和處理，做出正確的控制和決策，實(shí)現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)。應(yīng)用層解決的是信

32、息處理和人機(jī)界面的問題。,62,,應(yīng)用層將網(wǎng)絡(luò)層傳輸來的數(shù)據(jù)通過各類信息系統(tǒng)進(jìn)行處理，并通過各種設(shè)備與人進(jìn)行交互。應(yīng)用層可劃分為兩個(gè)子層：一個(gè)是應(yīng)用程序?qū)?；另一個(gè)是終端設(shè)備層。應(yīng)用程序?qū)舆M(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能，包括電力、醫(yī)療、銀行、交通、環(huán)保、物流、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市管理、家居生活等，可用于政府、企業(yè)、社會(huì)組織、家庭、個(gè)人等，這正是物聯(lián)網(wǎng)作為深度信息化網(wǎng)絡(luò)的重要體現(xiàn)。終端設(shè)備層主要是

33、提供人機(jī)界面，物聯(lián)網(wǎng)雖然是“物物相連的網(wǎng)”，但最終是要以人為本的，最終還是需要人的操作與控制。,63,,物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為——監(jiān)控型(物流監(jiān)控、污染監(jiān)控)；查詢型(智能檢索、遠(yuǎn)程抄表)；控制性(智能交通、智能家居、路燈控制)；掃描型(手機(jī)錢包、高速公路不停車收費(fèi))等。目前，軟件開發(fā)、智能控制技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用層技術(shù)將會(huì)為用戶提供豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。同時(shí)，各種行業(yè)和家庭應(yīng)用的開發(fā)將會(huì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的普及，也給整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈帶來利

34、潤。,64,2.4.2 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù),M2M云計(jì)算人工智能數(shù)據(jù)挖掘中間件,65,M2M,根據(jù)不同場(chǎng)景代表Machine-to-Machine Man-to-MachineMachine-to-ManMobile-to-MachineMachine-to-Mobile,66,,M2M是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)普遍的應(yīng)用形式，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的第一步。通過幾種技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器設(shè)備信息的自動(dòng)獲取和自動(dòng)控制。M2M將多種不同類型的

35、通信技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，將數(shù)據(jù)從一臺(tái)終端傳送到另一臺(tái)終端，也就是機(jī)器與機(jī)器的對(duì)話。 M2M技術(shù)綜合了數(shù)據(jù)采集、GPS、遠(yuǎn)程監(jiān)控、電信、工業(yè)控制等技術(shù)，可以在安檢、自動(dòng)抄表、機(jī)械服務(wù)、自動(dòng)售貨機(jī)城市信息化等提供解決方案。,67,,M2M技術(shù)的目標(biāo)就是使所有機(jī)器設(shè)備都具備聯(lián)網(wǎng)和通信能力，其核心理念就是網(wǎng)絡(luò)一切（Network Everything）。,68,云計(jì)算,云計(jì)算（Cloud Computing）是分布式計(jì)算（Distribut

36、ed Computing）、并行計(jì)算（Parallel Computing）和網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。 云計(jì)算通過共享基礎(chǔ)資源的方法，將巨大的系統(tǒng)池連接在一起以提供各種IT服務(wù)，用戶利用終端和互聯(lián)網(wǎng)接入云計(jì)算平臺(tái)來共享資源。,69,,狹義云計(jì)算指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源(硬件、平臺(tái)、軟件)。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”?！霸啤敝?/p>

37、的資源在使用者看來是可以無限擴(kuò)展的，并且可以隨時(shí)獲取、按需使用、隨時(shí)擴(kuò)展、按使用付費(fèi)。這種特性經(jīng)常被稱為像水電一樣使用的IT基礎(chǔ)設(shè)施。廣義云計(jì)算指服務(wù)的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)。這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以使用任意其他的服務(wù)。,70,,云計(jì)算由于具有強(qiáng)大的處理能力、存儲(chǔ)能力、帶寬和極高的性價(jià)比，可以有效用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和業(yè)務(wù)，也是應(yīng)用層能提供眾多服務(wù)的基礎(chǔ)。它可以為各種不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)

38、用提供統(tǒng)一的服務(wù)交付平臺(tái)，可以為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供海量的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，還可以提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式和數(shù)據(jù)處理方法。利用云計(jì)算大大簡(jiǎn)化了應(yīng)用的交付過程，降低交付成本，并能提高處理效率。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)也將成為云計(jì)算最大的用戶，促使云計(jì)算取得更大的商業(yè)成功。,71,人工智能,人工智能（Artificial Intelligence）是探索研究使各種機(jī)器模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等），使人類的智能得以物化與延伸的一門

39、學(xué)科。 該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等，目前主要的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算、粒度計(jì)算等3種。在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技術(shù)主要負(fù)責(zé)分析物品所承載的信息內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理。,72,數(shù)據(jù)挖掘,數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining）是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的及隨機(jī)的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，挖掘出隱含的、未知的、對(duì)決策有潛在價(jià)值的數(shù)據(jù)的過程。數(shù)據(jù)挖掘主要基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)

40、據(jù)庫、可視化技術(shù)等，高度自動(dòng)化地分析數(shù)據(jù)，作出歸納性的推理。它一般分為描述型數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測(cè)型數(shù)據(jù)挖掘。前者包括數(shù)據(jù)總結(jié)、聚類及關(guān)聯(lián)分析等；后者包括分類、回歸及時(shí)間序列分析等。通過對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、綜合、歸納和推理揭示事件間的相互關(guān)系，預(yù)測(cè)未來的發(fā)展趨勢(shì)，為決策者提供決策依據(jù)。,73,,在物聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)挖掘只是一個(gè)代表性概念，它是一些能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)“智能化”、“智慧化”的分析技術(shù)和應(yīng)用的統(tǒng)稱。,74,中間件,中間件是為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)小的應(yīng)

41、用環(huán)境或系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化以及它們之間的通信，在后臺(tái)應(yīng)用軟件和讀寫器之間設(shè)置的一個(gè)通用的平臺(tái)和接口。具有數(shù)據(jù)的搜集、過濾、整合與傳遞等特性。在物聯(lián)網(wǎng)中采用中間件技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)或多種技術(shù)之間的資源共享，最終組成一個(gè)資源豐富、功能強(qiáng)大的服務(wù)系統(tǒng)，最大限度地發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的作用。物聯(lián)網(wǎng)中間件的主要作用在于將實(shí)體對(duì)象轉(zhuǎn)換為信息環(huán)境下的虛擬對(duì)象，因此數(shù)據(jù)處理是中間件最重要的功能。,75,,物聯(lián)網(wǎng)中間件的實(shí)現(xiàn)依托于中間件的關(guān)鍵技術(shù)的支持，包括：

42、Web服務(wù)、嵌入式Web、上下文感知技術(shù)、嵌入式設(shè)備及web of Things等。,76,小結(jié),應(yīng)用層——物聯(lián)網(wǎng)的“社會(huì)分工”，是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合，與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)行業(yè)智能化，類似于人的社會(huì)分工，最終構(gòu)成人類社會(huì) 。主要作用——物聯(lián)網(wǎng)的信息處理和應(yīng)用，相當(dāng)于人所從事的不同職業(yè)。最終面向各類應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的挖掘、應(yīng)用的決策等。從應(yīng)用場(chǎng)景看，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用包含工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、醫(yī)療、家居、個(gè)人服務(wù)等人們可以預(yù)見

43、的各種場(chǎng)景。關(guān)鍵技術(shù)——涉及海量信息的智能處理、分布式計(jì)算、中間件、信息發(fā)現(xiàn)等多種技術(shù)。,77,,業(yè)務(wù)和應(yīng)用層將通信網(wǎng)絡(luò)上層的應(yīng)用信息進(jìn)行翻譯和傳輸，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和集成，將所有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、智能分析等，根據(jù)人們的需要將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。在智能分析這一層，云計(jì)算是控制的核心要素。云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)用，使對(duì)數(shù)以億計(jì)物品的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理變得可能。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，終端數(shù)量的增長(zhǎng)，可借助云計(jì)算處理海量信息，進(jìn)行輔助決策，提升物聯(lián)網(wǎng)信息處理能力。因

44、此，云計(jì)算作為一種虛擬化、硬件／軟件運(yùn)營化的解決方案，可以為物聯(lián)網(wǎng)提供高效的計(jì)算、存儲(chǔ)能力，為泛在鏈接的物聯(lián)網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)引擎。,78,,從目前的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來看，沒有統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的物聯(lián)網(wǎng)接入、融合的管理平臺(tái)，物聯(lián)網(wǎng)將因?yàn)楦餍袠I(yè)的差異無法產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)，提高了使用復(fù)雜度與成本。各個(gè)行業(yè)自己建設(shè)系統(tǒng)，行業(yè)終端需要和行業(yè)應(yīng)用相關(guān)，業(yè)務(wù)的開展、變更、服務(wù)器的變化都將導(dǎo)致終端需要重新配置，甚至需要更換終端；缺乏終端的管理手段，沒有對(duì)終端的告警信

45、息的處理，對(duì)終端的維護(hù)十分不便，效率較低。,79,,從應(yīng)用層來看，整個(gè)社會(huì)將提供無所不在的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)可了解使用者的使用環(huán)境與狀況，了解不同使用者的個(gè)性與使用習(xí)慣，以實(shí)現(xiàn)定制化、多元化的服務(wù)提供。從技術(shù)層來看，各類通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議技術(shù)的發(fā)展，以及云計(jì)算等革新帶來的巨變，使得孤立的、小顆粒的傳感網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展成為廣泛覆蓋、網(wǎng)絡(luò)互通、高速傳輸、無線連接、智能的物聯(lián)網(wǎng)成為可能。,80,2.5 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù),2.5.1 感知節(jié)點(diǎn)及終

46、端的關(guān)鍵技術(shù)2.5.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.5.3 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)融合及泛在無線通信技術(shù)2.5.4 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理和資源管理技術(shù)2.5.5 業(yè)務(wù)支撐及智能處理關(guān)鍵技術(shù)2.5.6 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)技術(shù)2.5.7 安全與標(biāo)準(zhǔn)問題,81,,物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)包括3個(gè)方面：第一，終端的數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸、終端網(wǎng)絡(luò)的部署和協(xié)同等，以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)為代表；第二，異構(gòu)的接入網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)的核心網(wǎng)絡(luò)，包括基礎(chǔ)的NG

47、N核心網(wǎng)和3G、Wi-Fi、藍(lán)牙等接入技術(shù)；第三，由中間件、信息開放平臺(tái)和服務(wù)支撐平臺(tái)構(gòu)成的應(yīng)用支撐子層以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域示范系統(tǒng)等。,82,,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系,83,2.5.1 感知節(jié)點(diǎn)及終端的關(guān)鍵技術(shù),感知終端/節(jié)點(diǎn)不僅能夠提供事物本身的信息，而且能夠探測(cè)、存儲(chǔ)、處理乃至融合各種與事物相關(guān)的信息，從而向信息網(wǎng)絡(luò)空間提供各種關(guān)聯(lián)信息。 隨著微電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)、短距離通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能標(biāo)簽技術(shù)等信息通信技術(shù)的發(fā)展與成熟，

48、現(xiàn)實(shí)世界中越來越多的物理實(shí)體需要自組織來實(shí)現(xiàn)智能環(huán)境感知并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制，并具備通信和信息處理的能力。 通過行業(yè)應(yīng)用促進(jìn)感知內(nèi)容的多媒體化、組合化的關(guān)鍵技術(shù)；推動(dòng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多元化感知節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和制造；設(shè)計(jì)終端及感知節(jié)點(diǎn)在組網(wǎng)、協(xié)同上的軟硬件框架，以使不同感知節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)體系最終能互聯(lián)互通。 物聯(lián)網(wǎng)的終端是多樣性的，小型化、智能化和低成本是物聯(lián)網(wǎng)部署的必然需求，此外物聯(lián)網(wǎng)需要IPv6地址來支撐。,84,2.5.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

49、,傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器器件組成的在空間上呈分布式的無線自治網(wǎng)絡(luò)，常用來感知環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、壓力等。最早從軍隊(duì)的應(yīng)用環(huán)境演化而來，目前應(yīng)用在很多民用領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要研究?jī)?nèi)容包括通信、組網(wǎng)、管理和分布式信息處理等多個(gè)層面。其中通信與組網(wǎng)主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。管理與支撐技術(shù)使用通信與組網(wǎng)部分提供的服務(wù)，并向應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)支持，主要包括拓?fù)淇刂啤oS控制、能源管理、定位和時(shí)間同步等

50、。,85,2.5.3 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)融合及泛在無線通信技術(shù),任何終端節(jié)點(diǎn)在物聯(lián)網(wǎng)中都能實(shí)現(xiàn)泛在互聯(lián)。由節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID、家居網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)、局域網(wǎng)、體域網(wǎng)、車域網(wǎng)等，架構(gòu)在基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)上，從而形成一個(gè)廣泛互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。寬帶、移動(dòng)、融合、智能化、泛在化是整個(gè)信息通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。 物聯(lián)網(wǎng)要滿足未來不同的信息化應(yīng)用，要求基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)具有不同安全可信等級(jí)和不同服務(wù)質(zhì)量(QoS)的網(wǎng)絡(luò)能力。物聯(lián)網(wǎng)需要統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議基礎(chǔ)

51、，目前在核心層面可以考慮NGN/IMS融合，核心協(xié)議包含SIP和TCP/IP等，在接入層面需要考慮多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合和協(xié)同。,86,網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性主要體現(xiàn)在——不同的無線頻段特性導(dǎo)致的頻譜資源使用的異構(gòu)性；不同的組網(wǎng)接入技術(shù)所使用的空中接口設(shè)計(jì)及相關(guān)協(xié)議，在實(shí)現(xiàn)方式上的差異性和不可兼容性；業(yè)務(wù)的多樣化；終端的多樣化；不同運(yùn)營商針對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)所實(shí)施的運(yùn)營管理策略不同。這種異構(gòu)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性和高效性帶來了挑戰(zhàn)，同時(shí)給移動(dòng)性

52、管理、聯(lián)合無線資源管理、服務(wù)質(zhì)量保證等帶來了很大的問題。,,87,網(wǎng)絡(luò)融合的主要策略——各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間，在基礎(chǔ)性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的公共通信平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)共性的融合與個(gè)性的協(xié)同。融合是在技術(shù)創(chuàng)新和概念創(chuàng)新的基礎(chǔ)上對(duì)不同系統(tǒng)間共性的整合，具體是指各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與作為公共通信平臺(tái)的移動(dòng)通信網(wǎng)或者下一代網(wǎng)絡(luò)的融合，從而構(gòu)成一張無所不在的大網(wǎng)。協(xié)同是在技術(shù)創(chuàng)新和概念創(chuàng)新的基礎(chǔ)上對(duì)不同系統(tǒng)間個(gè)性的整合，具體是指大網(wǎng)中的各個(gè)接入子網(wǎng)通過彼此之間的協(xié)同實(shí)現(xiàn)共

53、存、競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作的關(guān)系，以滿足業(yè)務(wù)和應(yīng)用需求。不同通信網(wǎng)絡(luò)的融合是為了更好地服務(wù)于異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同。協(xié)同技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)互通及無線服務(wù)的泛在化、高速化和便捷化的必然選擇，也是未來的物聯(lián)網(wǎng)頻譜資源共享亟待解決的問題。,,88,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的實(shí)現(xiàn)分為兩個(gè)階段——連通階段指各種網(wǎng)絡(luò)如傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等都能互聯(lián)互通，感知信息和業(yè)務(wù)信息傳送到網(wǎng)絡(luò)另一端的應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行處理以支持應(yīng)用服務(wù)。融合階段是指在網(wǎng)絡(luò)連通層面的網(wǎng)絡(luò)

54、平臺(tái)上，分布式部署若干信息處理的功能單元，根據(jù)應(yīng)用需求而在網(wǎng)絡(luò)中對(duì)傳遞的信息進(jìn)行收集、融合和處理，從而使基于感知的智能服務(wù)實(shí)現(xiàn)得更為精確。從該階段開始，網(wǎng)絡(luò)將從提供信息交互功能擴(kuò)展到提供智能信息處理功能乃至支撐服務(wù)，并且傳統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向可管、可控、可信的集中智慧參與的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合是對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)分階段的演進(jìn)，有效地規(guī)劃異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的研究與應(yīng)用。,,89,實(shí)現(xiàn)途徑——綜合考慮異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的新業(yè)務(wù)、工作模式的特征和交融、終

55、端設(shè)備特征、可擴(kuò)展性和健壯性的異構(gòu)融合需求，并在能量、頻譜資源、存儲(chǔ)資源、計(jì)算能量受限的條件下，設(shè)計(jì)泛在無線網(wǎng)絡(luò)的開放框架，支持泛在網(wǎng)絡(luò)的智能融合以及重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各類標(biāo)簽、傳感器等的物與物的無縫互聯(lián)，支持各種應(yīng)用服務(wù)。以建設(shè)一個(gè)開放融合、高效節(jié)能、支持泛在移動(dòng)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)，通過各種接入技術(shù)、業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)組網(wǎng)與尋址技術(shù)、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)以及泛在移動(dòng)性管理等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合與協(xié)同。,,90,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合與協(xié)同是實(shí)現(xiàn)泛在通信技術(shù)的關(guān)鍵。

56、泛在通信技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)提供傳送通道。M2M(Machine To Machine)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要部分，是現(xiàn)有無線通信技術(shù)在應(yīng)用上的創(chuàng)新，已經(jīng)在國內(nèi)外有大量的應(yīng)用實(shí)例。有多種技術(shù)支持M2M網(wǎng)絡(luò)中的終端之間的傳輸協(xié)議。IEEE 802．1la/b/g——容易得到較高的數(shù)據(jù)速率，也容易得到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持Zigbee——采用Zigbee協(xié)議的終端更容易在惡劣的環(huán)境下完成任務(wù)。,,91,2.5.4 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理和資源

57、管理技術(shù),在異構(gòu)泛在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性和差異性使現(xiàn)有的移動(dòng)性管理技術(shù)已經(jīng)無法滿足終端在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間無縫切換、位置管理、終端協(xié)作等方面的需要。必須提供一個(gè)開放的、通用的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理架構(gòu)、優(yōu)化的移動(dòng)性管理解決方案。,92,1.802.21標(biāo)準(zhǔn)——異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換管理,IEEE 802.21標(biāo)準(zhǔn)——對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間無縫切換進(jìn)行規(guī)范用戶在網(wǎng)間漫游時(shí)能保持暢通的信息服務(wù)，即無需用戶干預(yù)，可以感知周圍可用網(wǎng)絡(luò)并迅速改變網(wǎng)絡(luò)的使用狀態(tài)，進(jìn)行無縫

58、切換。例如，內(nèi)置802．21技術(shù)芯片的手機(jī)，能自動(dòng)感知Wi-Fi、WiMAX及其他3G網(wǎng)絡(luò)并切換，不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不同而被迫中斷通信。,93,,IEEE 802．21核心思想是在層2和層3之間引入一種新的功能模塊——媒介獨(dú)立切換功能(Media Independent Handover Function，MIHF ) ，提供異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換服務(wù)。IEEE 802．21標(biāo)準(zhǔn)主要定義5個(gè)方面——無縫切換能力；區(qū)分業(yè)務(wù)的QoS保障；最優(yōu)網(wǎng)

59、絡(luò)選擇；安全機(jī)制；電源管理。,94,,MIHF中定義3個(gè)不同的服務(wù)——媒介獨(dú)立事件服務(wù)（Media Independent Event Service，MIES），提供與鏈路特性和鏈路狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)事件，如鏈路上下行的變化、鏈路即將發(fā)生切換等；,媒介獨(dú)立命令服務(wù)（Media Independent Command Service，MICS），幫助高層來管理和控制與切換和移動(dòng)性相關(guān)的鏈路行為，它使用從MIES獲得的事件信息

60、作為其執(zhí)行切換等動(dòng)作的依據(jù)；媒介獨(dú)立信息服務(wù)（Media Independent Information Service，MIIS），提供一種信息模型和相應(yīng)的處理機(jī)制。以使MIHF發(fā)現(xiàn)鄰近的網(wǎng)絡(luò)并獲得這些網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，如信道信息、MAC地址、安全信息等。MIIS提供的信息有助于高層更加高效地判斷是否需要切換。,,,,,95,,通過引入MIHF，802.21可以有效改善多模終端在網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)選擇、切換發(fā)起、接口激活和功耗優(yōu)化等方面的

61、性能。在MIHF的協(xié)助下，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的切換時(shí)延及切換丟包率能夠大幅改善。IEEE 802．21工作組的標(biāo)準(zhǔn)化工作：業(yè)務(wù)連續(xù)性(Service Continuity)應(yīng)用類型(Application Class)服務(wù)質(zhì)量(QoS)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)(Network Discovery)網(wǎng)絡(luò)選擇 (Network Selection)安全性(Security)電源管理(Power Management),96,異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)包括蜂窩網(wǎng)(

62、2G、3G/LTE)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)等。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間共享資源(尤其是頻譜資源)進(jìn)行管理的技術(shù)，將成為由傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)向下一代無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中的關(guān)鍵問題和核心技術(shù)。為使支持異構(gòu)融合與動(dòng)態(tài)頻譜共享利用的無線網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)用戶需求、頻譜資源等約束條件動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行資源優(yōu)化，解決網(wǎng)絡(luò)的共存與兼容問題。統(tǒng)一融合的無線資源管理體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有可升級(jí)、可擴(kuò)展、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。體系框架中各功能實(shí)體之間的交互則是由協(xié)議

63、完成，根據(jù)頻譜共享利用與無線資源管理關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的協(xié)議，在設(shè)計(jì)過程中要考慮其標(biāo)準(zhǔn)化、開放化、靈活性以及與現(xiàn)有技術(shù)的可兼容性。,2. 資源調(diào)度與管理,97,物聯(lián)網(wǎng)可以看做是一種能夠提供共享頻譜資源的頻譜池。頻譜池中的頻譜資源在使用者看來是可以無限擴(kuò)展的，并且可以自動(dòng)隨時(shí)獲取，按需使用，隨時(shí)擴(kuò)展，按使用付費(fèi)，而無需向頻譜擁有者請(qǐng)求使用權(quán)，這樣可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的頻譜共享(DSS)和動(dòng)態(tài)的頻譜分配(DSA)。頻譜池將所有分配給不同業(yè)務(wù)的頻譜資源

64、和頻譜碎片集中起來，可以是不連續(xù)的，并由軟件實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理，無需人為參與。還可以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的頻譜協(xié)同調(diào)度與管理。,,98,,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的資源優(yōu)化可以歸納為協(xié)作無線資源管理及動(dòng)態(tài)頻譜管理。協(xié)作無線資源管理將整個(gè)可用的頻譜資源作為一個(gè)資源池，利用集中式和分布式的資源管理方案進(jìn)行頻譜資源的分配和使用。通過協(xié)作無線資源管理(Cooperative RRM)、通用無線資源管理(Genetic RRM)和具體無線資源管理(Specific R

65、RM)3層無線資源管理系統(tǒng)架構(gòu)，充分利用系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)性能。協(xié)作無線資源管理：位于最上層網(wǎng)關(guān)處，從總體帶寬角度負(fù)責(zé)不同運(yùn)營商間資源的共享與調(diào)度。通用無線資源管理：位于運(yùn)營商內(nèi)部，負(fù)責(zé)內(nèi)部資源的共享與調(diào)度，即基站間資源的分配與使用。具體無線資源管理：位于單個(gè)基站，負(fù)責(zé)其內(nèi)部資源的共享與調(diào)度，即具體分配頻帶到到各用戶終端。,99,,無線資源管理不僅包含頻譜范圍，還包括負(fù)載控制、接入控制和切換等。同時(shí)，頻譜管理作為與無線資源管理的輸

66、入方，也存在于三層結(jié)構(gòu)中，主要實(shí)現(xiàn)頻譜聚合，共享等功能。具體到某一運(yùn)營商，即單一系統(tǒng)內(nèi)時(shí)，一般使用通用無線資源管理方法來管理內(nèi)部資源、頻段的分配和使用。在新的架構(gòu)中，我們將其所能使用的頻段分為固定頻段和共享頻段兩部分。通常情況下使用多帶寬調(diào)度器實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)在這兩種頻帶上的調(diào)度分配，關(guān)鍵性能指示(Key Performance Indicators，KPI)作為輸入數(shù)據(jù)。KPI下降，說明此時(shí)分配的帶寬資源已經(jīng)不能滿足業(yè)務(wù)需求，需要進(jìn)行通用無

67、線資源管理或協(xié)作無線資源管理以重新獲得系統(tǒng)平衡。在融合架構(gòu)下，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)資源耗盡時(shí)，則需要系統(tǒng)間的頻段調(diào)度，即使用協(xié)作無線資源管理。,100,,動(dòng)態(tài)頻譜管理實(shí)現(xiàn)的功能是根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化，利用終端的重配置能力，在運(yùn)營商之間或者異構(gòu)接入技術(shù)之間動(dòng)態(tài)分配與釋放。動(dòng)態(tài)頻譜管理處理的是一個(gè)綜合了技術(shù)因素與經(jīng)濟(jì)因素的復(fù)合問題：技術(shù)可行性是實(shí)現(xiàn)靈活的頻譜共享的前提條件，需要解決快速頻譜掃描和測(cè)量、干擾控制和管理等問題；在經(jīng)濟(jì)方面，則需要解決頻譜二次

68、交易的協(xié)商與競(jìng)爭(zhēng)，不同交易方的利益分配以及政策監(jiān)管等問題。由于用戶分配到的帶寬可能是不連續(xù)的，而零碎的頻段又無法滿足用戶傳送業(yè)務(wù)的需求，因此在動(dòng)態(tài)頻譜管理中，需要頻譜聚合技術(shù)，將不連續(xù)的帶寬加以利用。從而提高系統(tǒng)性能。,101,,無線資源管理是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的無線資源進(jìn)行總規(guī)劃管理的模塊，它的決策結(jié)果為動(dòng)態(tài)頻譜管理提供基本網(wǎng)絡(luò)配置(如基站位置和工作模式)的輸入，而動(dòng)態(tài)頻譜管理反饋信息將為無線資源管理下一步調(diào)整提供參考。此外，可以從跨層方