吴功宜物联网工程导论数据处理文稿演示
【人大名师课件】物联网第6章
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6.2.2 大区制与小区制 • 大区制通信结构示意图
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小区制的基本概念 • 蜂窝移动通信系统结构
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• 小区制的无线通信频率的使用
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• 小区制的无线通信频率复用方法
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6.2.4 移动通信系统的结构与基本工作原理
人造卫星
人造卫星
接收站
发送站
地球表面 (a)
接收站
接收站
发送站 (b)
接收站 接收站
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• 各种通信卫星与卫星地面站
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6.1.3 移动通信的分类
按设备的使用环境分类： 按照服务对象分类：
• 陆地移动通信
• 公用移动通信
• 海上移动通信
• 专用移动通信
• 航空移动通信
专用移动通信：
作为特殊使用环境： • 公安、消防、急救、
器（BSC） • 基站一端通过空中接口与手机通信，另一端接
入到移动通信系统之中 • 移动通信中1G、2G、3G与4G技术的区别主要
表现在无线信道采用不同的空中接口标准上
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在无线通信系统工作中需要解决的几个 基本的问题： • 手机如何找到基站？ • 基站如何区分不同的手机？ • 基站如何确定手机用户的合法性？ • 系统如何保证手机在移动过程中通信的
频率范围 30～300KHz 300KHz～3MHz 3～30MHz 30～300MHz 300MHz～3GHz 3～30GHz
>30GHz
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6.1.2 无线通信技术的发展
物联网总结吴功宜版
1、物联网的定义、起源、发展及特点；<1>定义：给物联网下准确定义，尚有困难，一是由于物联网理论体系不明晰，二是涉及学科众多。
概括来讲，定义如下：物联网是在互联网、移动通信网基础上，针对不同应用领域需求，利用具有感知、通信与计算能力的智能物体来自动获取相关信息，且能独立寻址，并将其互联起来，实现全面感知，可靠传输，只能处理，构建人与物、物与物互联的智能信息服务系统。
<2>起源，发展：“物联网”概念产生于20世纪90年代，而真正引起各国政府与产业界的重视是在2005年ITU 发布的互联网研究报告《Internet of Things，IOT》之后。
随后，欧盟，日本，韩国及我国都提出了针对本国的物联网发展规划，提出了诸如“智慧地球”“工业4.0”“I-Japan”《物联网“十二五”发展规划》等众多概念与规划。
目前，物联网已经在传统电网，交通，医疗及物流等领域得到了长足发展，但仍存在标准不统一，理论体系不健全，应用范围太窄，成本高及关注度仍待提高等诸多问题。
物联网的前景是美好的，但还有很多路要走。
<3>特点：一是物联网的智能物体具有感知、通信与计算能力；二是可以提供所有对象在任何时间，任何地点的互联；三是目标为实现物理世界与信息世界的融合。
（网络的异构性，规模的差异性，接入的多样性）2、物联网的三层结构模型应用层：①行业应用层：智能电网，交通，环保，医疗，物流，家居；②管理服务层：数据存储/处理，数据挖掘，智能决策，智能控制。
网络层：①核心交换层：专用IP网+VPN+互联网+移动通信网+异构网=>新一代网络；②汇聚层：LAN,WLAN,电话交换网；③接入层：802.15.4标准，蓝牙/zigbee标准，LAN/WLAN移动通信或者M2M接入，光纤/电话线/电力线接入。
感知层：①感知层：各种传感器，RFID 标签与读写设备，PAN，智能手机，GPS，各种专用机器人。
《物联网工程导论》PPT课件 认识物联网典型行业应用--智慧社区系统
5.3 认识云计算技术
云计算已经成为当前全球 ICT（Information Communication Technology）产业界公认的发展重点。
5.3.1 云计算技术的概念
云计算（Cloud Computing）是一种通过网络统一组织和灵活调用各种 ICT 信息资源，实现大规模 计算的信息处理方式。用户可以使用各种形式的终端（如：PC、平板电脑、智能手机甚至智能电视等） 通过网络获取 ICT 资源服务。
5.3 认识云计算技术
5.3.2 云计算技术的架构和分类
（3）云计算的服务部署模式 云计算按照服务部署模式可分为三类：公共云、私有云、混合云。 1）公共云是基于标准云计算的一个模式，在公共云中，服务供应商创造资源，如应用和存储，公众可 以通过网络获取这些资源，其服务的模式可以是免费或按量付费。 2）私有云是为一个客户单独使用而构建的，因而提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制。 3）混合云融合了公有云、私有云，是近年来云计算的主要发展模式和方向。
能力目标
1、能对智慧城市的系统结构和功能进行分析 2、掌握能搭建一个功能较为复杂的小型智慧城市系统
素质目标
1、培养良好的工作作风 2、培养描述工作问题、确定工作目标的能力 3、培养书面表达观点的能力 4、培养团队意思和团队协作的能力
任务描述
重庆市某小区经过投票决定要将该小区建设成一个智慧小区，该小区方圆数公 里，住户将近万人，位于重庆市的主城区，交通发达，有地下停车场、多所幼儿 园、娱乐中心。
智慧城市的信息体系结构是以用户为中心，各种物联网体系周向排布的多层结构，智慧城市的基本组 成单元是物联网。
物联网6
智慧城市的信息体系结构建立在物联网六域模
物联网5
吴功宜_物联网工程导论_第2章：RFID
有源RFID标签外部封装 （a）无源RFID标签
有源RFID标签内部电路
（b）有源RFID标签
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2. 按标签工作模式进行分类
• 主动式RFID标签 —依靠自身能量主动向RFID读写器发送数据 • 被动式RFID标签 —从RFID读写器发送的电磁波中获取能量， 激活后才能够向RFID读写器发送数据 • 半主动式RFID标签— —自身的能量只提供给RFID标签中的电路使 用，并不主动向RFID读写器发送数据；当它 接收到RFID读写器发送的电磁波激活之后， 才向RFID读写器发送数据
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5. 按封装材料进行分类 • 纸质封装RFID标签 • 塑料封装RFID标签 • 玻璃封装RFID标签
RFID芯片与天线 封装后的纸质RFID标签
钥匙链式
卡片式
耳钉式
脚环式
钮扣式
手表式
手链式
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6. 按标签封装的形状进行分类 • 粘贴在标识物上的薄膜型的自粘贴式标签 • 用户携带、类似于信用卡的卡式标签 • 封装成能够固定在车辆或集装箱上的柱型标签 • 封装在塑料扣中，用于动物耳标的扣式标签 • 封装成钥匙扣中，用于随身携带的身份标识标签 • 封装在玻璃管中，用于人或动物的植入式标签
3. RFID标签工作原理
读写器天线辐射 形成的电磁场
传递能量 读写器 天线 发送信息
标签 天线
RFID读写器 近 场 （a）无源RFID
无源 RFID标签
发送指令 读写器 天线 发送信息 有源 RFID标签 标签 天线
RFID读写器
物联网课件 1-物联网工程课程
物联网关键技术
智能数据 处理技术
计算机网络 技术
嵌入式技术
ONS 服务器
互联网
客户
总公司网络
数据中心网络
公司ONS 服务器
分公司、仓库与配送中心网络
总公司 管理网络
Web 服务器 FTP服务器 E-Mail服务器
《物联网工程》课程简介
北京物资学院信息学院 刘军
2015年2月
课程主要内容
★ 物联网产业发展与行业应用 ★ 物联网架构与关键技术 ★ 物联网应用模式与应用解决方案 ★ 物联网与智能物流 ★ 物联网工程应用系统 ★ 物联网工程案例调研与分析
课程特点
多学科知识融合，技术集成的特点 学习思维需要变革：学术，应用 技术研究与工程应用分析相结合 紧密联系物流流程优化 方案、技术、工程与管理相融合 通过案例分析学习工程应用方法
接入路由器1 （8商02店仓.3局/库80域2.网11）
网关
智能收款机 商店安保
嵌入RFID网 摄像探头 上支付手机
商品信息 查询终端
商品信息显示屏
导购机器人
无线局域网 接入点
智能购物车 嵌入RFID的商品
信息安全 技术
位置服务 技术
智能控制 技术
移动通信 技术
感知技术
讨论交流选题
1. 物联网工程应用涉及哪些技术？ 提示：集成了哪些技术
其中哪些技术是物联网核心关键技术 2. 目前我国物联网广泛应用的领域有哪些？ 3. 工业4.0的核心思想与核心技术有哪些？
结束
教学资料
吴功宜_物联网工程导论_第5章：网络.
5.2.3 NSFNET对互联网发展的影响 • 从ARPANET到Internet的发展过程
1957年 设立DARPA
1969年
启动ARPANET 1969年
UNIX发布
1980年 TCP/IP标准化
1983年
ARPANET与 MILNET分离
1986年 启动NSFNET
ARPANET与 NSFNET互联
#1 UCLA
SDS SIGMA7
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#4 UTAH
DEC PDP-10
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ARPANET对推动网络技术发展的贡献
• 开展了对计算机网络定义与分类方法的 研究
• 提出了资源子网与通信子网的二级结构 概念
• 研究了分组交换协议与实现技术 • 研究了层次型网络体系结构的模型与协
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ARPANET设计思想
• 通信子网结构与分组交换原理示意图
分组
IMP（路由器） 通信子网
源主机
B
C
发送
进程
A
E
D
目的主机
接收 进程
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• ARPANET最早四个节点的结构
SDS 940
IBM360/75
#3 UCSB
#2 SRI
• 如何发送主机与接收主机之间没有直接连接的通信线 路，那么分组就需要通过中间节点“存储转发”，这 种中间转发节点就是目前广泛使用的路由器
• 每个路由器可以根据链路状态与分组的源地址、目的 地址，通过路由选择算法为每个分组选择合适的传输 路径
• 当目的主机接收到属于一个报文的所有分组之后，再 将分组中多个短的数据字段组合起来，还原成发送主 机发送的报文
物联网工程导论教学大纲
物联网工程导论教学大纲第一篇：物联网工程导论教学大纲《物联网工程导论》教学大纲课程编码：1061802 课程性质：专业基础课课适用专业：物联网工程专业学分：2学分学时：32学时开设学期：第2学期一、教学目的本课程作为物联网工程专业的基础课，要求学生在了解当今信息化社会的发展的基础上，掌握物联网技术的发展和应用，了解物联网的关键技术，为以后学习物联网关键技术打下基础。
本课程的目的是使学生掌握物联网技术的定义和基本原理及应用，了解物联网技术的发展，了解物联网的关键技术和方法。
本课程的目标：1．了解物联网相关技术基本概念、定义和工程方法；2．掌握感知层、传输层、管理层等应用的典型关键技术；3．熟悉智能交通、智能家居、智能医疗和智能物流等综合应用项目实现方法。
二、重点难点1.重点：本课程的重点是掌握物联网技术的基础理论知识以及在工程应用中采取的典型技术方法。
2.难点：理解物联网时间同步、定位和信号处理的典型算法。
三、教学方法讲授、课堂互动、课堂指导、课后作业和辅导答疑。
四、教学内容第一章物联网概述教学要求：通过本章学习，要求了解物联网的起源和发展，理解物联网的相关概念；掌握物联网的理论基础，掌握物联网的体系结构和主要特点；了解物联网的核心技术和体系标准；了解物联网的应用前景。
教学内容：一、发展的社会背景二、物联网发展的技术背景三、物联网的定义与主要技术特征四、物联网的体系结构五、物联网的关键技术与产业发展第二章RFID与物联网应用教学要求：通过本章学习，掌握目前常用的自动识别技术，了解RFID的历史和现状；掌握RFID的工作原理，RFID系统的构成和工作过程；掌握RFID的技术特点和解决标签冲突的常用方案；理解RFID 在物联网中的地位。
教学内容：一、自动识别技术的发展背景二、条形码简介三、磁卡与IC卡应用四、RFID五、RFID应用系统结构与组成六、RFID标签编码标准第三章传感器、智能传感器与无线传感网络技术教学要求：通过本章学习，要求了解传感器发展历史，掌握无线传感器网络的硬件平台，理解无线传感器网络典型操作系统，掌握常用无线组网技术，理解无线传感网的应用。
吴功宜 物联网工程导论第 章
《物联网工程导论》
吴功宜 吴英 编著
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Nankai University
第9章 物联网信息安全技术
2
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第
物联网信息安全基本概念9ຫໍສະໝຸດ 物联网信息安全中的四个关系
章
知
物联网信息安全需求
识
物联网信息安全技术研究
点
结
物联网
构
防攻击技术
物联网安全 防护技术
击类攻击 • 信息收集类攻击 • 漏洞类攻击
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9.2.3 物联网安全防护技术研究
• 防火墙 • 入侵检测与防护 • 安全审计与取证 • 网络防病毒 • 业务持续性规划
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• 防火墙工作原理示意图
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9.3.2 对RFID系统的攻击方法
• 窃听与跟踪攻击 • 中间人攻击 • 欺骗、重放与克
隆攻击 • 破解与篡改攻击
• 干扰与拒绝服务 攻击
• 灭活标签攻击 • 病毒攻击
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• 窃听与跟踪攻击
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密码体系 消息验证与数字签名 公钥基础设施PKI技术
信息隐藏技术 隐私保护技术
网络层:IPSec协议 传输层:SSL协议 应用层:SET协议
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9.2.2 物联网中的网络防攻击技术研究 • 物联网中的网络攻击途径示意图
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• 随着数据库技术的发展，数据库用户界面变得更加简 单，功能更加强大和更加智能，未来的数据库技术必 然会与人工智能技术相互交叉融合
8.2.3 物联网数据管理技术
• 关系数据库为物联网海量数据的管理提供了重要的理 论、工具与方法
智能决策
• 发展物联网的最终目标不是简单地将物 与物互联，而是要催生很多具有“计算、 通信、控制、协同和自治”特征的智能 设备与系统，实现实时感知、动态控制 和智能服务
• 智能决策是物联网信息处理技术中追求 的最重要的目标
8.2 海量数据存储技术 8.2.1 物联网对海量数据存储的需求
• 物联网的海量数据除了来自传感器节点、 RFID节点以及其他各种智能终端设备每 时每刻所产生的数据之外，各种物理对 象在参与物联网事务处理的过程中也会 产生大量的数据
服务器技术的发展 • 各种类型的服务器与机房中的服务器
入门级服务器 工作组级服务器
部门级服务器
企业级服务器
机房中的服务器
• 典型的机架式服务器
1U机架式 服务器机箱
2U机架式 服务器机箱
4U机架式 服务器机箱
机架式服务器机箱
大型机房中的机架式服务器
• 刀片服务器
刀片(主板)
刀片服务器
热拔插刀片主板
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
8.3 物联网海量数据存储与云计算* 8.3.1 数据存储技术的研究与发展
存储技术的研究与发展
• 数据存储技术从单机封闭系统存储向开放系统 的存储方向发展
• 开放系统的存储进一步分为： —直接附加存储（DAS） —网络接入存储（NAS） —存储区域网络（SAN）
3 1 2003-05-01 491 256 455 345 654
42
456 211 0.3 654
1 2 2003-05-02 586 155 654 342 432
77
470 118 0.5 422
2 2 2003-05-02 512 257 454 566 323
61
423 135 0.7 656
传感 查询 器号 周期
时间
湿度
光强
温度
水平 加速度
垂直 加速度
水平 磁感应
垂直 磁感应
噪声
音调
原始 声音
1
1 2003-05-01 562 388 235 432
886
76
145 422 0.2 522
2
1 2003-05-01 475 233 543 655
567
65
331 655 0.5 256
海量 • 物联网节点的数量是非常多的，它们所产生的数据量
一定是海量 多态 • 多种传感器去观测的不同数据在数值范围、格式、单
位与精度 动态 • 各种数据都将随时间不断变化的 关联 • 物联网中的数据之间在空间、时间维度上存在着紧密
的关联性
• VigilNet网络拓扑与数据处理研究的示意图
8.1.2 物联网数据处理关键技术
• 物联网中有两大类重要的应用，一是基于RFID标签自 动识别技术的应用，另一类是基于无线传感器网络的 应用
• 设计一个基于RFID标签自动识别技术的零售业或物流 业应用时，对于由RFID所产生的数据的管理与处理方 法与传统的互联网应用有很多相似之处
• 基于无线传感器网络的物联网应用有它的特殊性，需 要研究针对无线传感器网络的数据管理与处理方法
吴功宜物联网工程导论数据处理文稿演示
第
物联网数据处理技术基本概念
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物联网数据的特点
章
物联网数据处理的关键技术
知 物联网海量数据存储技术*
识
点
IDC基本概念
云计算基本概念
结
构
物联网数据融合技术*
数据仓库技术
数据挖掘技术
智能决策 基本概念
智能控制 基本概念
8.1 物联网数据处理技术的基本概念 8.1.1 物联网数据的特点
无线传感器网络数据管理系统结构
无线传感器网络数据管理系统结构主要有：
• 集中式结构 • 半分布式结构
代理网络
• 分布式结构
• 层次式结构
无线传感器网络 数据管理系统层次结构
无线传感器网络
• TinyDB系统的结构
TinyDB客户端API
查询
结果
TinyDB服务器
查询
数据
传感器网络
数据库
• TinyDB关系表结构
•海量数据存储 •数据融合 •数据查询、搜索与数据挖掘 •智能决策
海量数据存储
• 物联网数据具有海量、多态、动态与关 联的特征
• 海量数据的存储结构影响着物联网系统 的可靠性与效率
• 如何利用数据中心与云计算平台存储物 联网的海量数据，如何充分地利用好物 联网信息，同时又要实现对隐私的保护， 这是物联网数据处理技术首先要面对的 一个重要问题
• 无线传感器络数据存储结构示意图
汇聚节点
汇聚节点
存储节点 中继节点
原始数据 查询
查询结果
(a)分布式存储
(b)集中式存储
数据融合
• 20世纪70年代 “数据融合（Data Fusion）” 术语才正 式出现
• 针对物联网数据的多态性，需要研究基于多种传感器 的数据聚合技术，综合分析各种传感器的数据，从中 提取有用的信息
• 物联网的海量数据的存储需要数据库、 数据仓库、网络存储、数据中心与云存 储技术的支持
8.2.2 数据库技术
• 数据库技术是计算机科学技术中发展最快、应用最广 泛的领域之一。数据库技术经过几十年的发展，其应 用已遍及各个领域，成为21世纪信息化社会的核心技 术之一
• 物联网的数据存储与管理需要使用数据库技术，物联 网的海量数据存储与管理也会促进数据库技术的发展
数据查询、搜索与数据挖掘
• 物联网环境中感知数据具有实时性、周期性与 不确定性等特点
• 物联网环境中，由于各种感知手段获取的信息 与传统的互联网信息共存，搜索引擎需要与各 种智能的和非智能的物理对象密切结合，主动 识别物理对象，获取有用的信息，这对于传统 的搜索引擎技术是一个挑战
• 数据挖掘是物联网数据处理中一个重要的方法
• 数据融合已经发展成数据处理一个新的和重要的分支
• 在物联网中智能交通、工业控制、环境监控、精准农 业、突发事件处置、智慧城市、智能电网等物联网应 用系统中，必然会应用多种传感器去综合感知多种物 理世界的信息，从中提取对于我们智慧处理物理世界 问题有用的信息和知识
• 数据融合技术是物联网数据处理研究的重要内容之一