物联网技术介绍51

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物体间断性通信连接
物体移动、无线链路动态变化 分布式的缓存和信息融合
支持物体的移动和环境变化
物体移动带来信息的移动 物体上下文不断变化
网中网
物体之间自治的、动态的组网 已有多种网络的操作平台、信息结构、文档格式
等都存在异构特征
目标:信息互通 框架达到健壮、可扩展性以及公平性目
挑战: 开放的竞争环境,框架必须模块化和可
回报 新的射频技术和需要满足新
设备的连接需求
研究内容
物体间信息交换的通信技术 底层无线协议之间的互操作 分布式数据存储和传感数据收集,
认证和跟踪系统相关的通信问题 与物理世界用户的交互相关的通信
问题 数据挖掘和服务的通信与处理问题 软件无线电技术和认知无线电通信
技术 无连接的通信问题
SensorML;TransducerML;O&M;CAP;OASIS EDXL-DE;ANSI N42.42;CBRN Data Model;NIEM。
已有多种标准的无线技术
包含有线(同轴电缆、光纤、ADSL、LAN等),无线(SMS、USSD 、MMS、GPRS、CDMA、3G、WLAN、蓝牙、ZigBee、UMA、 HSDPA、LTE等)。
展性 SOA面向服务的体系结构(Service-Orie
Architecture)架构中,内容提供者和使 者之间如何进行便捷的交流,即语义的 操作性 事件驱动结构使得无法采用一种办法解 所有的问题 物体的离线特性 非中心控制的分布式架构 增加解决方案提供者的参与,形成一个 争的市场
1. 物联网架构技术
挑战:
能量收集技术仍然不够 微功率技术的应用 大能量存储设备的小型化
问题 能源高效利用
研究内容
微能源技术 光电池、微燃料电池和微反应
微高容量能量存储等技术 静电、压电和电磁能量转化机 印刷电池、热电系统、微型制
器和微燃料发电机 基于微机电系统(MEMS)设
的能量获取技术 能量感知协议
需求与研究内容
需求分析
目标:对物体进行统一标识
进行物体的区分\查找
挑战:
如何处理物体的组合\合成\拆
标识基本需求
分\替换带来的UID变化
对单个物体进行唯一标识
如何处理UID与物体之间关系
支持一类物品的标识【某类物品的查询】 的映射关系,比如同一批次的
复合物体:有多个组件,每个部件都有
产品编号是否相近
分布式智能,解决可扩展性的关键
研究内容
服务发现和组合 语义互操作性和语义传感W 人机交互 自管理技术来克服增加的复
度和节能 分布式自适应软件 开放性中间介 能量有效的微操作系统 虚拟化软件 数据挖掘等数学模型和算法
5. 软件服务与算法
当前相关热点介绍
参考架构中的研究内容
5. 软件服务与算法
大量的通信需求
物与物通信,物与人通信 从物理世界的感知信息到数字世界的通信 执行器完成物理世界动作的通信 存储感知信息的分布式存储系统的通信
3. 通信技术
需求与研究内容
需求分析
目标:解决海量物体的通信问题
挑战:
提供一个完整的端到端系统 网络连接的范围将成指数增
长,可测量性,互操作性 如何确保网络运营商的投资
1. 物联网架构技术
参考结构
执行器
聚合器
/网关节 点
主机管理 信息系统
执行器
聚合器
/网关节 点
主机管理 信息系统
执行器
聚合器
/网关节 点
主机管理 信息系统
广域通信
和网络以 及互联网
逻辑和功能模块 概念、工具和服
务的平台方法
1. 物联网架构技术
我们理解的参考结构
相对分布的集中式管理 相对集中的分布式支撑
当前相关热点介绍——微操作系统
TinyOS
特点:事件驱动, NetC 加州大学伯克利分校
uCLinux
特点:与Linux兼容 Lineo公司产品
Contiki OS
支持IPv6,即6LoWPAN
MANTIS OS (MOS)
特点:支持快速、灵活的搭建WSN 美国科罗拉多大学
其他还有:SOS, TinyDB, MagnetOS、SenOS、PEEROS、 AmbitentRT、Bertha等
物联网关键技术介绍
Connecting Things: Internet of Things
Outline




物联网应用前景分
网析

简 五层结构

三层结构



1. 物联网架构技术 2. 统一标识技术 3. 通信技术 4. 网络技术 5. 软件服务与算法 6. 硬件 7. 功率和能量存储 8. 安全和隐私技术 9. 标准
区域 服务器
IP/IPv6
有线
家庭网关
Zigbee WiFi
Cable Net
IP/ID/IPv6
1. 物联网架构技术
区域服务器参考结构
1. 物联网架构技术
与云计算支撑平台的结合
区域服务器 分布式计算功能
区域服务器 分布式存储功能
2. 统一标识技术
标识概述
标识的必要性?
谁控制唯一识别 符?
2. 统一标识技术
物联网简介
应用层泛主在要完网成五服层务发结现构和服务呈现的
工作。 支撑层又称中间件, 或者业务层
对下需要对网络资源进行认知, 进而达到自适应传输的目的;
本层的完成信息的表达与处理, 最终达到语义互操作和信息共享 的目的;
对上网提络供层统为一的原接有口的与互虚联拟网化、支电撑信, 虚网拟或化者包电括计算虚拟化和存 储虚视拟网化,等主内要容完, 较成为信典息型的的远技距术离是传云计输算等;功
2. 统一标识技术
RFID标识分配的成功经验
中间件/ 支撑平台
Βιβλιοθήκη Baidu
代码 物品信息
本地信息 服务器
代码 读写器
代码 ONS
Internet
URL
代码
远程信息

服务器

物品信息
物联网>>RFID RFID的成功经验能否推广到物联网?
RFID具有单向寻址的特点
3. 通信技术
通信技术现状分析
高层通信协议多样性
6LoWPAN:基于IPv6的传感器 网络
5. 软件服务与算法
参考结构
需求分析
目标:实现不同软件的统一与互操作
挑战:
如何在大量无关软件模块中建立一 个固有应用软件
将不同的环境下的软件整合成一个 系统
面向服务的计算松耦合组织网络服 务,并建立一个虚拟网络
互联网之上,定义一个新的协议来 描述和解决服务实例
Session 2:物联网关键技术
1. 物联网架构技 术
2. 统一标识技术 3. 通信技术
5. 软件服务与算 法
6. 硬件 7. 功率和能量存

4. 网络技术
8. 安全和隐私技 术
9. 标准
1. 物联网架构技术
需求与研究内容
需求分析
存储和计算能力的边缘化
物体具有存储、处理能力 局部物体间协同工作
多协议的互操作
4. 组网技术
感知层组网技术现状分析
传感器网络组网方式
RFID组网方式
DTN组网方式(DTN 时延容忍网络Delay
Tolerant Networks)。
4. 组网技术
接入组网现状分析
传感网络之上建立IP网络
IP网络之上建立传感网络
4. 组网技术
接入组网现状分析
基于普通网关的组网结构
基于DTN网关的组网结构
4. 组网技术
需求与研究内容
需求分析
目标:集合有线和无线方式,实现物体 无缝和透明接入
挑战:
支持现有网络结构 组网系统间可扩展、跨平台兼容 支持芯片级的组网 减小开销并为物体提供有效连接的
解决方案 芯片通信结构中参数动态配置 通信基础设施随网络负荷和变化 通过功率感知来进行自适应 可能以IP为基础
融合接入 信息存储
感知层
智能嵌入式 标识、感知 协同、互动
物联网简介
中国移动定义的物联网结构
物联网简介
感知层介绍
• 感知层自组织网络:
自组织网络示意图
物联网简介
感知层介绍
公共感知层
物联网简介
网络层介绍
互联网(有线、WiFi、Mesh) 2G, 3G, 4G网络 卫星网 广电电视网络、BWM网络
通信-天线,能量有效RF前端技 术
自配置,自优化,自愈合电路结 构
聚合电子
低功耗微处理器\微控制器,硬 件加速器
自旋电子
抗干扰技术
6. 硬件
当前相关的已有产品
• SoC产品
CC 2430
CC 2431
7. 物联网能量技术
需求与研究内容
需求分析
目标:
让传感设备从环境中获 取能量,这些物体的电池 可以自动地进行充电
需求与研究内容
研究内容
端到端的分布式开放架构,异构系统的互操 作性;
非中心控制的自治架构; 边缘节点移动智能架构; 云计算技术,事件驱动架构,掉线和同步操
作; 使用市场机制来增加竞争和参与; 支持语义互操作的体系结构; 事件驱动的体系结构; 支持有效缓存、信息同步和分布式信息融合
的体系结构。
标识号【动态变化】
如何确保国家、企业、个人均
安全需求
具有一定的UID分配权利
非层次命名:标识应该独立于自身位置 和上下文环境等信息
层次结构
不透明UID与匿名机制 支持已有ID机制 虚拟物体的ID分配问题
2. 统一标识技术
需求与研究内容
研究内容
标识的分配 标识的管理 标识加密解密 标识存储 匿名标识技术 标识映射机制 标识结构设计
城域网/虚拟 VPN
物联网简介
应用层介绍
物联网简介
物联网的特征
(信息量)物联信息的海量化 (设备接入)亿万异构设备的泛在接入 (网络架构)信息和存储的物理边缘化 (网络管理)网络管理的高度自治化 (物物互联)物物互动的协同和智能化 (物理安全)隐私的易泄露,面临更多安全 (设备制造)设备的小型微型化 (能量获取)能量自取、大容量 。。。
7. 物联网能量技术
相关的已有产品
太阳能电池
8. 安全和隐私技术
需求与研究内容
需求分析
目标:保护个人隐私、商业机密、 国际安全
挑战:
阻止非授权实体的识别和跟踪 阻止未授权信息的访问 物体位置、数据所有性等需要
考虑
研究内容
非集中式的认证和信任模型 数据所有权关系 责任和义务 异构设备间的隐私保护技术 离散认证和可信模型 能量高效的加密和数据保护 云计算的安全和信任 隐私策略管理
接入层能主;要完成各类设备的网络接入, 该层重点强调 各类接入方式, 比如3G/4G、Mesh网络、WiFi、有线 或者卫星等方式;
感知层主要完成信息的收集与简单处理, 部分学者将该层称为感知延伸层, 该层 由传统的WSN、RFID和执行器组成;
物联网简介
三层结构
应用层
数据挖掘 决策
网络层
Session 1: 物联网简 物联介网应用前景分

五层结构
三层结构
物联网应用前景分析
美国权威咨询机构FORRESTER预测:到2020年, 世界上物物互联的业务,跟人与人通信的业务相 比,将达到30比1,因此,“物联网”被称为是 下一个万亿级的通信业务。
“物联网”被称为继计算机、互联网之后,世界 信息产业的第三次浪潮。
9. 标准
需求和研究内容
需求分析
目标:异构设备通过标准接口和 数据模型来确保不同系统间的 信息交互
挑战:
物联网的异构设备互联(接 口标准与数据模型)
已有多个标准(硬件、组网、 通信等技术都存在各种各样 的标准,物联网设备应该向 支持多协议,多频段发展)
信息产生和收集(完整、可 信)
研究内容
互操作方面:语义数据模 型
无线方面:频谱分配、发 射功率及通信协议的标准 化
数据方面:数据生成、数 据可追溯的质量和完整性
研究物联网异构设备接口 的标准化和标识技术的标 准化
3. 通信技术
当前相关的解决方案
IEEE 1451
·校准 ·ID ·元数据
ANSI42.2
·校准 ·安装信息
信息本体交互
·传感器相关数据类型 ·传感元数据 ·安装信息 ·转换功能数据 ·传感器位置信息 ·厂商定义信息
SensorML/OGC
·元数据
TransduceerML
·校准 ·元数据
本 体 翻 译
研究内容
开发“网络中的网络”的基础 设施,支持动态区域组网
匿名组网 IP和后IP技术 移动断续连接场景下的组网技
术 网络自治管理技术:自感知、
自学习、自配置、自修复、自 管理 适用于固定、移动、有线、无 线的多层次组网技术 无连接的通信,甚至无IP的通 信
4. 组网技术
当前相关的已有产品
6. 硬件
需求与研究内容
需求分析
目标:
低功耗多处理系统中的自适 应硬件和并行处理相关研究
挑战:
对配置进行动态修改和设置 处理自适应和自配置设计时
的不可预测问题 根据具体应用和上下文的通
信需求按需调整基础设施之 间的互联情况
研究内容
纳米技术-小型化
传感技术-嵌入式传感器\执行器
桥接纳米技术和微系统(SOC)解 决方案
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