吴功宜 物联网工程导论第 章
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。
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
物联网工程导论(吴功宜+教授)20140823
物联网增加的部分
RFID标签
数据链 路层i 物理层i
RFID读写器
数据链 路层i 物理层i 数据链 路层j 物理层j 数据链 路层j 物理层j
网络层(IP) Ethernet
路由器 传输网
路由器
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感悟之四：
如果我们对支撑物联网发展
的关键技术没有一个深入地 了解，那么我们就无法指导 学生系统地学习物联网知识 与技能。
总公司网络
分公司、仓库与配送中心网络
IPv6 VPN 核心路由器 分公司网络 汇聚路由器 …… 汇聚路由器 配送中心车辆管理网络 配送中心网络 计算机网络 技术 仓库网络 网关
货物配 送车辆 M2M 移动通信网
智能控制 技术
接入路由器n
接入路由器1
移动通信 技术
销售商店或超市网络
销售商店或超市网络n
请求查询EPCIS 服务器地址
返回EPCIS服务器 URL信息 返回EPCIS服务器URL信息
返回EPCIS服务器 URL信息
根据EPCIS服务器URL请求查询IP地址 互联网 DNS服务器 EPCIS 服务器
返回EPCIS服务器的IP地址
根据IP地址向存储EPC码的EPCIS服务器发出查询物品信息请求
社会工作：
城市社会信息化规划，城市信息基础设施建设项目，科研立 项、验收与评奖
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互联网为物联网的发展奠定了坚实的基础
截止到2014年6月底，我国互联网：
网络结点数
Internet主机 主机IP IP地址数 地址数（Lottor,RFC1296） ARPANET 主机数（Mark Lottor,<mkl@>） 早期的ARPANET 主机数（Peter Salus,<phs@>）
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
计算机网络吴功宜（第三版）课后习题解答（第1-4章）
计算机网络吴功宜（第三版）课后习题解答（第1-4章）计算机网络-清华版_吴功宜(第三版)课后习题解答(第1-4 章)第一章计算机网络概论P421. 请参考本章对现代Internet 结构的描述，解释“三网融合”发展的技术背景。
答：基于Web的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教育，以及基于对等结构的P2P网络、3G/4G与移动Internet 的应用，使得Internet 以超常规的速度发展。
“三网融合”实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输网技术的融合、业务的融合。
2. 请参考本章对Internet 应用技术发展的描述，解释“物联网”发展技术背景。
答：物联网是在Internet 技术的基础上，利用射频标签、无线传感与光学传感等感知技术自动获取物理世界的各种信息，构建覆盖世界上人与人、人与物、物与物的智能信息系统，促进了物理世界与信息世界的融合。
3. 请参考本章对于城域网技术特点的描述，解释“宽带城域网”发展技术背景。
答：宽带城域网是以IP 为基础，通过计算机网络、广播电视网、电信网的三网融合，形成覆盖城市区域的网络通信平台，以语音、数据、图像、视频传输与大规模的用户接入提供高速与保证质量的服务。
4. 请参考本章对WPAN技术的描述，举出 5 个应用无线个人区域网络技术的例子。
答：家庭网络、安全监控、汽车自动化、消费类家用电器、儿童玩具、医用设备控制、工业控制、无线定位。
5.. 请参考本章对于Internet 核心交换、边缘部分划分方法的描述，举出身边 5 种端系统设备。
答：PDA、智能手机、智能家电、无线传感器节点、RFID 节点、视频监控设备。
7. 长度8B与536B的应用层数据通过传输层时加上了20B的TCP 报头, 通过网络层时加上60B 的IP 分组头，通过数据链路层时加上了18B 的Ethernet 帧头和帧尾。
分别计算两种情况下的数据传输效率。
（知识点在：P33）解：长度为8B的应用层数据的数据传输效率：8/(8+20+60+18) ×100%=8/106×100%=7.55%长度为536B的应用层数据的数据传输效率：536/(536+20+60+18) ×100%=536/634×100%=84.54%8. 计算发送延时与传播延时。
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：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。
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。
物联网导论(第1章)概述
4.信息处理与应用
经过传输到达的源信息需要进一步处理，将该信息处理为人或机器能理解的信 息，如采集的温度信息，需要将它转换为具有物理含义的摄氏或华氏温度表示。 处理后的源信息需要加以应用为人们提供各种服务。如我们获得了天气温度信息 后，就可以提供气象服务，人们就会知道冷暖、就会根据温度的情况添减衣物。
1.源信息采集
源信息采集就是采用各种传感器获取监测对象的物理的、化学的、生物 的信息，或采集监测对象的图形图像信息。源信息采集首先需要有监测对 象，该对象可是物、人、或者是其他实体；其次，源信息的采集需要传感 器，包括摄影摄像等方面的设备，因此，源信息采集所用的传感器的种类 非常多；第三，源信息的采集不仅仅只采集监测对象的一种信息，可以同 时采集多种信息。
机械工程 仪器仪表
习 题
1. 物联网的含义包含哪些方面？ 2. 学术界、我国及国际组织对物联网是如何定义的？ 3. 物联网的主要特征有哪些？试简要给以说明。 4. 一般的信息处理系统主要由哪些部分构成？其主要作用如何？ 5. 物联网的系统结构主要由哪些部分构成？其主要作用是什么？ 6. 物联网框架主要由哪些层次构成？ 7. 物联网的关键技术主要有哪些？ 8. 物联网主要应用在哪些领域？试举出几个应用场景。 9. 能否举出一些你身边物联网应用的例子？这些例子都应用了物联 网哪些技术？
1.2.2 物联网基本结构
1.2.3物联网层次框架
1.3 物联网关键技术及其应用进展
1.3.1 物联网关键技术 1.3.2 物联网应用
1.3.1 物联网关键技术
物联网的技术基础
（1）RFID （2）EPC （3）短距离通信技术 （4）互联网
物联网的关键技术
（1）RFID与EPC技术 （2）感知控制技术 （3）无线网络技术 （4）中间件技术 （5）智能处理技术
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• 密码学是研究信息安全所必需的一个重要的工具与方 法，但是物联网安全研究所涉及的问题要比密码学应 用广泛得多
入侵检测系统的主要功能： • 监控、分析用户和系统的行为 • 检查系统的配置和漏洞 • 评估重要的系统和数据文件的完整性 • 对异常行为的统计分析，识别攻击类型，
并向网络管理人员报警 • 对操作系统进行审计、跟踪管理，识别
违反授权的用户活动
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安全审计的基本概念 • 安全审计是对用户使用网络和计算机所有活动
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网络攻击取证的基本概念 • 网络攻击取证在网络安全中属于主动防御技术，
它是应用计算机辨析方法，对计算机犯罪的行 为进行分析，以确定罪犯与犯罪的电子证据， 并以此为重要依据提起诉讼 • 针对网络入侵与犯罪，计算机取证技术是一个 对受侵犯的计算机与网络设备与系统进行扫描 与破解，对入侵的过程进行重构，完成有法律 效力的电子证据的获取、保存、分析、出示的 全过程，是保护网络系统的重要的技术手段
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《物联网工程导论》
吴功宜 吴英 编著
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第9章 物联网信息安全技术
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第
物联网信息安全基本概念
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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
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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 • Байду номын сангаас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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• 中间人攻击
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9.3.3 基于RFID的位置服务与隐私保护 • 隐私的内涵很广泛，通常包括个人信息、身体、
财产，但是不同的民族、不同的宗教信仰、不 同文化的人对隐私都有不同的理解，但是尊重 个人隐私已经成为社会的共识与共同的需要
• 除了RFID之外，各种传感器、摄像探头、手 机定位功能的不正当使用，都有可能造成个人 信息的泄漏、篡改和滥用
物联网信息安全问题的特点：
• 由于物联网应用系统涉及小到每一个家庭，大 到一个国家的电网、金融业，甚至可以成为国 与国之间军事对抗的工具
• 物联网覆盖了从信息感知、通信、计算到控制 的闭环过程，这种影响的广度与深度是互联网 所没有的
• 互联网中的信息安全问题大多都会在物联网中 出现，但是物联网在信息安全中有其独特的问 题，如隐私保护问题
记录分析、审查和发现问题的重要的手段 • 安全审计对于系统安全状态的评价，分析攻击
源、攻击类型与攻击危害，收集网络犯罪证据 是至关重要的技术 • 安全审计研究的内容主要有：物联网网络设备 及防火墙日志审计、操作系统日志审计 • 物联网应用系统对数据的安全性要求高，因此 如何提高安全审计能力是物联网信息安全研究 的一个重大课题
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9.2.4 密码学及其在物联网应用的研究 • 数据加密/解密的过程示意图
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• 对称密码体系与非对称密码体系
发送端
密文
接收端
加密算法E
解密算法D
明文
密钥
发送端 加密算法E
相同的密钥 (a)对称加密
密文
密钥
接收端 解密算法D
明文
• 作为共性技术，互联网信息安全的研究 方法与成果可以成为物联网信息安全技 术研究的基础
• 物联网信息安全可以划分为：感知层安 全、网络层安全、应用层安全
• 隐私保护是物联网必须面对的重大问题
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9.1.3 物联网信息安全与密码学的关系
• 密码学在网络安全中有很多重要的应用，物联网在用 户身份认证、敏感数据传输的加密上都会使用到密码 技术
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物联网防病毒技术研究 • 物联网研究人员经常在嵌入式操作系统
Android，以及iPhone、iPad等智能手机、 PDA与平板电脑平台上开发物联网移动 终端软件 • 需要注意的一个动向是：目前针对 Android与iPhone、iPad的病毒越来越多， 已经成为病毒攻击新的重点 • 物联网防病毒技术的研究也就显得越来 越重要了
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• 物联网应用系统的运行应该达到“电信级” 与“准电信级” 运营的要求，涉及金融、 电信、社保、医疗与电网的网络与数据 的安全，已经成为影响社会稳定的重要 因素
• 物联网系统的安全性，以及对于突发事 件的应对能力、业务持续性规划是物联 网设计中必须高度重视的问题
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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9.1.4 物联网安全与国家信息安全战略的关系
• 物联网在互联网的基础上进 一步发展了人与物、物与物 之间的交互
• 物联网的安全对国家安全会 产生深刻的影响
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9.2 物联网信息安全技术研究 9.2.1 信息安全需求
•可用性 •机密性 •完整性 •不可否认性 •可控性
• 对于隐私的保护手段是当前物联网信息安全研 究的一个热点问题
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保护个人隐私： • 法律法规约束 • 隐私方针 • 身份匿名 • 数据混淆
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明文
公钥
密钥对 产生器
私钥
明文
(b)非对称加密
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9.2.5 网络安全协议研究 • SET结构示意图
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9.3 RFID安全与隐私保护研究 9.3.1 RFID标签的安全缺陷
• RFID标签自身访问的安全性 问题
• 通信信道的安全性问题 • RFID读写器的安全问题
密码学在物联网 安全中的应用
物联网隐私保护技术研究
对RFID应用系统的 攻击方法研究
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基于RFID的位置服务 与隐私保护
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9.1 物联网信息安全中的四个重要关系问题 9.1.1 物联网信息安全与现实社会的关系
• 网络虚拟世界与现实物理世界的关系
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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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物联网中可能存在的攻击手段： • 欺骗类攻击 • 拒绝服务攻击与分布式拒绝服务攻
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业务持续性规划技术 • 由于网络基础设施的中断所导致公司业务流程的非计
划性中断 • 造成业务流程的非计划性中断的原因除了洪水、飓风
与地震之类的自然灾害、恐怖活动之外，还有网络攻 击、病毒与内部人员的破坏，以及其他不可抗拒的因 素 • 突发事件的出现，其结果是造成网络与信息系统、硬 件与软件的损坏，以及密钥系统与数据的丢失，关键 业务流程的非计划性中断 • 针对各种可能发生的情况，必须针对可能出现的突发 事件，提前做好预防突发事件出现造成重大后果的预 案，控制突发事件对关键业务流程所造成的影响
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9.2.2 物联网 信息安全 技术内容 与分类
物联网信息安全 研究的内容
物联网安全 体系结构
网络安全 防护技术
密码学及其在 物联网中的应用
网络安全协议
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网络安全威胁 网络安全模型 网络安全评价标准
防火墙技术 入侵检测技术 安全审计技术 网络攻击取证技术
防病毒技术 业务持续性规划技术
• 物联网会遇到比互联网更加严峻的信息安全的 威胁、考验与挑战
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解决物联网信息安全问题
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9.1.2 物联网信息安全与互联网信息安全的关系
• 互联网所能够遇到的信息安全问题，在 物联网大多都会存在，可能只是表现形 式和被关注的程度有所不同