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第2章 物联网的技术基础;第2章 目录;2.1 物联网的构成与要素 ;2.1 物联网的构成与要素2.1.1 物联网系统组成;物联网从技术特征来看与互联网之间的关系有几点特征:;(4)未来网络技术
物联网、泛在网络、未来的互联网,他们的名字虽然不同,但表达的都是同一个愿景,那就是人类可以随时、随地、使用任何网络、联系任何人或物,达到信息自由交换的目的。物联网需要对物体具有全面感知能力,对信息具有可靠传送和智能处理能力,从而形成一个连接物体与物体的信息网络,即全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的基本特征。;2.1.2 物联网的结构1、物联网及其服务体系;表;2.1.2 物联网的结构;2.1.2 物联网的结构;2. 物联网的节点和互连类型;2. 物联网的节点和互连类型;2. 物联网的节点和互连类型;2. 物联网的节点和互连类型;2. 物联网的节点和互连类型;2. 物联网的节点和互连类型;2. 物联网的节点和互连类型;物联网的设计应该遵循一定的原则,而设计体系结构是设计物联网必不可少的环节,其原则具体包括:
(1)多样性原则,物联网体系结构必须根据物联网节点类型的不同,分成多种类型的体系结构;
(2)时空性原则,物联网体系结构必须能够满足物联网的时间、空间和能源方面的需求;
(3)互联性原则,物联网体系结构必须能够平滑地与互联网连接;
(4)安全性原则,物联网体系结构必须能够防御大范围内的网络攻击;
(5)坚固性原则,物联网体系结构必须具备坚固性和可靠性。;基于这5条基本原则,构建物联网可以分成标识物品、建立物品联网系统、建立物联网应用平台和建立物联网应用系统几个环节。
(1)构建物联网系统的第一步是标识物品,也就是标识世界上所有的物品,需要利用电子标签和传感器技术。世界上所有的物品可以简单分成人造物品和自然物品,贴上电子标签或配置传感装置,都可以改造成为CPS节点。标识物品的另外一项技术就是世界统一的物品编码技术。目前还没有针对物联网的全球物品编码技术。;(2)建立物品联网系统
在完成物品标识之后,就可以建立、验证和采集被标识物品的物联网节点,即有源CPS节点。
需要设计和实现有源CPS节点与无源CPS节点、有源CPS节点与有源CPS节点之间的无线通信机制,以及基于信息编解码技术的物品识别机制;
必须设计和实现通信信道复用机制,使得在一条信道上可以同时完成多个无源或者有源CPS节点的通信,例如同时识别100多个具有RFID标签的物品;
设计和实现通信信道上的可靠传输机制和实时传输机制,满足物联网对可靠性和实时性的要求。
前两部分可以构成物联网系统中的联网系统。;3. 设计的基本原则;(3)建立物联网应用平台
物联网应用系统建立在物联网应用平台之上。在建立有源CPS节点的联网系统之后,就需要设计和实现有源CPS节点的网络配置、用户管理、节点控制、信息采集、信息传输和信息查询等功能,建立一个基本的物联网应用平台,即面向某个具体应用领域的物联网中间件。;(4)建立物联网应用系统
在建立物联网应用中间件之后,就可以进一步设计和实现物联网应用系统,包括基本应用系统和特定应用系统。基本应用系统包括物品命名管理系统、物品身份真伪验证系统、物联网系统管理等,特定应用系统包括仓储管理系统、楼宇监控系统、环境监测系统等。;3. 设计的基本原则; 物联网应用系统需要区分应用系统的物联网端和互联网端。
应用系统物联网端部署在有源CPS节点上,可以作为应用系统的客户端(客户机/服务器),也可作为应用系统的对等端应用模式(P2P,Peer-to-Peer,对等),但是必须要求功能简捷可靠;
应用系统互联网端部署在互联网CPS节点上,可以作为应用系统的服务器端(客户机/服务器),也可以作为应用系统的P2P应用模式,但都需要提供较为强大的存储和后端处理能力,满足物联网应用需求。;3. 设计的基本原则;网络科学理论的发展、基本方法和建模要研究的问题和各要素之间的关系见下表:
;;物联网现阶段是建立在Cyber模型基础之上的,该模型具体化就是互联网,互联网是由规模巨大的节点和链接关系,以及错综复杂的边而构成的网络结构(复杂的网络)。目前有代表性的复杂网络主要是无尺度网络和小世界网络,以及一些新型的复杂网络。
无尺度度网络:在网络中的大部分节点只和很少节点连接,而有极少的节点与非常多的节点连接。这种关键的节点(称为“枢纽”或“集散节点”)的存在使得无尺度网络对意外故障有强大的承受能力,但面对协同性攻击时则显得脆弱。现实中的许多网络都带有无尺度的特性,例如因特网、金融系统网络、社会人际网络等等。;无尺度网络的例子;(2)Barabasi-Albert 模型
1999年
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