第一章 物聯網概論

1.1物聯網發展的社會背景

? ? 1、物聯網概念的提出：2005年ITU（國際電信聯盟）發布互聯網研究報告《The Internet of Thing》

? ? 2、2009年，IBM提出“智慧地球”（智慧地球=互聯網+物聯網），即將大量傳感器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路等各種物體中，并通過超級計算機和云計算組成物聯網，實現“人-機-物”的深度融合。

? ? 3、歐洲互聯網發展四個階段預測：

? ? ? ? 第一階段（2010年前）：基于RFID技術開展局部的應用（低功耗、低成本）

? ? ? ? 第二階段（2010-2015）：利用傳感網和RFID標簽實現物物廣泛互聯，制定特定產業的技術標準并完成部分網絡的融合

? ? ? ? 第三階段（2015-2020）：具可執行指令的RFID標簽廣泛應用，物體進入半智能化，異構網絡互聯標準制定完成

? ? ? ? 第四階段（2020年之后）：物體具有完全的智能響應能力，達到人、物、服務與網絡的深度融合

1.2物聯網發展的技術背景

? ? 1、人類需求

? ? ? ? 規律：1/N（分時操作系統）→ N=1（個人計算機）→ N>1（局域網）→ N~∞（互聯網）

? ? 2、技術本身演變（互聯網的發展）

? ? ? ? 1993年，美國發布國家信息基礎設施（NII）建設計劃，“信息高速公路”。1995年GIIC成立，全球信息化趨勢不可逆轉。

? ? ? ? TCP/IP協議的研究與設計的成功，促進互聯網的快速發展；互聯網的大規模應用帶來大批用戶接入的需求，推動寬帶城域網發展；基于web的電子商務、電子政務、移動互聯網的應用，使得互聯網的應用超速發展；無線局域網、無線城域網與無線自組網、無線傳感器網絡與無線個人區域網為物聯網奠基。

? ? 3、科學角度

? ? ? ? “普適計算”和”信息物理系統（CPS）“

? ? ? ? 普適：使計算機更廣泛、自然地“嵌入”和“融合”到人們的生活和工作中，讓人們不假思索的使用它們。

? ? ? ? CPS：一個綜合計算、網絡與物理世界的復雜系統，通過計算機技術、通信技術與智能技術的寫作，實現信息世界和物理世界的緊密融合。

1.3物聯網的定義與主要技術特征

• 定義：物聯網是按照約定的協議，將具有“感知、通信、計算”功能的只能物體、系統、信息資源互聯起來，實現對物理世界“泛在感知、可靠傳輸、指揮處理”的智能服務系統。
• 物聯網在互聯網基礎上發展起來，但不是互聯網概念、技術與應用的簡單擴展。
• 技術特征

? ? ? ? 1、物聯網的智能物體具有感知、通信與計算能力

? ? ? ? 2、物聯網可以提供所有對象在任何時間、任何地點的互聯

? ? ? ? 3、物聯網的目標是實現物理世界與信息世界的融合

• 物聯網和互聯網

1.4物聯網體系結構

1.5物聯網的關鍵技術與產業發展

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第二章 RFID與物聯網應用

2.1自動識別技術

????????條形碼 → 磁卡 → IC卡（集成電路卡） → RFID標簽

? ? 1、 條碼技術：一維條碼、堆疊線性條碼、二維條碼

• 二維碼的特點：信息容量大、應用范圍廣、容錯能力強、糾錯能力強、保密性好、成本低
• 二維條碼的分類：線性堆疊二維碼、矩陣式二維碼、郵政碼

（條碼閱讀器掃描條碼時必須滿足“可視”和“清晰”兩個要求，從而催生出RFID標簽）

? ? 2、磁卡：利用磁性載體記錄字符與數字信息

? ? 3、IC卡：利用集成電路芯片記錄

2.2RFID標簽與EPC編碼體系

1、RFID標簽

（1）基本概念：RFID是利用無線射頻信號空間耦合的方式，表現無接觸的標簽信息自動傳輸與識別技術。RFID標簽又稱為電子標簽（tag）或射頻標簽。

（2）特點：

• RFID芯片存儲數據量大
• RFID讀寫器與RFID標簽數據的距離可以達上百米
• RFID標簽可以貼的地方更自由
• RFID讀寫器通過無線方式讀取RFID標簽數據（無接觸）
• 讀寫器讀取數據可以在多種環境中完成
• RFID標簽數據的讀寫過程是通過無線通信方式自動完成。

2、RFID基本工作原理

• 1、被動式RFID標簽，無源標簽
• 2、主動式RFID標簽，有源標簽
• 3、半主動式，有電池，兼具上邊兩種的有點（其中，與讀寫器通信不使用電源，驅動傳感器和芯片是有源的）

3、分類

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????????微波段RFID標簽典型應用——不停車電子收費系統ETC

4、EPCglobal RFID標準

• 為每一個產品，而不是一類產品分配一個唯一的EPC產品編碼
• EPC編碼能夠存儲在RFID標簽的芯片中
• 通過無線通信技術，RFID讀寫器可以通過非接觸方式自動讀取EPC編碼
• 通過連接在互聯網的服務器，可以完成對EPC編碼對應物品詳細信息的查詢

5、EPC編碼結構

????????版本號（EPC版本）+域名管理 （生產廠商）+對象分類 （產品類型）+序列號

2.3RFID標簽讀寫器

? ? ? ? RFID標簽與標簽讀寫器式構成RFID應用系統的核心不見。讀寫器的功能包括：

• 對固定或啟動RFID標簽進行識別與讀寫，發現讀寫過程中出現的錯誤
• 將讀取的RFID存儲的數據傳送到計算機，將計算機寫入的數據或指令發送到RFID

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第三章 傳感器與傳感網技術

3.1傳感器的概念

????????傳感器(sensor）是由敏感無件和轉換元件組成的一種檢測裝置，能感受到被測量，并能將檢測和感受到的信息，按一定規律變換成為電信號（電壓、電流、頻率或相位）輸出，以滿足感知信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制的要求。

? ? ? ? 傳感器有很多種類，根據傳感器工作原理分可分為物理、化學傳感器，生物傳感器屬于一種特殊的化學傳感器。生物傳感器由生物敏感元件和信號傳導器組成，生物敏感元件可以是生物體、組織、細胞、酶等，他利用不同生物原件對光強、熱量、聲強度、壓力不同的感應特性。

? ? ? ? ?納米傳感器的特點：靈敏度高、體積小、響應時間快、多功能、低功耗。

3.2智能傳感器與無線傳感器

1、智能傳感器特點：①自學習、自診斷與自補償能力②復合感知能力③靈活的通信能力

2、MEMS與NEMS技術對智能傳感器發展的影響

微機電系統MEMS：是指集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，以及接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。MEMS?為傳感器微型化、智能化與網絡化的實現提供了技術支持，也為智能傳感器應用與產業發展拓展了新的空間。

納機電系統NEMS：是繼MEMS?之后，在系統特征尺寸和效應上具有納米特征的超小型機電一體化的器件與系統。

3、無線傳感器

3.3無線傳感器網絡

1、特點：網絡規模、自組織網絡、拓撲結構的動態變化、以數據為中心

2、無線分組網 → 無線自組網 →?無線傳感器網絡

3、Ad hoc網絡的特點

• 自主與獨立組網
• 無中心
• 多跳路由
• 動態拓撲
• 無線傳輸的局限與節點能量的限制
• 網絡生存時間的限制

第四章 物聯網智能硬件與嵌入式系統

4.1嵌入式系統概述

1、發展過程

第一階段：以可編程序控制系統為校心的研宄階段（無OS，只能通過匯編對系統進行控制）

第二階段：以嵌入式中央處理器CPU為基礎、簡單操作系統為核心的階段（出現CPU）

第三階段：以嵌入式操作系統為標志的階段（出現微控制器，EOS）

第四階段：基于網絡標作的嵌入式系統發展階段（高度模塊化和擴展性）

2、嵌入式系統的特點

????????是一種專用的計算機系統，研發人員需要根據應用的具體需求，剪裁計算機的軟硬件，以完全嵌入到受控器件的內部。其必要組件 ：處理器、存儲器、I/O

4.2物聯網智能硬件

1、人工智能

四個分支（智能感知 行動? 學習? 推理）

2、人機交互

人機交互技術：虛擬交互技術（虛擬鍵盤）、人臉識別技術、虛擬現實與增強現實技術

人機交互基本方式（文字 語音 視覺）

4.3可穿戴計算及其在物聯網中的應用

????????可穿戴計算是實現人機之間自然、方便與智能地交互的重要方法之一，也是接入移動互聯網的主要入口。

4.4智能機器人及其在物聯網中的應用

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第五章 物聯網通信與網絡技術

5.1計算機網絡技術的研究與發展

????????網絡拓撲早期有兩種方案：集中式和分布式，集中式拓撲結構可靠性差的缺點不可避免，而分布式具有高容錯特性，針對分布式網絡提出了分組交換技術。分組交換技術核心概念有存儲轉發、分組和路由選擇。

? ? ? ? ”三網融合“：計算機網絡、電信通信網絡與電視通信網。

（這部分主要是計算機網絡的知識）

5.2移動通信網技術的研究與發展

1、蜂窩系統的基本概念

（1）大區制

• 適合于廣播式單項通信的需求，離無線信號塔越遠，所需要發射的信號功率越大，這很難實現
• 手機發射信號功率大帶來其本身體積、價格和發射功率增大而對人體的電磁波輻射影響增大
• 城市建筑物、地下車庫或一些金屬物會阻擋無線信號

（2）小區制

• 小區制將整個區域劃分成若干小區，在每個小區中設立一個基站，用戶手機與基站通過無線鏈路建立連接，實現雙向通信
• 每個小區設立一個（或幾個）基站
• 區群中各個小區基站之間可通過光纜、電纜或微波鏈路與移動交換中心連接。移動交換中心通過觀瀾與市話交換網絡連接，從而構成一個完整的蜂窩移動通信網絡系統。

2、移動通信技術與標準的發展

• 1G：用戶的語音信息以模擬信號方式傳輸
• 2G：采用GSM、CDMA等數字技術，使得手機能夠接入互聯網。但是2G手機只能提供通話和短信服務
• 3G：“移動+寬帶”
• 4G：與3G相比，上網速度提高了10倍

3、5G

? ? ? ??5G的用戶體驗速率在0.1-1Gbps;流量密度為每平方米為10Mbps；連接數密度為每平方公里可以支持100萬個在線設備；端-端延時可以達到1ms；在特定的移動場景中，允許用戶的最大移動速度為每小時500km；單用戶理論的峰值速率在常規情況下為10Gbps，特定場景下能夠達到20Gbps。

5.3物聯網接入技術

1、有線接入技術

????????Ehernet局域網、電話交換網與ADSL接入技術、廣播電視網與HFC接入技術、光纖接入技術、電力線接入技術。

2、無線接入技術

? ? ? ? 工業科學醫學專用頻段、WiFi接入、藍牙、ZigBee與LP-WPAN技術、基于IPv6的低速無線個人區域網標準、超寬帶通信技術、WBAN、NFC等。

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第六章 位置信息、定位技術與位置服務

6.1位置信息與位置服務

位置信息在物聯網中的作用

• 位置信息是各種物聯網應用系統能夠實現服務功能的基礎
• 位置信息涵蓋了空間、時間、與對象三要素
• 通過定位技術獲取位置信息是物聯網應用系統研究的一個重要問題
• 位置服務將成為物聯網應用中一個重要產業增值點

6.2定位系統

? ? ? ? 數字地球是以信息技術為核心，多學科交叉、融合的研究成果。核心技術包括：遙感（RS）、全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）、互聯網地圖。

1、航天遙感系統由運載平臺、成像傳感器系統與數據處理系統組成。

2、全球定位系統

? ? ? ? 全球導航衛星系統（GNSS）泛指所有的衛星導航系統，包括美國的全球定位系統（GPS）、俄羅斯的“格洛納斯”（GLONASS）衛星定位系統、歐洲的“伽利略“（Galileo）衛星定位系統，以及中國的”北斗“（BeiDou）衛星導航系統。

? ? ? ? 北斗衛星導航系統（BDS）由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成，定位精度達到10m，測速精度為0.2m/s，系統向用戶提供的時間同步精度可達10ns，用戶一次客串送40-60漢字，系統的最大用戶數是每小時540000個

? ? ? ? GPS由空間星座部分、地面監控部分和用戶設備部分組成。

? ? ? ? GPS接收機類型有：導航型接收機、測地型接收機、授時型接收機。

? ? ? ? GPS技術發展趨勢：高精度與高可靠性、安全性、服務的綜合性、多系統的兼容性。

3、地理信息系統

? ? GIS是以地理空間數據為基礎，在計算機技術的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，為智慧城市規劃和建設科學依據。

? ? GIS包括地理空間數據庫、空間信息檢索軟件、空間信息與處理軟件、空間信息顯示軟件。

? ? 地理空間數據庫是GIS核心，特點是：

• 數據的來源是多樣的
• 數據的選取是面向行業和面向應用的
• 數據是動態的
• 數據是海量的

6.3定位技術

1、移動通信定位技術

? ? ?單基站定位方法、多基站定位方法、A-GPS技術

2、基于WiFi的定位技術

3、基于RFID的定位技術

4、無線傳感器網絡定位技術

6.4位置服務（LBS）

? ? ? ? 隨著智能手機、可穿戴設備與物聯網移動終端設備應用的發展，位置服務循序地流行開來。位置服務已經成為信息服務業一種新的五福模式與經濟增長點。

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第七章 物聯網智能數據處理技術

7.1物聯網智能數據處理技術的基本概念

1、物聯網數據具有海量、多態、動態與關聯等特性。

2、物聯網中的數據、信息和知識

3、物聯網數據處理關鍵技術：數據存儲、數據融合、數據挖掘、智能決策

• 無線傳感器網絡存儲監測數據的模式有：分布式存儲和集中式存儲。
• 四個關鍵技術針對物聯網數據的四個特性。

7.2物聯網與云計算

1、云計算分類

• 基礎設施即服務IaaS，不購買服務器，僅通過互聯網租用虛擬主機、存儲空間與網絡帶寬
• 平臺即服務PaaS，在上一個的基礎上，利用操作系統、數據庫、API開發物聯網應用
• 軟件即服務SaaS，更進一步，直接在為我們定制的軟件上部署物聯網引用系統。

2、云計算主要技術特征

• 按需服務
• 資源池化
• 服務可計費
• 泛在接入
• 高可靠性
• 快速部署

3、物聯網數據中心特征：部署快捷，運行可靠，可擴展，安全，節能

7.3物聯網與大數據

1、數據挖掘是大數據分析的基礎。

?2、大數據的數據量單位

3、大數據的特性：（5V）

• 大體量Volume
• 多樣性 Variety
• 時效性 Velocity
• 準確性 Veracity
• 大價值 Value

4、物聯網成為大數據的重要來源之一，大數據為物聯網的智能化發展提供有力保障

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第八章 物聯網網絡安全

8.1網絡空間安全與網絡安全的基本概念

1、我國《國家網絡空間安全戰略》

1、我國網絡空間安全戰略的總體目標是：以總體國家安全觀為指導，貫徹落實創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，增強風險意識和危機意識，統籌國內國際兩個大局，統籌發展安全兩件大事，積極防御、有效應對，推進網絡空間和平、安全、開放、合作、有序，維護國家主權、安全、發展利益，實現建設網絡強國的戰略目標。

2、原則：

• 尊重維護網絡空間主權
• 和平利用網絡空間
• 依法治理網絡空間
• 統籌網絡安全與發展

3、網絡空間安全研究包括：應用安全、系統安全、網絡安全、網絡空間安全基礎、密碼學及其應用。

8.2OSI安全體系結構

1、基本概念

（1）網絡安全攻擊：任何危及信息系統安全的行為都視為攻擊。分為被動攻擊和主動攻擊。

? ? ? ? 被動：竊聽或監視數據傳輸

? ? ? ? 主動：截獲數據、篡改或重放數據、偽造數據

（2）網絡安全服務：開放系統的各層協議為保障系統與數據傳輸足夠的安全性所提供的服務。（X. 800），由系統提供的對網絡資源進行特殊保護的進程或通信服務（RFC2828）。

• 認證
• 訪問控制
• 數據機密性
• 數據完整性
• 防抵賴

（3）網絡安全機制

• 加密
• 數字簽名
• 訪問控制
• 數據完整性
• 認證
• 流量填充
• 路由控制
• 公證

2、網絡安全模型涉及三類對象：通信對端（發送和接受端）、網絡攻擊者以及可信的第三方。

3、用戶對網絡安全的需求：

? ? ? ? 可用性、機密性、完整性、不可否認性、可控性

8.3物聯網網絡安全研究的主要內容

1、分布式拒絕服務攻擊 DDoS

????????DDoS事在DoS（拒絕服務攻擊）攻擊的基礎上產生的，DoS就是，網絡攻擊者向服務器發出大量虛假的請求報文，并且Web服務器沒有發現這是一次攻擊，那么Web服務器將處于“忙等”狀態，最終導致Web服務器不能正常服務，甚至出現系統崩潰。典型的DoS攻擊是資源消耗型DoS攻擊。

? ? ? ? DDoS攻擊采用了一種特殊體系結構，一般包括攻擊控制層、攻擊服務器層與攻擊執行器層這三層。

2、物聯網網絡安全的新動向

• 計算機病毒已經成為攻擊物聯網的工具
• 物聯網中的工業控制系統成為新的攻擊重點
• 網絡信息搜索工具可能演變成攻擊物聯網的工具
• 僵尸物聯網正在成為網絡攻擊的新方式

3、保護個人隱私可以從4個方面入手

• 法律法規約束
• 隱私方針
• 身份匿名
• 數據混淆

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的物联网工程导论 简单整理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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