物聯網筆記

1. 物聯網概述

1.1 RFID技術

從信息傳遞的基本原理來講，射頻識別技術在低頻段基於變壓器耦合模型，在高頻段基於雷達探測目標的空間耦合模型。

1948 年哈里斯托克曼發表的《利用反射功率的通訊》奠基了射頻識別技術的理論基礎。

RFID 即射頻識別，又稱電子標籤、無線射頻識別、電子條碼等。

RFID 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它經過射頻信號自動識別目標對象並得到相關數據，識別工做無須人工干預，可識別高速運動物體並可同時識別多個標籤，可工做於各類惡劣環境，操做快捷方便。

1.2 物聯網大事紀

• 1995 年，微軟創始人比爾蓋茨在《將來之路》一書暢想微軟及科技產業將來發展趨勢。他提到了 「物聯網」 構想。
• 2005 年 11 月 17 日，在突尼斯舉行的信息社會世界峯會（WSIS）上，國際電信聯盟（ITU）發佈的《ITU互聯網報告2005：物聯網》中正式提出了物聯網的概念。
• 2008 年 11 月初，IBM 董事長彭明盛提出了智慧地球的概念。
• 2009 年 8 月 7 日，溫總理與感知中國。

1.3 物聯網定義（簡答）

物聯網的英文名稱爲 「The Internet of Things」，簡稱 「IOT」。就是「物物相連的互聯網」。

它包含了兩層含義：

1. 物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，物聯網就是互聯網的延伸和擴展。
2. 其延伸和擴展到了任何人和人、人和物、物和物之間進行的信息交換和通訊。

是經過 RFID 等信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網鏈接起來進行信息交換、信息通訊和信息處理，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。它是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡。

1.4 物聯網的特徵（簡答）

• 全面感知：它是各類感知技術的普遍應用。物聯網上部署了數量巨大、類型繁多的傳感器，每一個傳感器都是一個信息源，不一樣類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不一樣。傳感器所得到的數據具備實時性，傳感器按必定的頻率週期性地採集環境信息，不斷更新數據。
• 可靠傳遞：它是一種創建在互聯網上的泛在網絡。傳感器採集的信息經過各類有線和無線網絡與互聯網融合，並經過互聯網將信息實時而準確地傳遞出去。在物聯網上的傳感器定時採集的信息須要經過網絡傳輸，因爲其數量極其龐大，造成了海量信息，所以在傳輸過程當中，爲了保障數據的正確性和及時性，必須適應各類異構網絡和協議。
• 智能處理：物聯網不只僅提供了傳感器的鏈接，其自己也具備智能處理的能力，可以對物體實施智能控制。物聯網將傳感器和智能處理相結合，利用雲計算、模式識別等各類智能技術，擴充其應用領域。從傳感器得到的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不一樣用戶的不一樣需求，發現新的應用領域和應用模式。

1.5 物聯網與各行各業

綜合應用題 15分-需求分析/概要設計

2.物聯網體系結構

2.1 物聯網五層架構模型（簡答：每一層基本功能、作什麼）

從關鍵技術的角度來看，一個完整的物聯網系統通常來講包含如下 5 個層面的功能：信息感知層、物聯接入層、網絡傳輸層、技術支撐層、應用接口層。

1. 信息感知層：它是物聯網獲取信息的來源，其主要功能是識別物體、採集信息。該層的主要任務是將現實世界的各類物體的信息經過各類手段實時並自動地轉化爲虛擬世界可處理的數字化信息或數據。
2. 物聯接入層：主要任務是將信息感知層採集到的信息，經過各類網絡技術進行彙總，將大範圍內的信息整合到一塊兒，以供處理。
3. 網絡傳輸層：基本功能是利用互聯網、移動通訊網、傳感器網絡及其融合技術等，將感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳輸。
4. 技術支撐層：主要任務是開展物聯網基礎信息運營與管理，是網絡基礎設施與架構地主體。用於支撐跨行業、跨應用、跨系統之間地信息協同、共享、互通地功能。
5. 應用接口層：應用接口是物聯網和用戶地接口，它與行業需求結合，實現物聯網地智能應用。應用接口層主要完成服務發現和服務呈現地工做。

2.2 物聯網、傳感網與泛在網的關係（簡答）

2.3 國外物聯網標準機構

• ETSI（歐洲電信標準協會）
• ITU-T（國際電信聯盟）
• ISO/IEC（國際標準化組織/國際電工技術委員會）

2.4 工做組802.15的五個任務組

• 802.15.1，即藍牙無線通訊。中等速率，近距離，適用於手機、PDA等設備的短距離通訊。
• 802.15.2，研究802.5.1與802.11的共存。
• 802.15.3，研究UWB標準。高速率、近距離、適用於個域網中多媒體方面的應用。
• 802.15.4，研究低速無線我的局域網。低能量消耗、低速率傳輸、低成本。（三低）
• 802.15.5，研究無線我的局域網的無線網狀網（Mesh）組網。

2.5 IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 主要研究

• 超幀結構、數據傳輸模型、MAC 層幀結構、數據可靠傳輸機制、低功耗策略和數據的安全服務等。

IEEE 802.15.4 標準共27個信道：2450MHz 16 個，915MHz 10個，868MHz 1個。

支持 250Kb/s、40Kb/s、20Kb/s 3種速率。

支持星狀網絡結構和點對點等網絡結構。

分配 16 位短地址或16 位擴展地址。

支持時隙保證機制，經過預留保證時隙提供無競爭媒體訪問，或實現 CSMA/CA 以免競爭，確認握手保證傳輸的可靠性；低功耗，能夠能量檢測，有鏈路質量指標。

2.6 ZigBee 標準

• ZigBee 協議架構包括 IEEE 802.15.4 和 ZigBee 聯盟。
• ZigBee 聯盟主要研究網絡層、應用層和安全服務規範。

3. 信息感知層

3.1 自動識別技術（選擇）

經常使用的自動識別技術有生物識別技術、磁卡（條）識別技術、IC 卡技術、圖像識別技術、光學字符識別（OCR）技術、

自動識別系統根據識別對象的特徵能夠分爲兩大類，分別是數據採集技術和特徵提取技術。

3.2 生物識別技術（選擇）

生物識別技術是指利用能夠測量的人體生物學或行爲學特徵來識別、覈實我的身份的一種自動識別技術。

生物識別大體可分爲：虹膜識別技術、視網膜識別、簽名識別、面部識別、指紋識別、聲音識別技術。

各類識別技術的特徵：

3.3 圖像識別技術

3.4 光學字符識別技術（OCR）

3.5 條碼技術(重點)

• 什麼是條形碼
  • 條形碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按照必定的編碼規則排序，用以表達一組信息的圖形標識符。常見的條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡稱條）和白條（簡稱空）排成的平行線圖案。條碼技術的應用解決了數據錄入和數據採集的瓶頸問題。
• 發展歷史
  • 1973 年美國統一代碼協會（UCC）創建了UPC條碼系統，實現了該碼制的標準化。
  • 歐洲共同體制定了歐洲物品編碼 EAN-13 和 EAN-8 碼，正式造成了歐洲物品編碼協會EAN。
• 條碼的分類
  • 碼制不一樣
    • UPC碼
    • EAN碼
    • 交叉25碼
    • 39碼
    • 庫德巴碼
    • 128碼
    • 93碼
    • 49碼
  • 維數不一樣
    • 一維條碼
      • 定義：僅在一維集合空間表示信息的條形碼爲一維條形碼，其碼的高度不表示信息，一維條形碼對物品的標識只給出物品的識別信息。
      • 經常使用碼制：EAN, UPC, 39 碼, 交叉 29 碼和 EAN128 碼。
    • 二維條碼
      • 定義：在一維條形碼的基礎上發展而來的信息存儲和解讀技術。除具備一維條形碼的優勢外，還具備信息容量大，可靠性高、保密防僞性強、易於製做、成本低等優勢。被稱爲「便攜式數據文件」。
      • 矩陣代碼和點代碼構成。
      • 包含重疊的或多行條碼符號，數據以成串的數據行顯示。
      • 世界上應用最多的二維條碼符號有 PDF41七、Maxicode、QR Xode、Code 4九、Code One等。
• 條形碼識別原理
  • 條形碼的識讀系統構成
    • 掃描系統：光學系統及探測器即光電轉換器件組成，它完成對條碼符號的光學掃描，並經過光電探測器將條碼條空圖案的光信號轉換爲電信號。
    • 信號整形系統：由信號放大、濾波、波形整形組成，功能在於將條碼的光電掃描信號處理成爲標準電位的矩形波信號，其高低電平的寬度和條碼符號的條空尺寸相對應。
    • 譯碼部分：通常由嵌入式微處理器組成，功能是對條碼的矩形波信號進行譯碼，羣毆結果經過接口電路輸出到條碼應用系統中的數據終端。
• 條形碼的結構：靜區、起始字符、數據字符、校驗字符、終止字符、靜區
• 條碼掃描器有哪些
  • 光筆、CCD 條碼掃描器、激光手持式掃描器、全角度掃描器/條碼掃描槍、條碼數據採集器、便攜式數據採集器
• 條形碼的編碼規則
  • 寬度調節法：條形碼符號由寬窄的條單元和空單元以及字符符號間隔組成，寬的條單元和空單元邏輯上表示1，窄的表示0。Code-11碼、Code-B碼、Code 39碼、2/5Code碼採用寬度調節編碼法。
  • 色度調節法：利用條和空的反差。條邏輯表示1，空邏輯表示0。ENA、UPC碼採用8種編碼元素。
• 條形碼的製做
  • 商品條碼：通常由前綴部分、製造廠商代碼、商品代碼和校驗碼組成。
• 商品條碼數字的含義
  • 以條形碼 6936983800013 爲例，此條形碼分爲 4 個部分，從左到右分別爲：
  • 1~3位：共3位，對應該條碼的693是中國的國家代碼之一。
  • 4~8位：共5位，對應該條嗎的69838，表明着生產廠商代碼，由廠商申請、國家分配。
  • 9~12位：共4位，對應該條碼的0001，表明着廠內商品代碼，由廠商自行肯定。
  • 第13位：共1位，對應該條碼的3，是依據必定的算法，由前面的12位數字計算而獲得的校驗碼。

3.6 射頻識別技術（重點）

3.7 傳感器技術（重點）

• 傳感器的定義（必考）
  • 國家標準對傳感器定義：能感覺規定的被測量並按照必定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，一般由敏感元件和轉換元件組成。
  • 定義：傳感器是一種能把特定的信息（物理、化學、生物）按必定規律變換成某種可用信號輸出的器件和裝置。
  • 通俗理解：能把外界非電量信息量轉換成電量輸出的器件。
• 傳感器的組成（必考）
  • 傳感器通常由敏感元件與轉換元件兩個基本元件組成。在完成非電量到電量的變換過程當中，並不是全部的非電量參數都能依次直接變換爲電量，每每是先變換成一種易於變換成電量的非電量（如位移、應變等），而後再經過適當的方法變換成電量。因此，把可以完成預變換的器件成爲敏感元件。
    • 敏感元件：能直接感覺被測量並輸出與被測量成肯定關係的其餘物理量的元件。
    • 轉換元件：直接或不直接感覺被測量，並將敏感元件的輸出量轉換成電量後再輸出。
    • 轉換電路：將轉換元件輸出的電參量轉換成電壓、電流或頻率量的電路。
    • 輔助電源：須要電源才能工做的轉換電路與轉換元件提供正常工做電源。
• 傳感器的做用
  • 對被測信號產生敏感並能把它提取出來。
  • 在信號提取的同時能把它轉換成所須要的信號。
• MEMS 微機電系統概念
  • 微機電系統（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）專指外形輪廓尺寸在毫米級如下，構成它的機械零件和半導體元器件尺寸在微米至納米級，可對聲、光、熱、磁、壓力、運動等天然信息進行感知、識別、控制和處理的微型機電裝置。