物聯網課程筆記

zhaot1993發表於2024-04-14
物聯網通用四層結構
感知控制層
資料傳輸層
資料的動態組織與管理層
應用決策層

1、“三網融合”又叫“三網合一”(即FDDX),意指電信網、有線電視網和計算機通訊網的相互滲透、互相相容、並逐步整合成為全世界統一的資訊通訊網路。
2、EPC (Electronic Product Code ) 電子產品編碼,每一個產品提供唯一的電子識別符號,透過射頻識別技術實現資料的自動標識和採集
3、資訊物理系統(CPS,Cyber-Physical Systems)是一個綜合計算、網路和物理環境的多維複雜系統,透過3C (Computation、Communication、Control)技術的有機融合與深度協作,實現大型工程系統的實時感知、動態控制和資訊服務。CPS實現計算、通訊與物理系統的一體化設計
4、M2M,廣義上包括Machine-to-Machine、Man-to Machine以及Machine-to-Man。它是指是人與各種遠端裝置之間的無線資料通訊。狹義上的M2M是Machine-to-Machine的簡稱,指一方或雙方是機器且機器透過程式控制,能自動完成整個通訊過程的通訊形
5、自動控制是指在沒有人直接參與的情況下,利用外加的裝置或裝置(稱控制裝置或控制器),使機器、裝置或生產過程(統稱被控物件)的某個工作狀態或引數(即被控量)自動地按照預定的程式執行。
6、反饋——把取出輸出量送回到輸入端,並與輸入訊號相比較產生偏差訊號的過程,稱為反饋。分為負反饋和正反饋。
反饋控制——就是採用負反饋並利用偏差進行控制的過程,而且,由於引入了被控量的反饋資訊,整個控制過程成為閉合過程,因此反饋控制也稱閉環控制

7、感測器的靜態特性是指被測量的值處於穩定狀態時的輸出/輸入關係。衡量靜態特性的重要指標是線性度、靈敏度、遲滯和重複性等。
感測器的動態特性往往可以從時域和頻域兩個方面採用瞬態響應法和頻率響應法來分析
8、感測器的通用原理
 由於從物理變數獲得的訊號通常是模擬形式的,所以傳統的感測器包括兩種型別的處理技術,即模擬訊號處理技術和數字訊號處理技術。
 感測器的輸出訊號往往很微弱,或波形不適當,或訊號形式不適合,不能直接用於工業系統的狀態顯示和控制。
 訊號調理電路:對感測器的輸出訊號施行一定預處理的裝置,使訊號適於顯示或控制。主要技術:電子技術——運算放大器
9、感測器測量範圍的上限值與下限值之差稱為量程(span)
10、輸出量與輸入量之間的實際關係曲線偏離直線的程度稱為線性度。
11、對於線性感測器,其靈敏度就是它的靜態特性的斜率
12、感測器在正(輸入量增大)反(輸入量減小)行程中輸出輸入曲線不重合稱為遲滯。遲滯差值:正反行程的差值。

13、感測器的分類
按被測物理量分類:
    機械量:長度,厚度,位移,速度,重量,風速,流量,力等;
    聲:聲壓;
    磁
    溫度
    光
按感測器的工作原理分類:
    物性型感測器,利用某些功能材料本身所具有的內在特性及效應把被測量直接轉換為電量的感測器。如:各種壓電晶體感測器
    結構型感測器,是以結構(如形狀、尺寸)為基礎,利用某些物理規律實現把被測量轉換為電量。如:電容式感測器
    化學型感測器,是利用化學反應的原理,把無機和有機化學物質的成分、濃度等轉換為電訊號的感測器。如:氣體感測器。
    生物感測器,是一種對生物物質敏感並將其濃度轉換為電訊號進行檢測的儀器。如:各種酶感測器
按訊號變換特徵分類:
    能量轉換型感測器,直接由被測物件輸入能量使其工作,又稱無源感測器,它不起能量轉換作用,只是將被測非電量轉換為電引數的量,如光電式、電磁感應式感測器等。
    能量控制型感測器,感測器從被測物件中獲取能量,用於控制激勵源,故又稱有源型感測器。如:電阻式、電感式等
14、電阻應變感測器是目前應用最廣泛的感測器之一。
它的原理是將電阻應變片貼上到各種彈性敏感元件上,透過電阻應變片將應變轉換為電阻變化。所謂的電阻應變就是當由金屬絲、箔、薄膜製成的電阻應變片在外界應力作用下其電阻值會發生變化。當被測物理量作用在彈性元件上,彈性元件的變形會引起敏感元件的電阻值變化,透過轉換電路轉變成電量輸出,電量值的大小反映了被測物理量的大小,應變電阻器可用來測量位移、加速度、力、力矩、等物理量
15、電感式感測器是利用線圈自感或互感係數的變化來實現非電量電測的一種裝置,能對位移、壓力、振動、應變、流量等引數進行測量。根據感知原理可分為自感式、互感式和電渦流式等
16、電容式感測器以各種型別的電容器作為敏感元件,將被測物理量的變化轉換為電容量的變化,再由轉換電路(測量電路)轉換為電壓、電流或頻率,以達到檢測的目的。常見的電容感測器的應用有電容式位移感測器、電容式指紋感測器等
17、常見的還有溫度感測器、溼敏感測器、光電式感測器、光纖感測器、CCD影像感測器、氣敏感測器、壓力感測器、加速度感測器等

18、物體標識方法
    條形碼技術bar code:
        EAN碼,歐洲物品條碼(European Article Number Bar Code);
        ISBN碼,國際標準書號 ( International Standard Book Number,ISBN );
        ISSN碼,目前主要用於工業產品、商業資料及醫院用的保健資料;
        二維條形碼,黑白相間的圖形記錄資料符號資訊(NFC最終解密後的秘鑰是靜態固定的,受加密演算法保護,儲存在手機加密晶片中,支付無需手機聯網)
            QR碼為矩陣式二維碼
        3D Barcode 又叫三維條碼,相對二維條形碼來說的,Ta能表示計算機中的所有資訊
    RFID技術:是一種非接觸式全自動識別技術,利用感應、無線電波或微波能量進行非接觸雙向通訊。關鍵裝置和核心技術包括標籤、讀寫器、天線以及RFID中介軟體四部分。標籤的工作頻率是其重要特點,還有讀寫器、天線、防碰撞技術(ALOHA防衝突演算法,採用了回退機制;二進位制數的防衝突演算法,基於二進位制樹,按照遞迴的方式將衝突的標籤集合劃分為兩個子集,直到集合中只剩下一個標籤為止)

19、定位技術
基於衛星導航的定位:利用裝置或終端上的GPS定位模組將自己的位置訊號傳送到定位後臺來實現定位
    GPS(Global Position System,全球定位系統):由空間部分、地面控制部分和使用者接收裝置三部分構成。基本原理是測量出已知位置的衛星到使用者接收機之間的距離,然後綜合多顆衛星的資料就可知道接收機的具體位置。
基於參考點的基站定位:利用基站與通訊裝置之間無線通訊和量測技術,計算兩者間的距離,並最終確定通訊裝置位置資訊(蜂窩定位中的大部分方法都是採用基站定位實現的)
    蜂窩定位技術:利用移動運營商的行動通訊網路,透過手機與多個固定位置收發信機之間的傳播訊號的特徵引數來計算出目標手機的幾何位置,同時,結合地理資訊系統(Geographic Information System,GIS),為移動使用者提供位置查詢等服務
    COO(蜂窩小區)定位是一種單基站定位,是透過手機當前連線的蜂窩基站的位置進行定位的
    TOA(Time of Arrival)定位:基於電波傳播時間(TOA)的定位是以一種三基站定位方法。該定位方法以電波的傳播時間為基礎,利用手機與三個基站之間的電波傳播時延,透過計算得出手機的位置資訊。
室內定位技術:紅外室內定位技術、超聲波定位、藍芽定位、射頻識別定位、wifi定位

20、 物聯網通訊技術
有線、無線、近距離、長距離
近距離無線:wifi、藍芽、ZigBee針對低速率無線個人區域網
長距離無線:衛星、行動通訊的蜂窩(4G、5G,微波通訊)
有線:雙絞線、光纖(由一定光纖按照一定方式組成纜心,外面包有保護層,就是光纜)
乙太網:乙太網是目前應用最普遍的區域網技術

21、物聯網資料處理
大資料、關係型資料庫、SQL、非關係型資料庫、本地檔案系統、
分散式檔案系統
    GFS(Google File System)GFS叢集由一個主伺服器(Master)和大量的塊伺服器構成,並被許多客戶(Client)訪問
    FastDFS,類似Google FS的開源輕量級分散式檔案系統
    HDFS,主從結構,將一個檔案分割成一個或多個塊,這些塊被儲存在一組資料節點中
22、雲端計算
    虛擬化,將一個或多個物理伺服器虛擬成多個邏輯上的伺服器,集中管理,能跨越物理平臺不受限制。
    儲存虛擬化就是指將儲存網路中各個分散且異構的儲存裝置按照一定的策略對映成一個統一的連續編址的邏輯儲存空間,稱為虛擬儲存池,並將虛擬儲存池的訪問介面提供給應用系統。
    網路虛擬化是讓一個物理網路能夠支援多個邏輯網路,虛擬化保留了網路設計中原有的層次結構、資料通道和所能提供的服務,使得終端使用者的體驗和獨享物理網路一樣,同時網路虛擬化技術還可以高效的利用網路資源如空間、能源、裝置容量等
23、資料預處理
    清洗
    資料整合,將這些資料來源中的資料集中存放在一個統一的資料儲存(如資料倉儲)中
    資料轉換指將一種格式的資料轉換為另外一種格式的資料,其目的就是為了使資料和將來要建立的模型擬合得更好,形成適合挖掘的形式
24、資料探勘:聚類、分類、迴歸
25、資料處理能力提升的兩種方式
    單機情況下的縱向擴充套件
    分散式並行的橫向擴充套件
        MapReduce是一種分散式並行程式設計框架
            當我們在做大規模資料處理的時候,MapReduce會把非常龐大的資料集切分成很多個小分片,然後為每一個分片單獨地啟動一個Map任務,最終透過多個Map任務,並行地在多個機器上去處理,從而實現分而治之
    物聯網並行處理Spark,基於記憶體計算的大資料平行計算框架

26、物聯網資訊保安
    感知層安全包括感知裝置物理安全和RFID安全以及感測器安全。
    物理安全機制:
        kill命令機制(是一種從物理上毀壞標籤的方法)、
        電磁遮蔽(利用電磁遮蔽原理,把RFID標籤置於由金屬薄片製成的容器中,無線電訊號將被遮蔽,從而是閱讀器無法讀取標籤資訊)
        主動干擾,能主動發出無線電干擾訊號的裝置可以使附近RFID系統的閱讀器無法正常工作,從而達到保護隱私的目的
        阻塞標籤
        可分離的標籤
    邏輯安全機制:
        雜湊鎖定:臨時ID、重加密
    感測器網路安全
    移動終端安全
    物聯網傳輸安全:密碼學

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