1、考試題型及分值題型及分值單項選擇題（單項選擇題（2%2%* *10=20%10=20%）填空題（填空題（1%1%* *20=20%20=20%）名詞解釋（名詞解釋（5%5%* *4=20%4=20%）簡答題（簡答題（7%7%* *4=28%4=28%）綜合題（綜合題（12%12%）考試方式考試方式閉卷閉卷時間時間110110分鐘分鐘物聯網總復習物聯網的定義是一個基于互聯網、傳統電信網等信息載體，讓所有能被獨立尋址的實現互聯互通的網絡。物聯網的三大特征 普通對象設備化 自治終端互聯化 普適服務智能化物聯網的技術體系框架（4層）信息生成信息應用信息處理信息傳輸綜合應用層管理服務層網絡構建層感知識別

2、層聯網終端規?；锫摼W時代每一件物品均具通信功能成為網絡終端，5-10年內聯網終端規模有望突破百億。感知識別普適化的感知和識別將傳統上分離的物理世界和信息世界高度融合異構設備互聯化各種異構設備利用無線通信模塊和協議自組成網，異構網絡通過“網關”互通互聯。5主要特點物聯網高效可靠組織大規模數據，與此同時，運籌學，機器學習，數據挖掘，專家系統等決策手段將廣泛應用于各行各業。以工業生產為例，物聯網技術覆蓋從原材料引進，生產調度，節能減排，倉儲物流到產品銷售，售后服務等各個環節。6主要特點（續）更廣泛的互聯互通互聯互通的對象從人延伸到物體互聯互通方式的擴展更透徹的感知通信功能使傳感器能夠協同工作更深入

3、的智能多傳感器實現“人多力量大”的智能多維感知數據實現“防患于未然”的智能大數據挖掘實現“見微知著”的智能7發展趨勢物聯網的應用前景智能物流：智能物流：現代物流系統希望利用信息生成設備，與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，并能夠在這個物聯化的物流網絡中實現智能化的物流管理。智能交通：智能交通：通過在基礎設施和交通工具當中廣泛應用信息、通訊技術來提高交通運輸系統的安全性、可管理性、運輸效能同時降低能源消耗和對地球環境的負面影響。 智能建筑：智能建筑：通過建立以節能為目標的建筑設備監控網絡，將各種設備和系統融合在一起，形成以智能處理為中心的物聯網應用系統，有效的為建筑節能減排提供有力的支撐。環境

4、監測：環境監測：通過對人類和環境有影響的各種物質的含量、排放量、以及各種環境狀態參數的檢測，跟蹤環境質量的變化，為環境管理、污染治理、防災減災等工作提供基礎信息、方法指引和質量保證。光學符號識別技術的基本概念，語音識別的流程，虹膜識別的特點，指紋的整體特征和局部特征，IC卡分類及各自的特點。條形碼的分類，一維條形碼的組成，條形碼模塊的概念；一維條形碼的基本參數及工作原理，常見的一維條形碼和二維條形碼編碼。RFID的概念，RFID系統的組成，RFID標簽的優點和特點，RFID標簽的存儲方式及分類，RFID系統的常見頻率及其優缺點。9第2章光學字符識別（Optical Character Reco

5、gnition，OCR），是模式識別（Pattern Recognition，PR）的一種技術，目的是要使計算機知道它到底看到了什么，尤其是文字資料。10光符號識別語音識別研究如何采用數字信號處理技術自動提取及決定語言信號中最基本有意義的信息，同時也包括利用音律特征等個人特征識別說話人。11語音識別虹膜識別是當前應用最方便精確的生物識別技術，虹膜的高度獨特性和穩定性是其用于身份鑒別的基礎。虹膜識別的特點：生物活性: 虹膜處在鞏膜的保護下，生物活性強。非接觸性: 從無需用戶接觸設備，對人身沒有侵犯。唯一性: 形態完全相同虹膜的可能性低于其他組織。穩定性: 虹膜定型后終身不變，一般疾病不會對虹膜組

6、織造成損傷。防偽性: 不可能在對視覺無嚴重影響的情況下用外科手術改變虹膜特征。12虹膜識別13指紋識別-總體特征紋型：三種基本紋型包括：環型、弓型和螺旋型紋數：模式區內指紋紋路的數量。模式區：指紋上包含總體特征的區域，即從模式區就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的三角點：位于從核心點開始的第一個分叉點或斷點、或者兩條紋路會聚處、孤立點、轉折點、或者指向這些奇異點。14IC卡：分類存儲器卡特點：存儲器卡功能簡單，沒有（或很少有）安全保護邏輯，但價格低廉，開發使用簡便，存儲容量增長迅猛，因此多用于某些內部信息無須保密或不允許加密（如急救卡）的場合。邏輯加密卡特點：邏輯加密卡有一定的安全保證，多用于有

7、一定安全要求的場合，如保險卡、加油卡、駕駛卡、借書卡、IC卡電話和小額電子錢包等。CPU卡特點：計算能力高，存儲容量大，應用靈活，適應性較強。安全防偽能力強。不僅可驗證卡和持卡人的合法性，且可鑒別讀寫終端，已成為一卡多用及對數據安全保密性特別敏感場合的最佳選擇，如手機SIM卡等。真正意義上的“智能卡”。15IC卡：各類卡特點條碼概念條形碼是由一組規則排列的條、空以及對應的字符組成的標記。一維條碼組成一個完整的條碼的組成次序依次為：靜區（前）、起始符、數據符、（中間分割符，主要用于EAN碼）、(校驗符)、終止符、靜區（后）。16條形碼技術17一維條形碼：典型一維條形碼制比較激光掃描儀通過一個激光

8、二極管發出一束光線，照射到一個旋轉的棱鏡或來回擺動的鏡子上，反射后的光線穿過閱讀窗照射到條碼表面，光線經過條或空的反射后返回閱讀器，由一個鏡子進行采集、聚焦，通過光電轉換器轉換成電信號，該信號將通過掃描儀或終端上的譯碼軟件進行譯碼。18一維條形碼：譯碼原理二維碼利用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的；在代碼編制上巧妙地利用構成計算機內部邏輯基礎的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息，通過圖象輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理。二維碼碼制世界上應用最多的二維條碼符號有Aztec Code

9、、PDF147、Data Matrix、QR Code、Code16K等。19條形碼技術：二維條形碼RFID技術分析RFID概念RFID是射頻識別技術（Radio Frequency Identification）的英文縮寫,利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的。RFID系統由五個組件構成，包括：傳送器、接收器、微處理器、天線、標簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起，又統稱為閱讀器(Reader)，所以工業界經常將RFID系統分為為閱讀器、天線和標簽三大組件。被動式標簽（Passive Tag）：因內部沒有電源設備又被稱為無源標

10、簽。被動式標簽內部的集成電路通過接收由閱讀器發出的電磁波進行驅動，向閱讀器發送數據。主動標簽（Active Tag）：因標簽內部攜帶電源又被稱為有源標簽。電源設備和與其相關的電路決定了主動式標簽要比被動式標簽體積大、價格昂貴。但主動標簽通信距離更遠，可達上百米。半主動標簽（Semi-active Tag）：兼有被動標簽和主動標簽的所有優點，內部攜帶電池，能夠為標簽內部計算提供電源。這種標簽可以攜帶傳感器，可用于檢測環境參數，如溫度、濕度、是否移動等。然而與主動式標簽不同的是它們的通信并不需要電池提供能量，而是像被動式標簽一樣通過閱讀器發射的電磁波獲取通信能量。21標簽分類（按供電方式）體積小且

11、形狀多樣：RFID標簽在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需要為了讀取精度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。環境適應性：紙張容易被污染而影響識別。但RFID對水、油等物質卻有極強的抗污性。另外，即使在黑暗的環境中，RFID標簽也能夠被讀取?？芍貜褪褂茫簶撕灳哂凶x寫功能，電子數據可被反復覆蓋，因此可以被回收而重復使用。穿透性強：標簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包裹的情況下也可以進行穿透性通訊。數據安全性：標簽內的數據通過循環冗余校驗的方法來保證標簽發送的數據準確性。22RFID標簽與條形碼相比的優點RFID技術分析：頻率RFID頻率頻率是RFID系統的一個很重要的參數指標，它決定了工

12、作原理、通信距離、設備成本、天線形狀和應用領域等因素。RFID典型的工作頻率有125KHz、133KHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等。按照工作頻率的不同，RFID系統集中在低頻、高頻和超高頻三個區域低頻低頻（LF）范圍為30kHz-300kHz，RFID典型低頻工作頻率有125kHz和133kHz兩個，該頻段的波長大約為2500m。低頻標簽一般都為無源標簽，其工作能量通過電感耦合的方式從閱讀器耦合線圈的輻射場中獲得，通信范圍一般小于1米。除金屬材料影響外，低頻信號一般能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。天線匝數

13、較多。 適用于近距離、低速、數據量小的場合：汽車防盜、酒店門鎖系統、自動停車場收費及管理系統等。低頻低頻RFID特點特點高頻高頻（HF）范圍為3 MHz -30 MHz，RFID典型工作頻率為13.56MHz,該頻率的波長大概為22米，通信距離一般也小于1米。該頻率的標簽不再需要線圈繞制，可以通過腐蝕活著印刷的方式制作標簽內的天線，采用電感耦合的方式從閱讀器輻射場獲取能量?？梢酝瑫r讀取多個標簽，數據傳輸率較高。典型應用：圖書管理系統、固定資產管理系統、醫藥物流系統高高頻頻RFID特點特點超高頻超高頻（UHF）范圍為300MHz-3GHz，3GHz以上為微波范圍。采用超高頻和微波的RFID系統一

14、般統稱為超高頻RFID系統，典型的工作頻率為：433MHz，860-960MHz，2.45GHz，5.8GHz，頻率波長大概在30厘米左右。超高頻標簽可以是有源標簽與無源標簽兩種，通過電磁耦合方式同閱讀器通信。通信距離一般大于1米，典型情況為4-6米，最大可超過10米。數據傳輸率高，可以在短時內讀取大量的標簽。典型應用：集裝箱管理、航空包裹管理、供應鏈管理超高超高頻頻RFID特點特點重點掌握傳感器以及無線傳感器網的基本概念無線傳感器節點的基本組成及其硬件平臺特點掌握制約傳感器性能提升的瓶頸以及相應的設計需求（低成本與微型化，低功耗，靈活性與擴展性，魯棒性）了解ETX選路指標和兩種典型的路由協議

15、。無線傳感網的特點。27第3章28無線傳感網無線傳感網（Wireless Sensor Networks，WSN）是指由一組隨機分布的集成有傳感器、數據處理單元和通信模塊的傳感器節點以自組織方式構成的無線網絡，用于實時監測網絡覆蓋區域的各類監測對象的信息。傳感器定義我國國家標準（GB7665-2005）對傳感器的定義是：“能感受被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置”。無線傳感節點的組成：電池、傳感器、微處理器、無線通信芯片；相比于傳統傳感器，無線傳感節點不僅包括傳感器部件（左上圖），還集成了微型處理器和無線通信芯片等，能夠對感知信息進行分析處理和網絡傳輸。29概述無線傳感器的“

16、三化”發展方向30概述技術發展不均衡：無線傳感網傳輸和感知兩大功能不匹配。即易感不易傳，易傳不易感。功耗的制約：無線傳感節點一般被部署在野外，不能通過有線供電。其硬件設計必須以節能為重要設計目標。價格的制約：無線傳感節點一般需要大量組網，以完成特定的功能。其硬件設計必須以廉價為重要設計目標。 體積的制約：無線傳感節點一般需要容易攜帶，易于部署。其硬件設計必須以微型化為重要設計目標。 31制約傳感器性能提升的因素？低成本與微型化低成本的節點才能被大規模部署，微型化的節點才能使部署更加容易 低功耗在硬件設計上采用低功耗芯片；軟件節能策略來實現節能 靈活性與擴展性節點的硬件設計需滿足一定的標準接口，

17、軟件的設計必須是可剪裁的。魯棒性魯棒性是實現傳感器網絡長時間部署的重要保障。 32大規模長時間部署傳感器的設計要求33組網技術 傳感器節點功能：采集、處理、控制和通信等網絡功能：兼顧節點和路由器資源受限：存儲、計算、通信、能量 Sink節點功能：連接傳感器網絡與Internet等外部網絡，實現兩種協議棧之間的通信協議轉換，發布管理節點的監測任務，轉發收集到的數據。特點：連續供電、功能強、數量少等ETXETX （Expected Transmission Count），成功傳輸每個包需要的總傳輸次數，一條路徑的ETX越小代表在這條路徑上引起的總傳輸次數最小。Link throughput 1/L

18、ink ETX34組網技術選路指標Delivery Ratio100%50%33%Throughput100%50%33%Link ETX12335組網技術選路指標的計算 從源節點到目的節點傳輸成功一個數據包（并且發送者能夠成功地收到ACK）所需要的傳輸次數為df 為從源節點到目的節點的收包率dr 從目的節點到源節點ACK的收包率36組網技術路由協議數據收集協議數據分發協議 例如：對森林、草原進行防火監測、野生動物活動情況監測、環境監測往往要布置大量的無線傳感器節點，布設范圍也往往超過一般的局域網范圍。無線傳感器網絡技術特點1網絡規模大（節點數量多）p布置大量的無線傳感器節點的優點布置大量的無

19、線傳感器節點的優點： 1提高整體監測的精確度。 2降低對單個節點的精度要求。 3大量冗余節點的存在使得系統有較強的容錯性能 與局部網的布設不同，無線傳感器節點的位置布設前不能事先確定（飛機撒布、人員隨機布設），節點之間的相互鄰居關系也不能事先確定。 要求：要求：無線傳感器節點具有自組織能力，能夠自動進行配置管理。 實現方法：實現方法：通過拓撲控制機制和網絡路由協議自動形成能夠轉發數據的多跳無線網絡系統。2自組織網絡無線傳感器網絡技術特點 無線傳感器網絡的拓撲結構經常改變。原因： 1被動改變 1）傳感器節點電能耗盡。 2）環境變化造成通信故障。 3）傳感器節點本身出現故障。 2主動改變 1）增加

20、新節點。 2）根據路由算法的優化做出的改變。3動態性網絡無線傳感器網絡技術特點1傳感器節點本身硬件結構可靠 布設時：可能通過飛機撒布、炮彈（火箭）發射、布設。 工作時：風吹、日曬、雨淋。嚴寒、酷暑。 維護性：維護十分困難（幾乎不可能）。2網絡結構可靠 自組織、動態性保證基本的信息傳輸正常。3軟件可靠 魯棒性強。4信息保密性強4可靠性強無線傳感器網絡技術特點互聯網上傳遞的信息是五花八門的，但是無線傳感器網絡傳遞的信息與所關心的物理量密切相關。不同的應用背景對無線傳感器網絡的需求不同。最終導致其硬件平臺、軟件系統甚至網絡協議都不同。所以在無線傳感器網絡中很難找到一種統一的通信協議平臺。為了實現高效

21、率，往往要針對一個具體應用來研究無線傳感器網絡技術。5應用相關性無線傳感器網絡技術特點在互聯網中終端、主機、路由器、服務器等設備都有自己的IP地址。想訪問互聯網中資源，必須先知道存放資源的服務器的IP地址。所以互聯網是一個以地址為中心的網絡。而無線傳感器網絡是任務型網絡。在WSN中，節點雖然也有編號。但是編號是否在整個WSN中統一取決于具體需要。另外節點編號與節點位置之間也沒有必然聯系。用戶使用WSN查詢事件時，將關心的事件報告給整個網絡而不是某個節點。許多時候只關心結果（數據）如何，而不關心是哪個節點發出的數據。6以數據為中心無線傳感器網絡技術特點重點掌握了解位置信息的三要素。了解GPS的系

22、統組成，定位原理，典型應用和優缺點。了解蜂窩基站定位（單基站和多基站）的方法以及優缺點。了解室內精確定位的原理和應用。了解WiFi基站定位的原理和應用。掌握基于距離的定位中距離測量的兩種方法。掌握基于距離差的定位所采用的測量方法和位置計算方法，以及與基于距離的定位相比有何優缺點。43第4章位置信息位置信息不是單純的“位置”地理位置（空間坐標）處在該位置的時刻（時間坐標）處在該位置的對象（身份信息）位置信息三要素GPS：主要優缺點優點優點精度高全球覆蓋，可用于險惡環境缺點缺點啟動時間長(3-5分鐘)室內信號差需要GPS接收機蜂窩基站定位：主要優缺點優點不需要GPS接收機，可通訊即可定位啟動速度快

23、信號穿透能力強，室內亦可接收到缺點定位精度相對較低基站需要有專門硬件，造價昂貴A-GPS（Assisted GPS）特點GPS定位和蜂窩基站定位的結合體利用基站定位確定大致范圍連接網絡查詢當前位置可見衛星大大縮短搜索衛星的時間全程數十秒利用已有設備與網絡藍牙，WiFi，ZigBee部署方便、成本低、精度有限利用專門設備與網絡紅外線、超聲波、RFID、超寬帶(UWB)等精度高、部署成本高48室內精確定位無線AP定位利用可見Wi-Fi接入點來定位在大城市中，無線AP數目多，定位非常精確在智能手機中成熟應用49WIFI基站定位常見定位技術：基于距離（時間）的定位（Time of Arrival, T

24、oA）基于距離（時間）差的定位（Time Difference of Arrival, TDoA）基于信號特征的定位（Received Signal Strength, RSS）50定位技術距離測量方法距離d = 波速v * 傳播時間t傳播時間t = 收到時刻t 發出時刻t0問題：接收端如何得知t0？51基于距離的定位(TOA)方法1：利用波速差發送端同時發送一道電磁波和聲波接收端記錄：電磁波到達時刻聲波到達時刻距離由于 遠大于 ，上式可簡化為52基于距離的定位（TOA）rtstrssrrsv vttdvvrvsvssrdvtt方法2：測量波的往返時間發送端于時刻 發送波接收端收到波后，等待時

25、間 后返回同樣的波發送端記錄收到回復的時間距離53基于距離的定位（TOA）0ttt02v tttd位置計算方法：多邊測量（也稱多點測量）平面上定位，取三個參考點以每個參考點為圓心，到該參考點的距離為半徑畫圓，目標必在圓上平面上三個圓交于一點實際中取用超過三個參考點，用最小二乘法減少誤差54基于距離的定位（TOA）ToA的局限需要參考點和測量目標時鐘同步TDoA不需要參考點和測量目標時鐘同步參考點之間仍然需要時鐘同步55基于距離差的定位（TDOA）距離差測距方法測量目標廣播信號參考點i，j分別記錄信號接收到的時刻 ，測量目標到i，j的距離差位置計算方法至少兩組數據聯立方程求解實際采用多組數據最小

26、二乘法求解每次測量結果參考點坐標到參考點的距離差構建方程：56基于距離差的定位（TDOA）dijv titjtitj,iix yxj,yjijd2222iijjijxxyyxxyyd 重點掌握舉例說明傳統智能設備和新興智能設備的應用。典型傳統智能設備：計算機、PDA新興智能設備：智能車載設備，智能數字標牌，智能醫療設備，智能家電了解并舉例說明智能設備發展的新趨勢。橫向智能化感知深入化互聯規模化57第5章重點掌握了解無線網絡按覆蓋范圍的分類和寬帶網絡的標準。重點理解802.11基站模式的架構。重點掌握CSMA/CA的機制以及802.11不采用CSMA/CD的原因。掌握RTS和CTS避免“隱藏終端

27、”問題的機制。了解802.16的架構，802.16介質訪問控制的新特點。58第6章59無線網絡的組成元素（1）公共基礎網絡無線網絡用戶手機，PDA，傳感器，可無線通信。可獲取有效信息。60無線網絡的組成元素（2）公共基礎網絡 基站將用戶與公共基礎網絡相連的設備。蜂窩塔（Cell Tower）WiFi接入點（Access Point）根據不同協議，覆蓋范圍及傳輸速率不同。61無線網絡的組成元素（3）公共基礎網絡 無線連接用戶與基站、用戶與用戶或基站與基站之間的數據傳輸通路。以無線電波、光波為載體。支持多種多樣的傳輸速率和傳輸距離。62無線網絡的組成元素（4）自組網無須基站。用戶之間通過自組織的方

28、式形成自組網（Ad-hoc Network）。地址指派、路由選擇等功能由用戶自身完成。無線網絡分類傳統寬帶網絡定義：帶寬超過1.54Mbps（T1網絡帶寬）的網絡可稱為寬帶網絡。根據無線網絡分類，無線寬帶網絡包括：無線局域網：Wi-Fi無線城域網：WiMAX無線廣域網：3G/4G無線個域網：UWB64無線網絡無線寬帶網絡信號強度衰減無線信號能量隨著傳輸距離增長而減弱。非視線傳輸若發送者與接收者之間的路徑部分被阻擋，則稱其為非視線傳輸。無線信號可能會被阻擋物吸收或迅速衰減。信號干擾相同無線頻段的信號會相互干擾，例如2.4GHz。外部環境的電磁噪聲，例如微波爐、汽車、高壓電線。多徑傳播無線信號由于

29、阻擋物的反射和折射，到達接收端的時間可能略微不同。無線寬帶網絡和有線寬帶網絡的主要區別在于數據鏈路層和物理層。65無線寬帶網絡的難點（1）無線連接的特點導致的有線信道中不存在的問題：隱藏終端（Hidden Terminal）問題A，B之間可通訊C，B之間可通訊A，C之間不可通訊A，C可能同時向B傳輸且意識不到彼此之間的干擾66無線寬帶網絡的難點（2）ABC67802.11架構介質訪問控制協議的目的：避免多個用戶同時訪問信道CSMA（Carrier Sense Multiple Access）：用戶在發送數據之前先監聽信道，信道占用則不發送數據。CA（Collision Avoidence）：沖

30、突避免，要求建立數據鏈路層確認/重傳機制以避免沖突。CD（Collision Detected）：沖突檢測。802.11采用帶沖突避免的載波監聽多路訪問協議（CSMA/CA），而以太網采用帶沖突檢測的多載波監聽多路訪問協議（CSMA/CD）。68802.11介質訪問控制協議沖突檢測（CD）需要全雙工（發送數據同時也可接受數據），硬件代價過高，無線網卡很難同時接收沖突探測幀和發送無線信號。無線信號的衰減特性和隱藏終端問題使沖突很難被偵測。69為什么802.11采用CSMA/CA，而不采用CSMA/CD？傳輸端：空閑信道若等待DIFS后信道仍空閑，開始傳輸數據。繁忙信道隨機退避若偵測到信道空閑，減

31、少退避數值當退避時間結束后開始發送若沒有收到ACK，增大退避間隔接收端：接收到數據等待SIFS后發送ACK70CSMA/CA：信道訪問機制為了避免沖突和“隱藏終端”，發送端可以請求預留信道而不是隨機訪問，通過RTS（Request to Send）和CTS（Clear to Send）實現。發送端使用CSMA/CA向接入點發送RTS接入點廣播CTS接收到CTS的用戶RTS發送者發送數據其它用戶延后其發送71RTS和CTS機制：預留信道架構與802.11基站模式類似基站以點對多點連接為用戶提供服務。這段被稱為“最后一英里”（Last Mile）?；局g或與上層網絡以點對點連接（光纖、電纜、微波

32、）相連。稱為“回程”（Backhaul）。頻段1066GHz（適合視線傳輸，作為回程連接載波）211GHz（適合非視線傳輸，用于最后一英里傳輸）72WIMAX架構重點掌握了解物聯網需要低速網絡協議的原因。對比Wi-Fi，理解各無線低速網絡協議的適用范圍、特點和典型應用場景。了解IEEE 802.15.4對物理層和鏈路層的規定，重點掌握MAC層為降低功耗采用的低功耗偵聽協議（采樣偵聽和調度）了解體域網、容遲網絡的概念、組成與特點。73第7章為什么需要低速網絡協議？物聯網背景下連接的物體，既有智能的也有非智能的。適應物聯網中那些能力較低的節點低速率低通信半徑低計算能力低能量需要對物聯網中各種各樣的

33、物體進行操作的前提就是先將他們連接起來，低速網絡協議是實現全面互聯互通的前提。紅外(Infrared Communication)藍牙(Bluetooth)通信協議IEEE 802.15.4/ZigBee協議體域網(Body Area Network) 協議容遲網絡(Delay/Disruption Tolerant Network)協議75常見無線低速網絡協議特點紅外通信采用的是875nm左右波長的光波通信，通信距離一般為1米左右。設備體積小、成本低、功耗低、不需要頻率申請等優勢缺點設備之間必須互相可見對障礙物的衍射較差76紅外（INFRARED）藍牙（Bluetooth）藍牙技術藍牙技術是

34、一種短距離低功耗傳輸協議。采用的是調頻技術（frequency-hopping spread spectrum），頻段范圍是2.402GHz-2.480GHz。通信速率一般能達到1Mbps左右，新的藍牙標準也支持超過20Mbps的速率。通信半徑從幾米到100米左右不等，常見為幾米左右。ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-180m的范圍內(室內一般不超過60米 室外一般不超過180米)。ZigBee具有如下特點：

35、低功耗: ZigBee的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低。ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間。78IEEE 802.15.4/ZIGBEE特點低成本：ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.52.5美元。ZigBee協議是免專利費的。時延短: 典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。網絡容量大: 一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備。一個區域內可以同時存在最多100個ZigB

36、ee網絡。79IEEE 802.15.4/ZIGBEE特點可靠：支持沖突避免的載波多路偵聽技術（carrier sense multiple access with collision avoidance, CSMA-CA）。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。安全: 基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查。支持鑒權和認證。采用了AES-128的加密算法。各個應用可以靈活確定其安全屬性。80IEEE 802.15.4/ZIGBEE特點IEEE 802.15.4/ZigBee協議主要包括開放系統互連（OSI）五層模型的物理層、介質訪問控制層、網

37、絡層、傳輸層，以及應用層。IEEE 802.15.4主要規定了物理層和鏈路層的規范。ZigBee主要提供了在物理層和鏈路層之上的網絡層、傳輸層和應用層規范。81IEEE 802.15.4/ZIGBEE體系結構 IEEE 802.15.4/ZigBee體系結構無線收發器件（radio transceiver）工作時通常處于三種狀態（發送，偵聽，空閑狀態），發送和偵聽狀態為工作狀態，空閑偵聽狀態浪費能量。低功率偵聽協議（LPL，low power listening）采樣偵聽鏈路層調度采樣偵聽無線收發模塊在沒有數據的時候關閉定時采樣獲取信道的信息82MAC層設計：如何降低能量消耗？假設采樣周期為T

38、，發送者在發送數據的時候如何保證接收者能夠收到？保持發送數據的時間長度不少于T的話，接收者就能夠采樣到發送者發送的數據然后接收者調整至接收狀態，正常接收數據。83MAC層設計：采樣偵聽的問題T仍然有問題：發送者每次發送最常需要持續一個采樣周期的時間，還是會帶來不必要的能量損耗。更好的方法：同步發送者和接收者達到更高效率調度84MAC層設計：采樣偵聽的問題體域網（wireless body sensor network , WBSN或BSN）是基于無線傳感器網絡（WSN）的，是人體上的或移植到人體內的生物傳感器共同形成的一個無線網絡，它不僅是一種新的普適醫療保健、疾病監控和預防的解決方案，還是物

39、聯網（Internet of things）的重要感知及組成部分。體域網也可稱為生物醫療傳感器網絡（biomedical sensor network）和無線體域傳感網（wireless body area sensor network，WBASN或BAN）。85體域網規模小，可擴展，近距離，以人體為中心的網絡傳感器節點發射功率必須足夠低；傳感器節點相對位置固定；最多通過三跳路由將采集數據傳送到匯聚節點。動態、混合型的網絡動態性：隨人體一起運動；影響無線體域網的拓撲結構的因素：身體四肢的隨機移動會導致節點之間的通信中斷；電能耗盡造成節點出現故障或失效；新節點的加入。數據業務多樣性、以數據為中心

40、的網絡采集的各種生理信息具有多樣性和相關性；多種生理數據的時間同步。86無線體域網的特點87體域網的網絡架構體域網絡架構圖容遲網絡(Delay Tolerant Network，DTN)：是指網絡中端到端的路徑通常很難建立，網絡中消息傳播具有很大延時，使得傳統因特網上基于TCP/IP的協議、無線Ad Hoc網絡中面向端到端的路由協議變的失效。特點：稀疏的網絡連接(Sparse connectivity)節點的移動性(Nodal mobility)延遲容忍(Delay tolerant)錯誤容忍(Fault tolerant)有限的存儲空間(Limited buffer)不對稱數據速率(asym

41、metric data rate)88容遲網絡（DTN）重點掌握了解我國使用的三種3G技術標準的特點以及相互之間的區別。89第8章903G發展歷程AMPSTACSNMT1G2G2.5G2.75G3GGSMTDMACDMAPHSiDENGPRSGSM/GPRSPHSiDENEDGECDMA 1xRTTW-CDMATD-SCDMACDMA 2000呼吸效應呼吸效應：在CDMA系統中，基站的實際有效覆蓋面積會隨著干擾信號的增強而縮小，反之則會增大。這種覆蓋面積隨用戶數目的增加而收縮的現象為“呼吸效應”。干擾信號同移動用戶的數目是密切相關的；導致“呼吸效應”的主要原因是CDMA系統是一個自干擾系統；C

42、DMA2000和W-CDMA屬于同頻自干擾系統，鄰近用戶間自干擾現象明顯，從而降低了實際傳輸速率。TD-SCDMATD-SCDMA解決方案：解決方案：利用低帶寬的FDMA和TDMA限制了系統的最大干擾；在單時隙中應用CDMA技術提高系統容量；利用聯合檢測和SDMA技術對客戶終端的信號跟蹤；充分利用下行信號能量，最大程度上抑制了客戶之間的干擾。TD-SCDMA系統不再是一個自干擾系統，“呼吸效應”基本被消除。TD-CDMA解決的移動通信問題（續）TD-CDMA解決的移動通信問題（續）“遠近效應遠近效應”：移動通信干擾的另一問題。手機用戶到基站的距離不斷變化；固定的通信功率不僅會造成嚴重的功率過剩

43、，且可能形成有害的電磁輻射。如何解決？如何解決？動態調控功率：手機終端依據自己到基站的通信距離動態的調整自己的傳輸功率，從而盡可能的減少過剩，且依然保證可連通性。重點掌握理解三種基本的網絡存儲體系結構（DAS，NAS，SAN）的基本概念以及各自的優缺點。理解數據中心的概念，以Google數據中心為例，了解GFS，MapReduce，BigTable等技術的基本概念和特點。了解保證性能前提下降低數據中心成本的方法（服務器成本，網絡設備成本，能源成本）。93第9章直接附加存儲（Direct-Attached Strorage，DAS）將存儲系統通過纜線直接與服務器或工作站相連94直接附加存儲 一般

44、包括多個硬盤驅動器，與主機總線適配器通過電纜或光纖 在存儲設備和主機總線適配器之間不存在其他網絡設備 實現了計算機內存儲到存儲子系統的跨越網絡附加存儲（Network Attached Storage，NAS）文件級的計算機數據存儲架構計算機連接到一個僅為其它設備提供基于文件級數據存儲服務的網絡95網絡附加存儲 NAS與DAS的區別 DAS是一種對已有服務器的簡單擴展，并沒有真正實現網絡互聯。NAS則是將網絡作為存儲實體，更容易實現文件級別的共享。NAS性能上比DAS有所增強存儲區域網絡（Storage Area Network，SAN）通過網絡方式連接存儲設備和應用服務器的存儲架構由服務器、

45、存儲設備和SAN連接設備組成SAN的特點存儲共享支持服務器從SAN直接啟動96存儲區域網絡DAS管理容易，結構簡單；集中式體系結構，不能滿足大規模數據訪問的需求；存儲資源利用率低，資源共享能力差，造成“信息孤島”。NAS網絡的存儲實體，容易實現文件級別共享；性能嚴重依賴于網絡流量，用戶數過多，讀寫過頻繁時性能受限。SAN存儲管理簡化，存儲容量利用率提高；無直接文件級別的訪問能力，但可在SAN基礎上建立文件系統。97三種網絡存儲結構的比較簡介全球共建有近40個大規模數據中心單個數據中心需要至少50兆瓦功率，約等于一個小型城市所有家庭的用電量獨特的硬件設備：定制的以太網交換機、能源系統等自行研發的

46、軟件技術：Google File System、MapReduce、BigTable等98GOOGLE數據中心服務器的實際利用效率較低分配到各服務器的應用不能完全利用某些組件對應用需求的預測比較難，無法做到按需分配為了提高系統的可靠性，一般都留有冗余設備提高服務器利用率的關鍵在于及時應對需求的動態變化99服務器成本研究熱點：如何在保證服務質量的前提下降低成本？主要來源交換機、路由器、負載均衡設備傳統的數據中心使用樹形結構，核心交換機和路由器構成流量瓶頸，且造價昂貴研究熱點：新的數據中心網絡結構以交換機為中心的多層樹形結構：例如Fat-Tree以服務器為中心的互聯結構：例如DCell100網絡設

47、備成本研究熱點降低服務器工作能耗降低同等性能設備能耗提高同等能耗設備性能可調整負載的服務器減少降溫系統能耗精細、精準的溫度控制集裝箱式模塊化數據中心101能源成本重點掌握掌握關系、屬性、域、元組、度、基數、模式的基本概念。能根據要求寫出相應的關系代數查詢表達式。掌握關系數據庫的相應運算。掌握物聯網數據管理的特點（數據特點，數據查詢、存儲和融合的方法）102第10章關系數據庫是一組具有不同名稱的關系的集合。 103關系數據庫模型關系（Relation）關系即數據庫中的表關系表僅是數據邏輯上的組織形式，物理上可以用B+樹等數據結構進行索引可以直觀表達真實世界的物理量屬性（Attribute）關系表

48、的每一列稱為一個屬性，描述了數據某一方面的信息表的每一列包含且僅包含一個屬性的值屬性的值可以有多種整數、實數、日期時間等多種類型域（Domain）域是一組具有相同數據類型的值的集合 表中的任何屬性都必須定義在域上 元組（Tuple）關系表中的每一行都叫做一個元組元組是關系的基本組成元素 在關系中，元組排列的順序并不重要 度（Degree）：關系表包含的屬性數目叫做度 基數（Cardinality）：關系表包含的元組數目叫做基數 104關系數據庫模型模式（Schema）關系的名稱及其所含屬性的集合統稱為模式 用“關系名稱（屬性1，屬性2，屬性3，）”的方法來表示模式屬性在模式中的排列順序是無序的

49、105關系數據庫模型關系代數的操作符主要分四類傳統的集合運算符專門的關系運算符比較運算符邏輯運算符 106關系數據庫交（）關系R與關系S的交由既屬于R又屬于S的元組組成，即RS=t|tRtS 差（）關系R與關系S的差由屬于R但不屬于S的元組組成，即R-S=t|tRt S。并（）關系R與關系S的并由屬于R或屬于S的元組組成，即RS=t|tRtS 廣義笛卡爾積（）關系R（度為n）與關系S（度為m）的廣義笛卡爾積是一個有n+m項屬性的元組的集合，其中前n個屬性來自關系R，后m個屬性來自關系S，即RS=trts|trRtsS若R有k1 個元組，S有k2個元組，則關系R和關系S的廣義笛卡爾積有k1*k2

50、個元組107傳統的集合運算符（1）投影（）投影運算用于從已有關系R產生新關系S使得S包含R的部分列。表達式為： A1,A2, ,AnA1,A2, ,An( (R R) )， 返回的結果為僅包含R的屬性列A1,A2, An的新關系S 108專門的關系運算符（1）選擇（）選擇運算用于從已有關系R產生新關系S使得S是R中滿足條件C的元組的集合，記作 c c(R)(R)109專門的關系運算符（2）連接基于條件C將兩種關系連接起來，條件的一般形式是AB，= =，=，=， ，A是關系R中的屬性或者是一個常數，B是關系S中的屬性或者是一個常數，A和B必須是同一個定義域（相同的類型）。連接運算可分兩步完成取關

51、系R和S的笛卡爾積RS從RS選擇所有滿足條件C的元組110專門的關系運算符（3）R S C自然連接（ ）通過相等的共同屬性值將兩種關系連接起來。111專門的關系運算符（4）海量性：假設每個傳感器每分鐘內僅傳回1K數據，則1000個節點每天的數據量就達到了約1.4GB 多態性 ：類型生態監測系統：溫度、濕度、光照多媒體傳感網：視頻、音頻火災導航系統：結構化通訊數據處理復雜性不同格式和單位不同精度不同測量時間和測量條件112物聯網數據的特點（1）關聯性及語義性描述同一個實體的數據在時間上具有關聯性（同一節點上溫度隨時間變化 ）描述不同實體的數據在空間上具有關聯性（同一區域內不同節點測得的溫度值相近

52、）描述實體的不同維度之間也具有關聯性（同一節點同一時間測得的溫度與濕度值相關）113物聯網數據的特點（2）重點掌握了解網絡信息安全的一般性指標。理解主要的RFID安全隱患。了解RFID安全保護機制，重點掌握基于密碼學的安全機制。理解位置信息的定義，舉例說明保護位置信息的手段。掌握幾種保護位置隱私的手段。114第11章可靠性：三種測度標準（抗毀、生存、有效）可用性：用正常服務時間 和整體工作時間之比衡量保密性：常用的保密技術（防偵聽、防輻射、加密、物理保密）完整性：未經授權不能改變信息；與保密性的區別：保密性要求信息不被泄露給未授權的人，完整性要求信息不受各種原因破壞。不可抵賴性：參與者不能抵賴

53、已完成的操作和承諾的特性可控性：對信息傳播和內容的控制特性115網絡信息安全的一般性指標 首先，RFID標簽和后端系統之間的通信是非接觸和無線的，使它們很易受到竊聽; 其次，標簽本身的計算能力和可編程性，直接受到成本要求的限制。更準確地說，標簽越便宜，則其計算能力越弱，而更難以實現對安全威脅的防護。標簽中數據的脆弱性 標簽和閱讀器之間的通信脆弱性 閱讀器中的數據的脆弱性 后端系統的脆弱性 RFID的安全問題 竊聽(eavesdropping)標簽和閱讀器之間通過無線射頻通信攻擊者可以在設定通信距離外偷聽信息中間人攻擊(man-in-the-middle attack, MITM)對reader(tag)偽裝成tag(reader)，傳遞、截取或修改通信消息“扒手”系統117主要安全隱患（1）欺騙、重放、克隆欺騙(spoofing)：基于已掌握的標簽數據發