物联网复习总结

总结一下老师说的重点（可能有遗漏）
打*为必会

第一章 物联网概述

1.重要特征*

普通对象设备化，自治终端互联化，普适服务智能化

2.物联网四层*

（1）感知识别层

信息生成
GPS，RFID，传感器

信息生成方式多样化是物联网区别于其他网络的重要特征

（2）网络构建层

信息传输
无线局域网、城域网、广域网，互联网

（3）管理服务层

信息处理
数据中心，搜索引擎，智能决策，信息安全，数据挖掘

（4）综合应用层

信息应用
智能物流，智能电网，绿色建筑，智能交通，环境监测

3.主要特点

联网终端规模化，感知识别普适化，异构设备互联化，管理调控智能化，应用服务链条化

第二章 感知识别

1.RFID

即为无线射频识别技术，又称非接触射频识别技术，通过射频信号与空间耦合，实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别的目的

2.RFID三大组件*

阅读器（传送器，接收器，微处理器）、天线、标签
原理：阅读器通过天线发送电子信号，标签接收到信号后发射内部存储的标识信息，阅读器再通过 天线接收并识别标签发回的信息，最后阅读器再将识别结果发送给主机

3.RFID标签分类

被动式标签、主动式标签、半主动式标签

4.RFID标签特点

体积小且多样、耐环境性、可重复使用、穿透性强、数据安全性

5.RFID频率*

（1）低频

30~300kHz
波长2500米，通信范围一般小于1米
传输率低，成本高
如汽车无钥匙开门，门禁，自动停车场

（2）高频

3~30MHz
波长22米，通信范围一般小于1米
如图书管理系统，服装生产线，物流系统

（3）超高频

300MHz~3GHz
波长30cm，通信范围一般大于1米，最大10米
不能通过很多材料
传输速率快
如生产线自动化，集装箱管理，航空/铁路包裹管理

补充条形码

• 一维条形码特点：
  可直接显示内容为英文、数字、简单符号；
  贮存数据不多，主要依靠计算机中的关联数据库；
  保密性能不高；
  损污后可读性差。

• 二维条形码特点：
  可直接显示英文、中文、数字、符号、图形；
  贮存数据量大，可存放1K字符，可用扫描仪直接读取内容，无需另接数据库；
  保密性高（可加密）；
  安全级别最高时，损污50%仍可读取完整信息。

第三章 无线传感网

1.传感器

• 能感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置
• 传感器为信息获取的重要手段，与通信技术、计算机技术构成了信息技术的三大支柱
• 无线传感网节点的硬件组成包括传感器、微处理器、通信芯片以及供能装置

2.传统传感器局限性

网络化、智能化程度有限

3.现代传感器发展

微型化、智能化、网络化

4.常见传感器*

可见光传感器
温度传感器
湿度传感器
压强传感器
磁传感器
加速度传感器
声音传感器
烟传感器
被动式红外传感器
合成光传感器
土壤水分传感器

5.处理器通过模拟信号和数字信号与传感器进行交互

6.CC2420*

ZigBee
工作在2.4GHz频道
基于包的通信芯片，能自动判断数据包的开始和结束
IEEE 802.15.4

7.ETX

选择具有最小传输代价的路径
路径每一段的 1/收包率 的和

8.物联网发展前景*

（1）低成本与微型化

大规模部署的前提

（2）低功耗

长时间部署的前提

（3）灵活性与扩展性

大规模部署的重要保障

（4）鲁棒性

长时间部署的重要保障
通信手段更多样（ZigBee,LoRa,NB-IoT）

第四章 系统定位

1.位置信息三大要素*

所在的地理位置（空间坐标），处在该地理位置的时间（时间坐标），处在该地理位置的对象（人或设备）（身份信息）

2.GPS三大部分*

卫星导航系统

（1）宇宙空间部分

（2）地面监控部分

（3）用户设备部分

3.GPS基本运作原理*

• 首先测得接收机与三个GPS卫星之间的距离，然后通过三点定位方式确定接收机的位置

4.GPS优缺点

• 优点
  精度高
  全球覆盖，可用于险恶环境

• 缺点
  启动时间长
  室内信号差
  需要GPS接收机

5.蜂窝基站定位

利用基站位置已知的条件，可对通讯设备进行定位

（1）单基站定位法

• COO定位

将移动设备所属基站的位置视为移动设备的位置
精度直接取决于基站覆盖的范围
基站分布疏松地区，一个基站覆盖范围半径可达数公里，误差巨大

优点：简单、快速，适用紧急情况

(2)多基站定位法

• ToA/TDoA定位法

测量无线信号传播时间
需要三个基站才能定位
稀疏地区可能只能收到两个基站的信号，不适用

• AoA定位法

测量无线信号传播方向
需要两个基站

6.蜂窝基站定位优缺点

• 优点
  不需要GPS接收机，可通讯即可定位
  启动速度快
  信号穿透能力强，室内亦可接收到

• 缺点
  定位精度相对较低
  基站需要有专门硬件，造价昂贵

7.室内精确定位*

用已知位置节点计算待求位置
室内GPS信号弱，基站定位收多方面影响效果也不好

现存大多基于RSS（利用信号强度）

包括红外线定位，超声波定位，WI-Fi定位，蓝牙定位，射频识别定位，超宽带定位，ZigBee定位

8.常见定位方法：

• 基于距离（时间）的定位（Time of Arrival, ToA）
• 基于距离（时间）差的定位（Time Difference of Arrival, TDoA）
• 基于信号特征的定位（Received Signal Strength, RSS）

9.基于距离（时间）的定位*

测量物理量，根据测量出的物理量确定目标的位置

（1）距离测量方法

利用电磁波与声波测量，假设同时发出

d=vs(ts-tr)
vs:声波的速度,ts:收到声波时刻,tr:收到电磁波时刻

或测量波的往返时间

d=v(t-t0-△t)/2

（2）位置计算方法

多点测量法
取三个参考点为圆心，目标到圆心距离为半径画圆，三圆交点即为目标位置
实际中取用超过三个参考点，最小二乘法减少误差

10. 基于距离差的定位

• ToA的局限
  需要参考点和测量目标时钟同步（同步算法！！？？）

• TDoA
  不需要参考点和测量目标时钟同步
  参考点之间仍然需要时钟同步

（1）距离测量方法

测量目标广播信号
参考点i，j分别记录信号接收到的时刻 ，
测量目标到i，j的距离差

（2）位置计算方法

至少两组数据联立方程求解
实际采用多组数据最小二乘法求解

11.基于信号特征的定位

• 基于信号强度测距的定位直接利用无线通信的射频信号定位，不需要额外设备
• 原理：信号强度随传播距离衰减
• 问题：理想公式实际难以应用
• 解决方法：将信号强度特征看做“指纹”，缺点：不能应对动态变化

12.未来挑战

• 网络异构
• 环境多变
• 信息安全与隐私保护
• 大规模应用

13.自由空间损耗

第五章 互联网与移动互联网

1.在互联网中，各种终端互联互通的通道主要由通信链路和数据交换设备组成。

2.互联网的发展历程

• 20世纪60年代到70年代：数据交换策略的演化
• 20世纪70年代到80年代：私有网络和互联技术的变革
• 20世纪80年代至今：互联网的扩张与爆炸

3.移动通信

• 第一代移动通信：模拟语音
• 第二代移动通信：数字语音
  第二代移动通信技术：数字制式
• 第三代移动通信：数字语音与数据
• 第四代移动通信：多媒体移动通信 4G
• 第五代移动通信:物联化和智能化

4.CDMA

• 利用编码技术可以区分并分离多个同时传输的信号
• 我国常用CDMA2000

还有几天才考，不急，急的不行就催更，未完待续。。。

第六章 无线接入

1.基本组成元素

• 无线网络用户
• 基站
• 无线连接

2.特点

• 信号强度衰减
  无线信号能量随着传输距离增长而减弱。
• 非视线传输
  若发送者与接收者之间的路径部分被阻挡，则称其为非视线传输。
  无线信号可能会被阻挡物吸收或迅速衰减。
• 信号干扰
  相同无线频段的信号会相互干扰，例如2.4GHz。
  外部环境的电磁噪声，例如微波炉、汽车、高压电线。
• 多径传播
  无线信号由于阻挡物的反射和折射，到达接收端的时间可能略微不同。
• 隐藏终端（Hidden Terminal）问题
  意识不到彼此之间的干扰

3.Wi-Fi（IEEE802.11）

• 基本服务组（Basic Service Set，BSS）是802.11架构中最重要的组成部分。
  基站模式
• 无线用户（笔记本电脑、PDA、台式机等）：通过与接入点相关联获取上层网络数据。
  接入点（基站）：通过有线网络设备（交换机/路由器）连入上层公共网络。“无线路由器”是接入点和路由器功能的结合体。
• 自组织模式
  无线用户：每个无线网络用户既是数据交互的终端也是数据传输过程中的路由。

4.CSMA/CA

• 带冲突避免的载波监听多路访问协议
• 用户在发送数据之前先监听信道，信道占用则不发送数据。
• RTS和CTS避免“隐藏终端”问题的机制

发送端：
使用CSMA/CA向接入点发送RTS
接入点：
广播CTS
接收到CTS的用户：
RTS发送者发送数据
其它用户延后其发送

5.不采用CSMA/CD的原因

• 冲突检测（CD）需要全双工（发送数据同时也可接受数据），硬件代价过高，无线网卡很难同时接收冲突探测帧和发送无线信号。

• 无线信号的衰减特性和隐藏终端问题使冲突很难被侦测

6.802.11三个地址域

三个地址域（地址1-3）在无线基本服务组和上层网络数据交换中起了至关重要的作用，用于802.11数据帧和以太网数据帧格式中地址域的转换。

7.蓝牙

• IEEE 802.15.1标准
• 频段范围是2.402GHz-2.480GHz
• 原本蓝牙：建立连接时间长、功耗高、安全性不高
• 4.0特点
  一个主设备最多可以同时和七个从设备通信
  通信距离也提高到100米以上，通信速率达到24Mbps，
  包含高速蓝牙、经典蓝牙和低功耗蓝牙
  低功耗，低延迟，适用于App Store模式

8.ZigBee

• IEEE 802.15.4标准
• 可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)3个频段上
• 特点：低功耗，低成本，时延短，网络容量大，可靠，安全
• 3个频段
• 采用载波侦听多路访问方式(CSMA/CA)
• MAC层设计：如何降低能量消耗？采样侦听和调度

9.不同协议对比

• 通信距离、通信带宽和通信能耗互相制约。
  

第七章 物联网与大数据

1.大数据4v特征

• 数量大（Volume）
• 种类多（Variety）
• 速度快（Velocity）
• 价值低（Value）

2.网络化存储

• 直接附加存储DAS
  管理容易，结构简单；集中式体系结构，不能满足大规模数据访问的需求；存储资源利用率低，资源共享能力差，造成“信息孤岛”。
• 网络附加存储NAS
  网络的存储实体，容易实现文件级别共享；性能严重依赖于网络流量，用户数过多，读写过频繁时性能受限。
• 存储区域网络SAN
  存储管理简化，存储容量利用率提高；无直接文件级别的访问能力，但可在SAN基础上建立文件系统。

3.数据中心

• Google File System
• MapReduce
• BigTable
• Hadoop
• HDFS

4.降低数据中心成本

• 提高服务器利用率的关键在于及时应对需求的动态变化
• 新的数据中心网络结构
• 降低服务器工作能耗
• 减少降温系统能耗

第八章 云计算

1.服务层次

• 基础设施即服务（Infrastructure as a Service, IaaS）
• 平台即服务（Platform as a Service, PaaS）
• 软件即服务（Software as a Service，SaaS）

2.虚拟化层次

第九章 物联网中的信息安全与隐私保护

1.一般性指标

• 可靠性：三种测度标准（抗毁、生存、有效）

• 可用性：用正常服务时间 和整体工作时间之比衡量

• 保密性：常用的保密技术（防侦听、防辐射、加密、物理保密）

• 完整性：未经授权不能改变信息；与保密性的区别：保密性要求信息不被泄露给未授权的人，完整性要求信息不受各种原因破坏。

• 不可抵赖性：参与者不能抵赖已完成的操作和承诺的特性

• 可控性：对信息传播和内容的控制特性

2.隐私

• 隐私权：个人信息的自我决定权 ，包含个人信息、身体、财产或者自我决定等。
• 物联网与隐私
  不当使用会侵害隐私
  恰当的技术可以保护隐私

3.RFID主要安全隐患

• 窃听
• 中间人攻击
• 欺骗、重放、克隆
• 拒绝服务攻击
• 物理破解
• 篡改信息
• RFID病毒
• 其他隐患
  电子破坏
  屏蔽干扰
  拆除

4.主要隐私问题

• 隐私信息泄露
  姓名、医疗记录等个人信息
• 跟踪
  监控，掌握用户行为规律和消费喜好等。
  进一步攻击

5.位置隐私

• 用户对自己位置信息的掌控能力
• 三要素：时间、地点、人物
• 威胁
  通信
  服务商
  攻击者

6.保护位置隐私的手段

• 制度约束
  5条原则（知情权、选择权、参与权、采集者、强制性）
• 隐私方针
  定制的针对性隐私保护
• 身份匿名
  隐藏位置信息中的“身份”
• 数据混淆
  保留身份，混淆位置信息中的其他部分，让攻击者无法得知用户的确切位置