物联网及其四层模型

一、物联网概念 

随着互联网技术、传感器技术和人工智能技术的快速发展，物联网技术也应运而生，物联网技术在各类领域能发挥重要性变革，对解放生产力、提高工作效率和推动规模化生产等方面贡献颇大，特别是在农业领域大有可为。实现智慧农业，必须依靠物联网技术为依托，以智慧平台为核心，立足市场需求，构建生产组织智能化、产品质量溯源化、市场经营网络化为一体的产业体系。

物联网是通过智能传感器、射频识别、激光扫描仪、全球定位系统、遥感等信息传感器设备及系统和其他基于物－物通信模式的短距离自组织网络，按照约定的协议，在物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种巨大智能网络。它是通信网和互联网的扩展应用和网络延伸，主要是实现人与物、物与物的信息交互。
二、物联网四层模型

在信息层面，数据信息经历生成、传输、处理和应用四个阶段，分别对应着物联网的感知识别层、网络构建层、数据处理层和综合应用层。感知识别层是利用感知技术和智能装备对物理世界进行感知识别。网络构建层是按照特定的通信协议搭建各类网络对信息进行传输，以实现物－网互联。数据处理层通过大数据和人工智能技术对网络层采样的数据进行预处理、计算存储和数据挖掘等一系列 *** 作，最大地发挥出信息的生产效能。综合应用层是集成各类技术以实现实时控制、精准管理和科学决策等功能的应用系统，从而改进人的生产方式。各类技术应对不同环境、不同需求独立展开工作，各层面间又是联系紧密，如同链条式协同配合。
感知层作为物联网的“神经末梢”，主要是通过信息感知技术将生活生产各方面映射成数据信息，并能可靠传送到网络层，实现物理世界和信息世界连接起来。信息感知技术是指利用传感器、RFID、GPS和RS等实时实地对农业领域物体进行信息采集和获取。在农业生产现场可以利用无线传感器采集温湿度、光照、溶解氧浓度和农作物长势等参数，利用视频监控设备获取农作物成长现状，利用遥感技术大规模感知农作物表面和环境因素。信息感知层作为物联网的基础，获取大量的数据信息，为信息进一步加工、处理、分析而科学决策和指导生产经营打通“二元”壁垒。

网络层要在感知层和处理层发挥承上启下作用，是以现场总线技术、无线传感器网络技术（WSN）和移动通信技术互为补充的通信网络将传感设备连接“上网”。信息传输技术可分为有线和无线、短距离和长距离，它们有各自特点、应对不同环境、利用不同信道共同组建集成网络体系，以实现高度可靠的信息交流和共享。无线传感器网络成为农业信息传输的“主力军”，通过包括传感器节点、汇聚节点、任务管理节点。大量具有独立处理能力的微型传感器节点布置在监测区域逐跳传输，并路由到汇聚节点，然后通过互联网或卫星抵达任务管理节点，最后用户通过任务管理节点配置和管理传感器网络以实现监测任务发布和数据收集。常见的无线局域网技术有蓝牙、WIFI、ZigBee，无线广域网技术有LPWAN、NB-IOT、4G和5G。特别是以“万物互联”为目标的5G将农业物联网数据传输效率带来“质的跃升”。

处理层是农业物联网的“灵魂”，通过信息处理技术对感知层采集的信息存储和挖掘分析形成预测预警、智能决策、优化控制和疾病诊断等智能模型，从而对农业生产和经营给出科学的指导。农业生产和经营过程中，数据信息是呈指数型爆炸产生，不仅是体量大，而且结构复杂、实时性强、关联度高，必须通过大数据技术处理、存储和管理，才能从海量数据中获取更多的价值。农业大数据技术平台是以Hadoop架构、MapReduce软件模型、其他组件补充的生态软件体系形成的分布式海量数据存储管理、运算处理和分析平台。数据挖掘是指从海量数据中通过算法搜索隐藏的信息关系，主要手段是机器学习、深度学习、计算机视觉等人工智能技术。只要获取隐藏知识，才能帮助决策者做出合理、正确的决定和决策。

应用层是农业物联网的“指挥室”。主要通过感知技术、传输技术、处理技术和设备进行软硬件综合集成，形成智能控制、监控决策、专家系统、物流溯源等等应用。根据生产、经营的和管理不同需求，开发出特定功能的应用，用户通过web端或移动客户端应用实时掌握信息、发出精准控制指令。可以说，先进技术发挥设备的最大生产力，综合应用改变人的工作方式，有利于做出更科学合理决策。

公司简介：瑞诺信息技术有限公司，成立于2008年，是一群射频爱好者组成的电子公司，地点在广东深圳。当初专门从事设计和制造的无线连接解决方案，其中包括紧凑的短距离射频模块，无线智能的数据链路以及家庭自动化和自动抄表解决方案。我们已经成为低功耗ISM波段的产品在国内的领先供应商之一。产品的特点在于：高品质，高性价比和易于集成。产品频段主要集中在国内外免许可的ISM频段：169/433/470/868/915 MHz和24G）。 我们提供嵌入式无线收发器，嵌入式无线模块，工业无线调制解调器，无线计量适配器，USF射频棒，智能数据采集系统、智能家居云数据的传输系统，天线和定制的电子解决方案。
公司理念
科技现代的社会，信息的大量交互传输，需要通过无线方式的传输，人类对生活质量的要求越来越来高，人们身边的产品和服务都慢慢变得越来越智能，越来越环保，公司基于提升人类生活质量，构建和谐环境，实现智能生活、智能科技、智能人生的目标奋斗、努力。
RF标准
蓝牙20 /40（低能），ZigBee / IEEE802154，ZigBee智能能源，无线M-Bus，FCC，GSM / GPRS。
应用领域
瑞恩无线射频产品被用于各种工控业，例如油田、矿井数据传输，无线智能计量，智能家居，传感器网络，环境监测，智能访问控制，医疗保健以及家庭/楼宇自动化等领域。
SPI模块系列
一、高抗干扰性无线SPI接口模块RON1363（关键字:SI4463模块，微功耗模块，3KM远距离模块、无线模块，无线组网模块）
产品介绍：基于SILABS的SI4463开发的SPI接口模块，具有高功率，高灵敏度的RF模块，模块带有2mm标准接口，对于嵌入式设备和二次开发非常方便，模块是贴片式邮票孔，方便客户贴片和测试评估。
产品特点：
发射功率：100mW（20dbm）；
接收灵敏度：-124dbm（500bps/1875K/Dev）；
发射电流：90-120mA；
接收电流：14mA，
自带AFC；
64byte FIFO TXRX；
调制模式：ASK/FSK/GFSK
国内ISM频段免费使用
产品尺寸：1616CM
信道抑制：58dbm
SPI接口
空旷地传输距离：3200米（12K速率，5k Dev 15k BW）
应用市场：
1) 远程遥控和远程数据采集系统
2) 无线抄表（水表、电表、气表）
3) 无线点菜机
4) 工业数据采集、传输、智能控制系统
5) 无线报警系统
6) 智能家具系统
7) 婴儿监控系统/医院寻呼系统
8) 油田、矿区、工地、工厂等原有485/232接口系统
9) 无线小数据传输系统
二、高抗干扰性无线SPI接口模块RON1338（关键字:SI4438模块，微功耗模块，24KM远距离模块、无线模块，无线组网模块）
产品介绍：基于SILABS的SI4438开发的SPI接口模块，具有高功率，高灵敏度的RF模块，模块带有2mm标准接口，对于嵌入式设备和二次开发非常方便，模块是贴片式邮票孔，方便客户贴片和测试评估。
产品特点：
发射功率：100mW（20dbm）；
接收灵敏度：-120dbm（500bps/1875K/Dev）；
发射电流：90-115mA；
接收电流：13mA，
自带AFC；
64byte FIFO TXRX；
调制模式：ASK/FSK/GFSK
国内ISM频段免费使用
产品尺寸：1414CM
信道抑制：56dbm
SPI接口
空旷地传输距离：2400米（12K速率，5k Dev 15k BW）
应用市场：
1) 远程遥控和远程数据采集系统
2) 无线抄表（水表、电表、气表）
3) 无线点菜机
4) 工业数据采集、传输、智能控制系统
5) 无线报警系统
6) 智能家具系统
7) 婴儿监控系统/医院寻呼系统
8) 油田、矿区、工地、工厂等原有485/232接口系统
9) 无线小数据传输系统
三、 高抗干扰性无线SPI接口模块RON1343（关键字:AX5043SPI接口模块，微功耗模块，5KM远距离模块、无线模块，无线组网模块）
产品介绍：基于AXSEM的AX5043开发的SPI接口模块，具有高灵敏度、低功耗的RF模块，模块带有127mm标准接口，
工作频率：433-510MHz（70-1050、868、915MHz可以定制）
发射功率：50mW（17dbm）；
接收灵敏度：-132dbm（600bps/05K/Dev，FEC打开）；
发射电流：51-54mA；
接收电流：72mA，
自带AFC；
256byte FIFO TXRX；
调制模式：ASK/FSK/GFSK
国内ISM频段免费使用
产品尺寸：15515CM
信道抑制：54dbm
SPI接口
空旷地传输距离：5000米（12K速率，10k Dev 22k BW）
应用市场：
1) 远程遥控和远程数据采集系统
2) 无线抄表（水表、电表、气表）
3) 无线点菜机
4) 工业数据采集、传输、智能控制系统
5) 无线报警系统
6) 智能家具系统
7) 婴儿监控系统/医院寻呼系统
8) 油田、矿区、工地、工厂等原有485/232接口系统
9) 无线小数据传输系统

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things（IoT）”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新20是物联网发展的灵魂。
ZigBee技术（>

Zigbee网络的组建过程主要包括以下步骤：

部署网关：网关是连接物联网设备和其他网络的中心设备，在Zigbee网络中需要先部署一个网关。

配置节点：节点是Zigbee网络中的基本单元，在网络组建过程中需要配置每个节点的信息，包括节点地址、通信频率等。

组建网络：通过网关将节点连接在一起，形成一个Zigbee网络。

设置网络配置：设置Zigbee网络的相关参数，如通信频率、信道、网络安全等。

启动网络：启动Zigbee网络，节点之间开始进行通信。

Zigbee网络的组建过程需要对网络结构、通信协议、安全性等因素进行综合考虑，确保网络的可靠性和安全性。

摘　要：MANET因具有自组性、机动性及抗毁性而受到人们的高度关注。在阐述MANET的起源与发展及其工作原理的基础上，较全面详细地分析了MANET的关键技术；介绍了MANET在法军、美军通信中的应用。
关键词：MANET　关键技术　军事通信
中图分类号：TN911文献标识码：A　文章编号：1007-3973（2012）007-089-03
1 引言
MANET（Mobile Ad-hoc Network，MANET）起源于1971年美国夏威夷大学设计实现的第一个分组无线网络——ALOHA系统，在军事通信中具有广阔的应用前景。美国DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）在1972年、1993年和1994年分别启动于分组无线网（PRNET,Packet Radio NETwork）、高残存性自适应网络SURAN和全球移动信息系统GloMo三个项目，取得丰硕的理论和应用成果，并一直持续深入研究PRNET技术。1991年成立的IEEE80211标准委员会使用术语“Ad Hoc网络”来描述这种特殊的自组织对等式多跳无线移动通信网络。1997年成立IETF MANET工作组，致力于MANET协议的标准化，加速推动了商用MANET的研发。
以局域网技术、数据分组交换技术为基础，MANET由一组带有无线收发装置的移动分组无线单元(Packet Radio Unit，PRU)组成，是一种多跳临时性移动通信网络。PRU由无线电台、天线和数字控制器组成。在MANET网络中传送的信息以分组为基本单元，每个分组包括包头和正文两部分。包头通常包括该分组在分组无线网中的源地址、目的地址和相关路由信息；正文部分则是需要传送的消息，正文部分可包含IP数据或其他数据。MANET不设中心站、采用分布式网络结构，每个节点均可作为源节点、目的节点或中继节点，且利用分组包头中的控制信息分包为每个分组选择传输合适的路由。
和依赖于固定基础设施的通信网络相比，MANET具有自身的特点和优点，近年来受到人们的广泛关注。
2 MANET的关键技术
不依赖于固定的基础设施、节点可能随时进入/离开网络、整个网络采用分布式结构运行，MANET有很多技术难点，其关键技术主要有：MAC协议、QoS保障、路由协议、功率控制、安全问题、网络互联和网络资源管理等。
21 MANET的MAC协议
链路层解决的主要问题包括介质接入控制以及数据的传送、同步、纠错和流量控制等，分为媒介访问控制层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC）。MAC协议决定节点什么时候允许发送其分组，且通常控制对物理层的所有访问。
在MANET中存在隐藏终端和暴露终端问题，要在MAC层解决这两个固有问题，因而不能直接应用载波侦听多址访问（CSMA）协议（WLAN中使用最多的异步随机访问协议）。MANET的MAC协议有竞争协议、分配协议和混合协议三类。竞争协议使用直接竞争来决定信道访问权并通过随机重传来解决碰撞问题，在传输载荷轻的时候碰撞次数少、信道利用率高、分组传输时延小；但在传输载荷增大时，协议性能下降很快甚至致使网络崩溃。改进的竞争协议代表有：多址访问与碰撞回避（MACA）协议、信道获取多址访问（FAMA）协议、IEEE80211 MAC等。分配协议使用同步通信模式，时隙与节点的映射决定一个节点在其特定时隙内允许访问的信道。分配协议往往在中等到繁重传输载荷条件下运行良好，但信道时隙化导致在轻传输载荷条件下的时延相对于竞争协议是非常大的。分配协议有：五步预留协议（FPRP）、跳频预留多址访问协议（HRMA）等。混合协议能够保持所组合的各个协议的优点又能避免其缺陷，在传输载荷轻的时候表现为竞争协议的性能，而在传输载荷重的时候近似表现为分配协议的性能。典型的混合协议有：TDMA/CSMA混合协议、Meta-协议等。
22 路由协议
MANET设计中的一个关键问题是开发能够在两个节点之间提供高质量高效率通信的路由协议。Internet路由协议不能适应MANET网络节点的移动性和网络拓扑结构不断变化，专门的适用于MANET的路由协议应能够满足功能：能感知网络拓扑的变化、维护网络拓扑的连接、高度自适应的路由。IETF MANET已经完成的标准化路由协议主要有：主动式路由协议有最优化链路状态路由协议（OLSR）和基于反向路径转发的拓扑分发协议（TBRPF）；按需路由协议有按需距离矢量路由协议（AODV）和基于节点间相互关系的路由协议（ABR）；综合主动式路由思想和按需路由思想的路由协议称为混合型路由协议，有域路由协议（ZRP）和抢先式路由协议等。
分组无线网应用环境复杂多样，不同的应用环境追求不同的性能，这导致很难寻找MANET的最优路由协议。如：在军事应用中更关注系统的抗毁性、隐蔽性和保密性；而在无线会议系统中则更注重端到端的时延和吞吐量。不同类型的路由协议具有自身的优缺点，适应于不同的网络环境。不可能用一种路由算法作为标准的路由协议去比较好地解决所有MANET路由问题，路由算法的最优化石针对具体网络环境的工程化问题。混合型路由协议因其固有的灵活性，而具有很好的应用前景。
MANET的用户通常是具有协同工作关系的群体，而群组通信必须由多播路由协议提供通信支持。但有线网络环境中使用的多播路由协议(如：多播开放最短路径优先协议MOSPF等)在移动分组无线网中不再适用，因为动态的网络拓扑结构会导致分发树的破坏，而不得不因连接变化而调整。原达等提出了适用于移动分组无线网的多播路由协议。在移动分组无线网环境中，多播路由协议起着非常重要的作用。在协议中采用按需路由发现策略，动态建立路由信息及维持多播组成员关系。控制开销小、实现简单，能够适应较低带宽的大规模动态网络环境，具有稳定的分组转发成功率和良好的伸缩性，获得了较好的多播数据传输质量。

而有了海信5G荣耀家中央空调，就能完美解决这个难题。首先，海信5G荣耀家继承了海信中央空调一贯的健康净化功能，去除甲醛的效率获得了行业权威检测机构的认证。
其次，海信5G荣耀家中央空调还创新的摆脱了对传统宽带网络的依赖，一般新房在入户前都不会提前开通宽带网络，5G版荣耀家基于NB-IoT联网方案，只需通电就能接入专用物联网信道，并通过扫码即可连接入网，通过手机进行远程除醛 *** 作。
无需安装宽带也能远程开启nanoe健康功能，净化室内空气，室内除甲醛不再受限于是否好天气，即使刮风下雨、雾霾肆虐，也可持续净化新房空气，让我们得以尽快入住新房。

据报道，日前有专家表示，相对目前主流的4G通讯，5G给用户带来最直观的好处除了提升通话质量，那就是传输速率了，5G几秒钟就能下完一部1080P。

报道称，据介绍，未来5G峰值速率可达到20Gbps。其他能力指标还包括，用户体验数据率达到100Mbps、时延达到1毫秒、连接密度可支持每平方公里100万台设备的连接、流量密度每平方米达到10Mbps等。

根据GSMA的相关报告，预计到2025年，5G网络将在全球111个国家和地区市场上实现商用。在完成早期部署后，5G网络将提供高速率、低时延、可靠安全的增强型移动宽带服务，5G通讯还具备低功耗、高接入等特点，也成为物联网发展的重要基础。

不过，专业人士同时指出，想要享受5G通讯带来的便利，消费者还需要一台支持它的终端，目前国内普通用户手中的手机尚不支持，5G时代的到来必将掀起新一轮的换机热潮。

物联网感知层是物联网与传统互联网的重要区别之一，感知层的存在使得 物联网的安全 问题具有一定的独特性。 总体来说，物联网感知层主要有以下几个特点:

物联网感知对象种类多样，监测数据需求较大，感知节点常被部署在空中、水下、地下等人员接触较少的环境中，应用场景复杂多变。 因此，一般需要部署大量的感知层节点才能满足全方位、立体化的感知需求；

感知层在同一感知节点上大多部署不同类型的感知终端，如稻田监测系统，一般需要部署用以感知空气温度、湿度、二氧化碳含量以及稻田水质等信息的感知终端。 这些终端的功能、接口以及控制方式不尽相同，导致感知层终端种类多样、结构各异；

从硬件上看，由于部署环境恶劣，感知层节点常面临自然或人为的损坏；从软件上看，受限于性能和成本，感知节点不具备较强的计算、存储能力，因此无法配置对计算能力要求较高的安全机制，最终造节点安全性能不高问题的出现。

从攻击方式上看，感知层的安全威胁可以分为物理攻击、身份攻击和资源攻击。

感知节点应用场景复杂多样，易于受到自然损害或人为破坏，导致节点无法正常工作。

因缺乏监管，终端设备被盗窃、破解，导致用户敏感信息泄露，影响系统安全。

攻击者非法获取用户身份信息，并冒充该用户进入系统，越权访问合法资源或享受服务。

攻击者替换原有的感知层节点设备，系统无法识别替换后的节点身份，导致信息感知异常。

攻击者恶意占用信道，导致信道被堵塞，不能正常传送数据。

攻击者通过不停向节点发送无效请求，占用节点的计算、存储资源，影响节点正常工作。

攻击者截获各种信息后重新发送给系统，诱导感知节点做出错误的决策。

---