物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例-初識(shí)物聯(lián)網(wǎng)

初識(shí)物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念與發(fā)展歷程1.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景與行業(yè)解決方案1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)簡(jiǎn)介1.4物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)概述目錄1.5總結(jié)與展望物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，是讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。在物聯(lián)網(wǎng)中，所有物品通過(guò)信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，相互間進(jìn)行信息交換，以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)層的智能化識(shí)別和管理。物聯(lián)網(wǎng)的概念起源于美國(guó)，當(dāng)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)還被叫作“傳感網(wǎng)”。國(guó)際電信聯(lián)盟（InternationalTelecommunicationUnion，ITU）對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過(guò)無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)域名相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。1.1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念1.1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念（1）互聯(lián)網(wǎng)特征。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。（2）識(shí)別與通信特征。物聯(lián)網(wǎng)的用戶端延伸并擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，納入物聯(lián)網(wǎng)的“物”需要具備自動(dòng)識(shí)別與物物通信的功能，實(shí)現(xiàn)“物物相息”。（3）智能化特征。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)化、自我反饋與智能控制的特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征概括來(lái)說(shuō)主要有以下3個(gè)方面。1.1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）Auto-ID中心的阿什頓（Ashton）教授提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。同年，在美國(guó)召開(kāi)的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議上，專家學(xué)者們提出“傳感網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）是下個(gè)世紀(jì)人類面臨的又一個(gè)發(fā)展機(jī)遇”的理念。2003~2005年2009年2003年，美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)）將是未來(lái)改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WorldSummitontheInformationSociety，WSIS）上，再一次提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。第二屆中國(guó)移動(dòng)政務(wù)研討會(huì)于2008年11月在北京大學(xué)舉辦，會(huì)議以“知識(shí)社會(huì)與創(chuàng)新2.0”為主題，提出移動(dòng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展代表著新一代信息技術(shù)的形成，并帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)形態(tài)、創(chuàng)新形態(tài)的變革，推動(dòng)面向知識(shí)社會(huì)的以用戶體驗(yàn)為核心的下一代創(chuàng)新形態(tài)的形成。2009年2月24日，在IBM論壇上，IBM公司大中華區(qū)首席執(zhí)行官錢大群公布了名為“智慧的地球”的最新策略。2009年，物聯(lián)網(wǎng)被我國(guó)正式列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》。2008年如今，中國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)超越了1999年阿什頓教授和2005年ITU報(bào)告所限定的范圍，與時(shí)俱進(jìn)的中國(guó)式物聯(lián)網(wǎng)已漸漸走向成熟。智慧物流指的是以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)為支撐，在物流的倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、配送等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)感知、全面分析及處理等功能。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)在智慧物流領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在倉(cāng)儲(chǔ)與庫(kù)存監(jiān)控、配送管理、物流安全追溯等，形成跨部門(mén)、跨區(qū)域、跨行業(yè)的物流公共服務(wù)平臺(tái)，提高物流效率，保障其安全和可控。智慧物流概念圖如圖1-1所示。智慧物流通過(guò)在物流商品中植入傳感芯片，將感知信息與后臺(tái)的地理信息系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)（GIS/GPS）數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，形成強(qiáng)大的物流信息網(wǎng)絡(luò)。1.2.1智慧物流圖1-1智慧物流概念圖智能交通是物聯(lián)網(wǎng)的一大重要應(yīng)用場(chǎng)景。它利用信息技術(shù)將人、車和路緊密地結(jié)合起來(lái)，改善交通運(yùn)輸環(huán)境，保障交通安全并提高資源利用率。智能交通具體應(yīng)用領(lǐng)域包括智能公交、共享單車、車聯(lián)網(wǎng)、充電樁監(jiān)測(cè)、交通控制與管理及智慧停車等。近年來(lái)，車聯(lián)網(wǎng)成為各大整車廠和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的熱門(mén)研究領(lǐng)域。車聯(lián)網(wǎng)概念圖如圖1-2所示。1.2.2智能交通圖1-2車聯(lián)網(wǎng)概念圖1.2.2智能交通在智能公交方面：物聯(lián)網(wǎng)與衛(wèi)星定位技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信及電子控制等手段，集智能運(yùn)營(yíng)調(diào)度、電子站牌發(fā)布、智能卡收費(fèi)、快速公交系統(tǒng)（BRT）管理等于一體，詳細(xì)掌握每輛公交車的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。在交通控制與管理方面：通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與檢測(cè)設(shè)備，我們可以在相應(yīng)路段或特殊情況時(shí)根據(jù)車流量自動(dòng)控制紅綠燈的時(shí)長(zhǎng)，可以提前向車主預(yù)告擁堵路段、推薦最佳行駛路線，提升交通管控的效率，保障通行秩序，還可以自動(dòng)檢測(cè)并報(bào)告公路、橋梁的“健康”狀況，避免超載車輛經(jīng)過(guò)橋梁。在智慧停車方面：智能化的停車場(chǎng)通過(guò)采用超聲波傳感器、攝像感應(yīng)、地感性傳感器、太陽(yáng)能供電等技術(shù)，對(duì)停入的車輛進(jìn)行感應(yīng)并傳遞信息，停車智能管理平臺(tái)接收到反饋后即顯示當(dāng)前的停車位數(shù)量。以片區(qū)為單位進(jìn)行整合的智能停車系統(tǒng)作為市民的停車向?qū)?，大大縮短了人們找尋車位的時(shí)間。1.2.3智能安防相比起傳統(tǒng)安防對(duì)人員的依賴性比較大，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能安防在人力資源方面耗費(fèi)較低。智能安防通過(guò)智能設(shè)備對(duì)安全情況做出判斷，對(duì)社會(huì)治安、危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸?shù)冗M(jìn)行監(jiān)控，形成重點(diǎn)區(qū)域和行業(yè)的監(jiān)管平臺(tái)，可以提升公共安全管理的信息化水平。智能安防概念示意如圖1-3所示。圖1-3智能安防概念示意智能安防最核心的部分在于智能安防系統(tǒng)，一個(gè)完整的智能安防系統(tǒng)主要包括三大部分，門(mén)禁、報(bào)警和監(jiān)控。智能安防系統(tǒng)以視頻監(jiān)控為主，通過(guò)成千上萬(wàn)個(gè)覆蓋地面、柵欄和低空探測(cè)的傳感節(jié)點(diǎn)，對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行分析、處理、傳輸與存儲(chǔ)，通過(guò)對(duì)圖像的處理、識(shí)別及與終端間的數(shù)據(jù)傳輸，防止入侵者翻越、偷渡及恐怖襲擊等事件的發(fā)生。1.2.4智能醫(yī)療在智能醫(yī)療領(lǐng)域，新技術(shù)的應(yīng)用必須以人為中心，對(duì)人體各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面了解和分析，對(duì)病情變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是數(shù)據(jù)獲取與監(jiān)控的一項(xiàng)有效途徑。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器可對(duì)人體的臟腑功能和生理狀態(tài)（如心跳頻率、體力消耗、血壓高低等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一般采用可穿戴的醫(yī)療設(shè)備，將檢測(cè)到的人體數(shù)據(jù)傳輸、記錄到電子健康文件中，方便個(gè)人或醫(yī)生進(jìn)行查閱與監(jiān)控。智能醫(yī)療概念示意如圖1-4所示。圖1-4智能醫(yī)療概念示意以RFID技術(shù)為代表的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在智能醫(yī)療行業(yè)也應(yīng)用廣泛，它可以幫助醫(yī)院實(shí)現(xiàn)對(duì)病人不間斷的監(jiān)控、會(huì)診并共享醫(yī)療記錄。RFID技術(shù)與醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）及藥品物流系統(tǒng)的融合，是醫(yī)療信息化的必然趨勢(shì)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能醫(yī)療能有效地幫助醫(yī)院實(shí)現(xiàn)對(duì)人及物品的智能化管理。1.2.5智慧城市物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越多，如圖1-5所示，主要體現(xiàn)在智慧建筑，古跡、古樹(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)字圖書(shū)館和數(shù)字檔案館，智慧能源等方面。圖1-5物聯(lián)網(wǎng)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用1.2.5智慧城市智慧建筑01OPTION智慧建筑主要體現(xiàn)在用電照明、消防監(jiān)測(cè)、智慧電梯、樓宇監(jiān)測(cè)及運(yùn)用于古建筑領(lǐng)域的白蟻監(jiān)測(cè)等方面。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和感應(yīng)技術(shù)，建筑物內(nèi)照明燈能自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。設(shè)備對(duì)建筑物內(nèi)情況進(jìn)行感知、傳輸并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，將建筑物的運(yùn)作狀況通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)傳送至管理者，節(jié)約能源的同時(shí)也減少了樓宇的運(yùn)維成本。古跡、古樹(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)02OPTION在許多城市，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)采集古跡、古樹(shù)的年代、損毀狀態(tài)及氣候等信息已十分常見(jiàn)。通過(guò)對(duì)古建筑與自然風(fēng)貌現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，相關(guān)機(jī)構(gòu)能及時(shí)做出分析判斷，采取保護(hù)措施。在旅游文化傳播方面，對(duì)古跡的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)還能建立景區(qū)內(nèi)部的電子導(dǎo)游系統(tǒng)，或是將有代表性的景點(diǎn)圖像傳遞到互聯(lián)網(wǎng)，在帶給游客們更好的旅游體驗(yàn)的同時(shí)，也可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)宣傳地區(qū)的旅游特色，促進(jìn)旅游經(jīng)濟(jì)和文化的發(fā)展。1.2.5智慧城市數(shù)字圖書(shū)館和數(shù)字檔案館03OPTION圖書(shū)館和檔案館是城市的智慧庫(kù)，運(yùn)營(yíng)和管理這樣大的數(shù)據(jù)庫(kù)是一件煩瑣且極其耗費(fèi)人力和時(shí)間的事情。基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字圖書(shū)館和檔案館使用RFID設(shè)備，從文獻(xiàn)的分編、加工、流通和典藏到讀者證卡的申辦和管理，原有的條碼、磁條等傳統(tǒng)圖書(shū)管理方式已被RFID標(biāo)簽和閱讀器完全取代。將RFID技術(shù)與圖書(shū)館數(shù)字化系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)掃描裝置，工作人員能迅速獲取書(shū)的類別和位置信息并進(jìn)行分揀，從而實(shí)現(xiàn)架位標(biāo)識(shí)、文獻(xiàn)定位導(dǎo)航與智能分揀。智慧能源04OPTION物聯(lián)網(wǎng)在智慧能源方面的應(yīng)用主要集中在水能、電能、燃?xì)饽茉吹目刂疲窡簟⒕w、垃圾桶等設(shè)備的控制，以及環(huán)境保護(hù)方面。這些智慧能源方面的應(yīng)用將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的水、電、光能設(shè)備相連接，通過(guò)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與傳遞，提升能源利用效率，減少能源的損耗。1.2.6智能家居有別于傳統(tǒng)的家居交互，智能家居并非只是將家庭電子產(chǎn)品簡(jiǎn)單連接，而是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將家居與外部服務(wù)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與服務(wù)的交互，旨在使用不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和感應(yīng)設(shè)備，提高家居使用的便捷度和效率，提升人們家庭生活的舒適度和安全度。圖1-6物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的應(yīng)用體應(yīng)用場(chǎng)景里，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得業(yè)主能夠?qū)揖宇惍a(chǎn)品的位置、狀態(tài)、變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)后，分析其變化特征并進(jìn)行反饋，根據(jù)人們的需求，對(duì)家居進(jìn)行一定程度的管理和控制。智能家居行業(yè)的發(fā)展主要分為3個(gè)階段，單品連接、物物聯(lián)動(dòng)和平臺(tái)集成。1.2.7智能零售行業(yè)內(nèi)將零售按照距離分為了3種形式，分別是遠(yuǎn)場(chǎng)零售——以電商為代表；中場(chǎng)零售——以商場(chǎng)、超市為代表；近場(chǎng)零售——以便利店、自動(dòng)售貨機(jī)為代表。智能零售通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將傳統(tǒng)的便利店和售貨機(jī)進(jìn)行數(shù)字化改造、升級(jí)，打造成無(wú)人零售模式。基于物聯(lián)網(wǎng)的智能零售行業(yè)也可以對(duì)食品安全進(jìn)行把控。人們用RFID電子標(biāo)簽取代零售業(yè)的傳統(tǒng)條碼（Barcode），使物品識(shí)別的穿透性（主要指穿透金屬和液體）、距離限制及商品防盜、跟蹤系統(tǒng)得到極大的改進(jìn)。1.2.8智慧農(nóng)業(yè)智慧農(nóng)業(yè)指的是利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)的深度融合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化管理，主要表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)種植和畜牧養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理與產(chǎn)品溯源等方面，尤其是在農(nóng)業(yè)種植和畜牧養(yǎng)殖方面。物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用如圖1-7所示。圖1-7物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用農(nóng)業(yè)種植人員通過(guò)傳感器、攝像頭和衛(wèi)星等收集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物數(shù)字化和機(jī)械裝備數(shù)字化（主要指的是農(nóng)機(jī)車聯(lián)網(wǎng)）發(fā)展。畜牧養(yǎng)殖人員利用傳統(tǒng)的耳標(biāo)、可穿戴設(shè)備及攝像頭等收集畜禽的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，運(yùn)用算法判斷畜禽健康狀況、喂養(yǎng)情況，進(jìn)行產(chǎn)值預(yù)測(cè)，對(duì)養(yǎng)殖過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)化管理。1.3.1有線通信技術(shù)以太網(wǎng)（Ethernet，ETH）是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)和萬(wàn)兆以太網(wǎng)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)）技術(shù)，用于支持以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的智能終端的連接使用。以太網(wǎng)（Ethernet）01OPTION以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由IEEE（電氣電子工程師學(xué)會(huì)）的IEEE802.3規(guī)定，包括物理層的連線、電子信號(hào)和介質(zhì)訪問(wèn)層協(xié)議的內(nèi)容。以太網(wǎng)使用雙絞線作為傳輸媒介，沒(méi)有中繼，最遠(yuǎn)可以覆蓋200米的范圍。最普及的以太網(wǎng)類型數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbit/s，更新的標(biāo)準(zhǔn)則支持1Gbit/s和10Gbit/s的傳輸速率。以太網(wǎng)技術(shù)是目前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)逐步取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如令牌環(huán)、FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）和ARCNET令牌總線等。1.3.1有線通信技術(shù)戶用儀表總線（MeterBus，M-Bus）由德國(guó)帕德博恩（Paderborn）大學(xué)的霍斯特·齊格勒（HorstZiegler）博士與TI（德州儀器）公司共同提出，是一種用于非電力戶用儀表傳輸?shù)臍W洲總線標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)常用的規(guī)模通信方式。戶用儀表總線（M-Bus）02OPTION概念組成M-Bus總線的概念基于OSI（開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型，但是M-Bus又不是真正意義上的一種網(wǎng)絡(luò)。M-Bus是一個(gè)層次化的系統(tǒng)，由一個(gè)主設(shè)備、若干從設(shè)備和一對(duì)連接線纜組成，所有從設(shè)備并行連接在總線上，由主設(shè)備控制總線上的所有串行通信進(jìn)程。優(yōu)點(diǎn)M-Bus串行通信方式的總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使其具有良好的抗外部干擾性，且組網(wǎng)成本較低，支持長(zhǎng)距離傳輸。應(yīng)用用于遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、建筑物和工業(yè)能源消耗數(shù)據(jù)采集以及家庭電子系統(tǒng)中。1.3.1有線通信技術(shù)電力線通信（PowerLineCommunication，PLC）全稱是電力線載波（PowerLineCarrier）通信，它是指利用高壓電力線（電壓等級(jí)在35kV及以上）、中壓電力線（電壓等級(jí)10kV）或低壓配電線（380/220V用戶線）作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。電力線通信（PLC）03OPTION該技術(shù)是把載有信息的高頻信號(hào)加載于電流，然后用電線傳輸，接收信息的適配器再把高頻信號(hào)從電流中分離出來(lái)并傳送到計(jì)算機(jī)或電話以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。PLC正在向大容量、高速率方向發(fā)展，同時(shí)轉(zhuǎn)向采用低壓配電網(wǎng)進(jìn)行載波通信，實(shí)現(xiàn)家庭用戶利用電力線打電話、上網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)。從占用頻率帶寬的角度，PLC可分為窄帶PLC和寬帶PLC。窄帶PLC的載波頻率范圍，在不同國(guó)家、不同地區(qū)是不一樣的，美國(guó)為50～450kHz，中國(guó)為40～500kHz。寬帶PLC的載波頻率范圍，美國(guó)為4～500kHz，主要用于戶內(nèi)；歐洲為1.6～10MHz和10～30MHz。PLC在新式信息家電中應(yīng)用廣泛，應(yīng)用形式多種多樣。PLC不僅可以將電表的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)網(wǎng)關(guān)上，同時(shí)還可以作為家庭網(wǎng)絡(luò)來(lái)使用。PLC非常便于在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理設(shè)備（如個(gè)人計(jì)算機(jī)等）與計(jì)算機(jī)外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)。此外，PLC也可用于信息家電與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換。1.3.1有線通信技術(shù)通用串行總線（UniversalSerialBus，USB）是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用在個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）領(lǐng)域的接口技術(shù)中，用于規(guī)范計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連接和通信。USB采用四線電纜，其中兩根是用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另外兩根為下游設(shè)備提供電源，對(duì)于任何已經(jīng)成功連接且相互識(shí)別的外設(shè)，將以雙方設(shè)備均能夠支持的最高速率傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會(huì)根據(jù)外設(shè)情況在所兼容的傳輸模式中自動(dòng)地由高速向低速動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換并匹配鎖定在合適的速率。USB接口理論上最多可支持127個(gè)裝置。此外，USB的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是支持熱插拔（帶電插拔），實(shí)現(xiàn)真正的安全的即插即用?，F(xiàn)今最新的USB規(guī)范是由英特爾等公司發(fā)起的USB3.0——也被認(rèn)為是超高速USB。從鍵盤(pán)到高吞吐量磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，各種器件都能夠采用這種低成本接口進(jìn)行平穩(wěn)運(yùn)行的即插即用連接。新的USB3.0在保持與USB2.0的兼容性的同時(shí)，能夠使主機(jī)更快地識(shí)別器件，極大提高了傳輸帶寬——理論最高達(dá)5Gbit/s全雙工，實(shí)現(xiàn)了更好的電源管理和更高的數(shù)據(jù)處理效率。通用串行總線（USB）04OPTION1.3.1有線通信技術(shù)RS-232是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通信接口之一，是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ElectronicIndustriesAssociation，EIA）制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。RS-232接口是目前最常用的一種串行通信接口。一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組RS-232接口，分別以DB-9（9個(gè)引腳）和DB-25（25個(gè)引腳）的形態(tài)出現(xiàn)，分別稱為COM1和COM2。RS-232與RS-485的區(qū)別主要在于以下幾個(gè)方面。RS-232和RS-48505OPTION（1）在傳輸方式上：RS-232采用不平衡傳輸，即所謂的單端通信；而RS-485則采用平衡傳輸，即差分傳輸方式。（2）在傳輸距離上：RS-232適合本地設(shè)備間的通信，傳輸距離一般小于20米；而RS-485的傳輸距離可高達(dá)上千米。（3）在通信對(duì)象上：RS-232只允許一對(duì)一通信，而RS-485在總線上允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。1.3.2無(wú)線通信技術(shù)傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)主要有蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)（包括第二、三、四代移動(dòng)通信技術(shù)等）和短距無(wú)線通信技術(shù)（包括Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙、紫蜂網(wǎng)絡(luò)、Z-Wave無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等）。主流無(wú)線通信技術(shù)的簡(jiǎn)要對(duì)比見(jiàn)表。技術(shù)名稱頻段傳輸速率典型距離發(fā)射功率典型應(yīng)用藍(lán)牙2.4GHz1～24Mbit/s1～100m1～100mW鼠標(biāo)、無(wú)線耳機(jī)、手機(jī)、電腦等鄰近點(diǎn)數(shù)據(jù)交換Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)2.4GHz5GHz11b：11Mbit/s11g：54Mbit/s11n：600Mbit/s11ac：1Gbit/s50～100m終端36mW，AP320mW無(wú)線局域網(wǎng)、家庭、室內(nèi)場(chǎng)所高速上網(wǎng)紫蜂網(wǎng)絡(luò)868MHz/915MHz，2.4GHz868MHz：20Kbit/s915MHz：40Kbit/s2.4GHz：250Kbit/s2.4GHz頻段：10～100m1～100mW家庭自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制Z-Ware無(wú)線網(wǎng)絡(luò)868.42MHZz（歐洲）908.42MHz（美國(guó)）9.6Kbit/s或40Kbit/s30m（室內(nèi)）～100m（室外）1mW智能家居、監(jiān)控和控制SigFox網(wǎng)絡(luò)Sub-G免授權(quán)頻段100bit/s1～50km<100mW智慧家庭、智能電表、移動(dòng)醫(yī)療、遠(yuǎn)程監(jiān)控、零售遠(yuǎn)距離無(wú)線電Sub-G免授權(quán)頻段0.3～50Kbit/s1～20km<100mW智慧農(nóng)業(yè)、智能建筑、物流追蹤窄帶物聯(lián)網(wǎng)Sub-G授權(quán)頻段<100Kbit/s1～20km<100mW水表、停車、寵物追蹤、垃圾桶、煙霧報(bào)警、零售終端1.3.2無(wú)線通信技術(shù)蜂窩移動(dòng)通信（CellularMobileCommunication）采用蜂窩無(wú)線組網(wǎng)方式，將終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)無(wú)線通道連接起來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用戶在活動(dòng)中的相互通信。由于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)覆蓋的各通信基地臺(tái)的信號(hào)覆蓋呈六邊形，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)像一個(gè)蜂窩，蜂窩移動(dòng)通信因而得名，如圖1-8所示。其主要特征是終端的移動(dòng)性，以及越區(qū)切換和跨本地網(wǎng)自動(dòng)漫游功能。蜂窩網(wǎng)絡(luò)的組成主要有3部分：移動(dòng)站、基站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。生活中常見(jiàn)的2G、3G、4G中的G是Genneration，2G、3G、4G分別指第二、三、四代移動(dòng)通信技術(shù)。蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)01OPTION圖1-8蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.3.2無(wú)線通信技術(shù)Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)創(chuàng)建于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)，通常使用2.4G特高頻（UHF）或5G超高頻（SHF）ISM射頻頻段（國(guó)際電信聯(lián)盟定義的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療頻段），是當(dāng)今使用最廣的一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)02OPTION圖1-9Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)線局域網(wǎng)通常是有密碼保護(hù)的，但也可是開(kāi)放的。Wi-Fi最主要的優(yōu)勢(shì)在于不需要布線，因此覆蓋范圍廣，非常適合移動(dòng)辦公用戶的需要。無(wú)線通信質(zhì)量不是很好，傳輸安全性和穩(wěn)定性較差，但傳輸速率非常高，符合社會(huì)和人們信息化的需求。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1-9所示，Wi-Fi由主集中器通過(guò)中繼和熱點(diǎn)（AP）將信號(hào)發(fā)送到終端設(shè)備上。1.3.2無(wú)線通信技術(shù)藍(lán)牙（Bluetooth）是一種大容量、近距離的無(wú)線數(shù)字通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使用2.4～2.485GHz的ISM頻段的UHF無(wú)線電波，實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換。藍(lán)牙（Bluetooth）03OPTION藍(lán)牙的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbit/s、傳輸距離為10cm～10m，通過(guò)增加發(fā)射功率，傳輸距離可達(dá)到100m。藍(lán)牙支持設(shè)備短距離（一般在10m內(nèi)）通信，能在包括手機(jī)、平板電腦、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦及相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換。藍(lán)牙技術(shù)能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線通信拓寬道路。藍(lán)牙的優(yōu)點(diǎn)是速率快、功耗低、安全性高；缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)少，不適合多點(diǎn)布控。1.3.2無(wú)線通信技術(shù)紫蜂網(wǎng)絡(luò)（ZigBee）是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，可工作在2.4GHz（全球流行）、868MHz（歐洲流行）和915MHz（美國(guó)流行）3個(gè)頻段上，分別具有最高250Kbit/s、20Kbit/s和40Kbit/s的傳輸速率。其名稱來(lái)源于蜂群的通信方式——蜜蜂之間通過(guò)跳Z字形的舞蹈來(lái)交流共享花粉源的方向、位置和距離等信息。紫蜂網(wǎng)絡(luò)（ZigBee）04OPTION如右圖所示，ZigBee網(wǎng)絡(luò)由服務(wù)器通過(guò)主集中器向各類設(shè)備發(fā)送信號(hào)。ZigBee是一種高可靠、短距離、自組織、低功耗、低復(fù)雜度、低數(shù)據(jù)傳輸速率的雙向無(wú)線通信技術(shù)，在功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但當(dāng)有物體阻擋時(shí)，ZigBee信號(hào)衰減嚴(yán)重，且不同ZigBee芯片間兼容性較差，不易維護(hù)。ZigBee廣泛應(yīng)用于智能家居、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域。1.3.2無(wú)線通信技術(shù)Z-Wave無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、短距離、高可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的無(wú)線通信技術(shù)。其工作頻段為908.42MHz（美國(guó)）和868.42MHz（歐洲），數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6Kbit/s，信號(hào)的有效覆蓋范圍為室內(nèi)30m，室外可超過(guò)100m，適合于窄寬帶應(yīng)用場(chǎng)合。但是Z-Wave傳輸速率較低，芯片只能通過(guò)西格瑪設(shè)計(jì)公司這唯一來(lái)源獲取。Z-Wave無(wú)線網(wǎng)絡(luò)05OPTIONZ-Wave網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)如右圖所示，Z-Wave同樣由服務(wù)器通過(guò)主集中器向各類設(shè)備發(fā)送信號(hào)。相對(duì)于其他無(wú)線通信技術(shù)，Z-Wave針對(duì)窄帶應(yīng)用并采用創(chuàng)新的軟件解決方案使其擁有較遠(yuǎn)的傳輸距離、較低的傳輸頻率和較小的功耗成本。目前該技術(shù)主要用于住宅、商業(yè)控制及狀態(tài)讀取，如遠(yuǎn)程抄表、照明及家電控制、接入控制、防盜及火災(zāi)檢測(cè)等。1.3.2無(wú)線通信技術(shù)SigFox網(wǎng)絡(luò)利用了超窄帶（UNB）技術(shù)，傳輸功耗水平非常低，且仍能維持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)連接。這一協(xié)議最早由法國(guó)企業(yè)家盧多維克·勒莫昂（LudovicLeMoan）提出，旨在打造低功耗、低成本的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)。SigFox網(wǎng)絡(luò)06OPTIONSigFox網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂锌蓴U(kuò)展、高容量的特點(diǎn)，具有非常低的能源消耗，同時(shí)保持簡(jiǎn)單和易于部署的基于星形單元的基礎(chǔ)設(shè)施。SigFox網(wǎng)絡(luò)性能特征保持在每天每臺(tái)設(shè)備140條消息，每條消息消耗12字節(jié)（96bit），無(wú)線吞吐量達(dá)100bit/s。SigFox無(wú)線鏈路使用免授權(quán)Sub-G的ISM射頻頻段，頻率根據(jù)國(guó)家法規(guī)有所不同，在歐洲是868MHz，在美國(guó)是915MHz。SigFox也是商用化較快的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前，SigFox的網(wǎng)絡(luò)覆蓋法國(guó)、西班牙、荷蘭和英國(guó)的10多個(gè)大城市。1.3.2無(wú)線通信技術(shù)遠(yuǎn)距離無(wú)線電（LongRangeRadio，LoRa）是一個(gè)基于開(kāi)源的MAC層協(xié)議的低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）通信技術(shù)中的一種，是美國(guó)升特（Semtech）公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方案。目前，LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行。LoRa技術(shù)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：長(zhǎng)距離（1～20km），萬(wàn)級(jí)乃至百萬(wàn)級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，近十年的電池壽命，0.3～50Kbit/s數(shù)據(jù)速率，工作頻率為ISM頻段（包括433MHz、868MHz、915MHz等），AES128安全加密。目前已有美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等17個(gè)國(guó)家公開(kāi)宣布LoRa建網(wǎng)計(jì)劃，120多個(gè)城市和地區(qū)有正在運(yùn)行的LoRa網(wǎng)絡(luò)，荷蘭、瑞士、韓國(guó)等國(guó)家更是計(jì)劃部署覆蓋全國(guó)的LoRa網(wǎng)絡(luò)。遠(yuǎn)距離無(wú)線電（LoRa）07OPTION1.3.2無(wú)線通信技術(shù)窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NarrowBandInternetofThings，NB-IoT）是目前LPWAN領(lǐng)域最受關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。NB-IoT基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可直接部署于GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)、UMTS（通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)或LTE（長(zhǎng)期演進(jìn)）網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本，實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。NB-IoT只消耗大約180kHz的帶寬，使用授權(quán)頻段的部署方式，可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存。其特點(diǎn)如下：窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）08OPTION（1）廣覆蓋。（2）具備支撐連接的能力。（4）更低的模塊成本。（3）更低功耗。1.4物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)概述圖1-12物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)1.4.1感知層感知層簡(jiǎn)介01OPTION感知層也叫“感知識(shí)別層”，主要負(fù)責(zé)信息采集和信號(hào)處理。通過(guò)感知識(shí)別技術(shù)，讓物品“開(kāi)口說(shuō)話、發(fā)布信息”，這是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的最獨(dú)特部分。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)三層模型的底端，是所有上層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，是聯(lián)系物理世界與信息世界的重要紐帶，是物聯(lián)網(wǎng)的核心。由于感知層需要感知的地理范圍和空間范圍比較大，包含的信息也比較多，該層中的設(shè)備需要通過(guò)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以協(xié)同工作的方式組成一個(gè)自組織的多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。因此，感知層是由大量的具有感知、通信、識(shí)別能力的智能物體與感知網(wǎng)絡(luò)組成的。1.4.1感知層感知層關(guān)鍵技術(shù)02OPTION無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)：又稱電子標(biāo)簽，是利用無(wú)線射頻信號(hào)空間耦合方式，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的標(biāo)簽信息自動(dòng)傳輸與識(shí)別的技術(shù)，可快速地進(jìn)行物品追蹤和數(shù)據(jù)交換。RFID是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線系統(tǒng)，包括兩個(gè)核心部分：讀寫(xiě)器（Reader）和電子標(biāo)簽（TAG，也稱射頻卡、應(yīng)答器）。RFID電子標(biāo)簽是系統(tǒng)主要部件，由耦合元件和芯片組成，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。二維碼技術(shù)：二維碼技術(shù)作為一種信息交換、傳遞的介質(zhì)，不但在質(zhì)的方面使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平得以提升，在量的方面也拓寬了信息傳遞的領(lǐng)域。二維碼具有高密度、高容量、糾錯(cuò)強(qiáng)和成本低等特點(diǎn)，不依賴網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)，因此也頗受廠商的關(guān)注。ZigBee技術(shù)：是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)。ZigBee價(jià)格相對(duì)昂貴，其協(xié)議占帶寬的開(kāi)銷量，因此對(duì)信道帶寬要求較高。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，ZigBee協(xié)議開(kāi)發(fā)難度很大，大多數(shù)ZigBee協(xié)議還沒(méi)開(kāi)源，各家廠商通信協(xié)議互不兼容，極大地阻礙了設(shè)備的統(tǒng)一1.4.1感知層傳感器技術(shù)03OPTION傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或者裝置。國(guó)內(nèi)主流傳感器包括汽車傳感器、儀器儀表傳感器、壓力傳感器等。這些傳感器被廣泛應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防科技、醫(yī)療設(shè)備及工農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。較常見(jiàn)的是按被測(cè)量分類，如壓力、溫度、光電、濕度等。隨著市場(chǎng)對(duì)智能設(shè)備的需求不斷上升，傳感器技術(shù)已成21世紀(jì)最具有影響力的高新技術(shù)之一。但我國(guó)在傳感器發(fā)展方面也暴露出許多的問(wèn)題，比如我國(guó)傳感器行業(yè)整體缺乏創(chuàng)新的基礎(chǔ)，目前全球主流傳感器技術(shù)仍掌握在國(guó)外企業(yè)手中。1.4.2網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)