《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及應(yīng)用(第2版)微課視頻版》 課件 第1章 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)概述

1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展1.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征第1章物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)概述

1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)概念定義無(wú)所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來(lái)臨，世界上所有的物體可以通過(guò)因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行信息交換。概念與定義國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU)

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）的概念最早由MITAuto-ID中心Ashton教授于1999年在研究射頻識(shí)別（RFID）時(shí)首先提出。智慧地球感知中國(guó)1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

物品通過(guò)短距離RFID等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)局域范圍內(nèi)的物品“智能化識(shí)別和管理”。物聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)當(dāng)代認(rèn)識(shí)早期認(rèn)識(shí)能夠提供種物我合一的生活境界就是一種虛擬數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)物理世界的融合。1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

在“數(shù)字世界泛在化”和“物理世界智能化”的融合過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)被賦予多個(gè)維度的內(nèi)涵，具有多重含義。從領(lǐng)域的維度（橫向）1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

感知傳輸智能從層次的維度（縱向）1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層感知層公共支撐層QOS管理信息安全網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)識(shí)解析物聯(lián)網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展協(xié)同信息處理子層信息匯聚信息協(xié)同處理中間件傳送網(wǎng)關(guān)短距離通信傳輸子層有線數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線傳感器傳輸數(shù)據(jù)采集子層傳感器條碼識(shí)別RFID多媒體信息采集成定位感知控制層1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展網(wǎng)絡(luò)傳輸層移動(dòng)通信網(wǎng)固定通訊網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)廣播電視網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

應(yīng)用層

行業(yè)應(yīng)用層智能工業(yè)智能農(nóng)業(yè)智能交通環(huán)境監(jiān)測(cè)

服務(wù)支撐層SOA海量存儲(chǔ)分布數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)挖掘1.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

可靠地傳輸異構(gòu)平臺(tái)協(xié)議IPX25ZIGBEE

物理世界虛擬世界數(shù)字世界與人類(lèi)世界交匯ThingToThingM2M

ThingToPerson

1.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸層匯聚1匯聚N感知控制層1感知控制層2感知控制層3感知控制層41.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

感知層通信系統(tǒng)

短距離有線通信

短距離無(wú)線通信

無(wú)線傳感器通信1231.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)層通信系統(tǒng)GSPSTNM/CDMATD/SCDMADDN/ATM/FR其他專(zhuān)用網(wǎng)1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

面臨的問(wèn)題軟件無(wú)線電和認(rèn)知無(wú)線電體系物聯(lián)網(wǎng)中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合基于多通信協(xié)議的高能效傳感器網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)頻通信和頻譜分配問(wèn)題

IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

1

擴(kuò)頻通信使WSN之間的通信不因受干擾而影響通信質(zhì)量

2

頻譜分配滿(mǎn)足大量部署WSN對(duì)頻譜資源的需求。

物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)頻通信和頻譜分配問(wèn)題1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

基于軟件無(wú)線電和認(rèn)知無(wú)線電的物聯(lián)網(wǎng)通信體系架構(gòu)

認(rèn)知無(wú)線電可以識(shí)別利用率低的無(wú)線頻段，并將這些頻段回收，統(tǒng)一管理，優(yōu)化分配。解決無(wú)線頻段資源緊張的問(wèn)題。軟件無(wú)線電具有統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，多樣化軟件調(diào)制方式和傳輸模式的特點(diǎn)，它可以滿(mǎn)足未來(lái)不斷發(fā)展的無(wú)線通信模式變化的需求，而且成本低廉1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

接入環(huán)境網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性

網(wǎng)絡(luò)融合

網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性BECDA

接入技術(shù)異構(gòu)

組網(wǎng)異構(gòu)

頻譜資源異構(gòu)運(yùn)營(yíng)管理異構(gòu)終端異構(gòu)1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合方案終端融合

業(yè)務(wù)融合網(wǎng)絡(luò)融合1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

1研究高效傳輸通信協(xié)議以減少傳輸單位比特能量的開(kāi)銷(xiāo)。

2研究多種相合融合的

多通信協(xié)議?；诙嗤ㄐ艆f(xié)議的高能效傳感器網(wǎng)絡(luò)1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

IP4IP6兩種通信協(xié)議自動(dòng)識(shí)別與轉(zhuǎn)換，以克服IP通信帶來(lái)的QOS不穩(wěn)定。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征LPWAN通信技術(shù)的崛起物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)無(wú)線通信技術(shù)提出了更高的要求，專(zhuān)為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LPWAN(low-powerWide-AreaNetwork，低功耗廣域網(wǎng))正在快速興起。其中，逐漸形成了NB－IoT、eMTC、LoRa三大通訊技術(shù)的三足鼎立，每種技術(shù)各有千秋，在各自的應(yīng)用場(chǎng)景上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。IoT是碎片化的，這就要求協(xié)議間的兼容與互通，雖然三種技術(shù)想互存在競(jìng)爭(zhēng)，但是未來(lái)NB－IoT、eMTC、LoRa也是需要相互融合的。如圖1.4所示，LPWAN主要是服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)層的遠(yuǎn)距離通訊技術(shù)。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征NB－IoTNB-IoT(NarrowBand-InternetofThings，窄帶物聯(lián)網(wǎng))，是由3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是一種專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的可在全球范圍內(nèi)廣泛使用的窄帶射頻技術(shù)，其使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波等三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征eMTC雖然NB－IoT能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)很多的應(yīng)用場(chǎng)景，但是在可靠低時(shí)延等場(chǎng)景里面，eMTC才是最優(yōu)解。eMTC是由LTE協(xié)議演進(jìn)而來(lái)的，也就是中國(guó)移動(dòng)的通訊協(xié)議。移動(dòng)為了降低成本，對(duì)LTE協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，讓用戶(hù)設(shè)備支持1．4MHz的射頻和基帶帶寬，直接接入LTE網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)閺某志冒l(fā)展上，物聯(lián)網(wǎng)成本是必須考慮的事情。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征LoRaLoRa有個(gè)中文名叫做遠(yuǎn)距離無(wú)線電，它的一大特點(diǎn)是在同樣功耗下比其它無(wú)線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，是一種前景廣闊的通訊技術(shù)。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由四部分組成，它們是基站（也可以是網(wǎng)關(guān)）、服務(wù)器、LoRa終端和物聯(lián)網(wǎng)云。LoRa的特點(diǎn)是應(yīng)用端和服務(wù)器端數(shù)據(jù)雙向傳遞。一般來(lái)說(shuō)，LoRa在城市中無(wú)線距離范圍是1~2公里，在郊區(qū)無(wú)線距離最高可達(dá)20km。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的5G之路5G將是連接新行業(yè)、支持新服務(wù)并營(yíng)造新用戶(hù)體驗(yàn)的更強(qiáng)大統(tǒng)一連接平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)將是5G不可或缺的一部分，提供4GLTE無(wú)法支持的新型物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和效率。目前5G愿景定義明確，2020年開(kāi)始商用，它將進(jìn)一