物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)概論（第2版）課件全套 譚方勇 第0-6章 課程概述-物聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)

課程概述《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用》1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論知識體系概述2典型工作任務(wù)介紹3其它要闡述和說明的問題目錄CONTENTSPART0101物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論知識體系概述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論知識體系概述所謂物聯(lián)網(wǎng)（IOT，InternetofThings），它是一個將“物”與“物”實現(xiàn)互聯(lián)互通并可接入到互聯(lián)網(wǎng)的一個網(wǎng)絡(luò)，它將人們的物理世界與當(dāng)前的數(shù)字世界拉近的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，事物之間、事物與人、人與人之間通過它可以建立一種新的關(guān)系，讓人們的工作和生活變得更加輕松、更加高效。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論知識體系概述1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在相關(guān)職業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中所涉及的主要理論知識體系物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論知識體系概述2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才主要面向的職業(yè)技術(shù)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論知識體系概述3）三個技術(shù)（職業(yè)）領(lǐng)域主要的職業(yè)工作以及職業(yè)崗位PART0202典型工作任務(wù)介紹典型工作任務(wù)介紹PART0303其它要闡述和說明的問題其它要闡述和說明的問題1）內(nèi)容體系架構(gòu)

其它要闡述和說明的問題2）配套教學(xué)資源PPT課件微課視頻演示動畫章節(jié)習(xí)題擴(kuò)展資源在線平臺Q&A主講：譚方勇蘇州市職業(yè)大學(xué)第1章物聯(lián)網(wǎng)的概念及應(yīng)用領(lǐng)域《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用》主講：譚方勇1.1本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)1物聯(lián)網(wǎng)的概念2物聯(lián)網(wǎng)的特征3物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢目錄CONTENTS4物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域5物聯(lián)網(wǎng)與其他技術(shù)的融合PART011.2物聯(lián)網(wǎng)的概念1.2.1相關(guān)概念1）無線傳感網(wǎng)(WirelessSensorNetworks，WSN)是一種通過無線通信技術(shù)將部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量的傳感器通過自由組織的方式組建成的一種網(wǎng)絡(luò)1.2.1相關(guān)概念2）互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)也稱“因特網(wǎng)”，是指通過一組通用的協(xié)議，將更多的計算機(jī)互連起來，實現(xiàn)覆蓋全世界的、邏輯上單一且規(guī)模巨大的國際全球化網(wǎng)絡(luò)1.2.1相關(guān)概念3）物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IOT），通俗的講物聯(lián)網(wǎng)就是能讓物理世界中的物體和物體之間相互連接的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)這個概念最早是由麻省理工學(xué)院（MIT）研究中心（Auto-IDLabs）在1999年研究RFID時提出的。2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的同名報告中，物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經(jīng)發(fā)生了變化，不再只是指基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)，覆蓋范圍有了較大的拓展。1.2.1相關(guān)概念4）泛在網(wǎng)泛在網(wǎng)（UbiquitousNetworking）。泛在計算描述了任何人不管何時、何地，都可以通過合適的終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，將信息處理嵌入到計算設(shè)備中，從而協(xié)同地為用戶提供信息通信服務(wù)。泛在網(wǎng)由適當(dāng)?shù)慕K端設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)，是將智能網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)技術(shù)及其他先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施武裝而成的技術(shù)形態(tài)，從而實現(xiàn)空間信息與物理信息之間的無縫對接，按需獲得個性化的信息服務(wù)。泛在網(wǎng)的三個特征分別是：無所不在、無所不含、無所不能1.2.1相關(guān)概念5）幾種網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系1.2.2物聯(lián)網(wǎng)的定義最早定義：“把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理”新的內(nèi)涵：通過信息感知設(shè)備（如射頻識別裝置、無線傳感器節(jié)點(diǎn)、攝像頭等），按照約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控以及管理的一種網(wǎng)絡(luò)。1.2.3物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵從哲學(xué)的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)雖然結(jié)構(gòu)形式各異，客觀表象萬種，但它的內(nèi)涵始終離不開“物”、“聯(lián)”、“網(wǎng)”這三個維度。1.2.3物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵（1）“物”的維度“天”“人”合一稱之為“物”1.2.3物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵（2）“聯(lián)”的維度“天”“人”之間的感應(yīng)就稱之為“聯(lián)”，它包含了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三個主要特征。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三個主要特征全面感知能力可靠傳輸能力智能化處理能力1.2.3物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵（3）“網(wǎng)”的維度“天”“人”的相通可以稱之為“網(wǎng)”，它是純粹的物理空間與數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合，從而創(chuàng)造出來的，將無數(shù)的物與人置于其中，從而形成無所不在的“天羅地網(wǎng)”PART021.3物聯(lián)網(wǎng)的特征1.3.1全面感知能力全面感知能力就是利用傳感器技術(shù)、RFID射頻技術(shù)、條碼技術(shù)、生物識別技術(shù)、語音識別技術(shù)以及圖像識別技術(shù)等隨時隨地獲取物體的信息，包括物體屬性及周邊環(huán)境信息、位置信息、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息等。1.3.2可靠傳輸能力可靠傳遞能力是指通過各種融合業(yè)務(wù)，將采集的物體的信息實時、準(zhǔn)確、安全地傳遞出去，對接收到的感知信息進(jìn)行實時遠(yuǎn)程傳遞，實現(xiàn)信息的交互和共享并能有效處理。1.3.3智能化處理能力智能化處理能力是指利用模糊識別、云計算、數(shù)據(jù)融合等各種智能計算技術(shù)，對隨時接收到的海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，實現(xiàn)智能化的決策與控制。1.3.4其他特征物聯(lián)網(wǎng)除了上述三大關(guān)鍵特征外，還有以下等特點(diǎn)：（1）具有異構(gòu)性（2）混雜性（3）超大規(guī)模。PART031.4物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢1.4.1物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷史1.4.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀1.4.2物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展趨勢如今，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)逐漸滲透到各行各業(yè)，也給各個行業(yè)的帶來了新的業(yè)態(tài)變化，促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)方式、改變了人們的生活方式。5G、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)將推動物聯(lián)網(wǎng)朝著智能化方向發(fā)展。PART041.5物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1.5.1家居生活領(lǐng)域智能家居（SmartHome）就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家居生活中的應(yīng)用，它以家庭住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等將家居生活相關(guān)的設(shè)施進(jìn)行集成的一個綜合性物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)1.5.2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)⑽锫?lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)深度融合，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以全過程信息感知，精準(zhǔn)管理和智能控制，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智慧化，完成傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到智慧農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變。1.5.3工業(yè)控制領(lǐng)域工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IndustryInternetofThings，IIOT）將現(xiàn)代工業(yè)工程與傳感器、執(zhí)行器等智能設(shè)備相結(jié)合以增強(qiáng)制造和工業(yè)流程的智能化。1.5.4智慧城市領(lǐng)域智慧城市（SmartCity）是城市數(shù)字化向更高層次的發(fā)展，它的核心是體現(xiàn)以人為本、智能運(yùn)行的理念，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)來全面感知城市的運(yùn)行狀態(tài)，并充分挖掘整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的關(guān)鍵信息，從而對包括民生、公共安全、環(huán)境保護(hù)、城市服務(wù)、工商業(yè)活動在內(nèi)的各種需求做出快速且智能化的響應(yīng)。1.5.4智慧醫(yī)療領(lǐng)域智慧醫(yī)療主要通過打造健康檔案區(qū)域醫(yī)療信息平臺，利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備之間的互動，逐步達(dá)到信息化，其中患者的相關(guān)信息是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。PART051.6物聯(lián)網(wǎng)與其他技術(shù)的融合1.6.1物聯(lián)網(wǎng)與5G通信技術(shù)5G通信技術(shù)即第五代移動通信技術(shù)，其:數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到10Gbit/s；連接數(shù)量密度也更高；空口時延也更低，最低可至1ms。5G的應(yīng)用場景不僅關(guān)注人與人，也關(guān)注人與物、物與物的聯(lián)接，它的三個主要用例:增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）；低功耗大連接場景（mMTC）；低時延高可靠場景（uRLLC）。1.6.2物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)之間的關(guān)系可以表現(xiàn)為以下三個方面：（1）物聯(lián)網(wǎng)是大數(shù)據(jù)的重要基礎(chǔ)目前，物聯(lián)網(wǎng)、WEB系統(tǒng)以及傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)的三個主要來源，其中物聯(lián)網(wǎng)是大數(shù)據(jù)的主要數(shù)據(jù)來源，可以說沒有物聯(lián)網(wǎng)就沒有大數(shù)據(jù)。（2）大數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)體系的重要組成部分?jǐn)?shù)據(jù)的分析處理是四層物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中應(yīng)用層的主要功能，大數(shù)據(jù)分析是大數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)價值化的重要手段之一。（3）物聯(lián)網(wǎng)平臺的發(fā)展將進(jìn)一步整合大數(shù)據(jù)和人工智能在未來，物聯(lián)網(wǎng)平臺將進(jìn)一步整合大數(shù)據(jù)和人工智能，物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展必然是數(shù)據(jù)化和智能化。1.6.3物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)智能物聯(lián)網(wǎng)（AIOT，AI+IOT）概念的提出，也是人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)在實際應(yīng)用中的落地融合。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的日益成熟，越來越多的企業(yè)將AIOT作為其主要的發(fā)展方向。AIOT是指系統(tǒng)通過各種信息傳感器實時采集各類信息(一般是在監(jiān)控、互動、連接情境下的)，在終端設(shè)備、邊緣域或云中心通過機(jī)器學(xué)習(xí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，包括定位、比對、預(yù)測、調(diào)度等。Q&A蘇州市職業(yè)大學(xué)第2章物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用》2.1本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述2感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用3網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用4應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用目錄CONTENTSPART012.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述2.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述2.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述1）感知層它好比是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官，主要功能是識別物體、數(shù)據(jù)采集與感知，涉及傳感器、RFID射頻、定位、音視頻識別等技術(shù)。聽覺嗅覺視覺觸覺味覺五官2.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述2）網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于人的大腦和神經(jīng)中樞，主要負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。主要功能是把感知層獲取到的信息可靠、安全地進(jìn)行傳送。網(wǎng)絡(luò)層主要的功能就是實現(xiàn)信息的傳遞、路由與控制，該層主要包含移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)以及衛(wèi)星等通信技術(shù)。2.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述3）應(yīng)用層它好比是物聯(lián)網(wǎng)的大腦，主要功能是支撐不同行業(yè)、不同應(yīng)用及不同系統(tǒng)之間的信息協(xié)同共享、以及各種行業(yè)應(yīng)用服務(wù)。PART022.3感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用感知層處于物聯(lián)網(wǎng)的底層，它是智能設(shè)備（物）與感知網(wǎng)絡(luò)的一個集合體，在物體上加上電子標(biāo)簽或各種傳感器，可以讓它組成感知網(wǎng)絡(luò)，通過電子標(biāo)簽可以賦予物體在感知網(wǎng)絡(luò)中的身份，通過各種傳感器可以獲取物體本身或所處環(huán)境的狀態(tài)信息，此外，還可以結(jié)合相關(guān)的執(zhí)行器設(shè)備來實現(xiàn)人與物之間的交互。感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性1關(guān)聯(lián)著物聯(lián)網(wǎng)的生命周期2決定了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用價值3影響著物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍4關(guān)系著物聯(lián)網(wǎng)的安全2.3.1感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性2.3感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3.2感知層的功能描述感知層處于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)中的底層，其主要功能一般包括感知終端的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)傳輸兩部分。其工作流程一般先通過傳感器、RFID、GPS、攝像頭等感知設(shè)備獲取物理世界的數(shù)據(jù)，然后在通過藍(lán)牙、ZigBee、工業(yè)現(xiàn)場總線、紅外線等通信技術(shù)進(jìn)行協(xié)同工作或?qū)?shù)據(jù)傳送至物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、云平臺。2.3感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3.2感知層的功能描述標(biāo)識技術(shù)1）感知層的主要關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)識技術(shù)是將物體接入網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，它讓物體在網(wǎng)絡(luò)中具有可是別的身份。傳感技術(shù)傳感技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，也是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭之一。傳感技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備就是傳感器。視頻技術(shù)視頻技術(shù)可看作是非接觸式的傳感技術(shù)，它可以從大量的視頻中提取關(guān)鍵信息和有價值的信息，為物聯(lián)網(wǎng)的感知能力提供了重要的補(bǔ)充。2.3感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3.2感知層的功能描述1）感知層的相關(guān)硬件接口與通信協(xié)議—RS-232接口:2.3感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3.2感知層的功能描述2）感知層的相關(guān)硬件接口與通信協(xié)議—RS-485接口:2.3.2感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3.2感知層的功能描述3）感知層的相關(guān)硬件接口與通信協(xié)議—UART/USART接口:2.3感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3.2感知層的功能描述4）感知層的相關(guān)硬件接口與通信協(xié)議—IIC/I2C接口:2.3.2感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3.2感知層的功能描述5）感知層的相關(guān)硬件接口與通信協(xié)議—USB接口:2.3感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3.2感知層的功能描述6）感知層的相關(guān)硬件接口與通信協(xié)議—SPI、QSPI接口:QSPI（QueuedSPI）隊列串行外設(shè)接口：該接口是SPI接口的擴(kuò)展，比SPI應(yīng)用更加廣泛。QSPI是在SPI協(xié)議的基礎(chǔ)上，對其增加了隊列傳輸機(jī)制，傳輸過程不需要CPU干預(yù)，極大的提高了傳輸效率。SPI2.3感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.3.2感知層的功能描述7）感知層的相關(guān)硬件接口與通信協(xié)議—CAN接口:CAN總線-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器PART032.4網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.4網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中也起著非常重要的作用，它主要負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的可靠傳輸與存儲工作。網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性主要體現(xiàn)在以下3個方面：網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性1網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)通信的基礎(chǔ)2物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景和規(guī)模大小是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的選擇依據(jù)3網(wǎng)絡(luò)層的安全性決定了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性2.4.1網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性2.4網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.4.2網(wǎng)絡(luò)層的功能描述網(wǎng)絡(luò)層處于物聯(lián)網(wǎng)的三層體系結(jié)構(gòu)的中間層，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)兩個端系統(tǒng)（即感知端和應(yīng)用端）之間數(shù)據(jù)的透明傳輸。（1）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的組成網(wǎng)絡(luò)層主要包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩部分，核心網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的骨干和核心，接入網(wǎng)是核心網(wǎng)絡(luò)與感知終端之間的通信網(wǎng)絡(luò)。2.4網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.4.2網(wǎng)絡(luò)層的功能描述（2）物聯(lián)網(wǎng)的連接技術(shù)指標(biāo)參數(shù)廣域網(wǎng)接入的主要協(xié)議局域網(wǎng)接入的主要協(xié)議2/3/4/5GeMTCNB-IOTLoRaSigfoxWi-FiZigBee藍(lán)牙覆蓋范圍1-10km1-10km1-10km1-10km1-10km20-200m100m20-200m傳輸速率170kbps~100Mbps1Mbps100kbps50kbps100kbps54Mbps20kbps~250kpbs1Mbps連接數(shù)<2萬/小區(qū)<2萬/小區(qū)<5萬/小區(qū)1萬1萬約10個6.5萬約7個待機(jī)時間數(shù)天/月10年10年3~5年10年1-5天2年數(shù)天/月授權(quán)頻譜是是是否否否否否優(yōu)勢高安全性、傳輸數(shù)據(jù)量大低功耗海量連接高速率可移動高安全性低時延廣覆蓋低功耗低成本廣連接傳輸率低成本低技術(shù)簡單應(yīng)用廣泛傳輸速率快低功耗自組網(wǎng)低復(fù)雜度可靠組網(wǎng)簡單低功耗低延時安全缺點(diǎn)功耗高成本高模塊成本高協(xié)議復(fù)雜非授權(quán)頻段、數(shù)據(jù)傳輸量小非授權(quán)頻段、相對封閉設(shè)置麻煩功耗高成本高傳輸范圍小、速率低、時延不確定傳輸范圍小2.4網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.4.2網(wǎng)絡(luò)層的功能描述（3）物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)的主要協(xié)議-IP協(xié)議PART042.5應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.5應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層要處理的兩個核心問題就是數(shù)據(jù)和應(yīng)用。2.5.1應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性從數(shù)據(jù)上看：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層需要將接收到的感知層采集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲、分析、處理以及實時管理，隨時隨地為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)提供這些數(shù)據(jù)并供其使用。從應(yīng)用上看：單純提供數(shù)據(jù)的管理和處理還不夠，還需要將這些數(shù)據(jù)和各種實際的事務(wù)進(jìn)行精準(zhǔn)匹配，大數(shù)據(jù)內(nèi)容與各種事務(wù)的具體內(nèi)容緊密關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)與具體物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用相結(jié)合。2.5應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.5.2應(yīng)用層的功能描述（1）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的結(jié)構(gòu)中間件云計算與大數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在各個垂直行業(yè)和應(yīng)用場景，用戶通過應(yīng)用系統(tǒng)可以與物理世界中的事物進(jìn)行交互的系統(tǒng)，它也是物與物、人與物、人與人之間交流的橋梁。云計算與大數(shù)據(jù)技術(shù)可以為物聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)提供存儲和分析。物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)是一種介于物聯(lián)網(wǎng)硬件和應(yīng)用軟件之間的技術(shù)，它是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的重要軟件組成部分，可以向下進(jìn)行集成處理，向上直接為系統(tǒng)軟件提供數(shù)據(jù)等資源，能夠為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供統(tǒng)一封裝的公共能力。2.5應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.5.2應(yīng)用層的功能描述（2）典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議服務(wù)器與本地瀏覽器之間的超文本傳輸協(xié)議2.5應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.5.2應(yīng)用層的功能描述（2）典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議MQTT是也是一個基于客戶端/服務(wù)器的消息發(fā)布/訂閱（Publish/Subscribe）傳輸協(xié)議，該協(xié)議的特點(diǎn)是輕量、簡單、開放和易于實現(xiàn)2.5應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.5.2應(yīng)用層的功能描述（2）典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議Modbus協(xié)議屬于應(yīng)用層通信協(xié)議，它是一種串行通信協(xié)議，最初是為了使用可編程邏輯控制器（PLC）而設(shè)計，能夠讓不同廠商的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行集中控制。2.5應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.5.2應(yīng)用層的功能描述（2）典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議CoAP協(xié)議是用于受約束設(shè)備的專用互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議，該協(xié)議設(shè)計用于在同一受限網(wǎng)絡(luò)（如低功率或有損網(wǎng)絡(luò)）上的設(shè)備之間，設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)上的一般節(jié)點(diǎn)之間以及在都通過互聯(lián)網(wǎng)鏈接的不同首先網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備之間使用。2.5應(yīng)用層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用2.5.2應(yīng)用層的功能描述（2）典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)協(xié)議（DataDistributionService，DDS）高級消息隊列協(xié)議（AdvancedMessageQueueingProtocol，AMQP）可擴(kuò)展通信和展示協(xié)議（ExtensibleMessagingandPresenceProtocol，XMPP）Java消息服務(wù)協(xié)議（JavaMessageService，JMS）Q&A第3章物聯(lián)網(wǎng)感知層關(guān)鍵技術(shù)《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用》3.1本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)1條形碼技術(shù)2RFID射頻技術(shù)3傳感器技術(shù)4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目錄CONTENTS5生物識別技術(shù)6物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)7智能終端技術(shù)PART013.2自動識別技術(shù)按照應(yīng)用領(lǐng)域和具體特征的分類標(biāo)準(zhǔn)，自動識別技術(shù)一般可以分為以下幾類：（1）條碼識別技術(shù)；（2）射頻識別技術(shù)；（3）圖像識別技術(shù)；（4）磁卡及IC卡識別技術(shù)；（5）光學(xué)字符識別技術(shù)；（6）語音識別技術(shù)。3.2.1自動識別技術(shù)分類條形碼的發(fā)展歷史條形碼的研究始于美國。20世紀(jì)20年代，發(fā)明家JohnKermode想對郵政單據(jù)實現(xiàn)自動分揀，發(fā)明了一個“條”表示數(shù)字“1”，兩個“條”表示數(shù)字“2”，并發(fā)明了由基本的元件組成的條碼識讀設(shè)備，從而實現(xiàn)了對信件的自動分揀。20世紀(jì)40年代，美國的兩位工程師開始研究用代碼表示食品項目和相應(yīng)的自動識別設(shè)備，并于1949年獲得了美國專利。20世紀(jì)70年代初，隨著計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，條碼首先在美國的食品零售業(yè)應(yīng)用并取得成功。同時，InterfaceMechanisms公司開發(fā)出“二維碼”。1970年，美國統(tǒng)一編碼委員會成立（UCC,UniformCodeCouncil)。1972年，UCC推薦了由IBM公司提出的通用產(chǎn)品代碼UPC(UniversalProductionCode)，隨之而來的是使用UPC碼標(biāo)識商品和使用條碼掃描器的銷售點(diǎn)迅速增多。1977年，成立了“歐洲物品編碼協(xié)會”，推出了與UPC碼兼容的EAN碼（EuropeanArticleNumberingAssociation）。1981年，“歐洲物品編碼協(xié)會”更名為“國際物品編碼協(xié)會”IAN(InternationalArticleNumberingAssociation)。20世紀(jì)90年代，相繼出現(xiàn)了多種高容量條形碼——CODE49，PDF417等。1991年4月，“中國物品編碼中心”代表中國加入“國際物品編碼協(xié)會”。3.2.2條形碼技術(shù)條形碼的概念條形碼簡稱條碼(Barcode)，它是“由一組規(guī)則排列的條、空及其對應(yīng)字符組成的標(biāo)記，用以表示一定的信息”?！皸l”指對光線反射率較低的部分（一般表現(xiàn)為深色，多用黑色），“空”指對光線反射率較高的部分（一般表現(xiàn)為淺色，多用白色）。條形碼識別是對紅外光或可見光進(jìn)行識別，由掃描器發(fā)出的紅外光或可見光照射條形碼標(biāo)記，深色的“條”吸收光多、反射光少，淺色的“空”吸收光少、反射光多，反射光進(jìn)入掃描器后，掃描器根據(jù)反射光的強(qiáng)弱將光信號轉(zhuǎn)換為電子脈沖，再由譯碼器將電子脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，最后送入計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與管理。3.2.2條形碼技術(shù)

條碼的分類按碼制分類可以把條碼分為UPC碼、EAN碼、25碼、交插25碼、ITF-14碼、ITF-6碼、39碼(Code3of9)、庫德巴碼(Codebar)、128碼、93碼等。按維數(shù)分類可以把條碼分為一維條碼、二維條碼、多維條形碼。3.2.2條形碼技術(shù)

一維條碼一維條碼只是在一個方向（一般是水平方向）表達(dá)信息，而在垂直方向則不表達(dá)任何信息，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的對準(zhǔn)。一維條碼的應(yīng)用可以提高信息錄入的速度，減少差錯率，可直接顯示內(nèi)容為英文、數(shù)字、簡單符號。但一維條碼的存儲數(shù)據(jù)量不多，主要依靠計算機(jī)中的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，在沒有數(shù)據(jù)庫和不便聯(lián)網(wǎng)的地方使用受用較大限制；保密性能不高；損污后可讀性差。按照應(yīng)用，一維條碼又可分為：商品條碼（EAN碼和UPC碼）和物流條碼（128碼、39碼、庫德巴(Codebar)碼等）。3.2.2條形碼技術(shù)

二維條碼二維條碼（2-dimensionalbarcode）是在水平和垂直方向的二維空間中都存儲信息的條碼，可直接表示英文、中文、數(shù)字、符號、圖形等；存儲數(shù)據(jù)量大，可用掃描儀直接讀取內(nèi)容，無需另接數(shù)據(jù)庫；保密性高（可加密）；安全級別最高時，損污50%仍可讀取完整信息。信息容量大、安全性高、讀取率高、錯誤糾正能力強(qiáng)等特性是二維條碼的最主要特點(diǎn)。一維條碼通常只是對物品進(jìn)行標(biāo)識，而二維條碼則可以對物品進(jìn)行詳細(xì)描述。二維條碼通常分為以下兩種類型：行排式二維條碼（2DSTACKEDBARCODE），又稱：堆積式二維條碼或?qū)优攀蕉S條碼矩陣式二維條碼（2DMATRIXBARCODE），又稱：棋盤式二維條碼3.2.2條形碼技術(shù)3.2.2條形碼技術(shù)行排式二維碼矩陣式二維碼二維條碼與一維條碼的比較二維條碼除了左右（條寬）的粗細(xì)及黑白線條有意義外，上下的條高也有意義。與一維條碼相比，由于左右（條寬）上下（條高）的線條皆有意義，故可存放的信息量就比較大。

從符號學(xué)的角度講，二維條碼和一維條碼都是信息表示、攜帶和識讀的手段。但從應(yīng)用角度講，盡管在一些特定場合我們可以選擇其中的一種來滿足我們的需要，但他們的應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)是不同的：一維條碼用于對“物品”進(jìn)行標(biāo)識，二維條碼用于對“物品”進(jìn)行描述。3.2.2條形碼技術(shù)RFID（RadioFrequencyIdentification），即射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，也無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，可工作于多種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個對象，操作快捷方便。3.2.3射頻識別技術(shù)RFID系統(tǒng)的組成一個完整的RFID系統(tǒng)是由閱讀器（Reader）、應(yīng)答器（Transponder）即電子標(biāo)簽（Tag）及應(yīng)用管理系統(tǒng)三個部分組成。3.2.3射頻識別技術(shù)RFID系統(tǒng)的工作原理3.2.3射頻識別技術(shù)RFID系統(tǒng)的分類RFID按應(yīng)用頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)，相對應(yīng)的代表性頻率分別為：低頻135KHz以下、高頻13.56MHz、超高頻860M-960MHz、微波2.4GHz、5.8GHz。RFID按照電子標(biāo)簽?zāi)茉吹墓┙o方式分為無源RFID、有源RFID以及半有源RFID。RFID依據(jù)封裝形式的不同可分為信用卡標(biāo)簽、線形標(biāo)簽、紙狀標(biāo)簽、玻璃管標(biāo)簽、圓形標(biāo)簽及特殊用途的異形標(biāo)簽等。3.2.3射頻識別技術(shù)RFID系統(tǒng)的應(yīng)用RFID系統(tǒng)比較常見的有以下幾種應(yīng)用：

通道管理

數(shù)據(jù)采集與身份確認(rèn)系統(tǒng)

定位系統(tǒng)3.2.3射頻識別技術(shù)3.2.4圖像識別技術(shù)圖像識別技術(shù)是信息時代的一門重要的技術(shù)，是人工智能的一個重要領(lǐng)域。其產(chǎn)生目的是為了讓計算機(jī)代替人類去處理大量的物理信息。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人類對圖像識別技術(shù)的認(rèn)識越來越深刻。圖像識別技術(shù)是一種立體視覺、運(yùn)動分析、數(shù)據(jù)融合等實用技術(shù)的綜合應(yīng)用3.2.5磁卡及IC卡識別技術(shù)一、磁卡磁識別技術(shù)系列產(chǎn)品是集譯碼技術(shù)、數(shù)據(jù)存貯技術(shù)和通訊技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，使用磁卡作為信息錄入手段。二、IC卡IC卡(IntegratedCircuitCard，集成電路卡)，也稱智能卡、智慧卡、微電路卡或微芯片卡等。它是將一個微電子芯片嵌入標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式。。3.2.6光學(xué)字符識別技術(shù)光學(xué)字符識別技術(shù)，英文簡稱OCR（opticalcharacterrecognition）。它是利用光學(xué)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)把印在或者寫在紙上的文字讀取出來，并轉(zhuǎn)換成一種計算機(jī)能夠接受、人又可以理解的格式。3.2.7語音識別技術(shù)語音識別技術(shù)，也被稱為自動語音識別（AutomaticSpeechRecognition，ASR)，其目標(biāo)是將人類的語音中的詞匯內(nèi)容轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可讀的輸入，如按鍵、二進(jìn)制編碼或者字符序列等。目前，很多手機(jī)客戶端、PC客戶端都可以來進(jìn)行語音的錄入（如訊飛語音輸入法）、語音身份識別（如建行手機(jī)APP語音認(rèn)證）等。PART033.3感知技術(shù)傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中感知層的核心技術(shù)之一，作為物聯(lián)網(wǎng)中信息獲取的重要手段。傳感器技術(shù)與通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)一起構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。3.3.1傳感器的感念傳感器的概念傳感器在國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87中的定義是：“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律（數(shù)學(xué)函數(shù)法則）轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。國際電工委員會(IEC:InternationalElectrotechnicalCommittee)對傳感器的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。傳感器在新韋式大詞典中定義為：“從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件”。傳感器是一種把特定的被測信息（包括物理量、化學(xué)量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件或裝置，其實質(zhì)是信號在不同能量形式之間的轉(zhuǎn)換。傳感器的基本特性包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性。3.3.1傳感器的感念3.3.1傳感器的感念人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官，相應(yīng)的，物聯(lián)網(wǎng)為了收集各種信息，也需要借助于各種傳感器，兩者在功能上存在著一定的對應(yīng)關(guān)系：視覺——光敏傳感器聽覺——聲敏傳感器嗅覺——?dú)饷魝鞲衅魑队X——化學(xué)傳感器觸覺——壓敏、溫敏、流體傳感器此外，傳感器在一些方面比人的感覺功能優(yōu)越。傳感器的組成傳感器一般由四個部分組成：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路和輔助電源。在上述四個部分中，敏感元件和轉(zhuǎn)換元件是傳感器的核心部分。不同的傳感器其組成往往并不相同，并非所有傳感器都包括這四個部分。3.3.2傳感器的組成3.3.3傳感器的分類傳感器的分類按測量對象分類，如被測對象分別為：溫度、壓力時，則相應(yīng)的傳感器稱為溫度傳感器、壓力傳感器。按工作原理分類，可分為電阻式、電容式、電感式、壓電式、電磁式、磁阻式、光電式、壓阻式、熱電式、核輻射式、半導(dǎo)體式傳感器等。按傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)在信號變換過程中是否發(fā)生變化，可分為物性型傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器。按輸出信號的性質(zhì)分類，可分為模擬傳感器、數(shù)字傳感器、膺數(shù)字傳感器和開關(guān)傳感器。按傳感器與被測對象是否接觸，可分為接觸式傳感器和非接觸式傳感器。按是否需要外接能源，可分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。按傳感器構(gòu)成分類，可分為基本型傳感器、組合型傳感器和應(yīng)用型傳感器。按作用形式可分為主動型和被動型傳感器。常用傳感器溫度傳感器脈搏傳感器煙霧傳感器距離傳感器角速度傳感器氣壓傳感器3.3.4常用的傳感器指紋技術(shù)

指紋是指人的手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋線。紋線有規(guī)律的排列形成不同的紋型。紋線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)和分叉點(diǎn)，稱為指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)（minutiae）。由于其具有個體差異性、終身不變性，在當(dāng)前很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中指紋技術(shù)被用來進(jìn)行身份識別等功能。指紋識別系統(tǒng)的工作過程如下：3.3.5生物識別技術(shù)人臉識別技術(shù)

人臉識別技術(shù)是指利用分析比較的計算機(jī)技術(shù)識別人臉。它基于人的臉部特征，對輸入的人臉圖像或者視頻流進(jìn)行判斷。

人臉識別技術(shù)包含三個部分：

人臉檢測

人臉跟蹤

人臉比對

人臉識別系統(tǒng)主要包括四個組成部分，分別為：人臉圖像采集及

檢測、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識別。3.3.5生物識別技術(shù)視網(wǎng)膜識別技術(shù)

視網(wǎng)膜是一些位于眼球后部十分細(xì)小的神經(jīng)（1英寸的1/50），它是人眼感受光線并將信息通過視神經(jīng)傳給大腦的重要器官，它同膠片的功能有些類似，用于生物識別的血管分布在神經(jīng)視網(wǎng)膜周圍，即視網(wǎng)膜四層細(xì)胞的最遠(yuǎn)處。視網(wǎng)膜掃描是采用低密度的紅外線去捕捉視網(wǎng)膜的獨(dú)特特征，血液細(xì)胞的唯一模式就因此被捕捉下來。視網(wǎng)膜掃描設(shè)備要獲得視網(wǎng)膜圖像，使用者的眼睛與錄入設(shè)備的距離應(yīng)在半英寸之內(nèi)，并且在錄入設(shè)備讀取圖象時，眼睛必須處于靜止?fàn)顟B(tài)。

雖然視網(wǎng)膜掃描的技術(shù)含量較高，但視網(wǎng)膜掃描技術(shù)可能是最古老的生物識別技術(shù)，在20世紀(jì)30年代，通過研究就得出了人類眼球后部血管分布唯一性的理論，進(jìn)一步的研究表明，即使是孿生子，這種血管分布也是具有唯一性的，除了患有眼疾或者嚴(yán)重的腦外傷外，視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)形式在人的一生當(dāng)中都相當(dāng)穩(wěn)定。3.3.5生物識別技術(shù)虹膜識別技術(shù)

人的眼睛結(jié)構(gòu)由鞏膜、虹膜、瞳孔晶狀體、視網(wǎng)膜等部分組成。虹膜是位于黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環(huán)狀部分，其包含有很多相互交錯的斑點(diǎn)、細(xì)絲、冠狀、條紋、隱窩等的細(xì)節(jié)特征。而且虹膜在胎兒發(fā)育階段形成后，在整個生命歷程中將是保持不變的。這些特征決定了虹膜特征的唯一性，同時也決定了身份識別的唯一性。因此，可以將眼睛的虹膜特征作為每個人的身份識別對象。

虹膜識別就是通過對比虹膜圖像特征之間的相似性來確定人們的身份。虹膜識別技術(shù)的過程一般來說包含如下四個步驟：虹膜圖像獲取

圖像預(yù)處理

特征提取

特征匹配3.3.5生物識別技術(shù)定位技術(shù)概述隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷普及，定位技術(shù)的應(yīng)用如雨后春筍般的出現(xiàn)在人們的生活中，特別是隨著智能手機(jī)應(yīng)用的普及，手機(jī)APP的定位給我們的學(xué)習(xí)生活都帶來了很多的便利，當(dāng)然，我們也看到，定位技術(shù)也給人們的隱私帶來了很大挑戰(zhàn)。目前基于位置的服務(wù)主要有：（1）自動導(dǎo)航，該服務(wù)可以給用戶提供到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑。（2）搜索周邊服務(wù)信息，該服務(wù)可以提供指定位置的服務(wù)信息。（3）基于位置的社交網(wǎng)絡(luò)，該服務(wù)可以提供在指定位置附近使用相同社交網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的用戶信息。位置的信息與我們的生活息息相關(guān)，位置信息不是單純的“位置”，它包含地理位置（空間坐標(biāo)）、處在該位置的時刻（時間坐標(biāo)）、處在該位置的對象（身份信息）等三個方面。3.3.6物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)衛(wèi)星定位技術(shù)衛(wèi)星定位是指通過利用衛(wèi)星和接收機(jī)的雙向通信來確定接收機(jī)的位置，可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)實時為用戶提供準(zhǔn)確的位置坐標(biāo)及相關(guān)的屬性特征。如果采用差分技術(shù)，其精度甚至可以達(dá)到米級。目前各國的衛(wèi)星定位系統(tǒng)如下：（1）美國：GPS定位系統(tǒng)；（2）俄羅斯：GLONASS定位系統(tǒng)；（3）歐盟：伽利略定位系統(tǒng)；（4）中國：北斗一號（區(qū)域）、北斗二號、三號（全球）定位系統(tǒng)。3.3.6物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)移動蜂窩定位技術(shù)移動蜂窩定位技術(shù)主要利用移動運(yùn)營商建立的大量移動通信基站，利用通信基站的固定位置信息來判斷移動用戶的位置信息，這在一定程度上降低了移動定位的成本，也增強(qiáng)了移動通信功能的實用性。移動通信基站定位從定位計算的原理上大致可以分為3種類型：基于三角關(guān)系和運(yùn)算的定位技術(shù)、基于場景分析的定位技術(shù)和基于臨近關(guān)系的定位技術(shù)。3.3.6物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)無線室內(nèi)定位技術(shù)衛(wèi)星定位技術(shù)與移動蜂窩定位技術(shù)主要是戶外實現(xiàn)定位的技術(shù)，對于室內(nèi)來說，衛(wèi)星的信號很弱甚至沒有，移動通信信號也會因為室內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境而不適合用于室內(nèi)的定位。目前，常見的室內(nèi)無線定位技術(shù)還有：Wi-Fi、藍(lán)牙、紅外線、超寬帶、RFID、ZigBee和超聲波等。3.3.6物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)PART063.4智能終端技術(shù)3.4智能終端技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)終端基本由外圍感知(傳感)接口，中央處理模塊和外部通訊接口三個部分組成。1）智能終端工作原理3.4智能終端技術(shù)按使用擴(kuò)展性不同，智能終端可分為單一功能終端和通用智能終端。2）智能終端的分類按傳輸通路的不同，可分為數(shù)據(jù)透傳終端和非數(shù)據(jù)透傳終端。3.4智能終端技術(shù)2）智能終端在智慧城市中的應(yīng)用案例智慧終端設(shè)備包括了智能手機(jī)、智能手表、智能收銀機(jī)、智能刷臉機(jī)、智能自助結(jié)算餐臺、智能人臉識別門禁智能魔鏡等各類設(shè)備，這些設(shè)備在智慧城市建設(shè)中扮演著重要的角色。Q&A第4章物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用》4.1本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)1物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)2互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)3短距離無線通信技術(shù)4低功耗無線廣域網(wǎng)技術(shù)目錄CONTENTS5移動通信技術(shù)6衛(wèi)星通信技術(shù)PART014.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)串口通信技術(shù)概述串口通信在物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)中應(yīng)該是一個非常重要的組成部分，很多物聯(lián)網(wǎng)底層的感知終端采集的數(shù)據(jù)都會通過串口進(jìn)行上報，因此，對于一個物聯(lián)網(wǎng)底層應(yīng)用的開發(fā)工程師亦或是一個嵌入式開發(fā)工程師來說，串口通信將是一個非常熟悉的模塊。例如，目前比較常見的C51單片機(jī)通信、ARM的STM32單片機(jī)、TI的MSP430單片機(jī)等的相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)底層的開發(fā)都離不開串口通信技術(shù)。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（1）串行通信（SerialCommunication）和并行通信(ParallelCommunication)所謂串行通信，是指通信雙方使用一條或二條數(shù)據(jù)信號線相連，同一時刻，數(shù)據(jù)在一條數(shù)據(jù)信號線上只能按位進(jìn)行順序傳送，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度。所謂并行通信，是指以字節(jié)（Byte）或字節(jié)的倍數(shù)為傳輸單位，一次傳送一個或一個以上字節(jié)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的各位同時進(jìn)行傳送。計算機(jī)的各個總線數(shù)據(jù)的傳輸就是以并行的方式進(jìn)行的。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（1）串行通信（SerialCommunication）和并行通信(ParallelCommunication)如右圖所示，串行通信與并行通信相比，串行通信的缺點(diǎn)是速度較低，但是它傳輸線少、成本低、適合遠(yuǎn)距離的傳輸，也易于擴(kuò)展，所以在物聯(lián)網(wǎng)的底層通信方式中，串行通信是一種經(jīng)常采用的通信技術(shù)。此外，在計算機(jī)上常用的COM、USB、Ethernet、Bluetooth等端口都屬于串行接口。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（2）異步串行通信（Asynchronousserialcommunication）和同步串行通信（Synchronousserialcommunication）異步串行通信中，接收方和發(fā)送方各自使用自己的時鐘，即它們的工作是非同步的，在異步通信傳輸中，如圖下所示，每一個字符都要用起始位和停止位作為字符的開始和結(jié)束的標(biāo)識，以字符為單位逐個字符發(fā)送和接收。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（2）異步串行通信（Asynchronousserialcommunication）和同步串行通信（Synchronousserialcommunication）異步通信傳輸時，每個字符的組成格式首先用一個起始位表示字符的開始；后面緊跟著的是字符的數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)字通常是7位或8位數(shù)據(jù)（低位在前，高位在后），在數(shù)據(jù)字中可根據(jù)需要加入奇偶校驗位；最后是停止位，其長度可以是一位或兩位。串行傳送的數(shù)據(jù)字加上成幀信號的起始位和停止位就形成了一個串行傳送的幀。起始位用邏輯“0”低電平表示，停止位用邏輯“1”高電平表示。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（2）異步串行通信（Asynchronousserialcommunication）和同步串行通信（Synchronousserialcommunication）在異步通信數(shù)據(jù)傳送中，通信雙方必須約定好兩項事宜：字符格式。包括字符的編碼形式、奇偶校驗以及起始位和停止位的規(guī)定。通信速率。通信速率通常使用比特率來表示。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（2）異步串行通信（Asynchronousserialcommunication）和同步串行通信（Synchronousserialcommunication）同步串行通信是一種連續(xù)串行傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，通信時，一次只傳送一幀信息。同步通信的信息幀與異步通信的字符幀不同，其一般包含若干個字符數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程，數(shù)據(jù)格式分為面向字符的數(shù)據(jù)傳輸和面向比特的數(shù)據(jù)傳輸兩種。其中，面向字符型的同步通信數(shù)據(jù)格式可采用單同步、雙同步和外同步三種格式，如下圖所示。單同步和雙同步均由SYNC同步字符、數(shù)據(jù)字節(jié)字符和CRC校驗字符等三部分組成，單同步是指在傳送數(shù)據(jù)之前先傳送一個“SYNC”，而雙同步則先傳送兩個“SYNC”。外同步的數(shù)據(jù)格式中沒有同步字符，而是用一條專用控制線來傳送同步字符，來實現(xiàn)接收端及發(fā)送端的同步。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（2）異步串行通信（Asynchronousserialcommunication）和同步串行通信（Synchronousserialcommunication）面向比特型的同步通信數(shù)據(jù)格式如下圖所示，它是根據(jù)同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（SDLC），將面向比特型的數(shù)據(jù)幀分為六個部分組成：4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（2）異步串行通信（Asynchronousserialcommunication）和同步串行通信（Synchronousserialcommunication）面向比特型的數(shù)據(jù)幀分為六個部分組成：第一部分：開始標(biāo)志“7EH”；第二部分：一個字節(jié)的地址場；第三部分：一個字節(jié)的控制場；第四部分：需要傳送的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)都是位（bit）的集合；第五部分：兩個字節(jié)的循環(huán)冗余碼CRC；第六部分：“7EH”，作為結(jié)束標(biāo)志。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（3）串口串口是用于實現(xiàn)串行通信的物理接口的統(tǒng)稱。串口的出現(xiàn)是在1980年左右，最初，它是為了實現(xiàn)連接計算機(jī)外設(shè)為目的，比如連接鼠標(biāo)、外置Modem、寫字板等設(shè)備。串口還可以用于兩臺計算機(jī)（或設(shè)備）之間的互連及數(shù)據(jù)傳輸。目前，大部分便攜式筆記本電腦的主板上已經(jīng)開始取消這個接口，而是將它更多地用于工業(yè)控制和測量設(shè)備以及部分通信設(shè)備中，例如，很多物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備中將采用此接口。第一部分：開始標(biāo)志“7EH”；4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（3）串口按照通信的方式，串口又分為同步串行接口（SynchronousSerialInterface，SSI）和異步串行接口（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter,UART），即通用異步接收和發(fā)送器。UART是一個并行輸入轉(zhuǎn)為串行輸出的芯片，一般集成在主板上，它包含TTL電平的串口和RS232電平的串口。TTL電平是3.3V，RS232是負(fù)邏輯電平，+5V~+12V為低電平，-12V~-5V為高電平。一般串口有兩種物理標(biāo)準(zhǔn)，即D型9針接口（D9型接口）和4針杜邦接口兩種。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（3）串口如下圖所示是目前在電路板上比較常見的4針UART串口，有的還帶有杜邦插針。UART一般有4個PIN引腳，即VCC（電源）、GND（接地）、RX（接收）和TX（發(fā)送），用TTL電平，低電平為0（0V），高電平為1（3.3V或以上）。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（3）串口如下圖所示是D9型接口，常見于計算機(jī)的主板上，該種接口的協(xié)議有RS-232和RS485兩種。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（4）波特率（Baudrate）和比特率（Bitrate）在數(shù)據(jù)通信的信道中，攜帶數(shù)據(jù)信息的信號單元一般稱之為碼元，它表示單位時間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)或信號狀態(tài)變化的次數(shù)，即每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元的數(shù)量稱為碼元傳輸速率，也就是波特率，波特率也可以稱之為符號速率（SymbolRate）和調(diào)制速率（ModulationRate）。它是傳輸信道頻寬的一個重要指標(biāo)。比特率是指在單位時間內(nèi)傳輸?shù)谋忍兀╞it）數(shù)，單位為“bitpersecond”(bit/s)。在通信和計算機(jī)領(lǐng)域，比特率指的是信號（用數(shù)字二進(jìn)制位表示）通過系統(tǒng)處理或傳輸?shù)乃俾剩簿褪菃挝粫r間內(nèi)處理或傳輸二進(jìn)制位的數(shù)據(jù)量。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)相關(guān)術(shù)語（4）波特率（Baudrate）和比特率（Bitrate）波特率和比特率有時會被混淆，比特率實際上是對數(shù)據(jù)傳輸率的度量，而波特率則是單位時間內(nèi)碼元符號的個數(shù)，通過不同的調(diào)制方法可以在一個碼元上承載多個比特信息。例如，在兩相調(diào)制中（即單個調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)一個二進(jìn)制位的比特率），比特率的數(shù)值是等同于波特率的；在四相調(diào)制中（即單個調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)兩個二進(jìn)制位）的比特率是波特率的2倍；在八相調(diào)制中（即單個調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)三個二進(jìn)制位）的比特率是波特率的3倍；以此類推，可以知道波特率和比特率的關(guān)系是：比特率=波特率×單個調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)的二進(jìn)制位數(shù)。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)串口調(diào)試軟件串口調(diào)試軟件室串口調(diào)試的相關(guān)工具，目前有較多支持串口調(diào)試的軟件，如下圖所示，SSCOM就是其中一款串口調(diào)試軟件，可以打開PC上開啟的串口（端口），并可以向其發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以接收串口反饋的數(shù)據(jù)。4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)4.2物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)PART024.3互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)物體之間信息的連接和移動，因此需要網(wǎng)絡(luò)作為連接橋梁?；ヂ?lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的重要承載網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。4.3互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)局域網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork），簡稱LAN，是指在某一區(qū)域內(nèi)由多臺計算機(jī)互聯(lián)而成的計算機(jī)集合。這里提到的“某一區(qū)域”可以是同一辦公室、同一建筑物或樓群間等，范圍一般是十公里以內(nèi)。局域網(wǎng)（LAN）上的每一臺計算機(jī)（或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）都有一個或多個局域網(wǎng)IP地址，這個地址稱為私網(wǎng)或內(nèi)網(wǎng)IP地址，局域網(wǎng)IP地址是局域網(wǎng)內(nèi)部分配的，不同局域網(wǎng)的IP地址可以重復(fù)。局域網(wǎng)可以實現(xiàn)文件管理、應(yīng)用軟件共享、打印機(jī)共享、掃描儀共享、工作組內(nèi)的日程安排、電子郵件和傳真通信服務(wù)等功能。4.3互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)局域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)（Ethernet）當(dāng)前局域網(wǎng)通信技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一種，它是IEEE組織的IEEE802.3小組制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了物理層的接線規(guī)范、電子信號規(guī)范以及介質(zhì)訪問控制協(xié)議等方面的內(nèi)容。目前以太網(wǎng)的傳輸?shù)乃俾士蛇_(dá)到10Mbps|100Mbps|1000Mbps,高速以太網(wǎng)網(wǎng)的傳輸速率還可以可達(dá)到10Gbps/S。目前，以太網(wǎng)通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)通信中也起到一個非常重要的作用，它可以通過交換機(jī)，將連接到串口服務(wù)器的物聯(lián)網(wǎng)終端進(jìn)行互聯(lián)，如下圖所示，物聯(lián)網(wǎng)終端采集的數(shù)據(jù)可以通過相應(yīng)轉(zhuǎn)換后，利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)通信技術(shù)進(jìn)行互聯(lián)。4.3互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)4.3互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)（WAN，WideAreaNetwork）也稱遠(yuǎn)程網(wǎng)，通常所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個城市或國家形成國際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)是由許多交換機(jī)組成的，交換機(jī)之間采用點(diǎn)到點(diǎn)線路連接，幾乎所有的點(diǎn)到點(diǎn)通信方式都可以用來建立廣域網(wǎng)，包括租用線路、光纖、微波、衛(wèi)星信道。4.3互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)廣域網(wǎng)技術(shù)廣域網(wǎng)上的每一臺計算機(jī)（或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）都有一個或多個廣域網(wǎng)IP地址，這個IP地址稱為公網(wǎng)地址，要從ISP處申請獲得，廣域網(wǎng)IP地址不能重復(fù)。廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)，可以利用公用分組交換網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)和無線分組交換網(wǎng)等。它將分布在不同地區(qū)的局域網(wǎng)或計算機(jī)系統(tǒng)互連起來，達(dá)到資源共享的目的?；ヂ?lián)網(wǎng)（Internet）是世界范圍內(nèi)最大的廣域網(wǎng)。4.3互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)接入網(wǎng)技術(shù)所謂接入網(wǎng)是指骨干網(wǎng)絡(luò)到用戶終端之間的所有設(shè)備。其長度一般為幾百米到幾公里，被形象地稱為“最后一公里”。由于骨干網(wǎng)一般采用光纖結(jié)構(gòu)，傳輸速度快，因此，接入網(wǎng)便成為了整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的瓶頸。接入網(wǎng)的接入方式包括銅線（普通電話線）接入、光纖接入、光纖同軸電纜（有線電視電纜）混合接入、無線接入和以太網(wǎng)接入等幾種方式。4.3互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)PART034.4短距離無線通信技術(shù)

無線通信網(wǎng)絡(luò)是利用無線通信通信技術(shù)、通信設(shè)備、通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議等組成的通信網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)通信距離不同，無線網(wǎng)絡(luò)分為無線個域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)。4.4

短距離無線通信技術(shù)

無線個域網(wǎng)（WPAN,WirelessPersonalAreaNetwork）位于整個網(wǎng)絡(luò)鏈的末端，用于實現(xiàn)同一地點(diǎn)終端與終端間的連接，如連接手機(jī)和藍(lán)牙耳機(jī)等。WPAN所覆蓋的范圍一般在10m半徑以內(nèi)，必須運(yùn)行于許可的無線頻段。WPAN設(shè)備具有價格便宜、體積小、易操作和功耗低等優(yōu)點(diǎn)。 IEEE、ITU等組織都致力于WPAN標(biāo)準(zhǔn)的研究，其中IEEE組織對WPAN的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)主要集中在802.15系列。支持無線個人局域網(wǎng)的技術(shù)包括：藍(lán)牙、ZigBee、超頻波段（UWB）、Z-WAVE、IrDA、HomeRF等。4.4

短距離無線通信技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)是在1998年，由愛立信、諾基亞、IBM等公司共同推出的，即后來的IEEE802.15.1標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙技術(shù)為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的無線空中接口。藍(lán)牙技術(shù)利用時分多址、高度調(diào)頻燈光方法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。當(dāng)前，藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展方向重點(diǎn)在于移動設(shè)備方面，目標(biāo)是能夠有效的簡化移動設(shè)備同計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞過程，同時具備較強(qiáng)的工作效率。4.4

短距離無線通信技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙無線通信技術(shù)工作于2.4GHz的工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施（InstituteforSupplyManagement,ISM）頻段，采用1600跳/s的快速跳頻技術(shù)、正向糾錯編碼（FEC）技術(shù)和FM調(diào)制方式，設(shè)備簡單，支持點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)通信。藍(lán)牙的具有點(diǎn)對點(diǎn)的超低功耗的特性，它將是物聯(lián)網(wǎng)連接的一個重要連接方式。2016年6月17日，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在倫敦正式發(fā)布了藍(lán)牙5.0的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)在性能上將遠(yuǎn)超以往版本的藍(lán)牙技術(shù)，如有效傳輸距離是藍(lán)牙4.2的4倍，傳輸速率是藍(lán)牙4.2的2倍，最高速率可達(dá)24Mbps。4.4

短距離無線通信技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)基于藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中所扮演的角色有主設(shè)備和從設(shè)備之分。主設(shè)備負(fù)責(zé)設(shè)定跳頻序列，從設(shè)備必須與主設(shè)備保持同步。主設(shè)備負(fù)責(zé)控制主從設(shè)備之間的業(yè)務(wù)傳輸時間與速率。在組網(wǎng)方式上，通過藍(lán)牙設(shè)備中的主設(shè)備與從設(shè)備可以形成一點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，即在主設(shè)備周圍組成一個微微網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)任何從設(shè)備都可與主設(shè)備通信，而且這種連接無須任何復(fù)雜的軟件支持，但是一個主設(shè)備同時最多只能與網(wǎng)內(nèi)的7個從設(shè)備相連接進(jìn)行通信。同樣，在一個有效區(qū)域內(nèi)多個微微網(wǎng)通過節(jié)點(diǎn)橋接可以構(gòu)成散射網(wǎng)。4.4

短距離無線通信技術(shù)ZigBee技術(shù)ZigBee（譯名“紫蜂”）是一種新興的短距離、低功率、低速率無線接入技術(shù)。2001年8月，ZigBeeAlliance正式成立，2004年ZigBee的第一個版本V1.0正式誕生，2006年，ZigBee2006推出，修改了V1.0版本中存在的一些錯誤，并對其進(jìn)行了完善，2007年，ZigBeePro版本推出，隨后2009年3月，ZigBee采用IETF的IPv66Lowpan標(biāo)準(zhǔn)作為新一代智能電網(wǎng)（SmartEnergy）的標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee也將逐漸被IPv66Lowpan標(biāo)準(zhǔn)所取代。4.4

短距離無線通信技術(shù)ZigBee技術(shù)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)是基于IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的關(guān)于組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是IEEE802.15.4的擴(kuò)展集，它由ZigBee聯(lián)盟與IEEE802.15.4工作組共同制定。ZigBee工作在2.4GHz頻段，共有27個無線信道，其主要技術(shù)的特點(diǎn)如下：功耗低：待機(jī)模式下，2節(jié)5號電池可以使用6~24個月；低速率：數(shù)據(jù)傳輸速率的范圍在20~250kbps；成本低：ZigBee數(shù)據(jù)傳輸率低，協(xié)議簡單，成本較低，且ZigBee協(xié)議免收專利費(fèi)；4.4

短距離無線通信技術(shù)ZigBee技術(shù)其主要技術(shù)的特點(diǎn)如下：容量大：ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，一個節(jié)點(diǎn)可以最多管理254個子節(jié)點(diǎn)，且該節(jié)點(diǎn)還可以由其上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，網(wǎng)絡(luò)最多可以支持65000多個節(jié)點(diǎn)；低延遲：ZigBee網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)速度快，節(jié)點(diǎn)從睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需要15ms，節(jié)點(diǎn)連接到網(wǎng)絡(luò)只需要30ms；短距離：ZigBee的傳輸距離一般在10~100m的范圍；安全性：ZigBee提供了三級安全模式（分別是網(wǎng)絡(luò)密鑰、鏈接密鑰和主密鑰，它們在數(shù)據(jù)加密過程中使用），保證網(wǎng)絡(luò)的安全性，采用AES-128加密算法，同時可以靈活確定其安全屬性；可靠性：采用碰撞避免的策略，并未需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)提供專用時隙，從而避開發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。4.4

短距離無線通信技術(shù)ZigBee技術(shù)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中定義了兩種無線設(shè)備，分別是全功能設(shè)備（FFD）和精簡功能設(shè)備（RFD）。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以分成三種類型，即ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，如下圖所示4.4

短距離無線通信技術(shù)ZigBee技術(shù)其中：協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)：是網(wǎng)絡(luò)的主要控制者，負(fù)責(zé)建立新的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等；路由節(jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)、消息轉(zhuǎn)發(fā)等；終端節(jié)點(diǎn)：主要是終端的感知設(shè)備，如溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)、光照傳感器等，它可以由路由節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)連接到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，也可以直接與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)連接，從而接入到網(wǎng)絡(luò)中。但終端節(jié)點(diǎn)不允許別的節(jié)點(diǎn)通過它介入到網(wǎng)絡(luò)。對于FFD來說，該節(jié)點(diǎn)它可以同時具備協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)的功能，而RFD則只具有其中一種類型的功能。4.4

短距離無線通信技術(shù)UWB技術(shù)UWB(UltraWideband)，即超寬帶技術(shù)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.3a，該技術(shù)早期被用來在近距離進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，但近年來，國外開始利用其亞納米級超窄脈沖來進(jìn)行近距離的精確室內(nèi)定位。4.4

短距離無線通信技術(shù)UWB技術(shù)UWB是一種無載波通信技術(shù)。它是一種超高速的短距離無線接入技術(shù)。它在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，能在10m左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bps~1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、保密性好、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢。UWB早在1960年就開始開發(fā)，但僅限于軍事應(yīng)用，美國FCC于2002年2月準(zhǔn)許該技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域。不過，目前，學(xué)術(shù)界對UWB是否會對其他無線通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾仍在爭論當(dāng)中。4.4

短距離無線通信技術(shù)NFC技術(shù)NFC（NearFieldCommunication），即近場通信技術(shù)。該技術(shù)由飛利浦公司和索尼公司共同研制，并與諾基亞等公司共同發(fā)起了NFC論壇，它是一種非接觸式識別和互聯(lián)技術(shù)，也可以把其視作RFID閱讀器與智能卡的功能整合在一起的產(chǎn)物，目前，NFC廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)等移動設(shè)備和消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，利用開啟了NFC功能的智能手機(jī)可以進(jìn)行公交一卡通、信用卡、門禁等移動支付的應(yīng)用場景，極大提高了人們支付的便捷性。4.4

短距離無線通信技術(shù)NFC技術(shù)NFC的工作頻率在13.56MHz，通信距離在10cm以內(nèi)，傳輸速率可以支持106kbps、212kbps和424kbps等三種傳輸速率。NFC可以有主動和被動兩種數(shù)據(jù)交換模式，在被動模式下，啟動NFC主設(shè)備，在整個通信過程中提供RF-Field(射頻場)，并可以選擇上述三種速率中的一種，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至另一臺設(shè)備。另一臺設(shè)備為從設(shè)備，其不產(chǎn)生RF-Field，而使用Loadmodulation（負(fù)載調(diào)制）技術(shù)，以相同的速率將數(shù)據(jù)回傳給發(fā)起設(shè)備。在主動模式下，發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備則都需要產(chǎn)生自己的RF-Field，便于進(jìn)行相互通信。4.4

短距離無線通信技術(shù)Z-WAVE技術(shù)Z-WAVE是由丹麥的Zensys公司所主導(dǎo)推出的一項短距離無線通信技術(shù)，Z-WAVE是一項基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠性的短距離無線通信技術(shù)，它工作的頻帶有兩種類型，分別是美國所使用的908.42MHz和歐洲所使用的868.42MHz，采用的調(diào)制方式為FSK（BFSK二進(jìn)制頻移鍵控/GFSK高斯頻移鍵控），數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbps，有效的信號覆蓋范圍在室內(nèi)可以達(dá)到30m，室外可以超過100m。4.4

短距離無線通信技術(shù)Z-WAVE技術(shù)目前，Z-WAVE技術(shù)廣泛應(yīng)用于智能家居、商業(yè)照明控制等商業(yè)應(yīng)用中，如家電控制、接入控制、安防控制等，如下圖所示，它可以將任何獨(dú)立的設(shè)備轉(zhuǎn)換為智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)測與控制。4.4

短距離無線通信技術(shù)IrDA技術(shù)IrDA是國際紅外數(shù)據(jù)協(xié)會的英文縮寫，IrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信的技術(shù)，它在技術(shù)上具有移動通信設(shè)備所必需的體積小、功率低、耗電量低的特點(diǎn)。IrDA由于采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接，數(shù)據(jù)傳輸所受到的干擾較少，速率可達(dá)16Mb/s。但是，IrDA是一種視距傳輸技術(shù)，也就是說具有IrDA端口的設(shè)備之間如果試圖傳輸數(shù)據(jù)，中間就不能有阻擋物。其次IrDA設(shè)備中的核心部件紅外線LED不是一種十分耐久的部件。4.4

短距離無線通信技術(shù)HomeRF技術(shù)HomeRF是專門為家庭用戶設(shè)計的家庭區(qū)域范圍內(nèi)使用的無線數(shù)字通信開放新標(biāo)準(zhǔn)。HomeRF利用跳頻擴(kuò)頻方式，通過家庭中的一臺主機(jī)在移動數(shù)據(jù)和語音設(shè)備之間實現(xiàn)通信，既可以通過時分復(fù)用支持語音通信，又可以通過載波監(jiān)聽多重訪問/沖突避免協(xié)議提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。HomeRF是IEEE802.11與數(shù)字增強(qiáng)無繩電話（digitalenhancedcordlesstelephone，DECT）的結(jié)合，旨在降低語音數(shù)據(jù)成本。HomeRF工作在2.4GHz頻段，能同步支持4條高質(zhì)量語音信道，目前HomeRF的傳輸速率可以達(dá)到11Mb/s。4.4

短距離無線通信技術(shù)技術(shù)指標(biāo)藍(lán)牙ZigbeeUWBNFCZ-WAVEIrDAHomeRF工作頻段2.4GHz2.4GHz3.1-10.6GHz13.56MHz908.42MHz(美國)868.42MHz(歐洲)紅外線2.4GHz傳輸速率1Mbps120-250Kbps480Mbps106kbit/s212kbit/s424kbit/s9.6kbps16Mbps6-10Mbps有效通信距離10m10-100m10m10cm以內(nèi)30m（室內(nèi)）100m（室外）1m50m應(yīng)用前景中好好好好一般中幾種WPAN短距離無線通信技術(shù)特點(diǎn)比較4.4

短距離無線通信技術(shù)WI-FI技術(shù)Wi-Fi技術(shù)，即無線局域網(wǎng)技術(shù)，它是利用電磁波在空氣中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，無需線纜介質(zhì)，通信范圍不受環(huán)境條件限制，傳輸范圍大大拓寬，最大可達(dá)幾十公里。無線局域網(wǎng)抗干擾性強(qiáng)，保密性好。相對有線網(wǎng)絡(luò)，無線局域網(wǎng)組建較為容易，配置維護(hù)也很簡單。由于WLAN的這些優(yōu)點(diǎn)，WLAN在很多不適合網(wǎng)絡(luò)布線的場合得到了廣泛應(yīng)用。4.4

短距離無線通信技術(shù)WI-FI技術(shù)1、無線局域網(wǎng)的基本組成無線局域網(wǎng)由無線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)關(guān)組建而成。無線網(wǎng)卡類似于以太網(wǎng)卡，作為無線網(wǎng)絡(luò)的接口，實現(xiàn)計算機(jī)與無線網(wǎng)絡(luò)的連接。無線網(wǎng)卡有三類：PCI無線網(wǎng)卡：適用于普通的臺式計算機(jī)；USB無線網(wǎng)卡：適用于筆記本和臺式機(jī)，支持熱拔插；PCMCIA無線網(wǎng)卡：僅適用于筆記本，支持熱拔插。無線網(wǎng)關(guān)也稱無線無線接入點(diǎn)或無線AP（AcessPoint）、無線網(wǎng)橋，其功能類似于有線網(wǎng)絡(luò)中的集線器。無線AP有一個以太網(wǎng)接口，用于實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的連接。4.4

短距離無線通信技術(shù)WI-FI技術(shù)2、無線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無論采用哪種傳輸技術(shù)，無線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為兩大基本類型：（1）有中心拓?fù)?；?）無中心拓?fù)洌?.4

短距離無線通信技術(shù)WI-FI技術(shù)（1）有中心拓?fù)溆兄行耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)是WLAN的基本結(jié)構(gòu)，它至少包含一個AP作為中心站構(gòu)成星形結(jié)構(gòu)。在AP覆蓋范圍內(nèi)的所有站點(diǎn)之間的通信和接入因特網(wǎng)均由AP來控制，AP類似于有線以太網(wǎng)中的Hub，因此有中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也稱為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)模式（Infrastructure）由AP、無線工作站以及分布式系統(tǒng)DSS（distributionsystemservices）構(gòu)成，覆蓋的區(qū)域成為基本服務(wù)集BSS（basicserviceset）。無線工作站與AP關(guān)聯(lián)采用AP的基本服務(wù)區(qū)標(biāo)識符BSSID（basicservicesetidentifier）。在802.11中，BSSID是AP的MAC地址。從應(yīng)用角度出發(fā)，絕大多數(shù)無線局域網(wǎng)都屬于有中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。有中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目勾輾圆?，AP的故障容易導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。4.4

短距離無線通信技術(shù)WI-FI技術(shù)（1）有中心拓?fù)湟粋€AP般有兩個接口：即支持IEEE802.11協(xié)議的WLAN接口。在基本結(jié)構(gòu)中，不同站點(diǎn)之間不能直接進(jìn)行通信，只能通過訪問AP建立連接。AP覆蓋范圍是有限的，室內(nèi)一般為100m左右，室外一般為300m左右，對于覆蓋較大區(qū)域范圍時，需要安裝多個AP，這時需要勘察確定AP的安裝位置，避免鄰近AP的干擾，考慮頻率重用。多個AP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與目前蜂窩移動通信網(wǎng)相似，用戶可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行越區(qū)切換和漫游，當(dāng)用戶從一個AP覆蓋區(qū)域漫游到另一個AP覆蓋區(qū)域時，用戶站設(shè)備搜索并試圖連接到信號最好的信道，同時還可隨時進(jìn)行切換，由AP對切換過程進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。4.4

短距離無線通信技術(shù)WI-FI技術(shù)（2）無中心拓?fù)錈o中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也被稱為自組織網(wǎng)絡(luò)或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)，即人們常稱的Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)。基于這種結(jié)構(gòu)建立的自組織型WLAN至少有兩個站，各個用戶站（STA）對等互連成網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。點(diǎn)對點(diǎn)Ad-Hoc對等結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于有線網(wǎng)絡(luò)中的多臺計算機(jī)（一般最多是3臺）直接通過網(wǎng)卡互聯(lián)，中間沒有集中接入設(shè)備（沒有無線接入點(diǎn)AP），信號是直接在兩個通信端點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)?。在Adhoc網(wǎng)絡(luò)的BSS中，任一站點(diǎn)可與其他站點(diǎn)直接進(jìn)行相互通信。一個BSS可配置一個AP，多個AP即多個BSS就組成了一個更大的網(wǎng)絡(luò)，稱為擴(kuò)展服務(wù)集（ESS）。無中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)WLAN的主要特點(diǎn)是：無須布線，建網(wǎng)容易，穩(wěn)定性好，但這個結(jié)構(gòu)容量有限，只適用于個人用戶站之間互聯(lián)通信，不能用來開展公眾無線接入業(yè)務(wù)。4.4

短距離無線通信技術(shù)WI-FI技術(shù)3、無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)是IEEE制訂的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要對網(wǎng)絡(luò)的物理層和媒質(zhì)訪問控制層進(jìn)行規(guī)定，其中重點(diǎn)是對媒質(zhì)訪問控制層的規(guī)定。目前該系列的標(biāo)準(zhǔn)有：IEEE802.11、IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g、IEEE802.11d、IEEE802.11e、IEEE802.11f、IEEE802.11h、IEEE802.11i、IEEE802.11j等，其中每個標(biāo)準(zhǔn)都有其自身的優(yōu)勢和缺點(diǎn)。下面就IEEE已經(jīng)制訂且涉及物理層的4種IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b