《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》課件

第8章物聯(lián)網(wǎng)

規(guī)劃設(shè)計與建設(shè)2022年12月11日電子工業(yè)出版社劉化君劉傳清編著《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》教材配套課件8《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》課件

第8章物聯(lián)網(wǎng)

規(guī)劃設(shè)計與建設(shè)202212022年12月11日

8.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)8.1.1物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的原則8.1.2物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的步驟8.2物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建8.2.1物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃8.2.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計8.2.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成8.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計示例8.3.1智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用示例8.3.2工業(yè)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用示例8.4傳感網(wǎng)的廣域互聯(lián)8.4.1傳感網(wǎng)廣域互聯(lián)的方式8.4.2基于IPv6的互聯(lián)接入第8章物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計與構(gòu)建2022年12月8日8.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)8.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)22022年12月11日8.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)

由物聯(lián)網(wǎng)的英文名InternetofThings可知，物聯(lián)網(wǎng)就是物物互聯(lián)的信息網(wǎng)絡(luò)。這樣表述有兩層含義：一是物聯(lián)網(wǎng)的核心承載網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)網(wǎng)；二是物聯(lián)網(wǎng)的客戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，并能進行數(shù)據(jù)交換和通信。這里的“物”要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：①有相應(yīng)信息的接收器和發(fā)送器；②要有數(shù)據(jù)傳輸通路；③有一定的存儲功能；④有CPU；⑤有操作系統(tǒng)；⑥有專門的應(yīng)用程序；⑦遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；⑧在網(wǎng)絡(luò)中有可被識別的惟一編號。2022年12月8日8.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)

由物聯(lián)網(wǎng)的英文名32022年12月11日8.1.1物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的原則1.實用性和先進性原則2.安全性原則3.標準化、開放性和可擴展性原則4.可靠性與可用性原則2022年12月8日8.1.1物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的原則1.實用42022年12月11日8.1.2物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的步驟1.用戶需求調(diào)查與分析2.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)初步設(shè)計3．物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)詳細設(shè)計4．物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)詳細設(shè)計5．系統(tǒng)測試和試運行2022年12月8日8.1.2物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的步驟1.用戶58.2物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建

2022年12月11日目前看來，可以把物聯(lián)網(wǎng)看作是以電子標簽、傳感器等感知設(shè)施和EPC碼為基礎(chǔ)，建立在計算機互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的物物相聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，傳感網(wǎng)是其最復(fù)雜的一個組成部分。一個應(yīng)用系統(tǒng)可能有幾個到幾萬、上百萬不等的感知節(jié)點，應(yīng)用環(huán)境除了室內(nèi)外，還包括在不同溫度、濕度、電磁干擾下的戶外環(huán)境，因此，末梢感知節(jié)點采集控制設(shè)備、接入層技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵和難點。8.2物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建

2022年12月8日目前看來，可以把物68.2.1物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃

2022年12月11日物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將引發(fā)新一輪信息技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命，是信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域未來競爭的制高點和產(chǎn)業(yè)升級的核心驅(qū)動力。隨著信息采集與智能計算技術(shù)的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，大規(guī)模發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的時機日趨成熟，我國早在十多年前就開始了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的研究，技術(shù)和標準與國際基本同步?，F(xiàn)階段，其應(yīng)用主要為傳感網(wǎng)，可在以下各領(lǐng)域構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。8.2.1物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃

2022年12月8日物聯(lián)網(wǎng)技72022年12月11日1.經(jīng)濟領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要是以提高生產(chǎn)效率、改善管理和節(jié)能減排為目的應(yīng)用系統(tǒng)，包括智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流和智能電網(wǎng)等。

（1）智能工業(yè)1）工業(yè)智能控制系統(tǒng)。2）智能裝備產(chǎn)品。（2）智能農(nóng)業(yè)1）數(shù)字大棚物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)推廣平臺。2）農(nóng)業(yè)服務(wù)、管理和遠程監(jiān)測平臺。（3）智能物流1）危險品運輸車輛智能調(diào)度及監(jiān)控系統(tǒng)。2）集裝箱智能物流調(diào)度系統(tǒng)及平臺。3）食品及藥品追溯系統(tǒng)。（4）智能電網(wǎng)1）電網(wǎng)電力設(shè)施智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及平臺2）智能化遠程抄表系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)。2022年12月8日1.經(jīng)濟領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)82022年12月11日2.公共管理領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)公共管理領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)主要是以提高公共管理水平為目的應(yīng)用系統(tǒng)，這可圍繞市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理、重大突發(fā)事件響應(yīng)、重點區(qū)域環(huán)境監(jiān)測等，建設(shè)城市智能交通、智能公共安全、智能環(huán)保和智能災(zāi)害防控等物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。（1）城市智能交通1）交通流量與違規(guī)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及平臺。2）智能停車系統(tǒng)。（2）智能公共安全1）城市公共安全平臺2）重要基礎(chǔ)設(shè)施安全防護平臺。（3）智能環(huán)保1）水環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及預(yù)警平臺。2）生態(tài)城市大氣環(huán)境智能監(jiān)測平臺。3）重點排污企業(yè)智能化遠程監(jiān)控平臺.（4）智能災(zāi)害防控1）水文智能監(jiān)測及洪災(zāi)預(yù)警平臺。2）氣象災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)。3）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防控系統(tǒng)。2022年12月8日2.公共管理領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)92022年12月11日3.公眾服務(wù)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)公眾服務(wù)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)主要以提高人民生活水平為目的構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，可以物聯(lián)網(wǎng)與TD—SCDMA等3G網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)用為突破口，建設(shè)譬如智能醫(yī)護、智能家居等應(yīng)用系統(tǒng)。（1）智能醫(yī)護1）個人健康實時服務(wù)平臺。通過建設(shè)個人實時健康監(jiān)測和服務(wù)平臺，提升對老年市民、離退休干部等實時醫(yī)療醫(yī)護服務(wù)水平。2）智能重癥監(jiān)護病房平臺。通過建設(shè)重癥監(jiān)護病房智能系統(tǒng)，對病人生理參數(shù)進行實時監(jiān)測和分析，能夠降低醫(yī)療費用，提高衛(wèi)生資源的使用效益。（2）智能家居1）智能小區(qū)：在住宅小區(qū)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)聯(lián)入城市公共安全平臺的小區(qū)安防系統(tǒng)以及基于通信網(wǎng)絡(luò)的家庭環(huán)境監(jiān)控、智能安防系統(tǒng)、電子支付等智能控制平臺，可實現(xiàn)小區(qū)、家居智能化。2）基于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能建筑：在政府機關(guān)、科研院校和商業(yè)區(qū)寫字樓鋪設(shè)物聯(lián)網(wǎng)，實時收集水、電等資源使用信息，根據(jù)人員活動情況自動調(diào)節(jié)空調(diào)、電燈和水源等，達到節(jié)能減排的目的。2022年12月8日3.公眾服務(wù)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)108.2.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

2022年12月11日對于近距離無線通信，IEEE802.15委員會制訂了3種不同的無線個人局域網(wǎng)(WPAN)標準。其中，IEEE802.15.3標準是高速率的WPAN標準，適合于多媒體應(yīng)用，有較高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證；IEEE802.15.1標準即藍牙技術(shù)，具有中等速率，適合于蜂窩電話和PDA等的通信，其QoS機制適合于話音業(yè)務(wù)。IEEE802.15.4標準和ZigBee技術(shù)完全融合，專為低速率、低功耗的無線互聯(lián)應(yīng)用而設(shè)計，對數(shù)據(jù)速率和QoS的要求不高。目前，對于小范圍內(nèi)的物品、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，ZigBee技術(shù)以其復(fù)雜度低、功耗低、數(shù)據(jù)速率低及成本低等特點在傳感網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中引起了越來越多的關(guān)注；尤其在控制系統(tǒng)中，ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為傳感網(wǎng)的核心技術(shù)。8.2.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

2022年12月8日對于近距112022年12月11日基于ZigBee技術(shù)的傳感網(wǎng)在消費性電子設(shè)備中嵌入ZigBee芯片后，可實現(xiàn)信息家用電器設(shè)備的無線互聯(lián)。譬如，利用ZigBee技術(shù)可較容易地實現(xiàn)相機或者攝像機的自拍、窗戶遠距離開關(guān)控制、室內(nèi)照明系統(tǒng)的遙控，以及窗簾的自動調(diào)整等。尤其是當在手機或者PDA中嵌入ZigBee芯片后，可以用來控制電視開關(guān)、調(diào)節(jié)空調(diào)溫度及開啟微波爐等?；赯igBee技術(shù)的個人身份卡能夠代替家居和辦公室的門禁卡，記錄所有進出大門的個人信息，若附加個人電子指紋技術(shù)后，可實現(xiàn)更加安全的門禁系統(tǒng)。嵌入ZigBee芯片的信用卡可以較方便地實現(xiàn)無線提款和移動購物，商品的詳細信息也能通過ZigBee向用戶廣播。把ZigBee技術(shù)與傳感器結(jié)合起來，就可形成傳感網(wǎng)。一般，傳感網(wǎng)由感知節(jié)點、匯聚（Sink）節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點三種節(jié)點構(gòu)成。感知節(jié)點、匯聚節(jié)點完成數(shù)據(jù)采集和多跳中繼傳輸。網(wǎng)關(guān)節(jié)點具有雙重功能，一是充當網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，負責網(wǎng)絡(luò)的自動建立和維護、數(shù)據(jù)匯聚；二是作為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的接口，實現(xiàn)接入互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)，與監(jiān)控中心交換傳遞數(shù)據(jù)。基于ZigBee技術(shù)的傳感網(wǎng)由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、介質(zhì)接入控制層和物理層組成。2022年12月8日基于ZigBee技術(shù)的傳感網(wǎng)122022年12月11日2.傳感網(wǎng)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計圖

8-1傳感網(wǎng)系統(tǒng)組成示意圖（1）基于ZigBee技術(shù)的傳感網(wǎng)的組成對于基于ZigBee技術(shù)的傳感網(wǎng)，不同的具體應(yīng)用，傳感網(wǎng)節(jié)點的組成有所不同。通常，就一項具體應(yīng)用而言，感知節(jié)點、感知對象和觀察者是傳感網(wǎng)的3個基本要素。一個傳感網(wǎng)系統(tǒng)組成示意圖如圖8-1所示。2022年12月8日2.傳感網(wǎng)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計圖8-1傳感132022年12月11日（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件設(shè)計1）感知節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)?；赯igBee技術(shù)的感知節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)框圖如8-2所示。由該圖可以看出，感知節(jié)點主要由傳感器模塊和無線發(fā)送/接收模塊組成。在實際應(yīng)用中，譬如對溫度和濕度測量的模擬信號需要經(jīng)過一個多路選擇通道控制，依次送入微處理器后由微處理器進行校正編碼，然后傳送到基于ZigBee技術(shù)的收發(fā)端。圖8-2感知節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)框圖2022年12月8日（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件設(shè)計1）感知節(jié)點硬件142022年12月11日2）網(wǎng)關(guān)節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)。圖8-3網(wǎng)關(guān)節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)框圖2022年12月8日2）網(wǎng)關(guān)節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)。圖8-3網(wǎng)關(guān)節(jié)152022年12月11日（3）軟件設(shè)計ZigBee網(wǎng)絡(luò)屬于無線自組網(wǎng)絡(luò)，有全功能節(jié)點(FFD)和半功能節(jié)點(RFD)兩種設(shè)備類型。RFD一般作為終端感知節(jié)點，F(xiàn)FD可以作為協(xié)調(diào)器或路由匯聚節(jié)點。因此，軟件設(shè)計包括RFD程序和FFD程序兩部分，且均包括初始化程序、發(fā)射程序和接收程序、協(xié)議棧配置、組網(wǎng)方式配置程序以及各處理層設(shè)置程序。初始化程序主要是對CC2430、USAR串口、協(xié)議棧、LCD等進行初始化；發(fā)射程序?qū)⑺杉臄?shù)據(jù)通過CC2430調(diào)制并通過DMA直接送至射頻輸出；接收程序完成數(shù)據(jù)的接收并進行顯示、遠傳及返回信息處理；PHY、MAC、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層程序設(shè)置數(shù)據(jù)的底層、上層的處理和傳輸方式。2022年12月8日（3）軟件設(shè)計168.2.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成

2022年12月11日系統(tǒng)的意思是“體系、制度、體制、秩序、規(guī)律和方法”。集成的意思是“成為整體、組合、綜合及一體化”，它表示了將單個元件組裝成一臺或一種結(jié)構(gòu)的過程。例如將大量的晶體管組裝成一個“集成”電路。集成也表示有某種規(guī)則的相互作用形式而聯(lián)結(jié)的部件組合體，即有組織的整體。例如，將軟件的多個功能模塊組合成“一體化”系統(tǒng)，使整體系統(tǒng)從一個程序到另一個程序能共享命令和數(shù)據(jù)流。集成以有機結(jié)合、協(xié)調(diào)工作、提高效率、創(chuàng)造效益為目的，將各個部分組合成具有全新功能、高效和統(tǒng)一的有機整體。8.2.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成

2022年12月8日系統(tǒng)的意思是172022年12月11日1.

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成的目的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成的主要目的就是用硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)各部分連接起來，不僅實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的物理連接，還要求能實現(xiàn)用戶的相應(yīng)應(yīng)用需求，也就是應(yīng)用方案。因此，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成不僅涉及到技術(shù)，也涉及到企業(yè)管理、工程技術(shù)等方面的內(nèi)容。目前，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)可劃分為兩個域：一個是接口域，即路由網(wǎng)關(guān)，另一個是物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)域。服務(wù)域的作用主要是為路由網(wǎng)關(guān)提供一個統(tǒng)一訪問物聯(lián)網(wǎng)的界面，簡化兩者的集成難度，更重要的是，通過服務(wù)界面能有效控制和提高物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量，保證兩者集成后的可用性。2022年12月8日1.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成的目的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成182022年12月11日2.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)包括兩個方面：一是應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)；二是多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的中間件平臺技術(shù)。應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)主要是面向具體應(yīng)用，進行功能集成、網(wǎng)絡(luò)集成、軟硬件操作界面集成，以優(yōu)化應(yīng)用解決方案。多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的中間件平臺技術(shù)主要是針對物聯(lián)網(wǎng)不同應(yīng)用需求和共性底層平臺軟件的特點，研究、設(shè)計系列中間件產(chǎn)品及標準，以滿足物聯(lián)網(wǎng)在混合組網(wǎng)、異構(gòu)環(huán)境下的高效運行，形成完整的物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)架構(gòu)。2022年12月8日2.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)192022年12月11日3.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成的主要內(nèi)容（1）物聯(lián)網(wǎng)軟硬件產(chǎn)品、技術(shù)集成物聯(lián)網(wǎng)軟硬件集成不僅是各種網(wǎng)絡(luò)軟硬件產(chǎn)品的組合，更是一種產(chǎn)品與技術(shù)的融合。無論是傳感器還是感知節(jié)點的元器件，無論是控制器還是自動化軟件，本身都需要進行單元的集成，能上的融合，而執(zhí)行機構(gòu)、傳感單元和控制系統(tǒng)之間的更高層次的集成，則需要先進適用、開放穩(wěn)定的工業(yè)通信段來實現(xiàn)。（2）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)集成從應(yīng)用角度看，物聯(lián)網(wǎng)是一種與實際環(huán)境交互的網(wǎng)絡(luò)，能夠通過安裝在微小感知節(jié)點上的各種傳感器、標簽等從真實環(huán)境中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過自組織的無線傳感網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到計算能力更強的通用計算機互聯(lián)網(wǎng)上進行處理。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)集成就是指在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)應(yīng)用平臺上，應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)商或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成商為用戶開發(fā)或用戶自行開發(fā)的通用或?qū)Ｓ脩?yīng)用系統(tǒng)。2022年12月8日3.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成的主要內(nèi)容（1）物聯(lián)網(wǎng)202022年12月11日4.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成步驟2022年12月8日4.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成步驟218.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計示例

2022年12月11日物聯(lián)網(wǎng)是面向應(yīng)用的、貼近客觀物理世界的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它的產(chǎn)生、發(fā)展與應(yīng)用密切相關(guān)聯(lián)。就傳感網(wǎng)而言，經(jīng)過不同領(lǐng)域研究人員多年來的努力，已經(jīng)在軍事領(lǐng)域、精細農(nóng)業(yè)、安全監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)測、建筑領(lǐng)域、醫(yī)療監(jiān)護、工業(yè)監(jiān)控、智能交通、物流管理、自由空間探索、智能家居等領(lǐng)域得到了充分的肯定和初步應(yīng)用。傳感網(wǎng)、RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)目前應(yīng)用研究的熱點，兩者相結(jié)合組成物聯(lián)網(wǎng)可以較低的成本應(yīng)用于物流和供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)制造和裝配，以及安防等領(lǐng)域。在此僅以兩個具體應(yīng)用案例簡單介紹物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與組建。8.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計示例

2022年12月8日物聯(lián)網(wǎng)是222022年12月11日8.3.1智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用示例2022年12月8日8.3.1智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用示例232022年12月11日8.3.2工業(yè)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用示例2022年12月8日8.3.2工業(yè)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用示例24小結(jié)與進一步學習建議

2022年12月11日物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上，利用射頻識別、感知技術(shù)、無線通信技術(shù)、計算機技術(shù)等，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的實物信息網(wǎng)絡(luò)。與其說物聯(lián)網(wǎng)是一個網(wǎng)絡(luò)，不如說是一個應(yīng)用業(yè)務(wù)集合體，將千姿百態(tài)的各種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)組成一個信息網(wǎng)絡(luò)。因此，本章首先介紹了規(guī)劃設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)的一些基本原則和設(shè)計方法步驟；然后就物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、系統(tǒng)集成方法進行了討論，并給出了物聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)濟領(lǐng)域、公共管理領(lǐng)域和公眾服務(wù)領(lǐng)域的具體應(yīng)用系統(tǒng)，以及相應(yīng)地物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計示例；最后討論了傳感網(wǎng)廣域互聯(lián)的技術(shù)和基于IPv6的互聯(lián)接入方式。小結(jié)與進一步學習建議

2022年12月8日物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基25討論與思考

2022年12月11日1.規(guī)劃設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)一般應(yīng)遵循哪些基本原則，為什么？2.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成主要包含哪些內(nèi)容，關(guān)鍵步驟有哪些？3.簡述一個RFID系統(tǒng)基本組成部分，并簡述其工作原理。4.設(shè)計一個基于ZigBee技術(shù)的智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。5.針對某個具體應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測，試設(shè)計一個簡單的構(gòu)建傳感網(wǎng)技術(shù)方案。6.上網(wǎng)查詢最新資料，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程實際，撰寫一份物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學習總結(jié)報告。討論與思考

2022年12月8日1.規(guī)劃設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)一般應(yīng)遵循262022年12月11日本章到此結(jié)束歡迎使用《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》教材電子工業(yè)出版社劉化君劉傳清編著Thankyou2022年12月8日本章到此結(jié)束歡迎使用Thankyou27《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》課件

第8章物聯(lián)網(wǎng)

規(guī)劃設(shè)計與建設(shè)2022年12月11日電子工業(yè)出版社劉化君劉傳清編著《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》教材配套課件8《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》課件

第8章物聯(lián)網(wǎng)

規(guī)劃設(shè)計與建設(shè)2022282022年12月11日

8.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)8.1.1物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的原則8.1.2物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的步驟8.2物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建8.2.1物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃8.2.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計8.2.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成8.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計示例8.3.1智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用示例8.3.2工業(yè)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用示例8.4傳感網(wǎng)的廣域互聯(lián)8.4.1傳感網(wǎng)廣域互聯(lián)的方式8.4.2基于IPv6的互聯(lián)接入第8章物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計與構(gòu)建2022年12月8日8.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)8.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)292022年12月11日8.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)

由物聯(lián)網(wǎng)的英文名InternetofThings可知，物聯(lián)網(wǎng)就是物物互聯(lián)的信息網(wǎng)絡(luò)。這樣表述有兩層含義：一是物聯(lián)網(wǎng)的核心承載網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)網(wǎng)；二是物聯(lián)網(wǎng)的客戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，并能進行數(shù)據(jù)交換和通信。這里的“物”要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：①有相應(yīng)信息的接收器和發(fā)送器；②要有數(shù)據(jù)傳輸通路；③有一定的存儲功能；④有CPU；⑤有操作系統(tǒng)；⑥有專門的應(yīng)用程序；⑦遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；⑧在網(wǎng)絡(luò)中有可被識別的惟一編號。2022年12月8日8.1物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)

由物聯(lián)網(wǎng)的英文名302022年12月11日8.1.1物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的原則1.實用性和先進性原則2.安全性原則3.標準化、開放性和可擴展性原則4.可靠性與可用性原則2022年12月8日8.1.1物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的原則1.實用312022年12月11日8.1.2物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的步驟1.用戶需求調(diào)查與分析2.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)初步設(shè)計3．物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)詳細設(shè)計4．物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)詳細設(shè)計5．系統(tǒng)測試和試運行2022年12月8日8.1.2物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的步驟1.用戶328.2物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建

2022年12月11日目前看來，可以把物聯(lián)網(wǎng)看作是以電子標簽、傳感器等感知設(shè)施和EPC碼為基礎(chǔ)，建立在計算機互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的物物相聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，傳感網(wǎng)是其最復(fù)雜的一個組成部分。一個應(yīng)用系統(tǒng)可能有幾個到幾萬、上百萬不等的感知節(jié)點，應(yīng)用環(huán)境除了室內(nèi)外，還包括在不同溫度、濕度、電磁干擾下的戶外環(huán)境，因此，末梢感知節(jié)點采集控制設(shè)備、接入層技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵和難點。8.2物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建

2022年12月8日目前看來，可以把物338.2.1物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃

2022年12月11日物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將引發(fā)新一輪信息技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命，是信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域未來競爭的制高點和產(chǎn)業(yè)升級的核心驅(qū)動力。隨著信息采集與智能計算技術(shù)的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，大規(guī)模發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的時機日趨成熟，我國早在十多年前就開始了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的研究，技術(shù)和標準與國際基本同步?，F(xiàn)階段，其應(yīng)用主要為傳感網(wǎng)，可在以下各領(lǐng)域構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。8.2.1物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃

2022年12月8日物聯(lián)網(wǎng)技342022年12月11日1.經(jīng)濟領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要是以提高生產(chǎn)效率、改善管理和節(jié)能減排為目的應(yīng)用系統(tǒng)，包括智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流和智能電網(wǎng)等。

（1）智能工業(yè)1）工業(yè)智能控制系統(tǒng)。2）智能裝備產(chǎn)品。（2）智能農(nóng)業(yè)1）數(shù)字大棚物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)推廣平臺。2）農(nóng)業(yè)服務(wù)、管理和遠程監(jiān)測平臺。（3）智能物流1）危險品運輸車輛智能調(diào)度及監(jiān)控系統(tǒng)。2）集裝箱智能物流調(diào)度系統(tǒng)及平臺。3）食品及藥品追溯系統(tǒng)。（4）智能電網(wǎng)1）電網(wǎng)電力設(shè)施智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及平臺2）智能化遠程抄表系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)。2022年12月8日1.經(jīng)濟領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)352022年12月11日2.公共管理領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)公共管理領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)主要是以提高公共管理水平為目的應(yīng)用系統(tǒng)，這可圍繞市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理、重大突發(fā)事件響應(yīng)、重點區(qū)域環(huán)境監(jiān)測等，建設(shè)城市智能交通、智能公共安全、智能環(huán)保和智能災(zāi)害防控等物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。（1）城市智能交通1）交通流量與違規(guī)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及平臺。2）智能停車系統(tǒng)。（2）智能公共安全1）城市公共安全平臺2）重要基礎(chǔ)設(shè)施安全防護平臺。（3）智能環(huán)保1）水環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及預(yù)警平臺。2）生態(tài)城市大氣環(huán)境智能監(jiān)測平臺。3）重點排污企業(yè)智能化遠程監(jiān)控平臺.（4）智能災(zāi)害防控1）水文智能監(jiān)測及洪災(zāi)預(yù)警平臺。2）氣象災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)。3）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防控系統(tǒng)。2022年12月8日2.公共管理領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)362022年12月11日3.公眾服務(wù)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)公眾服務(wù)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)主要以提高人民生活水平為目的構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，可以物聯(lián)網(wǎng)與TD—SCDMA等3G網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)用為突破口，建設(shè)譬如智能醫(yī)護、智能家居等應(yīng)用系統(tǒng)。（1）智能醫(yī)護1）個人健康實時服務(wù)平臺。通過建設(shè)個人實時健康監(jiān)測和服務(wù)平臺，提升對老年市民、離退休干部等實時醫(yī)療醫(yī)護服務(wù)水平。2）智能重癥監(jiān)護病房平臺。通過建設(shè)重癥監(jiān)護病房智能系統(tǒng)，對病人生理參數(shù)進行實時監(jiān)測和分析，能夠降低醫(yī)療費用，提高衛(wèi)生資源的使用效益。（2）智能家居1）智能小區(qū)：在住宅小區(qū)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)聯(lián)入城市公共安全平臺的小區(qū)安防系統(tǒng)以及基于通信網(wǎng)絡(luò)的家庭環(huán)境監(jiān)控、智能安防系統(tǒng)、電子支付等智能控制平臺，可實現(xiàn)小區(qū)、家居智能化。2）基于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能建筑：在政府機關(guān)、科研院校和商業(yè)區(qū)寫字樓鋪設(shè)物聯(lián)網(wǎng)，實時收集水、電等資源使用信息，根據(jù)人員活動情況自動調(diào)節(jié)空調(diào)、電燈和水源等，達到節(jié)能減排的目的。2022年12月8日3.公眾服務(wù)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)378.2.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

2022年12月11日對于近距離無線通信，IEEE802.15委員會制訂了3種不同的無線個人局域網(wǎng)(WPAN)標準。其中，IEEE802.15.3標準是高速率的WPAN標準，適合于多媒體應(yīng)用，有較高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證；IEEE802.15.1標準即藍牙技術(shù)，具有中等速率，適合于蜂窩電話和PDA等的通信，其QoS機制適合于話音業(yè)務(wù)。IEEE802.15.4標準和ZigBee技術(shù)完全融合，專為低速率、低功耗的無線互聯(lián)應(yīng)用而設(shè)計，對數(shù)據(jù)速率和QoS的要求不高。目前，對于小范圍內(nèi)的物品、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，ZigBee技術(shù)以其復(fù)雜度低、功耗低、數(shù)據(jù)速率低及成本低等特點在傳感網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中引起了越來越多的關(guān)注；尤其在控制系統(tǒng)中，ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為傳感網(wǎng)的核心技術(shù)。8.2.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

2022年12月8日對于近距382022年12月11日基于ZigBee技術(shù)的傳感網(wǎng)在消費性電子設(shè)備中嵌入ZigBee芯片后，可實現(xiàn)信息家用電器設(shè)備的無線互聯(lián)。譬如，利用ZigBee技術(shù)可較容易地實現(xiàn)相機或者攝像機的自拍、窗戶遠距離開關(guān)控制、室內(nèi)照明系統(tǒng)的遙控，以及窗簾的自動調(diào)整等。尤其是當在手機或者PDA中嵌入ZigBee芯片后，可以用來控制電視開關(guān)、調(diào)節(jié)空調(diào)溫度及開啟微波爐等?；赯igBee技術(shù)的個人身份卡能夠代替家居和辦公室的門禁卡，記錄所有進出大門的個人信息，若附加個人電子指紋技術(shù)后，可實現(xiàn)更加安全的門禁系統(tǒng)。嵌入ZigBee芯片的信用卡可以較方便地實現(xiàn)無線提款和移動購物，商品的詳細信息也能通過ZigBee向用戶廣播。把ZigBee技術(shù)與傳感器結(jié)合起來，就可形成傳感網(wǎng)。一般，傳感網(wǎng)由感知節(jié)點、匯聚（Sink）節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點三種節(jié)點構(gòu)成。感知節(jié)點、匯聚節(jié)點完成數(shù)據(jù)采集和多跳中繼傳輸。網(wǎng)關(guān)節(jié)點具有雙重功能，一是充當網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，負責網(wǎng)絡(luò)的自動建立和維護、數(shù)據(jù)匯聚；二是作為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心的接口，實現(xiàn)接入互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)，與監(jiān)控中心交換傳遞數(shù)據(jù)?；赯igBee技術(shù)的傳感網(wǎng)由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、介質(zhì)接入控制層和物理層組成。2022年12月8日基于ZigBee技術(shù)的傳感網(wǎng)392022年12月11日2.傳感網(wǎng)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計圖

8-1傳感網(wǎng)系統(tǒng)組成示意圖（1）基于ZigBee技術(shù)的傳感網(wǎng)的組成對于基于ZigBee技術(shù)的傳感網(wǎng)，不同的具體應(yīng)用，傳感網(wǎng)節(jié)點的組成有所不同。通常，就一項具體應(yīng)用而言，感知節(jié)點、感知對象和觀察者是傳感網(wǎng)的3個基本要素。一個傳感網(wǎng)系統(tǒng)組成示意圖如圖8-1所示。2022年12月8日2.傳感網(wǎng)軟硬件系統(tǒng)設(shè)計圖8-1傳感402022年12月11日（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件設(shè)計1）感知節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)?；赯igBee技術(shù)的感知節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)框圖如8-2所示。由該圖可以看出，感知節(jié)點主要由傳感器模塊和無線發(fā)送/接收模塊組成。在實際應(yīng)用中，譬如對溫度和濕度測量的模擬信號需要經(jīng)過一個多路選擇通道控制，依次送入微處理器后由微處理器進行校正編碼，然后傳送到基于ZigBee技術(shù)的收發(fā)端。圖8-2感知節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)框圖2022年12月8日（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件設(shè)計1）感知節(jié)點硬件412022年12月11日2）網(wǎng)關(guān)節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)。圖8-3網(wǎng)關(guān)節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)框圖2022年12月8日2）網(wǎng)關(guān)節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)。圖8-3網(wǎng)關(guān)節(jié)422022年12月11日（3）軟件設(shè)計ZigBee網(wǎng)絡(luò)屬于無線自組網(wǎng)絡(luò)，有全功能節(jié)點(FFD)和半功能節(jié)點(RFD)兩種設(shè)備類型。RFD一般作為終端感知節(jié)點，F(xiàn)FD可以作為協(xié)調(diào)器或路由匯聚節(jié)點。因此，軟件設(shè)計包括RFD程序和FFD程序兩部分，且均包括初始化程序、發(fā)射程序和接收程序、協(xié)議棧配置、組網(wǎng)方式配置程序以及各處理層設(shè)置程序。初始化程序主要是對CC2430、USAR串口、協(xié)議棧、LCD等進行初始化；發(fā)射程序?qū)⑺杉臄?shù)據(jù)通過CC2430調(diào)制并通過DMA直接送至射頻輸出；接收程序完成數(shù)據(jù)的接收并進行顯示、遠傳及返回信息處理；PHY、MAC、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層程序設(shè)置數(shù)據(jù)的底層、上層的處理和傳輸方式。2022年12月8日（3）軟件設(shè)計438.2.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成

2022年12月11日系統(tǒng)的意思是“體系、制度、體制、秩序、規(guī)律和方法”。集成的意思是“成為整體、組合、綜合及一體化”，它表示了將單個元件組裝成一臺或一種結(jié)構(gòu)的過程。例如將大量的晶體管組裝成一個“集成”電路。集成也表示有某種規(guī)則的相互作用形式而聯(lián)結(jié)的部件組合體，即有組織的整體。例如，將軟件的多個功能模塊組合成“一體化”系統(tǒng)，使整體系統(tǒng)從一個程序到另一個程序能共享命令和數(shù)據(jù)流。集成以有機結(jié)合、協(xié)調(diào)工作、提高效率、創(chuàng)造效益為目的，將各個部分組合成具有全新功能、高效和統(tǒng)一的有機整體。8.2.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成

2022年12月8日系統(tǒng)的意思是442022年12月11日1.

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成的目的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成的主要目的就是用硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)各部分連接起來，不僅實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的物理連接，還要求能實現(xiàn)用戶的相應(yīng)應(yīng)用需求，也就是應(yīng)用方案。因此，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成不僅涉及到技術(shù)，也涉及到企業(yè)管理、工程技術(shù)等方面的內(nèi)容。目前，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)可劃分為兩個域：一個是接口域，即路由網(wǎng)關(guān)，另一個是物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)域。服務(wù)域的作用主要是為路由網(wǎng)關(guān)提供一個統(tǒng)一訪問物聯(lián)網(wǎng)的界面，簡化兩者的集成難度，更重要的是，通過服務(wù)界面能有效控制和提高物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量，保證兩者集成后的可用性。2022年12月8日1.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成的目的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成452022年12月11日2.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)包括兩個方面：一是應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)；二是多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的中間件平臺技術(shù)。應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)主要是面向具體應(yīng)用，進行功能集成、網(wǎng)絡(luò)集成、軟硬件操作界面集成，以優(yōu)化應(yīng)用解決方案。多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的中間件平臺技術(shù)主要是針對物聯(lián)網(wǎng)不同應(yīng)用需求和共性底層平臺軟件的特點，研究、設(shè)計系列中間件產(chǎn)品及標準，以滿足物聯(lián)網(wǎng)在混合組網(wǎng)、異構(gòu)環(huán)境下的高效運行，形成完整的物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)架構(gòu)。2022年12月8日2.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成技術(shù)462022年12月11日3.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成的主要內(nèi)容（1）物聯(lián)網(wǎng)軟硬件產(chǎn)品、技術(shù)集成物聯(lián)網(wǎng)軟硬件集成不僅是各種網(wǎng)絡(luò)軟硬件產(chǎn)品的組合，更是一種產(chǎn)品與技術(shù)的融合。無論是傳感器還是感知節(jié)點的元器件，無論是控制器還是自動化軟件，本身都需要進行單元的集成，能上的融合，而執(zhí)行機構(gòu)、傳感單元和控制系統(tǒng)之間的更高層次的集成，則需要先進適用、開放穩(wěn)定的工業(yè)通信段來實現(xiàn)。（2