物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)第一章物聯(lián)網(wǎng)所用的主要通信技術(shù)及其發(fā)展第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第三章zigbee網(wǎng)絡(luò)原理與開發(fā)第四章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)第五章短距離有線通信技術(shù)第六章近距離無線通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)第一章物聯(lián)網(wǎng)所用的主要通信技術(shù)及其發(fā)展趙建立山東科技大學(xué)一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀I(lǐng)BM前首席執(zhí)行官郭士納提出一個重要的觀點：計算模式每隔15年發(fā)生一次變革。每一次這樣的技術(shù)變革都引起企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間甚至國家間競爭格局的重大動蕩和變化。而互聯(lián)網(wǎng)革命一定程度上是由美國“信息高速公路”戰(zhàn)略所催熟。2023/10/145一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2023/10/146一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀溫家寶：感知中國10年前，中科院啟動傳感網(wǎng)研究計劃2009年8月7日，溫家寶在無錫考察，提議建立傳感器中心2009年9月11日，傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組成立大會暨“感知中國高峰論壇”在北京舉行，標(biāo)志著傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組正式成立2009年11月，國務(wù)院正式批準(zhǔn)同意支持無錫建設(shè)國家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)隨后，無錫感知中國中心在政府和科研機(jī)構(gòu)的配合下建立2023/10/147信息科技發(fā)展的必然趨勢成熟的傳感器技術(shù)。如常見的無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）、RFID、電子標(biāo)簽等。發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)。已進(jìn)入信息高速公路時代，可以各種方式接入到網(wǎng)絡(luò)，如寬帶、WiFi、ZigBee等。高速的信息處理能力。計算機(jī)軟件技術(shù)迅猛發(fā)展，計算機(jī)的存儲能力和計算能力還在進(jìn)一步增強，使得海量信息處理成為可能。技術(shù)的成熟為物聯(lián)網(wǎng)提供了現(xiàn)實基礎(chǔ)。包括以下幾個方面：一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀物聯(lián)網(wǎng)究竟是什么?它的出現(xiàn)又將給我們的生活帶來怎樣的變化?一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀定義：

通過射頻識別（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，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀物聯(lián)網(wǎng)的定義目前主要還有以下幾個定義：

1）MITAutoIDCenter的定義

1999年，MITAutoIDCenter給出較早的“物聯(lián)網(wǎng)”定義為：在計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù),構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的網(wǎng)絡(luò)(InternetofThings),以實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)共享。2）ITU-T及的定義2005年,國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》中正式給出了“物聯(lián)網(wǎng)”概念并對其涵義進(jìn)行了擴(kuò)展，指出物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的延伸，“RFID、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)”將是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的四大核心技術(shù)。國際電信聯(lián)盟是聯(lián)合國的一個重要專門機(jī)構(gòu)，也是聯(lián)合國機(jī)構(gòu)中歷史最長的一個國際組織。簡稱“國際電聯(lián)”、“電聯(lián)”或“ITU”。國際電聯(lián)是主管信息通信技術(shù)事務(wù)的聯(lián)合國機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)分配和管理全球無線電頻譜與衛(wèi)星軌道資源，制定全球電信標(biāo)準(zhǔn)，向發(fā)展中國家提供電信援助，促進(jìn)全球電信發(fā)展。2014年10月23日，趙厚麟當(dāng)選國際電信聯(lián)盟新一任秘書長，成為國際電信聯(lián)盟150年歷史上首位中國籍秘書長。3）EPC的定義

EPC

是早期國際上典型的物聯(lián)網(wǎng)概念模型，它的本質(zhì)就是“RFID技術(shù)加互聯(lián)網(wǎng)”。每一個物品都被賦予一個獨一無二的EPC代碼，將這個EPC代碼存儲在RFID標(biāo)簽中并貼在物品上，同時將這個代碼所對應(yīng)的詳細(xì)信息和屬性存儲在互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器中。當(dāng)物品從生產(chǎn)到流通的各個環(huán)節(jié)中被識別并記錄時，通過ONS(對象名解析服務(wù))的解析可獲得物品所屬信息服務(wù)系統(tǒng)的URI(統(tǒng)一資源標(biāo)識),進(jìn)而通過網(wǎng)絡(luò)從EPCIS中獲得其代碼所對應(yīng)的信息和屬性，以進(jìn)行物品識別，實現(xiàn)對物流供應(yīng)鏈的自動追蹤管理。4）歐盟的定義“物聯(lián)網(wǎng)”定義為：物聯(lián)網(wǎng)將是未來互聯(lián)網(wǎng)不可分割的一部分，是一個動態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它具備基于一定的標(biāo)準(zhǔn)和互用的通信協(xié)議的自組織能力。其中物理的和虛擬的“物”均具有身份標(biāo)識、物理屬性和虛擬特性，并應(yīng)用智能接口可以無縫鏈接到信息網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)將具有三方面本質(zhì)特性：第一，不能簡單地將物聯(lián)網(wǎng)看作今天互聯(lián)網(wǎng)的延伸，物聯(lián)網(wǎng)建立在特有基礎(chǔ)設(shè)施上，將是一系列新的獨立系統(tǒng)。當(dāng)然，部分基礎(chǔ)設(shè)施仍要依存于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)；第二，物聯(lián)網(wǎng)將伴隨新的業(yè)務(wù)共同發(fā)展；第三，物聯(lián)網(wǎng)包括多種不同的通信模式。如物與人通信,物與物通信。5）國內(nèi)定義

目前國內(nèi)較為多見的定義為：“物聯(lián)網(wǎng)，指利用各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別裝置、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，其目的就是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該具備三個特性：

一是全面感知，即利用各種可用的感知手段，實現(xiàn)隨時即時采集物體動態(tài)；

二是可靠傳遞，通過各種信息網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將感知的信息實時準(zhǔn)確可靠地傳遞出去；

三是智能處理，利用云計算等智能計算技術(shù)對海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對物體實施智能化控制”。結(jié)論綜合上述5種物聯(lián)網(wǎng)的定義，可得出物聯(lián)網(wǎng)是采用各種傳感設(shè)備，采集各種“物”的信息，傳輸?shù)揭曰ヂ?lián)網(wǎng)為核心的信息網(wǎng)絡(luò)上，以實現(xiàn)全面感知、信息的智能處理、實施對“物”的智能控制、完成相應(yīng)的應(yīng)用。姚建銓院士（中國科學(xué)院）：物聯(lián)網(wǎng)是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢科學(xué)推動物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展一定要與應(yīng)用緊密結(jié)合對物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識對物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識鄔賀銓院士（中國工程院）：物聯(lián)網(wǎng)不是網(wǎng)絡(luò)，是應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)2023/10/1419感知層是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面的感知的核心能力是物聯(lián)網(wǎng)中包括關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化方面、產(chǎn)業(yè)化方面亟待突破的部分關(guān)鍵在于具備更精確、更全面的感知能力，并解決低功耗、小型化和低成本的問題廣泛覆蓋的移動通信網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施是物聯(lián)網(wǎng)三層中標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強、最成熟的部分關(guān)鍵在于為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特征進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，形成協(xié)同感知的網(wǎng)絡(luò)提供豐富的基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本目標(biāo)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)信息化需求相結(jié)合，實現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案集關(guān)鍵在于行業(yè)融合、信息資源的開發(fā)利用、低成本高質(zhì)量的解決方案、信息安全的保障以及有效的商業(yè)模式的開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物聯(lián)網(wǎng)感知層物聯(lián)網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)2023/10/1420需要騰“云”才能駕“物”??！2023/10/1421物聯(lián)網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)傳感器條碼識別RFID多媒體信息采集定位數(shù)據(jù)采集有線數(shù)據(jù)傳輸短距離通信傳輸無線數(shù)據(jù)傳輸無線傳感網(wǎng)絡(luò)信息匯聚信息協(xié)同處理子層信息協(xié)同處理中間件傳送網(wǎng)關(guān)感知控制層移動通信遠(yuǎn)程信息傳送固定通信互聯(lián)網(wǎng)廣播電視網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)層SOA海量存儲分布數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)支撐智能工業(yè)行業(yè)應(yīng)用智能農(nóng)業(yè)智能交通綜合應(yīng)用層環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)管理QoS管理信息安全標(biāo)識解析公共支撐圖1.1物聯(lián)網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)1物聯(lián)網(wǎng)所用主要通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物理世界、虛擬世界、數(shù)字世界與人類社會間的交互的技術(shù)手段。物聯(lián)網(wǎng)通信模式主要分為：“物與物”(Thing-to-thing)，“物與人”(Thing-to-person)和人與人通信?！拔锱c物”通信，主要實現(xiàn)“物”與“物”在沒有人工介入情況下的信息交互，如“物”能夠監(jiān)控其它“物”，當(dāng)發(fā)生應(yīng)急情況，物能夠主動采取相應(yīng)措施?！癕2M”技術(shù)就是“物與物”通信的一種形式?！拔锱c人”通信，主要實現(xiàn)“物”與“人”之間的信息交互，如人對“物”的遠(yuǎn)程控制，或者“物”向人主動報告自身狀態(tài)信息和感知的信息。在物聯(lián)網(wǎng)中，通信系統(tǒng)的主要作用是將信息可靠安全地傳送到目的地。

由于物聯(lián)網(wǎng)具有異構(gòu)性的特點，這就使得物聯(lián)網(wǎng)所采用的通信方式和通信系統(tǒng)也具有異構(gòu)性和復(fù)雜性。在信息傳輸方面，雖然采用的是以數(shù)據(jù)為主的通信手段，但在承載平臺上卻采用了不同模式的有線、無線通信方式；在所采用的通信協(xié)議方面，網(wǎng)絡(luò)傳送層采用了基于IP的通信協(xié)議，但在感知控制層卻采用了多種通信協(xié)議，如X.25、基于工業(yè)總線的接口和協(xié)議、ZigBee等。因此，可以說物聯(lián)網(wǎng)的感知控制層的通信方式最為復(fù)雜。1物聯(lián)網(wǎng)所用主要通信技術(shù)1）感知控制層通信系統(tǒng)

感知控制的通信目的是將各種設(shè)備傳感設(shè)備（或數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及連同的控制設(shè)備）所感知的信息在較短的通信距離內(nèi)送到信息匯聚系統(tǒng)，并由該系統(tǒng)傳送（或互聯(lián)）到網(wǎng)絡(luò)傳輸層，其通信的特點是傳輸距離近，傳輸方式靈活、多樣。感知控制層通信系統(tǒng)所采用的技術(shù)主要分為短距離有線通信、短距離無線通信和無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

感知層短距離有線通信系統(tǒng)主要是由各種串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成的，目前采用的技術(shù)有RS-232/485、USB、CAN工業(yè)總線、及各種串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。1）感知控制層通信系統(tǒng)感知層短距離無線通信系統(tǒng)主要由各種低功率、中高頻無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成，目前主要采用藍(lán)牙、紅外、低功率無線數(shù)傳電臺、無線局域網(wǎng)等技術(shù)來完成短距離無線通信任務(wù)。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)是一種部署在感知區(qū)域內(nèi)的大量的微型傳感器節(jié)點通過無線傳輸方式形成的一個多跳的自組織系統(tǒng)。它一種具有網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、自組織、多跳路由、動態(tài)拓?fù)?、可靠性高的以?shù)據(jù)為中心的、能量受限的通信網(wǎng)絡(luò)，是“狹義”上的物聯(lián)網(wǎng)，也是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。RS-232:RecommendStandardUSB:UniversalSerialBusCAN:ControllerAreaNetwork2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸層是由數(shù)據(jù)通信主機(jī)（或服務(wù)器）、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器等構(gòu)成的，在數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)支撐下的計算機(jī)通信系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。路由器交換機(jī)主機(jī)路由器路由器交換機(jī)交換機(jī)主機(jī)主機(jī)傳送網(wǎng)公眾固定網(wǎng)PSTN公眾移動網(wǎng)GSM/CDMA/TD-SCDMA公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)DDN/ATM/FR其他專用傳送網(wǎng)圖1.3網(wǎng)絡(luò)傳輸層通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)傳輸層通信系統(tǒng)中支持計算機(jī)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)可由公眾固定網(wǎng)、公眾移動通信網(wǎng)、公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)及其他專用網(wǎng)構(gòu)成。

目前的公眾固定、移動通信網(wǎng)、公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)主要有PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork，公眾電話交換網(wǎng)）、GSM（GlobalSystemforMobileCommunications，全球移動通信系統(tǒng)）、CDMA（CodeDivisionMultipleAccess，碼分多址）、TD-SCDMA（TimeDivisionSynchronousCodeDivisionMultipleAccess，時分同步碼分多址)、DDN（DigitalDataNetwork，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)）、ATM（AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式）、FR（FRAME-RELAY，幀中繼）等，它們?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層提供了數(shù)據(jù)傳送平臺。2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層通信系統(tǒng)

公眾通信網(wǎng)和專用傳送網(wǎng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳送平臺是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸層的基礎(chǔ)設(shè)施，主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及路由器等構(gòu)成的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸層的功能設(shè)施，為物聯(lián)網(wǎng)提供各種信息存儲、信息傳送、信息處理等各項基礎(chǔ)服務(wù)，為物聯(lián)網(wǎng)的綜合應(yīng)用層提供了信息承載平臺，保障了物聯(lián)網(wǎng)各專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層通信系統(tǒng)2物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興的信息技術(shù)，它是應(yīng)用現(xiàn)有的信息技術(shù)、通信技術(shù)、自動化控制技術(shù)等的基礎(chǔ)上的融合與創(chuàng)新?，F(xiàn)階段對物聯(lián)網(wǎng)的研究，不論從理論方面，還是從實踐方面，均處于起步階段，而物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)更是如此。就目前而言，尚不能較清楚地看到物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的趨勢，但可以從目前的研究方向看出端倪。目前，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)主要研究的方向有以下幾個方面物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)頻通信和頻譜分配問題無線通信是利用無線一定頻段的電磁波來傳輸信息的。理論上，一般情況下，在一定區(qū)域范圍內(nèi)，傳輸信息的電磁波的頻段是不能重疊的，如重疊則會形成電磁波的干擾，從而影響通信質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)頻通信和頻譜分配問題

采用擴(kuò)頻技術(shù)，則可以采用重疊的頻段來傳輸信息，但這要求擴(kuò)頻所采用的PN（PseudorandomNoise，偽隨機(jī)序列）碼之間要相互正交、或跳頻、跳時調(diào)度圖之間不能相一致（或相似），這就要求研究一種擴(kuò)頻通信的技術(shù)及規(guī)則，使得大量部署的以擴(kuò)頻通信為無線傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的通信不受到干擾而影響通信質(zhì)量。另外，還需要研究一種頻譜分配的技術(shù)，在充分利用時分、空分或時分+空分技術(shù)的基礎(chǔ)上利用智能天線技術(shù)的原理，研究一種合理、有效、成本低廉