項(xiàng)目五推介物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)目錄

本項(xiàng)目內(nèi)容提要在本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)中，主要介紹在物聯(lián)網(wǎng)中移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、短距離無線通信、現(xiàn)場總線技術(shù)、泛在網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)以及一些具體的案例。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)目標(biāo)與重點(diǎn)了解移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。了解泛在網(wǎng)絡(luò)。初步掌握移動(dòng)通信技術(shù)系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作原理和技術(shù)特點(diǎn)。掌握現(xiàn)場總線技術(shù)的主要特性和用途。重點(diǎn)掌握斷句題無線通信的類別和典型應(yīng)用案例。項(xiàng)目背景國內(nèi)知名的物流企業(yè)的本地主管老李找到了邁聯(lián)公司的王經(jīng)理，該企業(yè)最近新更新了公司的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是根據(jù)企業(yè)情況委托國內(nèi)著名大學(xué)為其開發(fā)設(shè)計(jì)的，花了不少錢，在使用的過程中也確實(shí)使公司整體的操作流程規(guī)范很多，所有的貨物加裝了RFID，讓貨物的出入庫、派送更有效率，管理起來也更方便，但仍然有一些問題困擾著他，如監(jiān)控設(shè)備故障率高、線路老化維修困難等。希望邁聯(lián)公司能幫助該公司解決實(shí)際問題。王經(jīng)理通過老李的描述，經(jīng)過分析，建議老李更新系統(tǒng)的傳輸通信方式。具體來說就是通過添加大量的無線通信的設(shè)備來減少信息傳輸不暢和線路問題，安裝各類無線傳感器來采集倉庫的各種參數(shù)，并設(shè)總控制臺(tái)來進(jìn)行統(tǒng)一管理。出差在外時(shí)，老李可以通過智能手機(jī)來進(jìn)入公司系統(tǒng)，實(shí)時(shí)的查看倉庫和派發(fā)的貨物的各類信息，如倉庫入庫數(shù)、派送數(shù)和店內(nèi)監(jiān)控畫面等，并進(jìn)行指令操作。提高遠(yuǎn)程辦公的工作效率，讓整個(gè)物流公司的管理更加智能化。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)【任務(wù)描述】通信是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵功能，沒有通信，物聯(lián)網(wǎng)感知的大量信息無法進(jìn)行有效地交換和共享。沒有通信的保障，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備無法介入虛擬數(shù)字世界，數(shù)字世界與物理世界的融合也無從談起。由于物聯(lián)網(wǎng)對通信的強(qiáng)烈需求，物聯(lián)網(wǎng)通信包含了幾乎現(xiàn)有的所有通信技術(shù)，包括有線和無線通信。對于前面物流公司提出的遠(yuǎn)程控制和查詢等問題，就可以通過手機(jī)訪問公司系統(tǒng)和對公司的遠(yuǎn)程監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程辦公。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)【任務(wù)呈現(xiàn)】物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)是在以往通信技術(shù)的基礎(chǔ)上的一種升級(jí)和換代，最主要的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線化和智能化。穩(wěn)定性也是非常不錯(cuò)的。隨著技術(shù)的發(fā)展手機(jī)在功能的應(yīng)用上除了通話之外還可以做很多其他的事情。首先介紹一下手機(jī)通信的核心技術(shù)—移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)2．移動(dòng)通信的基本原理1.移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展1897年，M?G?馬可尼所完成的無線通信試驗(yàn)就是在固定站與一艘拖船之間進(jìn)行的，距離為18海里。在上世紀(jì)40年代中期至60年代初期，公用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)開始問世。在上世紀(jì)60年代中期至70年代中期，美國推出了改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)(IMTS)，使用150MHz和450MHz頻段，采用大區(qū)制、中小容量，實(shí)現(xiàn)了無線頻道自動(dòng)選擇并能夠自動(dòng)接續(xù)到公用電話網(wǎng)。1978年底，美國貝爾試驗(yàn)室研制成功先進(jìn)的移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS)，建成了蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。該階段稱為1G（第一代移動(dòng)通訊技術(shù)），主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展1897年，M?G?馬可尼所完成的無線通信試驗(yàn)就是在固定站與一艘拖船之間進(jìn)行的，距離為18海里。在上世紀(jì)40年代中期至60年代初期，公用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)開始問世。在上世紀(jì)60年代中期至70年代中期，美國推出了改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)(IMTS)，使用150MHz和450MHz頻段，采用大區(qū)制、中小容量，實(shí)現(xiàn)了無線頻道自動(dòng)選擇并能夠自動(dòng)接續(xù)到公用電話網(wǎng)。1978年底，美國貝爾試驗(yàn)室研制成功先進(jìn)的移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS)，建成了蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。該階段稱為1G（第一代移動(dòng)通訊技術(shù)），主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展從上世紀(jì)80年代中期至今。這是數(shù)碼移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時(shí)期。手機(jī)也逐漸的走近的人們的生活，從最初的只能接打電話待機(jī)半個(gè)小時(shí)的“大磚頭”，到小巧精美的可以發(fā)送短信的功能手機(jī)，在到現(xiàn)在可以通過手機(jī)瀏覽網(wǎng)頁，使用各種應(yīng)用軟件來聊天、購物、辦公、娛樂的智能手機(jī)，可以說發(fā)展非常迅速任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)2移動(dòng)通信的基本原理

從技術(shù)更新?lián)Q代的角度來說，可以將移動(dòng)通信分為1G、2G、2.5G、3G、4G，每一代都伴隨著技術(shù)的革新和新的應(yīng)用范圍。1G（the

first

generation）第一代(1G)移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特征是采用模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)、有多種制式。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信的基本原理2G（thesecondgeneration）第二代（2G）移動(dòng)通信系統(tǒng)是從20世紀(jì)90年代初期到目前廣泛使用的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用的技術(shù)主要有時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)兩種技術(shù)，它能夠提供9.6-28.8kbps的傳輸速率。GSM全名為:GlobalSystemforMobileCommunications,中文為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng),起源于歐洲的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。CDMA是碼分多址的英文縮寫(CodeDivisionMultipleAccess)，它是在數(shù)字技術(shù)的分支--擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。

任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)2移動(dòng)通信的基本原理2.5G是一種介于2G和3G之間的無線技術(shù)，由于3G是個(gè)相當(dāng)浩大的工程，所牽扯的層面多且復(fù)雜，要從目前的2G邁向3G不可能一下就銜接得上，因此出現(xiàn)了介于2G和3G之間的2.5G。GPRS、WAP、EDGE、藍(lán)牙（Bluetooth）、EPOC等技術(shù)都是2.5G技術(shù)。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)2移動(dòng)通信的基本原理3G（thethirdgeneration）國際電信聯(lián)盟在2000年5月確定W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA以及WiMAX四大主流無線接口標(biāo)準(zhǔn)，寫入3G技術(shù)指導(dǎo)性文件《2000年國際移動(dòng)通信計(jì)劃》（簡稱IMT-2000）。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)2移動(dòng)通信的基本原理（1）W-CDMA又稱WCDMA，全稱是WidebandCDMA，意為寬帶分碼多重存取，這是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術(shù)規(guī)范。這套系統(tǒng)能夠架設(shè)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上，對于系統(tǒng)提供商而言可以較輕易地過度。（2）CDMA2000CDMA2000是由窄帶CDMA技術(shù)發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù)，也稱為CDMAMulti-Carrier，這套系統(tǒng)是從窄頻CDMAOne數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)衍生出來的，可以從原有的CDMAOne結(jié)構(gòu)直接升級(jí)為3G，建設(shè)成本低廉。（3）TD-SCDMA全稱為TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess（時(shí)分同步CDMA）該標(biāo)準(zhǔn)將智能天線、同步CDMA和軟件天線電等當(dāng)今國際領(lǐng)先技術(shù)融于其中，在頻譜利用率、頻率靈活性及成本等方面獨(dú)特優(yōu)勢。該標(biāo)準(zhǔn)是由中國大陸制定的3G標(biāo)準(zhǔn)，由原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院向ITU提出。（4）WiMAX

WiMAX的全稱是WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess（微波存取全球互通）又稱為IEEE802.16無線城域網(wǎng)，是一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一公里”的寬帶無線連接方案。任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)2移動(dòng)通信的基本原理4G是第四代移動(dòng)通信的簡稱。與3G等傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，4G通信技術(shù)最明顯的優(yōu)勢在于其通話質(zhì)量、數(shù)據(jù)通信速度和多媒體業(yè)務(wù)方面，即其同時(shí)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更好的業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）、更高的頻譜利用率、更高的安全性、更高的智能性、更佳的傳輸質(zhì)量和更高的靈活性，支持多種業(yè)務(wù)。具體體現(xiàn)在如下幾方面：傳輸速率第一代（1G）模擬通信僅能提供語音服務(wù)；第二代（2G）數(shù)字式移動(dòng)通信系統(tǒng)傳輸速率也只有9.6kb/s，最高可達(dá)32Kb/s；第三代（3G）移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到2Mb/s；第四代（4G）移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10～20Mb/s，甚至可達(dá)100Mb/s。網(wǎng)絡(luò)頻譜每個(gè)4G信道將占有100MHz的頻譜，相當(dāng)于W-CDMA3G網(wǎng)絡(luò)的20倍。從頻率資源上看，3G使用1.8～2.5GHz的頻率，頻率資源不夠豐富。而4G使用2～8GHz的頻率，其頻譜效率可達(dá)5bps/Hz，能滿足日益增長的手機(jī)用戶數(shù)量。因此，4G要比3G更能自適應(yīng)地進(jìn)行頻率資源分配。標(biāo)準(zhǔn)制式4G通信將建立在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)上，故能方便地實(shí)驗(yàn)全球無縫隙漫游。覆蓋性由于3G沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在采用不同制式的通信區(qū)域間漫游和互通等方面就存在一系列的技術(shù)問題，而4G可方便地實(shí)現(xiàn)全球互通與漫游，無縫通信。4G還可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到各個(gè)地區(qū)?；ヂ?lián)性4G是基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)，支持下一代互聯(lián)網(wǎng)中的所有信息設(shè)備，能在IPv6網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)語音和多媒體業(yè)務(wù)。IPv6網(wǎng)絡(luò)能更好地支持更項(xiàng)移動(dòng)業(yè)務(wù)，具有更高的安全性和無限制的地址空間；支持多種異構(gòu)的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)之間的整合；更易于實(shí)現(xiàn)多種系統(tǒng)、多種服務(wù)的兼容。成本由于技術(shù)的先進(jìn)性確保了4G系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施投資的大大減少，4G通信費(fèi)用也將比3G的通信費(fèi)用低。表5-14G的優(yōu)點(diǎn)任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)2移動(dòng)通信的基本原理任務(wù)1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)2移動(dòng)通信的基本原理核心技術(shù)通信標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率特點(diǎn)第一代（1G）模擬技術(shù)NMT等數(shù)十種2.4kbps①業(yè)務(wù)量?。虎谫|(zhì)量差；③無加密，安全性差；④速度低。第二代（2G）數(shù)字技術(shù)GSM窄帶CDMA9.6～28.8kbps①系統(tǒng)容量增加；②能耗低；③成本低。第三代（3G）智能信號(hào)處理技術(shù)W-CDMACDMA2000TD-SCDMA2Mbps①采用寬帶射頻信道；②實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)；③多速率傳送；④快速功率控制。第四代（4G）無線局域網(wǎng)（WLAN）TD-LTEFDD-LTE50～100Mbps①通信速度快；②網(wǎng)絡(luò)頻譜寬；③通信靈活；④智能性能高；⑤兼容性好。各代移動(dòng)通信技術(shù)對比任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)2．藍(lán)牙1.ZigBee3．Wi-Fi4．超寬帶UWB5．近場通信NFC任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)【任務(wù)描述】老李：物流公司最重要的工作就是快速完整的將貨物送到客戶的手中，但頻繁出現(xiàn)商品被盜的事件給公司造成了極大的損失。為了預(yù)防，我公司在很早之前就在倉庫的各個(gè)位置安裝了攝像頭，防止盜竊，但經(jīng)常出現(xiàn)黑屏或無法調(diào)取之前錄像等問題，每次修完過不了多長時(shí)間就又會(huì)壞掉。技術(shù)人員說是因?yàn)楫?dāng)初安裝的時(shí)候基礎(chǔ)布線不合理，造成線路雜亂，給維修造成了很大困難。王經(jīng)理：那建議在保留原有設(shè)備的基礎(chǔ)上更換網(wǎng)絡(luò)攝像頭，網(wǎng)絡(luò)攝像頭是通過無線通信技術(shù)來傳輸數(shù)據(jù)的，線路老化和混亂的問題也就解決了。老李：哦，還是利用手機(jī)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)嗎？王經(jīng)理：考慮到超市的占地面積和費(fèi)用問題，這次準(zhǔn)備使用大量短距離無線通信技術(shù)的設(shè)備來解決問題。任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)【任務(wù)呈現(xiàn)】王經(jīng)理：短距離無線通信相對于長距離無線通信有：通信距離短、低功耗、低成本、無中心、自組網(wǎng)、對等通信、無需申請無線頻道等特點(diǎn)。這樣不但能節(jié)約開銷，方便管理，再出現(xiàn)攝像頭損壞的時(shí)候也比較方便維修，不影響其他設(shè)備的正常使用。下面我來為您介紹幾種常用的無線通信技術(shù)及相關(guān)的應(yīng)用。任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)1.ZigBee2002年，英國的Invensys公司、日本的Mitsubishi、美國的Motorola公司、荷蘭的Philips公司等聯(lián)合發(fā)起成立了ZigBee聯(lián)盟，旨在建立一個(gè)低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸速率、短距離的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75米到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)2.藍(lán)牙藍(lán)牙工作頻率為2.4GHz，有效范圍大約在10m半徑內(nèi)，在此范圍內(nèi)，采用藍(lán)牙技術(shù)的多臺(tái)設(shè)備，如手機(jī)、電腦、打印機(jī)等能夠無線互聯(lián)，以約1Mb/s的速率相互傳遞數(shù)據(jù)，并能方便地接入互聯(lián)網(wǎng)。作為一種電纜替代技術(shù)，藍(lán)牙具有低成本、高速率的特點(diǎn)，它可把內(nèi)嵌有藍(lán)牙芯片的計(jì)算機(jī)、手機(jī)和其他編寫通信終端互聯(lián)起來，為其提供語音和數(shù)字接入服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)交換和處理，并且藍(lán)牙的使用和維護(hù)成本低于其他任何一種無線技術(shù)。任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)3.Wi-FiWi-Fi（WirelessFidelity，無線保真）技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。該技術(shù)使用的是2.4GHz附近的頻段，該頻段是無須申請的ISM無線頻段。其目前可使用的標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，分別是IEEE802.11a和IEEE802.11b。該技術(shù)由于自身的優(yōu)點(diǎn)，因此受到廠商的青睞?？梢哉f是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的一種無線通信技術(shù)。任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)4.超寬帶UWB超寬帶技術(shù)UWB（UltraWideband）是一種無線載波通信技術(shù)，即不采用正弦載波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。UWB是利用納秒級(jí)窄脈沖發(fā)射無線信號(hào)的技術(shù)，適用于高速、近距離的無線個(gè)人通信。按照FCC的規(guī)定，從3.1GHz到10.6GHz之間的7.5GHz的帶寬頻率為UWB所使用的頻率范圍。任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)5.近場通信NFC近場通信（NearFieldCommunication，NFC）由飛利浦、諾基亞和索尼公司主推的一種類似于RFID（非接觸射頻識(shí)別）的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。和RFID不同，NFC采用了雙向的識(shí)別和連接。工作頻率為13.56MHz，工作距離在20cm以內(nèi)。NFC最初僅僅是RFID和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無線連接技術(shù)。它能快速自動(dòng)地建立無線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、Wi-Fi設(shè)備提供一個(gè)“虛擬連接”使電子設(shè)備可以在短距離范圍內(nèi)進(jìn)行通信。NFC的短距離交互大大簡化了整個(gè)認(rèn)證識(shí)別過程，使電子設(shè)備間互相訪問更直接、更安全和更清楚，不用再聽到各種電子雜音。任務(wù)2短距離無線通信技術(shù)5.近場通信NFC與其他短距離通信技術(shù)相比，NFC具有鮮明的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）距離近、能耗低。2）NFC更具安全性。3）NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容。4）傳輸速率較低。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)2．現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.什么是現(xiàn)場總線任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)【任務(wù)描述】凡事都有著兩面性，每種技術(shù)都有著自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以點(diǎn)概面是比較武斷的。無線通信技術(shù)給人們帶來了方便和快捷，但是物聯(lián)網(wǎng)通信不是只是無線通信，要針對不同的問題具體分析。比如電力的傳輸已現(xiàn)在技術(shù)來說是無法通過無線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。王經(jīng)理：在一些使用情況較好的線路部分不必全部更換，而是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，也能夠達(dá)到很好的效果。這種技術(shù)叫做現(xiàn)場總線技術(shù)，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。是指以工廠內(nèi)的測量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)。通過通訊的數(shù)字化，使時(shí)間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)什么是現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的。隨著微處理器與計(jì)算機(jī)功能的不斷增強(qiáng)和價(jià)格的急劇降低，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，而處于生產(chǎn)過程底層的測控自動(dòng)化系統(tǒng)，采用一對一連線，用電壓、電流的模擬信號(hào)進(jìn)行測量控制，或采用自封閉式的集散系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間以及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自動(dòng)化系統(tǒng)成為“信息孤島”。要實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成，要實(shí)施綜合自動(dòng)化，就必須設(shè)計(jì)出一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運(yùn)行的、性能可靠、造價(jià)低廉的通信系統(tǒng)，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信，實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換?，F(xiàn)場總線就是在這種實(shí)際需求的驅(qū)動(dòng)下應(yīng)運(yùn)而生的。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)什么是現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線的出現(xiàn)，導(dǎo)致目前生產(chǎn)的自動(dòng)化儀表、集散控制系統(tǒng)(DCS)、可編程控制器(PLC)在產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)方面的較大變革，自動(dòng)化設(shè)備的制造廠家被迫面臨產(chǎn)品更新?lián)Q代的又一次挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的模擬儀表將逐步讓位于智能化數(shù)字儀表，并具備數(shù)字通信功能。出現(xiàn)了一批集檢測、運(yùn)算、控制功能于一體的變送控制器；出現(xiàn)了可集檢測溫度、壓力、流量于一身的多變量變送器；出現(xiàn)了帶控制模塊和具有故障信息的執(zhí)行器，并由此大大改變了現(xiàn)有的設(shè)備維護(hù)管理方法。從20世紀(jì)90年代以后，現(xiàn)場總線技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了群雄并起、百家爭鳴的局面。目前已開發(fā)出有40多種現(xiàn)場總線，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、P-Net、FIP、ISP等，其中最具有影響力的有FF、LonWorks、Profibus、CAN等。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)什么是現(xiàn)場總線1）基金會(huì)現(xiàn)場總線，即FoudationFieldbus,簡稱FF，這是在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。2）LonWorks是又一具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場總線技術(shù)，它是由美國Echelon公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡化為參數(shù)設(shè)置，其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達(dá)到2700m(78kbps，雙絞線),支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)什么是現(xiàn)場總線3）Profibus是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。Porfibus支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時(shí)間。4）CAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。CAN協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有3層，只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)什么是現(xiàn)場總線每種總線大都有其應(yīng)用的領(lǐng)域，比如FF、PROFIBUS-PA適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制領(lǐng)域；LonWorks、PROFIBUS-FMS適用于樓宇、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域；而這些劃分也不是絕對的，每種現(xiàn)場總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，彼此滲透。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)2.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡單地概括現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)就是信號(hào)傳輸全數(shù)字、控制功能全分散、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一全開放、互操作性強(qiáng)、費(fèi)用低等。具體概述為：1）數(shù)字化的信號(hào)傳輸：使用數(shù)字化通信完成對現(xiàn)場設(shè)備的聯(lián)絡(luò)和控制，在網(wǎng)絡(luò)通信中采用信息防撞與糾錯(cuò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高速及雙向多點(diǎn)之間的可靠通信。2）功能轉(zhuǎn)移：廉價(jià)的智能化現(xiàn)場設(shè)備的普及與基于現(xiàn)場的微處理器及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通訊鏈路的發(fā)展相互促進(jìn)，促使簡單的控制任務(wù)遷移到控制現(xiàn)場，能夠處理PID算法和控制邏輯的現(xiàn)場微處理器接管了大部分簡單的控制任務(wù)。3）方便的互操作性：現(xiàn)場總線技術(shù)強(qiáng)調(diào)“互聯(lián)”和“互操作性”。實(shí)現(xiàn)真正的“即接即用”，即所謂互操作性。這樣，用戶也能自由地集成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，從而極大的方便了用戶。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)2.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4）開放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，不同制造商的網(wǎng)絡(luò)互連十分簡便，用戶不必在硬件或軟件上花多大力氣。5）多種傳輸媒介和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：現(xiàn)場總線技術(shù)由于采用數(shù)字通信方式，因此可采用多種傳輸介質(zhì)進(jìn)行通信。根據(jù)控制系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的空間分布情況，可采用多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種多樣性給自動(dòng)化系統(tǒng)的施工帶來了極大的方便。6）簡化結(jié)構(gòu)降低費(fèi)用：現(xiàn)場總線技術(shù)由于采用智能儀表和總線傳輸方式，可以減少大量的隔離器，端子框及電纜等，從而降低系統(tǒng)復(fù)雜程度，節(jié)省施工費(fèi)用。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)2.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由于現(xiàn)場總線的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控PC機(jī)作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設(shè)備的減少，還可減少控制室的占地面積。2）節(jié)省安裝費(fèi)用?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，由于一對雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時(shí)，無需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測算資料，可節(jié)約安裝費(fèi)用60%以上。任務(wù)3現(xiàn)場總線技術(shù)2.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3）節(jié)省維護(hù)開銷。由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡單而減少了維護(hù)工作量。4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被“框死”了設(shè)備的選擇范圍，不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動(dòng)權(quán)完全掌握在用戶手中。5）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。由于現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)，減少了信號(hào)的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計(jì)簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)2．泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1.什么是泛在網(wǎng)絡(luò)3．泛在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)【任務(wù)描述】老李：物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)還真是不少，但是為什么會(huì)有這么多的種類呢？都使用最好的不就得了？王經(jīng)理：因?yàn)楦鞔髲S商都在推行自己的標(biāo)準(zhǔn)，造成了一定的混亂，讓很多設(shè)備不能相互兼容，但亂也有亂的好處，每一種技術(shù)都有它的特點(diǎn)，有的速率高，距離遠(yuǎn)；也有近距離，能耗低的。針對不同的問題，可以進(jìn)行合理應(yīng)用。老李：哦。那這些種傳輸技術(shù)我該怎么樣去稱呼它呢？王經(jīng)理：那您就稱呼它為泛在網(wǎng)絡(luò)吧。任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)【任務(wù)呈現(xiàn)】王經(jīng)理：從字面上看就是廣泛存在的，無所不在的網(wǎng)絡(luò)。也就是人置身于無所不在的網(wǎng)絡(luò)之中，實(shí)現(xiàn)人在任何時(shí)間、地點(diǎn)，使用任何網(wǎng)絡(luò)與任何人與物的信息交換，基于個(gè)人和社會(huì)的需求，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為個(gè)人和社會(huì)提供泛在的，無所不含的信息服務(wù)和應(yīng)用。任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)1.什么是泛在網(wǎng)絡(luò)

“物聯(lián)網(wǎng)+因特網(wǎng)”幾乎就等于“泛在網(wǎng)”。泛在網(wǎng)絡(luò)是指基于個(gè)人和社會(huì)的需求，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、認(rèn)知、決策、使用等服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)具有超強(qiáng)的環(huán)境感知、內(nèi)容感知及智能型，為個(gè)人和社會(huì)提供泛在的、無所不含的信息服務(wù)和應(yīng)用。任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)1.什么是泛在網(wǎng)絡(luò)泛在網(wǎng)絡(luò)的概念最早見于施樂首席科學(xué)家MarkWeiser在1991年“21世紀(jì)的計(jì)算”文章中提出的泛在計(jì)算。從泛在的內(nèi)涵來看，首先關(guān)注的是人與周邊的和諧交互，各種感知設(shè)備與無線網(wǎng)絡(luò)不過是手段。最終的泛在網(wǎng)形態(tài)上，既有因特網(wǎng)的部分，也有物聯(lián)網(wǎng)的部分，同時(shí)還有一部分屬于智能系統(tǒng)范疇。物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、泛在網(wǎng)的關(guān)系：泛在網(wǎng)是ICT社會(huì)發(fā)展的最高目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)是泛在網(wǎng)的初級(jí)和必然發(fā)展階段，傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的延伸和應(yīng)用的基礎(chǔ)。任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)2.泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)未來的泛在網(wǎng)絡(luò)是硬件、軟件、系統(tǒng)、終端和應(yīng)用的融合，所涉及的技術(shù)支撐包括RFID、人機(jī)交互、上下文感知計(jì)算、多接入、移動(dòng)性管理、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)管理等。1）RFID射頻識(shí)別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification，RFID）每個(gè)產(chǎn)品或事物出現(xiàn)在這個(gè)世界就得獲得一個(gè)惟一的編碼來證明它的惟一性，而且單個(gè)物品可以擁有多個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)，復(fù)合物體的每個(gè)組件可以都有標(biāo)識(shí)號(hào)；而且屬于一類的物品要有證明類屬的特殊標(biāo)識(shí)ID，而單個(gè)物品同時(shí)要有區(qū)別于同類其他物品的ID。2）無線傳感網(wǎng)技術(shù)無線傳感網(wǎng)是由大量部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多個(gè)、自組織的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有無需固定設(shè)備支撐的特點(diǎn),可以快速部署,同時(shí)具有易組網(wǎng),不受有線網(wǎng)絡(luò)的約束。在無線傳感器系統(tǒng)中,單個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠感應(yīng)其環(huán)境,然后在本地處理信息或者通過無線鏈路將信息發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)集節(jié)點(diǎn)。任務(wù)4泛在網(wǎng)絡(luò)2.泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)3）中間件技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)及任何物體的連接，這個(gè)特點(diǎn)就決定了屏蔽底層硬件的多樣性和復(fù)雜性以及與上層信息交換的復(fù)雜應(yīng)用性。中間件為底層與上層之間的數(shù)據(jù)傳遞提供了很好的交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類信息資源之間的關(guān)聯(lián)、整合、協(xié)同、互動(dòng)和按需服務(wù)等，所以現(xiàn)在中間件的研究熱點(diǎn)集中在基于遠(yuǎn)程控制的應(yīng)用管理方式；支持多種傳感設(shè)備的管理、數(shù)據(jù)采集和處理功能，從而降低應(yīng)用與硬件的耦合性；具備符合多種應(yīng)用通用需求的API集合；具有跨平臺(tái)的靈活性移植。4）云計(jì)算技術(shù)物