單元認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程

1、物聯(lián)網(wǎng)工程布線技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線技術(shù)王公儒王公儒 主編主編單元一單元一 認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程1.1 認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)1.4 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用前景物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用前景1.5 典型行業(yè)應(yīng)用案例典型行業(yè)應(yīng)用案例1.6 思考題思考題了解物聯(lián)網(wǎng)基本概念了解物聯(lián)網(wǎng)基本概念以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系，以及與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系，物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)和布線技術(shù)，比較全和布線技術(shù)，比較全面的認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)面的認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用和布線技術(shù)。展應(yīng)用和布線技術(shù)。1.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程

2、應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、通信、射頻識(shí)別等新技術(shù)的推動(dòng)下，一種能夠?qū)崿F(xiàn)人與人、人與機(jī)器、人與物、物與物之間直接溝通的物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）已經(jīng)全面深入我們的日常生活，推動(dòng)社會(huì)向前發(fā)展。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，不僅人與人之間的距離變小了，溝通和交流高效快捷，而且快速改變了人們的生活方式和世界觀。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，不僅物與物之間的距離變小了，實(shí)現(xiàn)了信息自動(dòng)采集、傳輸和相互控制，而且再次快速改變我們的生活方式，改變?nèi)祟悓?duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)和管理。物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。國際電聯(lián)曾預(yù)測(cè)，未來世界是無所不在的物聯(lián)網(wǎng)世界，到2017年將有7萬

3、億傳感器為地球上的70億人口提供服務(wù)。一方面物聯(lián)網(wǎng)可以用于提高經(jīng)濟(jì)效益，大大節(jié)約成本，另一方面可以為全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技術(shù)動(dòng)力。目前，美國、歐盟等都在投入巨資，深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)，中國政府高度關(guān)注、重視物聯(lián)網(wǎng)的研究，工業(yè)和信息化部會(huì)同有關(guān)部門，在新一代信息技術(shù)方面正在開展研究，以形成支持新一代信息技術(shù)發(fā)展的政策措施。1.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)1.1.1物聯(lián)網(wǎng)工程的相關(guān)概念物聯(lián)網(wǎng)工程的相關(guān)概念關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的概念和定義，學(xué)術(shù)界和業(yè)界由多種認(rèn)識(shí)和觀點(diǎn)，一種概念從物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)比角度認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器等信息傳

4、感設(shè)備，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的另一種概念認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是由具有自我標(biāo)識(shí)、感知和智能的物理實(shí)體基于通信技術(shù)相互連接形成的網(wǎng)絡(luò)，這些物理設(shè)備可以在無需人工干預(yù)的條件下實(shí)現(xiàn)協(xié)同和互動(dòng)，為人們提供智慧和集約的服務(wù)，具有全面感知、可靠傳遞、智能處理的特點(diǎn)。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系分類，不同的專家學(xué)者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)給出了各自的定義，下面介紹幾種目前比較流行的概念和定義。1.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)1.1.1物聯(lián)網(wǎng)工程的相關(guān)概念物聯(lián)網(wǎng)工程的相關(guān)概念1.物聯(lián)網(wǎng)是傳感網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)是傳感網(wǎng)有的專家認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)就是傳感網(wǎng)，

5、只是給人們生活環(huán)境中的物體安裝傳感器，這些傳感器可以更好的幫助人類識(shí)別環(huán)境，這個(gè)傳感器網(wǎng)不接入互聯(lián)網(wǎng)。傳感網(wǎng)是把所有物品通過RFID和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理的網(wǎng)絡(luò)。2.物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò) 常說的互聯(lián)網(wǎng)是指人與人之間通過計(jì)算機(jī)結(jié)成的全球性網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)于人與人之間的信息交換。而物聯(lián)網(wǎng)的主體則是各種各樣的物品，通過物品間傳遞信息從而達(dá)到最終服務(wù)于人的目的。3.物聯(lián)網(wǎng)是未來的互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)是未來的互聯(lián)網(wǎng)從宏觀概念上講，未來的物聯(lián)網(wǎng)將使人置身于無所不在的網(wǎng)絡(luò)之中，在不知不覺中，人可以隨時(shí)隨地與周圍的人或物進(jìn)行信息交換，這時(shí)物聯(lián)網(wǎng)也就等同于泛在網(wǎng)

6、絡(luò)，或者說未來的互聯(lián)網(wǎng)。1.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)1.1.2各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系在信息技術(shù)行業(yè)，目前比較流行的網(wǎng)絡(luò)概念主要有互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、泛在網(wǎng)等，這些概念和來源不同，內(nèi)涵既有重疊，重點(diǎn)各不相同，他們之間的關(guān)系如圖1-1所示。圖1-1 傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和泛在網(wǎng)的關(guān)系1.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)1.1.2各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系1.傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)是由各種傳感器（光、電、溫度、濕度、壓力等）與中低速的近距離無線通信技術(shù)構(gòu)成的一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，是由多個(gè)具有有線/無線通信與計(jì)算能力的低功耗、小體積的微小

7、傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的理解，可以認(rèn)為它重點(diǎn)解決局域或小范圍的物與物的信息交換，是物聯(lián)網(wǎng)末端采用的關(guān)鍵計(jì)算之一，圖1-2為傳感器網(wǎng)絡(luò)樹狀拓?fù)鋱D。圖1-2 傳感器網(wǎng)絡(luò)樹狀拓?fù)鋱D1.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)1.1.2各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系2.物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)廣義來講，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)未來發(fā)展的遠(yuǎn)景，等同于“未來的互聯(lián)網(wǎng)”或者“泛在網(wǎng)絡(luò)”，能夠?qū)崿F(xiàn)在任何時(shí)間、地點(diǎn)，使用任何網(wǎng)絡(luò)的任何人與物的信息交換以及物與物之間的信息交換。狹義來講，物聯(lián)網(wǎng)是物品之間通過傳感器連接起來的局域網(wǎng)，不論接入互聯(lián)網(wǎng)與否，都屬于物聯(lián)網(wǎng)的范疇。全面感知、可靠傳送、智能處理是物聯(lián)網(wǎng)的基

8、本特征，如圖1-3所示。 圖1-3 物聯(lián)網(wǎng)的基本特征示意圖1.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)1.1.2各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系3.泛在網(wǎng)泛在網(wǎng)泛在網(wǎng)是指基于個(gè)人和社會(huì)的需求，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，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)超強(qiáng)的環(huán)境感知、內(nèi)容感知及其智能性，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。計(jì)算機(jī)和云計(jì)算將是泛在網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施中重要的技術(shù)。圖1-4 泛在網(wǎng)業(yè)務(wù)架構(gòu)示意圖1.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)1.1.2各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的

9、關(guān)系4.各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)各有定位，傳感網(wǎng)是泛在網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的組成部分，物聯(lián)網(wǎng)是泛在網(wǎng)發(fā)展的物聯(lián)階段。通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)之間相互協(xié)同、融合是泛在網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)。也就是說，通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)各自的發(fā)展是泛在網(wǎng)初級(jí)發(fā)展階段，泛在網(wǎng)的最終目標(biāo)是各種網(wǎng)絡(luò)的高度融合和協(xié)同。表1-1 各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征對(duì)比表 特征網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接主體信息采集信息傳輸信息處理社會(huì)狀態(tài)物聯(lián)網(wǎng)人與物，物與物自動(dòng)數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化智能化現(xiàn)實(shí)傳感網(wǎng) 物與物，人與物自動(dòng)數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化智能化現(xiàn)實(shí)互聯(lián)網(wǎng) 人與人人工數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化交換虛擬泛在網(wǎng) 人與人，人與物物與物自動(dòng)，人工數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化智能化交換現(xiàn)

10、實(shí)，虛擬1.1認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)1.1.2各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系4.各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系各種信息網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系圖1-5 互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)連接的架構(gòu)示意圖1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)IBM對(duì)智慧地球的3I描述是“更透徹的感知、更全面的互聯(lián)和更深入的智能”，對(duì)應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)感知、傳輸和應(yīng)用3個(gè)層面。而這3個(gè)“更”則對(duì)應(yīng)著3個(gè)方面技術(shù)的應(yīng)用和技術(shù)的進(jìn)步：感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、應(yīng)用層支撐技術(shù)。其中與物聯(lián)網(wǎng)起源密切相關(guān)的兩類感知技術(shù)為射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)和無線傳感網(wǎng)（WSN）技術(shù)。1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)

11、1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1-6所示。感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，主要功能是識(shí)別物體，采集信息。網(wǎng)絡(luò)層由各種企業(yè)和事業(yè)單位網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其它系統(tǒng)）的接口。圖1-6 物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層架構(gòu)示意圖1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.2無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由獨(dú)立分布的節(jié)點(diǎn)以及網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。安放在不同地點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)不斷采集著外界的物理信息

12、，如溫度、聲音、震動(dòng)等。相互獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)之間通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單處理，還能接收來自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。工程師可以從網(wǎng)關(guān)獲取數(shù)據(jù)，查看歷史數(shù)據(jù)記錄或進(jìn)行分析。通常，一個(gè)典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)包括：傳感器接口、ADC、微處理器、電源以及無線收發(fā)裝置。 無線傳感網(wǎng)必須重點(diǎn)考慮網(wǎng)絡(luò)選擇，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功耗以及兼容性。 1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.2無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)1.無線網(wǎng)絡(luò)的選擇無線網(wǎng)絡(luò)的選擇 挑選無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，帶寬、傳輸距離以及功耗是三個(gè)主要考慮因素。 ZigBee已被證明是最適

13、合用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)，它擁有250kbps的帶寬，傳輸距離可達(dá)1km以上，并且功耗更小，采用普通AA電池就能夠支持設(shè)備在高達(dá)數(shù)年的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作。 2.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是由在空間分布的和獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的。節(jié)點(diǎn)包含有傳感器來監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的物理或環(huán)境條件，如溫度、聲音、震動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物等。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通常帶有無線電收發(fā)器或其他無線設(shè)備通信設(shè)備以通過網(wǎng)絡(luò)把傳感數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫和其他用戶。這樣，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于數(shù)據(jù)收集、目標(biāo)跟蹤以及報(bào)警監(jiān)控等。國際電氣和電子工程師聯(lián)合會(huì)(IEEE)的1451工作組(IEEE1451)建立了一個(gè)智能傳感器即插即用(plug-and-

14、play)的標(biāo)準(zhǔn)，使所有符合標(biāo)準(zhǔn)的傳感器能和其它儀器和系統(tǒng)一起工作。1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.2無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)3.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)?星形是最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有一條直接通向網(wǎng)關(guān)的通道，然而其傳輸距離有限。采用樹形拓?fù)淠軌蚪鉀Q這個(gè)問題，添加路由節(jié)點(diǎn)后，遠(yuǎn)處的節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)能夠通過路由節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)。然而樹形拓?fù)淙匀淮嬖诳煽啃缘膯栴}，一旦路由節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生問題，所有由這個(gè)節(jié)點(diǎn)通向網(wǎng)關(guān)的通路將被切斷。所以，對(duì)于可靠性要求很高的無線網(wǎng)絡(luò)，建議選擇網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1-7 傳感網(wǎng)常用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2

15、.2無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)無線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)4.系統(tǒng)功耗系統(tǒng)功耗 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常被放置在室外，無法進(jìn)行長(zhǎng)距離的布線，這就牽涉到兩個(gè)問題，一是信號(hào)的傳輸，二是設(shè)備的供電。信號(hào)傳輸問題可以通過選擇無線網(wǎng)絡(luò)解決，設(shè)備供電問題，則必須考慮外部電源，例如電池或小型發(fā)電設(shè)備。由于電池所能供應(yīng)的電量有限，為了滿足設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用的要求，必須嚴(yán)格控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗。所以用戶一方面應(yīng)選用ZigBee技術(shù)保證無線收發(fā)器的低功耗，同時(shí)，在保證處理器性能的前提下，還應(yīng)選擇帶有休眠功能并且工作能耗盡可能低的處理器。5.兼容性兼容性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠幫助工程師完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集以及后續(xù)數(shù)據(jù)的分析、顯示以及發(fā)布等功

16、能。在一些工業(yè)應(yīng)用中，更有可能將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接到多樣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，進(jìn)行協(xié)同工作。在這些情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具備良好的兼容性，實(shí)現(xiàn)與各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的快速連接。1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.3射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)RFID是射頻識(shí)別技術(shù)Radio Frequency Identification的縮寫，射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)，通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)。1.射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展歷史射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展歷史1940-1950年，雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用

17、催生了射頻識(shí)別技術(shù)。1950-1960年，早期射頻識(shí)別技術(shù)的探索階段，主要處于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。 1960-1970年，射頻識(shí)別技術(shù)理論得到了發(fā)展，開始一些應(yīng)用嘗試。 1970-1980年，射頻識(shí)別技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，各種射頻識(shí)別技術(shù)測(cè)試得到加速，出現(xiàn)了一些最早的射頻識(shí)別應(yīng)用。 1980-1990年，射頻識(shí)別技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。 1990-2000年，射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視，射頻識(shí)別產(chǎn)品得到廣泛采用，射頻識(shí)別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。 1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.3射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)2.RFID的

18、組成及工作原理的組成及工作原理最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：1）標(biāo)簽(Tag，即射頻卡)。由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。2）閱讀器。讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備，在讀寫卡中還可以寫入。3）天線。在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。有些系統(tǒng)還通過閱讀器的RS232或RS485接口與外部計(jì)算機(jī)(上位機(jī)主系統(tǒng))連接。1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.3射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)2.RFID的組成及工作原理的組成及工作原理系統(tǒng)的基本工作流程是，閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活。射頻

19、卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去。系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行動(dòng)作。圖1-8為射頻識(shí)別系統(tǒng)工作原理圖。圖1-8 射頻識(shí)別系統(tǒng)工作原理圖1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.3射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)2.RFID的組成及工作原理的組成及工作原理所有閱讀器都有高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，發(fā)送器產(chǎn)生高頻發(fā)射功率，啟動(dòng)射頻卡并提供能量，同時(shí)對(duì)

20、發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡。接收器接收和解調(diào)來自射頻卡的高頻信號(hào)。不同射頻識(shí)別系統(tǒng)的高頻接口設(shè)計(jì)具有一些差異，圖1-9為電感耦合系統(tǒng)的高頻接口原理圖閱讀器控制單元實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，執(zhí)行軟件發(fā)來的命令，控制與射頻卡的通信過程(主-從原則)，進(jìn)行信號(hào)的編解碼。圖1-9 電感耦合系統(tǒng)高頻接口原理圖1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.3射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)射頻識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)3.射頻卡的標(biāo)準(zhǔn)及分類射頻卡的標(biāo)準(zhǔn)及分類目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標(biāo)準(zhǔn)，國際上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?？晒┥漕l卡使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18

21、OOO。應(yīng)用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性、射頻功率和信號(hào)接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。射頻卡有以下幾種分類：1）按供電方式分類為有源卡和無源卡。2）按載波頻率分類為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。3）按調(diào)制方式分類為主動(dòng)式和被動(dòng)式。4）按作用距離分類為密耦合卡、近耦合卡、疏耦合卡、遠(yuǎn)距離卡。5）按芯片分類為只讀卡、讀寫卡和CPU卡。1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.4藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)1.藍(lán)牙技術(shù)是一種支持設(shè)備間短距離通信的無線電技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)是一種支持設(shè)備間短距離通信的無線電技術(shù)藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)，一

22、般為10米內(nèi)。能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換，采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，數(shù)據(jù)速率為1Mbps，能夠?qū)崿F(xiàn)全雙工傳輸。2.藍(lán)牙故事藍(lán)牙故事公元10世紀(jì)，北歐諸侯爭(zhēng)霸，丹麥國王哈拉爾德挺身而出，制止了血腥的戰(zhàn)爭(zhēng)，各方都坐到了談判桌前，通過溝通，諸侯們冰釋前嫌，成為朋友。由于丹麥國王酷愛吃藍(lán)梅，以至于牙齒都被染成了藍(lán)色，人稱藍(lán)牙（Bluetooth)國王，所以，藍(lán)牙也就成了溝通的代名詞。3藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展1995年，瑞典愛立信公司最先提出藍(lán)牙概念。1998年5月，愛立信、諾基亞、IBM和英特爾經(jīng)過磋商，聯(lián)

23、合成立了藍(lán)牙推廣集團(tuán)，加速其開發(fā)、推廣和應(yīng)用。此項(xiàng)無線通信技術(shù)公布后，得到摩托羅拉、3Com、朗訊、康柏、西門子等大批公司的擁護(hù)，許多汽車、相機(jī)、家用電器廠商和制造商加盟，藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范得到工業(yè)界廣泛的關(guān)注和支持，并且大量推廣和應(yīng)用。1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.4藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)4.藍(lán)牙關(guān)鍵技術(shù)藍(lán)牙關(guān)鍵技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品是采用低能耗無線電通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和視頻傳輸?shù)?，其傳輸速率最高?Mb/s，以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信，通信距離為10米左右，配置功率放大器可以使通信距離進(jìn)一步增加。 藍(lán)牙產(chǎn)品采用的是跳頻技術(shù)，能夠有效地減少同頻干擾，提高通信的安全性。采用前向糾錯(cuò)編碼

24、技術(shù)，以便在遠(yuǎn)距離通信時(shí)減少隨機(jī)噪聲的干擾，采用FM調(diào)制方式，使設(shè)備變得更為簡(jiǎn)單可靠?！八{(lán)牙”技術(shù)產(chǎn)品一個(gè)跳頻頻率發(fā)送一個(gè)同步分組，每組一個(gè)分組占用一個(gè)時(shí)隙，也可以增至5個(gè)時(shí)隙，“藍(lán)牙”技術(shù)支持一個(gè)異步數(shù)據(jù)通道，或者3個(gè)并發(fā)的同步語音通道，或者一個(gè)同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步語音的通道?！八{(lán)牙”的每一個(gè)話音通道支持64Kbps的同步話音，異步通道支持的最大速率為721Kbps、反向應(yīng)答速率為57.6Kbps的非對(duì)稱連接，或者432.6Kbps的對(duì)稱連接。 藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品與因特網(wǎng)Internet之間的通信，使得家庭和辦公室的設(shè)備不需要電纜也能夠?qū)崿F(xiàn)互通互聯(lián)。1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1

25、.2.5 云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算（cloud computing）是一種新興的計(jì)算模型，是分布式計(jì)算、并行計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的發(fā)展。透過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無數(shù)個(gè)較小的子程序，再交由多個(gè)服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋和計(jì)算分析之后，將處理結(jié)果回傳給用戶。最簡(jiǎn)單的云計(jì)算技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中已經(jīng)隨處可見，如搜尋引擎等。1.云平臺(tái)技術(shù)云平臺(tái)技術(shù)用戶不必關(guān)心云平臺(tái)底層的實(shí)現(xiàn)。用戶使用平臺(tái)時(shí)只需要調(diào)用平臺(tái)提供的接口，就可以在云平臺(tái)中完成自己的工作。2.虛擬化技術(shù)虛擬化技術(shù)1）服務(wù)器虛擬化2）存儲(chǔ)虛擬化3）應(yīng)用虛擬化4）平臺(tái)虛擬化5）桌面虛擬化1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1

26、.2.5 云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)采用分布式存儲(chǔ)的方式來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，采用冗余存儲(chǔ)的方式來保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性，即為同一份數(shù)據(jù)存儲(chǔ)多個(gè)副本。目前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)主要有Google的GFS（Google File System，非開源）以及Hadoop 開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的HDFS（Hadoop Distributed File System，開源），目前這兩種技術(shù)已經(jīng)成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)未來的發(fā)展將集中在超大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加密和安全性保證以及繼續(xù)提高I/O速率等方面。4.數(shù)據(jù)管理技術(shù)數(shù)據(jù)管理技術(shù)數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須能夠高效地管理大數(shù)據(jù)集。其次，如何在規(guī)模巨大的

27、數(shù)據(jù)中找到特定的數(shù)據(jù)，也是云計(jì)算數(shù)據(jù)管理技術(shù)所必須解決的問題。云計(jì)算的特點(diǎn)是對(duì)海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取后進(jìn)行大量的分析，如何提高數(shù)據(jù)的更新速率以及進(jìn)一步提高隨機(jī)讀速率是未來的數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須解決的問題。1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.5 云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)5.分布式編程與計(jì)算分布式編程與計(jì)算為了使用戶能更輕松的享受云計(jì)算帶來的服務(wù)，讓用戶能利用該編程模型編寫簡(jiǎn)單的程序來實(shí)現(xiàn)特定的目的，云計(jì)算上的編程模型必須十分簡(jiǎn)單，必須保證后臺(tái)復(fù)雜的并行執(zhí)行和任務(wù)調(diào)度向用戶和編程人員透明。當(dāng)前各IT廠商提出的“云”計(jì)劃的編程工具，均基于Map-Reduce的編程模型。6.云計(jì)算的業(yè)務(wù)

28、接口云計(jì)算的業(yè)務(wù)接口為了方便用戶業(yè)務(wù)由傳統(tǒng)IT系統(tǒng)向云計(jì)算環(huán)境的遷移，云計(jì)算應(yīng)對(duì)用戶提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)接口。7.云計(jì)算相關(guān)的安全技術(shù)云計(jì)算相關(guān)的安全技術(shù)云計(jì)算模式帶來一系列的安全問題，包括用戶隱私的保護(hù)、用戶數(shù)據(jù)的備份和云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的防護(hù)等。云計(jì)算中虛擬服務(wù)的規(guī)模化、集約化和專業(yè)化改變了信息資源大量分散于端設(shè)備的格局。云計(jì)算中心可以實(shí)現(xiàn)集約化和專業(yè)化的安全服務(wù)，改變當(dāng)前人人都在打補(bǔ)丁、個(gè)個(gè)都在殺病毒的狀況，還可以將備份作為一種服務(wù)形式，實(shí)現(xiàn)專門的云備份服務(wù)等。1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.6信息安全關(guān)鍵技術(shù)信息安全關(guān)鍵技術(shù)信息安全的內(nèi)涵在不斷地延伸，從最初的信息保密性發(fā)展到

29、信息的完整性、可用性、可控性和不可否認(rèn)性，進(jìn)而又發(fā)展為“攻（攻擊）、防（防范）、測(cè)（檢測(cè)）、控（控制）、管（管理）、評(píng)（評(píng)估）”等多方面的基礎(chǔ)理論和實(shí)施技術(shù)。目前信息網(wǎng)絡(luò)常用的基礎(chǔ)性安全技術(shù)包括以下幾方面的內(nèi)容。1身份認(rèn)證技術(shù)身份認(rèn)證技術(shù)用來確定用戶或者設(shè)備身份的合法性，典型的手段有用戶名口令、身份識(shí)別、PKI證書和生物認(rèn)證等。 2加解密技術(shù)加解密技術(shù)在傳輸過程或存儲(chǔ)過程中進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的加解密，典型的加密體制可采用對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密。3. 邊界防護(hù)技術(shù)邊界防護(hù)技術(shù)防止外部網(wǎng)絡(luò)用戶以非法手段進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，訪問內(nèi)部資源，保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)操作環(huán)境的特殊網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，典型的設(shè)備有防火墻和入侵檢測(cè)設(shè)備。

30、1.2 物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)1.2.6信息安全關(guān)鍵技術(shù)信息安全關(guān)鍵技術(shù)4訪問控制技術(shù)訪問控制技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)資源不被非法使用和訪問。訪問控制是網(wǎng)絡(luò)安全防范和保護(hù)的主要核心策略，規(guī)定了主體對(duì)客體訪問的限制，并在身份識(shí)別的基礎(chǔ)上，根據(jù)身份對(duì)提出資源訪問的請(qǐng)求加以權(quán)限控制。5主機(jī)加固技術(shù)主機(jī)加固技術(shù)對(duì)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行漏洞加固和保護(hù)，提高系統(tǒng)的抗攻擊能力。6安全審計(jì)技術(shù)安全審計(jì)技術(shù)包含日志審計(jì)和行為審計(jì)，通過日志審計(jì)協(xié)助管理員在受到攻擊后察看網(wǎng)絡(luò)日志，從而評(píng)估網(wǎng)絡(luò)配置的合理性、安全策略的有效性，追溯分析安全攻擊軌跡，并能為實(shí)時(shí)防御提供手段。通過對(duì)員工或用戶的網(wǎng)絡(luò)行為審計(jì)，確認(rèn)行為的合

31、規(guī)性，確保管理的安全。7檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)中的流量或應(yīng)用內(nèi)容進(jìn)行二至七層的檢測(cè)并適度監(jiān)管和控制，避免網(wǎng)絡(luò)流量的濫用、垃圾信息和有害信息的傳播。1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)圖1-10西元物聯(lián)網(wǎng)工程布線教學(xué)模型1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)智能家居是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，其中包括將家電控制、安全防范、遠(yuǎn)程抄表、信息服務(wù)和可視對(duì)講等功能，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。圖1-11為居住區(qū)數(shù)字系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中典型的聯(lián)網(wǎng)樓宇對(duì)講系統(tǒng)的示意圖。圖1-11

32、典型的聯(lián)網(wǎng)樓宇對(duì)講系統(tǒng)的示意圖1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集、傳輸和應(yīng)用都離不開綜合布線系統(tǒng)，布線技術(shù)也是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程的基本技術(shù)，更是數(shù)字化城市、智能建筑、智能家居的基礎(chǔ)設(shè)施。既是在各種無線傳輸系統(tǒng)中，各個(gè)基站之間也需要安全可靠的電纜或者光纜布線系統(tǒng)連接。1.3.1光纜布線技術(shù)簡(jiǎn)介光纜布線技術(shù)簡(jiǎn)介可以把光纖通信看成是以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。實(shí)際上光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖，而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。光纖由纖芯、包層和涂層組成，內(nèi)芯一般為幾十微米或幾微米；中間層稱為包層，通過纖芯和包層的折射率不同，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在纖芯內(nèi)的全反

33、射；涂層的作用就是增加光纖的韌性保護(hù)光纖。1966年英籍華人高錕博士發(fā)表了一篇?jiǎng)潟r(shí)代性的論文，他提出利用帶有包層材料的石英玻璃光學(xué)纖維，能作為通信媒質(zhì)，開創(chuàng)了光纖通信領(lǐng)域的研究工作。高錕博士因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)1.3.2 電力線通信技術(shù)簡(jiǎn)介電力線通信技術(shù)簡(jiǎn)介電力線通信（PLC）是指利用電力線本身和輸電網(wǎng)或配電網(wǎng)作為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息高速傳輸?shù)囊环N通信技術(shù)，應(yīng)用PLC的主要目的是降低通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)營成本。通常將電力線通信系統(tǒng)分為兩類：窄帶PLC提供數(shù)據(jù)傳輸速率不超過100kb/s的通信服務(wù)，適合于各類自動(dòng)化和控制應(yīng)用以及少量的語音信道，寬帶

34、PLC系統(tǒng)能夠提供2Mb/s以上的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠同時(shí)提供包括電話和因特網(wǎng)接入在內(nèi)的多種電信服務(wù)。目前，很多生產(chǎn)廠家已經(jīng)能夠提供數(shù)據(jù)傳輸速率在24Mb/s間的PLC產(chǎn)品，即將發(fā)布數(shù)據(jù)傳輸速率為45Mb/s或者更高數(shù)據(jù)傳輸速率。PLC技術(shù)當(dāng)前正處于一個(gè)非常重要的發(fā)展階段，世界各地正在進(jìn)行著各種各樣的PLC現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，而且已經(jīng)有若干個(gè)PLC的接入網(wǎng)投入了商業(yè)應(yīng)用，PLC的用戶也在不斷增加。低壓配電網(wǎng)上的寬帶PLC技術(shù)被認(rèn)為是解決通信網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”問題的比較經(jīng)濟(jì)和便利的技術(shù)方案，通常稱為PLC接入網(wǎng)絡(luò)，適用于建筑物和室內(nèi)設(shè)備之間的各種通信。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，特別適合小區(qū)和智能家居內(nèi)部人與物和物與物之

35、間的通信。1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)1.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是企業(yè)和工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間和更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn)，具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求,還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定、短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)1.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)1.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有如下技術(shù)特點(diǎn)

36、：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有如下技術(shù)特點(diǎn)：1）系統(tǒng)的開放性）系統(tǒng)的開放性各設(shè)備之間能夠互連并實(shí)現(xiàn)信息交換，用戶可按自己的需要和對(duì)象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。2）互可操作性與互用性。）互可操作性與互用性?；タ刹僮餍允侵富ミB的設(shè)備間和系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，能夠?qū)嵭悬c(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信?；ビ眯詣t意味著不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程

37、布線關(guān)鍵技術(shù)1.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)1.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有如下技術(shù)特點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有如下技術(shù)特點(diǎn)：4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。 5）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。現(xiàn)場(chǎng)總線可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)1.3.

38、3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)2.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資）節(jié)省硬件數(shù)量與投資由于現(xiàn)場(chǎng)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）節(jié)省安裝費(fèi)用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單，由于一對(duì)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)

39、與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)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(cè)算資料，可節(jié)約安裝費(fèi)用60%以上。 1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)1.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)2.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：3）節(jié)省維護(hù)開銷）節(jié)省維護(hù)開銷由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)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(jiǎn)化，連線簡(jiǎn)單而

40、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。 5）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度。同時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。 1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程

41、布線關(guān)鍵技術(shù)1.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)3.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的典型應(yīng)用簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的典型應(yīng)用簡(jiǎn)介目前國際上有40多種現(xiàn)場(chǎng)總線，下面為幾種比較流行的技術(shù)：1）基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線）基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線Foundation Fieldbus,簡(jiǎn)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 LonWorks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(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置，其通訊速率從300bps

42、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)。 LonWorks技術(shù)已經(jīng)被美國暖通工程師協(xié)會(huì)ASRE定為建筑自動(dòng)化協(xié)議BACnet的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。美國消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)已經(jīng)通過決議，以LonWorks技術(shù)為基礎(chǔ)制定了EIA-709標(biāo)準(zhǔn)。1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)1.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)3.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的典型應(yīng)用簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的典型應(yīng)用簡(jiǎn)介3）PROFIBUSPROFIBUS是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prE

43、N 50170的現(xiàn)場(chǎng)總線，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。PROFIBUS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(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。按PROFIBUS的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號(hào)順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時(shí)，可以按主從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。主站可采取對(duì)所有站點(diǎn)廣播 （不要求應(yīng)答）或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。 PROFIBUS的傳輸速率為9612kbps最大傳輸距離在12kbps時(shí)為1000m，15Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長(zhǎng)至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜。1.3 物聯(lián)網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)

44、網(wǎng)工程布線關(guān)鍵技術(shù)1.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)3.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的典型應(yīng)用簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的典型應(yīng)用簡(jiǎn)介4）CAN CAN是控制網(wǎng)絡(luò)Control Area Network的簡(jiǎn)稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Motorola、Intel、Siemens等公司的支持，廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。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，其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá)1Mbps/40m，可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè)。 CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，

45、因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。5）RS485 盡管RS485不能稱為現(xiàn)場(chǎng)總線，但是作為現(xiàn)場(chǎng)總線的鼻祖，還有許多設(shè)備繼續(xù)沿用這種通訊協(xié)議。1.4 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用前景物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用前景1.4.1智慧地球介紹智慧地球介紹2009年1月28日，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后，與美國工商業(yè)領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會(huì)議”，作為僅有的兩名代表之一，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念，建議新政府投資新一代的智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施。1.智慧地球智慧地球新的世界運(yùn)行模式新的世界運(yùn)行模式在這

46、次金融危機(jī)暴發(fā)之前，IBM已經(jīng)看到了當(dāng)代世界體系的一個(gè)根本矛盾，即一個(gè)新的全球化的世界與落后的世界管理模式之間的矛盾。智慧地球則從一個(gè)總體產(chǎn)業(yè)或社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)出發(fā)，充分發(fā)揮先進(jìn)信息技術(shù)的潛力，以推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)和整個(gè)公共服務(wù)領(lǐng)域的變革，形成新的世界運(yùn)行模式。2新的信息產(chǎn)業(yè)革命推進(jìn)世界智慧化進(jìn)程新的信息產(chǎn)業(yè)革命推進(jìn)世界智慧化進(jìn)程全球面臨著各種危機(jī)，但幸運(yùn)的是，有一股新的力量正在興起，賦予人們能力去越來越智慧地解決這些問題。人類歷史上第一次出現(xiàn)了幾乎任何系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和互聯(lián)。1.4 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用前景物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用前景1.4.1智慧地球介紹智慧地球介紹3IBM真正的意圖是推出各種真正的意圖

47、是推出各種“智慧智慧”解決方案解決方案內(nèi)容包括智慧能源系統(tǒng)、智慧金融和保險(xiǎn)系統(tǒng)、智慧交通系統(tǒng)、智慧零售系統(tǒng)、智慧食品系統(tǒng)、智慧醫(yī)療保健系統(tǒng)等。在此基礎(chǔ)上，人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)及生活，達(dá)到“智慧”狀態(tài)，極大地提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，以應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)危機(jī)、能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)，從而打造一個(gè)“智慧的地球”。4智慧的整體技術(shù)智慧的整體技術(shù)它是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)。主要包括以下三個(gè)方面：1）各種感應(yīng)技術(shù)嵌入各種物體并不斷數(shù)字化。2）人和數(shù)據(jù)與各種事物以不同方式聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)。3）先進(jìn)的“云”計(jì)算技術(shù)和超級(jí)計(jì)算機(jī)可以對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，幫助人們做出正確的行動(dòng)決策。5“云計(jì)算云計(jì)算”技術(shù)的運(yùn)用技術(shù)的運(yùn)用“云”計(jì)算將所有的計(jì)算資源集中起來，并由軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，無需人為參與。這使得應(yīng)用提供者無需為繁瑣的細(xì)節(jié)而煩惱，專注于自己的業(yè)務(wù)，有利于創(chuàng)新和降低成本。1.4 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用前景物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用前景1.4.2“感知中國感知