物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用-課件

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》(第2版)教材簡介物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用主要內(nèi)容引言教材基本情況第1版教材內(nèi)容及特點(diǎn)第2版修訂原則第2版教材內(nèi)容及特點(diǎn)本教材適應(yīng)范圍物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用引言從新世紀(jì)初，物聯(lián)網(wǎng)就已經(jīng)悄悄地進(jìn)入了人們的視野，并在各行各業(yè)“初露鋒芒”。從射頻識別到傳感網(wǎng)技術(shù)從移動通信到網(wǎng)絡(luò)通信從“智慧地球”到“感知中國”從“E-社會”到“U-社會”從“人-人相通”到“物-物相聯(lián)”……構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)的基本框架！目前，國內(nèi)外、各行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)高度重視，并把它作為技術(shù)發(fā)展的新引擎、開啟智慧和財富大門的金鑰匙！物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)并不是一門新技術(shù)，而是一種將現(xiàn)有的、遍布各處的傳感設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施聯(lián)為一體的應(yīng)用模式，是計算機(jī)、通信、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、智能控制等多個學(xué)科技術(shù)的滲透與融合，是一個在近幾年形成并迅速發(fā)展的新概念和新產(chǎn)業(yè)，被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，信息產(chǎn)業(yè)的一次新浪潮。物聯(lián)網(wǎng)作為一個新生事物，正在快步向我們走來，開發(fā)應(yīng)用前景巨大。目前，人們已經(jīng)隨處都能夠感覺到它的存在。

如智能家居、智能交通、智能醫(yī)療、無人商場、各類電商平臺及APP平臺等。正所謂“一機(jī)在手

心想全有”....尤其是不平常的2020年，人們不用出家門，既做到了隔離防控疫情，又實(shí)現(xiàn)了工作和學(xué)習(xí)、生活兩不誤，這都得益于強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用教材基本情況教材名稱：《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》（第2版）編寫人員：本書主要由江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程組教授、博士主編，另有招銀網(wǎng)絡(luò)科技（杭州）有限公司、西安華為技術(shù)有限公司、寧波高松電子有限公司等企業(yè)高級技術(shù)人員參與編寫。出版社：機(jī)械工業(yè)出版社（國家級出版社）發(fā)行時間：2020年6月物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用第1版內(nèi)容及特點(diǎn)《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》（第1版）教材2012年8月由機(jī)械工業(yè)出版社出版發(fā)行，是一本普通高等學(xué)校教材，迄今已有八年多的使用時間。當(dāng)時，物聯(lián)網(wǎng)概念剛剛興起，本教材用通俗易懂的語言和圖片，展示了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用的巨大魅力，涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的各種新技術(shù)及典型應(yīng)用。第1版共7章內(nèi)容，包括：物聯(lián)網(wǎng)概述、感知與識別技術(shù)、無線傳感網(wǎng)技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計和物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用。本書自2012年出版發(fā)行以來，受到廣大師生及社會讀者的普遍青睞，反響較好。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)及信息技術(shù)不斷飛速發(fā)展的實(shí)際情況以及廣大教師、學(xué)生和讀者的教學(xué)和學(xué)習(xí)需求，2020年予以重新修訂。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用第2版修訂原則去除個別略顯過時的概念和提法更新相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)適當(dāng)整合教材內(nèi)容增加近幾年發(fā)展和新出現(xiàn)的先進(jìn)技術(shù)和新應(yīng)用。如5G、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、人工智能以及智能制造等配套資料在原有多媒體課件的基礎(chǔ)上，增加了復(fù)習(xí)思考題及參考答案的內(nèi)容物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用第2版教材內(nèi)容及特點(diǎn)主要內(nèi)容：共分8章第1章

物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)的概念及屬性物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展研究現(xiàn)狀。第2章

感知與識別技術(shù)智能傳感器及檢測技術(shù)自動識別技術(shù)條碼識別技術(shù)射頻識別技術(shù)無線定位技術(shù)第3章

無線傳感網(wǎng)技術(shù)WSN的特點(diǎn)及應(yīng)用WSN的基本組成節(jié)點(diǎn)部署及基本結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)。第4章

通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)常用的5種短距離無線通信技術(shù)8種新一代無線通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等研究熱點(diǎn)第5章

數(shù)據(jù)處理技術(shù)自動控制和智能控制人工智能技術(shù)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)微機(jī)電M2M技術(shù)智能制造技術(shù)第6章

云計算與大數(shù)據(jù)云計算邊緣計算大數(shù)據(jù)具體應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用第7章

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求設(shè)計步驟和設(shè)計原則以基于M2M“智慧城市”平臺設(shè)計為例，介紹了物聯(lián)網(wǎng)具體應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法第8章

物聯(lián)網(wǎng)10種典型應(yīng)用智能電網(wǎng)智能安防智能城市智能環(huán)境智能醫(yī)療智能農(nóng)業(yè)智能交通智能物流智能家居智能旅游物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用新修訂（第2版）教材的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)模塊清晰，每章主要包括導(dǎo)讀、理論學(xué)習(xí)、小結(jié)和復(fù)習(xí)思考題等4個模塊。既有利于教師講解，也有益于學(xué)生學(xué)習(xí)。內(nèi)容全面系統(tǒng)，從闡述物聯(lián)網(wǎng)的概念、屬性和體系結(jié)構(gòu)入手；詳細(xì)分析了感知與識別技術(shù)，無線傳感網(wǎng)技術(shù)，通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，智能處理技術(shù)，云計算與大數(shù)據(jù)等物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計原則與思路；引用大量實(shí)例詮釋了物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)、智能家居、智慧城市等10大領(lǐng)域內(nèi)的典型應(yīng)用。敘述深入淺出，層次清楚，語言簡明，術(shù)語規(guī)范，在系統(tǒng)性、創(chuàng)新性、應(yīng)用性、新穎性和前瞻性等方面形成特色。并在書的最后給出了物聯(lián)網(wǎng)常用術(shù)語和關(guān)鍵詞的英文縮略語及英中文對照表，便于讀者學(xué)習(xí)。配套資源實(shí)用，包括圖文并茂、言簡意賅、適用于多元化課堂教學(xué)的多媒體課件，和形式多樣的復(fù)習(xí)思考題及參考答案。復(fù)習(xí)思考題分為概念解釋題、填空題、簡答題和分析題等多種形式，涵蓋了教材的全部內(nèi)容，供教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)時選擇參考。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用教材適應(yīng)范圍《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》（第2版）是一本關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)及應(yīng)用的普通高等學(xué)校教材可以作為高等院校電氣信息類專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)、導(dǎo)論或物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)課程的教材或教學(xué)參考書也可以作為相關(guān)機(jī)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)培訓(xùn)教材同時，對有一定信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)并希望在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面有所提高的讀者，也是一本較為理想的參考讀物物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍處于快速發(fā)展階段，新理論、新技術(shù)、新設(shè)備以及新應(yīng)用也不斷涌現(xiàn)，加之作者水平有限，書中難免出現(xiàn)錯漏或不妥之處，敬請使用本教材的老師和讀者批評指正，并提出寶貴意見。聯(lián)系電郵：xyqwx@163.com。謝謝！物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用第1章 物聯(lián)網(wǎng)概述【主要內(nèi)容】物聯(lián)網(wǎng)的基本概念及演進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用1.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本概念及演進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)概念的提出背景物聯(lián)網(wǎng)作為一個新生事物，和其它新事物一樣，也有其產(chǎn)生背景。美國IBM計算機(jī)公司前CEO郭士納總結(jié)了一個重要的觀點(diǎn)被多數(shù)專家認(rèn)可，即：計算機(jī)模式每隔15年發(fā)生一次變革。1965年前后發(fā)生的變革以大型機(jī)為標(biāo)志1980年前后以PC個人計算機(jī)的普及為標(biāo)志1995年前后則發(fā)生了互聯(lián)網(wǎng)革命2010年又會是什么呢？專家、機(jī)構(gòu)和業(yè)界人士普遍認(rèn)為應(yīng)該是將IT技術(shù)由人類引入物體的物聯(lián)網(wǎng)—萬物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，即“Internet

of

Things，IoT”物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)概念的演進(jìn)過程1995年，比爾·蓋茨最早設(shè)計出了“物－物”相聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)雛形，只是當(dāng)時受限于感知及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，并未引起重視。1999年，美國麻省理工學(xué)院自動識別中心，提出了基于EPC系統(tǒng)、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的“物聯(lián)網(wǎng)”構(gòu)想，指出物聯(lián)網(wǎng)是指各類傳感器和現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)相互銜接的一種新技術(shù)形式。2005年國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》2008年歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺在《物聯(lián)網(wǎng)2020》中分析預(yù)測了未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展階段。2009年美國政府首次提出了“智慧地球”的概念，其基礎(chǔ)和核心就是物聯(lián)網(wǎng)2010年中國政府提出建設(shè)“感知中國”中心，并在同年3月，在第十一屆全國人民代表大會第五次會議上，物聯(lián)網(wǎng)被首次寫入《政府工作報告》。自此，中國各行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的研究和發(fā)展如火如荼。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用什么是物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)（Internet

of

Things），即物-物相聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)主要內(nèi)涵是利用互聯(lián)網(wǎng)將多種物體連接起來，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的數(shù)據(jù)融合管理，通過網(wǎng)絡(luò)對物體進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，有效實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的信息溝通和共享從用戶實(shí)體角度來看，物聯(lián)網(wǎng)就是“物-物”相聯(lián)、“物-人-信息-社會”相通、無處不在的智能化泛在網(wǎng)從技術(shù)角度來看，物聯(lián)網(wǎng)就是通過“物-物”互聯(lián)來實(shí)現(xiàn)對物理世界的感知，是通過智能終端、3C（Computer、Communication、Control）和Internet等多種技術(shù)的滲透、融合、集成、創(chuàng)新與應(yīng)用，構(gòu)造的一個覆蓋世界上萬事萬物的網(wǎng)絡(luò)，即物聯(lián)網(wǎng)AnythingAnyoneAnywhereAnytime圖1-3

萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用IoT實(shí)質(zhì)內(nèi)容包括四個方面：通過嵌入在物品和設(shè)施中的感測設(shè)備，將現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)世界極大程度地數(shù)字化。通過對每一件物品的識別和預(yù)處理，將數(shù)據(jù)化的虛擬事物聯(lián)入信息網(wǎng)絡(luò)。利用信息技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、加工、分析、融合和挖掘等智能處理。根據(jù)智能處理的結(jié)果，對物品做出管理和監(jiān)控。是多個閉環(huán)組成的識別、處理、控制和智能服務(wù)系統(tǒng)。通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系通信網(wǎng)是人和人之間的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)是人類信息共享網(wǎng)絡(luò)，傳感網(wǎng)是通過多個傳感器組成的物體信息感知網(wǎng)絡(luò)；通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)是“人-人”互聯(lián)與共享，傳感網(wǎng)是“物-物”互聯(lián)與共享。物聯(lián)網(wǎng)則是傳感網(wǎng)、通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的滲透與融合，重要的是感知，它是一個以感知為目的的共享網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用任何時間聯(lián)結(jié)Anytime任何物體聯(lián)結(jié)Anything任何地點(diǎn)聯(lián)結(jié)Anywhere在移動中在戶外及室內(nèi)在夜晚在白天在移動中在戶外在室內(nèi)(離開PC)通過PCPC之間聯(lián)結(jié)人與人之間（H2H）不通過PC聯(lián)結(jié)人與物之間（H2T）通過普通裝置聯(lián)結(jié)物與物之間（T2T）聯(lián)結(jié)圖1-4

物聯(lián)網(wǎng)的泛在性—三個維度信息世界物理世界RFID人機(jī)接口 智能卡條形碼傳感器圖1-5

物聯(lián)網(wǎng)的泛在性—物理世界和信息世界的互聯(lián)互通物聯(lián)網(wǎng)的泛在性物聯(lián)網(wǎng)時代，全球上可以實(shí)現(xiàn)任何人之間、任何人和任何物、在任何時間和任何地點(diǎn)的互聯(lián)互通，即可實(shí)現(xiàn)四A通信：Anyone，Anytime，

Anywhere，Anything物聯(lián)網(wǎng)的泛在性預(yù)示著真實(shí)的物理世界與虛擬的信息世界之間共生的互聯(lián)互通物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用從Internet到IoT用戶連接Internet服務(wù)連接Internetof

Services物體連接Internetof

Things應(yīng)用規(guī)模199820062009物體連接Internetof

Things物體定位目標(biāo)跟蹤環(huán)境感知智能家居虛擬現(xiàn)實(shí)智能計算人工智能…2017物體定位目標(biāo)跟蹤環(huán)境感知智能家居虛擬現(xiàn)實(shí)智能計算…商務(wù)在線網(wǎng)絡(luò)銀行政務(wù)在線在線點(diǎn)播在線支付…網(wǎng)上瀏覽電子郵件…時間圖1-6

物聯(lián)網(wǎng)的泛在性—從Internet到IoT物聯(lián)網(wǎng)的泛在性將使人類由Internet進(jìn)入IoT，由“E社會”進(jìn)入“U社會”。E社會—電子社會(Electronic

Society)

。自從Internet誕生特別是電子商務(wù)和電子金融出現(xiàn)后，傳統(tǒng)社會便轉(zhuǎn)型為電子社會。特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)“三A通信

(Anyone，Anytime，Anywhere）”

。U社會—泛在社會(

Ubiquitous

Society

)，可實(shí)現(xiàn)“四A通信(Anyone，Anytime，

Anywhere，

Anything

)”，即把社會中所有的物體都可以納入通信的對象。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用IoT實(shí)質(zhì)內(nèi)容包括四個方面：通過嵌入在物品和設(shè)施中的感測設(shè)備，將現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)世界極大程度地數(shù)字化。通過對每一件物品的識別和預(yù)處理，將數(shù)據(jù)化的虛擬事物聯(lián)入信息網(wǎng)絡(luò)。利用信息技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、加工、分析、融合和挖掘等智能處理。根據(jù)智能處理的結(jié)果，對物品做出管理和監(jiān)控。是多個閉環(huán)組成的識別、處理、控制和智能服務(wù)系統(tǒng)。通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系通信網(wǎng)是人和人之間的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)是人類信息共享網(wǎng)絡(luò)，傳感網(wǎng)是通過多個傳感器組成的物體信息感知網(wǎng)絡(luò)；通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)是“人-人”互聯(lián)與共享，傳感網(wǎng)是“物-物”互聯(lián)與共享。物聯(lián)網(wǎng)則是傳感網(wǎng)、通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的滲透與融合，重要的是感知，它是一個以感知為目的的共享網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的基本特征與屬性表1-1

物聯(lián)網(wǎng)的基本特征和屬性基本特征“物”可以是現(xiàn)實(shí)物體，也可以是虛擬物體“物”有身份，可以自動地識別出來“物”在環(huán)境中是安全的“物”通過協(xié)議與其它物體、設(shè)施通信“物”包含著現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的交流共同特征“物”利用自己的服務(wù)類型作為與其它物體的接口“物”與“物”之間競爭資源、服務(wù)“物”安裝著傳感器，可以和環(huán)境互動社會型“物”的特征“物”可以和人及其它的物體、計算機(jī)設(shè)備交流“物”之間可以合作，形成團(tuán)體或網(wǎng)絡(luò)“物”可以發(fā)起交流通信自動化“物”的特征“物”可以自動處理任務(wù)“物”可以協(xié)商、理解、適應(yīng)所在的環(huán)境“物”可以從環(huán)境中提取所需的模式，或者向其它物體學(xué)習(xí)“物”可以通過自己的理解能力做出決定“物”可以有選擇地處理和傳播信息物體的自我復(fù)制和控制能力“物”可以制造、管理、毀壞其它物體物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)屬性和應(yīng)用特征，其體系架構(gòu)可分為三層：感知層（底層）、網(wǎng)絡(luò)層（中間）和應(yīng)用層（頂層）“感”—感知層，即全面的信息感知，是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官，通過傳感器、RFID、智能卡、條形碼、人機(jī)接口等多種信息感知設(shè)備，解決數(shù)據(jù)獲取和入網(wǎng)問題“知”—網(wǎng)絡(luò)層，是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦，解決信息的可靠傳輸和智能處理，“行”—應(yīng)用層，即各行各業(yè)的應(yīng)用平臺，相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的社會分工，主要解決信息智能處理和人機(jī)界面的問題物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐平臺移動通訊、互聯(lián)網(wǎng)和其它專網(wǎng)下一代承載網(wǎng)M2M無線接入移動通訊網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)低速和中高速短距離傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)融合和接入傳

感

器條形碼RFID多媒體信息應(yīng)用層自組織網(wǎng)技術(shù)協(xié)同信息處理技術(shù)傳感網(wǎng)中間件技術(shù)數(shù)

據(jù)

采

集網(wǎng)絡(luò)層感知層標(biāo)識解析安全技術(shù)QoS管理網(wǎng)絡(luò)控制公共技術(shù)GPS……物聯(lián)網(wǎng)管理中心信息共享與交互平臺專家系統(tǒng)平臺云計算平臺行業(yè)服務(wù)支撐平臺物

聯(lián)

網(wǎng)

應(yīng)

用智能電網(wǎng) 智慧交通 智能家庭 智能物流 智能環(huán)保智慧醫(yī)療 智慧農(nóng)業(yè) 智慧城市 智能工業(yè) 智慧旅游……………標(biāo)準(zhǔn)管理互通互通異構(gòu)網(wǎng)融合資源和存儲管理專用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制表1-2

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)層次關(guān)鍵技術(shù)智能處理技術(shù)智能控制、人工智能、嵌入式系統(tǒng)、云計算邊緣計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、智能制造等高端數(shù)據(jù)處理技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、M2M、5G/移動通信網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)、GIS/GPS等融合和接入技術(shù)現(xiàn)場總線(有線），藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee、無線傳感網(wǎng)等短距離無線通信技術(shù)感知和識別技術(shù)傳感器、RFID、條形碼、各種智能卡、攝像機(jī)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用智能芯片執(zhí)行器感知和識別技術(shù)概念：感知和識別技術(shù)是指對各類物體的識別和信息獲取技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)的信息源頭和最底層的核心技術(shù)。特點(diǎn)是利用多種傳感器、RFID、條形碼、攝像頭、智能設(shè)備等來全面感知物體的各種信息，具有節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、成本低、計算能力弱等特點(diǎn)。傳感器：是能夠感受表征物體特征的非圖1-10

機(jī)器人五官傳感器電物理量（如溫度、壓力等），并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸和處理的電量（如電流、電壓等）的一種器件或裝置。主要完成信息檢測任務(wù)，相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)元”。條形碼：是指由一組規(guī)則排列的條、空及其對應(yīng)字符組成的標(biāo)識，用以表示商品信息，是識別商品的“身份證”和進(jìn)入國內(nèi)外市場的通行證。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用條形碼編碼原則：遵循全球唯一性原則。有三種：一維條碼、二維條碼和三維條碼。一維條形碼：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。特點(diǎn)是信息錄入快，差錯率低，但數(shù)據(jù)容量較小，容易損壞且不能還原。二維條形碼：在水平和垂直方向的二維空間都存儲信息。其特點(diǎn)是信息密度高、容量大，能防錯糾錯，即使部分損壞，也能將正確的信息還原出來，且適于多種閱讀器。三維條碼：在二維條碼的基礎(chǔ)上，加入色彩或者灰度作為第三維，得到不同灰度或者具有不同色彩的三維條碼。具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，存儲信息量大，清晰度，質(zhì)量高等。應(yīng)用：條形碼技術(shù)泛用于商業(yè)、圖書、郵政、倉庫、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等多個領(lǐng)域，在當(dāng)今自動識別技術(shù)中仍占有重要地位。二維條碼一維條碼圖1-11

一維條碼和二維條碼圖標(biāo)圖1-12

三維條碼外形圖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用名稱速率距離頻段GPRS/GSM幾十至一百k

bps全球漫游4G手機(jī)網(wǎng)5G手機(jī)網(wǎng)最高100

Mbps左右0.1~1Gbps全球漫游全球漫游1880~2690MHz3~5GHzWi-Fi10~100M

bps50米以內(nèi)2.4GHz藍(lán)牙bps15米以內(nèi)2.4GHzZigBee250k

bps1000米以內(nèi)2.4GHzUWB100Mbps~1Gbps10米以內(nèi)3.4~4.8

GHzRFID：俗稱電子標(biāo)簽組成：標(biāo)簽（射頻卡）、閱讀器、天線。原理：是利用無線射頻信號通過空間交變電磁場耦合原理，實(shí)現(xiàn)非接觸、雙向通信和信息的自動識別。網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)：主要是指各種信息與互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)、融合、傳輸和接入技術(shù)。包括移動4G/5G、Internet

、Wi-Fi、ZigBee、藍(lán)牙技術(shù)、異構(gòu)互聯(lián)、協(xié)同技術(shù)、M2M等。從信號傳遞的形式來說分為有線網(wǎng)絡(luò)及無線網(wǎng)絡(luò)。有線網(wǎng)絡(luò)：互聯(lián)網(wǎng)、有線電話網(wǎng)（電信網(wǎng)）、有線電視網(wǎng)、現(xiàn)場總線等無線網(wǎng)絡(luò)：根據(jù)不同的應(yīng)用有多種，如手機(jī)/GPRS網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、ZigBee、藍(lán)牙等。表1-3

無線通信網(wǎng)絡(luò)比較物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用無線傳感網(wǎng)技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless

Sensor

Network，WSN），簡稱無線傳感網(wǎng)。WSN：是由有限或無限多個體積小巧的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，可以感受環(huán)境參數(shù)變化，每一個節(jié)點(diǎn)都是微微型計算機(jī)，可以將收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，通過自組織無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器。智能處理技術(shù)智能處理技術(shù)：是利用智能控制、嵌入式系統(tǒng)、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能和智能制造等高端智能技術(shù)，完成各種智能計算、海量數(shù)據(jù)挖掘與處理和智能化控制等智能服務(wù)功能。智能控制：就是通過智能機(jī)自動地完成其目標(biāo)的控制過程。嵌入式系統(tǒng)：是嵌入到對象體系中的專用計算機(jī)系統(tǒng)。云計算：是一種海量數(shù)據(jù)并行運(yùn)算體系。大數(shù)據(jù)：是指所涉及的數(shù)據(jù)規(guī)模非常巨大，需要通過新處理模式才能使之成為人類所能解讀的數(shù)據(jù)集合。人工智能：是研究使計算機(jī)來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能的遞進(jìn)關(guān)系物理實(shí)體物聯(lián)網(wǎng)云計算大數(shù)據(jù)人工智能信息知識智慧采集和數(shù)字化 承載和支撐挖掘和分析 學(xué)習(xí)和理解數(shù)據(jù) 模式物聯(lián)網(wǎng)：解決的是感知真實(shí)的物理數(shù)據(jù)，也就是將物理實(shí)體數(shù)字化；云計算：解決的是提供強(qiáng)大的能力去承載這個數(shù)據(jù)；大數(shù)據(jù)：解決的是對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，把數(shù)據(jù)變成信息；人工智能：解決的是對數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解，把數(shù)據(jù)變成知識和智慧。在這四個層次中，物聯(lián)網(wǎng)是在數(shù)據(jù)的采集層，云計算是在承載層，大數(shù)據(jù)是在挖掘?qū)?，人工智能是在學(xué)習(xí)層，所以它們是層層遞進(jìn)的關(guān)系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用安全技術(shù)安全威脅系統(tǒng)漏洞病毒入侵黑客攻擊安全技術(shù)措施：主動防御安全免疫網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀（略）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用本章結(jié)束！本章小結(jié)本章主要學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的基本知識，包括物聯(lián)網(wǎng)基本概念、實(shí)質(zhì)內(nèi)涵、基本特征與屬性，以及物聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)的關(guān)系；物聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)過程、國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀，簡要分析了物聯(lián)網(wǎng)的三層體系結(jié)構(gòu)和五大關(guān)鍵技術(shù)。需要掌握和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的一些關(guān)鍵詞，如感知、識別、跟蹤、定位、泛在、RFID、EPC、WSN、M2M、傳感網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信、無線通信、移動通信、4G/5G、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能、智能制造等。為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用第2章 感知與識別技術(shù)【主要內(nèi)容】傳感器及檢測技術(shù)自動識別技術(shù)條碼識別技術(shù)射頻識別技術(shù)無線定位技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用傳感器及檢測技術(shù)傳感器原理及應(yīng)用普通傳感器組成：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和變換電路3部分組成。敏感元件被測量標(biāo)準(zhǔn)電量轉(zhuǎn)換元件變換電路顯示器記錄儀數(shù)據(jù)處理儀器非電量電量輔助電源敏感元件：直接感受被測量并輸出與被測量性質(zhì)相同、有確定關(guān)系的物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件：傳感器的核心元件，它把敏感元件感知的非電量轉(zhuǎn)換為電信號。變換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量，變換成適用于傳輸或測量的標(biāo)準(zhǔn)電信號。實(shí)際上，有些傳感器很簡單，僅由一個敏感元件（兼作轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感原件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用應(yīng)用：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和變換電路3部分組成。控制算法約束條件系統(tǒng)輸入控制變量控制和調(diào)節(jié)命令被控對象執(zhí)行器控制器人機(jī)界面(HMI)遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)傳感器

系統(tǒng)輸出外界干擾信息獲取的關(guān)鍵設(shè)備IED、RTU出口開關(guān)、繼電器等PLC、IPC、單片機(jī)、觸摸屏被測量物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用幾種現(xiàn)代傳感器微型傳感器通過MEMS加工技術(shù)產(chǎn)生的新一代傳感器件，具有集成化、信噪比高、靈敏度高、微型化、低成本等特點(diǎn)，可以極大地提高傳感器性能。面積大多在1mm2以下，體積只有傳統(tǒng)傳感器的幾十分之一乃至幾百分之一，質(zhì)量從千克級下降到幾十克乃至幾克。在許多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前常用的有力和壓力微傳感器、速度與加速度微傳感器、熱微傳感器、磁微傳感器、化學(xué)微傳感器、生物微傳感器、光電微傳感器、以及聲表面波微傳感器等。智能傳感器是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有信息采集、處理和交換能力。將傳感器敏感元件、信號調(diào)理電路、微處理器及數(shù)字信號接口電路集成在一塊芯片上構(gòu)成。敏感元件信號調(diào)理電路被測量MPUA/D轉(zhuǎn)換智能算法數(shù)據(jù)信號接口物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用數(shù)字傳感器是基于模擬傳感器基礎(chǔ)上，集成了A/D轉(zhuǎn)換器、CPU處理等相關(guān)功能模塊，輸出為數(shù)字量(或數(shù)字編碼)的傳感器。主要由模擬傳感器、放大器、A/D、CPU、存儲器、通信接口電路等組成。模擬傳感器被測量放大器A/D轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)通信接口再現(xiàn)信號脈沖數(shù)出數(shù)字濾波及線性化處理CPU控制入口一體化傳感器將若干種敏感元件組裝在同一種材料或單獨(dú)一塊芯片上的一體化傳感器。突出特點(diǎn)：能同時實(shí)現(xiàn)多種物理量的檢測功能網(wǎng)絡(luò)化傳感器是利用TCP/IP協(xié)議，使現(xiàn)場測控數(shù)據(jù)就近接入網(wǎng)絡(luò)，并與網(wǎng)絡(luò)上有通信能力的節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時發(fā)布與共享。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用智能檢測系統(tǒng)組成：

傳感器、調(diào)理電路、信號轉(zhuǎn)換電路（A/D、D/A及其它轉(zhuǎn)換元件）、微處理器（單片機(jī)、微控制器、DSP）、信號的傳輸及接口電路（RS232、RS485、現(xiàn)場總線或Ethernet/Internet等）類型：以單片機(jī)為核心的智能檢測儀器、以PC機(jī)為核心的自動測試系統(tǒng)和專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式：集中式和分布式兩種傳感器被測量信號調(diào)理電路數(shù)據(jù)處理儀器數(shù)據(jù)顯示裝置電源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用微處理器鍵盤、顯示、打印等A-D轉(zhuǎn)換信號預(yù)處理傳感器1傳感器2傳感器n…數(shù)字接口數(shù) 數(shù)字 字傳 傳感 感器 器1 2數(shù)字傳感器m…多路轉(zhuǎn)換開關(guān)圖2-7

集中式智能檢測系統(tǒng)主計算機(jī)IPC人機(jī)口其它I/O口上一級SCADA分機(jī)1單片機(jī)系統(tǒng)A-D轉(zhuǎn)換信號預(yù)處理傳 傳 傳感感

感器器…

器

1

2 n分機(jī)2單片機(jī)系統(tǒng)A-D轉(zhuǎn)換信號預(yù)處理傳 傳 傳感感

感器器…

器

1

2 n分機(jī)n單片機(jī)系統(tǒng)A-D轉(zhuǎn)換信號預(yù)處理傳 傳 傳感感

感器器…

器

1

2 n通信接口RS-232/RS-485/RS-422/UBSBUS…圖2-8

典型的分布式智能檢測系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用應(yīng)用系統(tǒng)軟件(Application

Software)應(yīng)用程序接口API中間件(Middleware)自動識別系統(tǒng)(AIDS)基本類型及發(fā)展：磁卡識別技術(shù)→

IC卡技術(shù)→光學(xué)字符識別技術(shù)→生物識別技術(shù)語音、指紋、人臉、視覺等識別技術(shù)打印機(jī)、復(fù)印機(jī)掃描儀、數(shù)碼相機(jī)各種智能卡：金融、交通、通訊、醫(yī)療、身份證明等眾多領(lǐng)域2.2 自動識別技術(shù)概述定義：自動識別技術(shù)就是應(yīng)用一定的識別裝置，通過識別裝置與物品的接近，自動地獲取被識別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺的計算機(jī)處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。簡單模型：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用磁卡識別技術(shù)磁卡識別技術(shù)是最早使用的卡類信息識別技術(shù)，是以具有信息存儲功能的特殊材料，如液體磁性材料或磁條為信息載體，將磁性材料涂印在基片上（如存折），或?qū)捈s614mm的磁條壓貼在基片上（如常見的銀聯(lián)卡）通過高溫?zé)釅嚎s形成的一種卡片狀的磁性記錄介質(zhì)，與各種讀卡器配合使用。根據(jù)使用基片材料的不同，磁卡可分為PET卡、PVC卡和紙卡三種；視磁層構(gòu)造的不同，又可分為磁條卡和全涂磁卡兩種。優(yōu)點(diǎn)：可方便地寫入、儲存、改寫信息內(nèi)容，具有可靠性強(qiáng)、記錄數(shù)據(jù)密度大、誤讀率低，信息輸入、讀出速度快，信息讀寫相對簡單容易，使用方便，成本低等，從而較早地獲得了發(fā)展。缺點(diǎn)：信息存儲量小、保密性差，需要計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或中央數(shù)據(jù)庫的支持等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用IC卡識別技術(shù)將集成電路芯片鑲嵌于塑料基片的指定位置上，利用集成電路的可存儲特性，保存、讀取和修改芯片上的信息。類型：卡內(nèi)嵌裝的芯片不同分為：存儲器卡、邏輯加密卡和CPU卡3種。存儲器卡：適合于僅以IC

卡作為數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存介質(zhì)或有軟件加密而不擔(dān)心被篡改的系統(tǒng)，價格較低；邏輯加密卡：通過設(shè)置卡上的密碼區(qū)域來控制卡的讀寫，價格適中，目前應(yīng)用數(shù)量最大；CPU卡：又名“智能卡”，集成電路中帶有微處理器，自身就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和信息處理，同時能夠利用隨機(jī)數(shù)和密鑰進(jìn)行卡與設(shè)備的相互驗(yàn)證，安全性高。按照數(shù)據(jù)傳送形式不同，分為IC卡有接觸式和非接觸式兩種。接觸式IC卡的芯片金屬觸點(diǎn)暴露在外，可以直觀看見，數(shù)據(jù)存儲在卡體內(nèi)嵌的集成電路中，通過芯片上的8個觸點(diǎn)可與讀寫設(shè)備接觸、交換信息。目前使用的IC卡多屬這種。非接觸式IC卡，又稱“無觸點(diǎn)IC卡”或“射頻卡（FR卡）”，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用光學(xué)字符識別技術(shù)光學(xué)字符識別(OCR)：是指通過電子設(shè)備，如掃描儀或數(shù)碼相機(jī)等，對文本資料進(jìn)行掃描，然后對圖像文件進(jìn)行分析處理，獲取文字及版面信息的過程。具體含義：利用掃描儀或數(shù)碼相機(jī)檢查紙上打印的字符，通過檢測光線暗、亮的模式確定其形狀，然后用字符識別的方法將形狀翻譯成計算機(jī)文字。識別過程：圖像輸入、預(yù)處理、版面分析、字符切割、字符識別、后處理，最后經(jīng)人工文稿校正，輸出結(jié)果。對比識別特征提取圖像及文本輸入預(yù)處理獲取識別特征數(shù)據(jù)庫版面分析字符切割后處理人工校對識別結(jié)束識別確認(rèn)或糾錯去噪、傾斜校正、二值化等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用生物技術(shù)生物識別技術(shù)：是指依靠人的身體特征來進(jìn)行身份驗(yàn)證的對人的自動識別方法。身體特征：包括指紋、聲音、面部、骨架、視網(wǎng)膜、虹膜和DNA等人體的生物特征，以及簽名的動作、行走的步態(tài)、擊打鍵盤的力度等個人的行為特征。常用的有：語音識別、指紋識別、人臉識別、視覺識別等技術(shù)。人臉識別語音識別DNA識別難易程度圖2-14

幾種常見生物識別技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用條碼識別技術(shù)條碼技術(shù)：將多個黑色條和空白條，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識符。條形碼的編碼遵循唯一性原則條碼的類型及特點(diǎn)一維條碼只是在一個方向（一般是水平方向）表達(dá)信息二維條碼是一種在水平和垂直方向的二維平面均能存儲信息的條碼技術(shù)三維條碼是近幾年在二維條碼的基礎(chǔ)上研發(fā)的新型條碼技術(shù)不同灰度或者不同色彩的平面三維條形碼物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用射頻識別技術(shù)射頻識別（RFID）技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽RFID是一種非接觸、雙向通信、簡單方便的自動識別技術(shù)系統(tǒng)的組成：電子標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）、射頻天線(Antenna)以及后臺處理計算機(jī)（Processor）4部分組成工作原理：利用無線射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息采集和傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)的目的RFID2閱讀器天線(Antenna)3電磁波1●●電子標(biāo)簽（Tag

）●●

1電子標(biāo)簽（Tag）（Reader）RS-485

或RS2321●●電子標(biāo)簽（Tag

）4后臺處理器（Processor）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用分類方式種類說

明供電方式無源卡卡內(nèi)無電池，利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電，作用距離短，壽命長，對工作環(huán)境要求不高有源卡卡內(nèi)有電源，作用距離較遠(yuǎn)，壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作載波頻率與作用距離低頻卡（LF）主要有125kHz和134kHz兩種，常用于短距離、低成本應(yīng)用中，如門禁、貨物跟蹤等。高頻卡（HF）頻率為13.56MHz，用于門禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)。超高頻卡（UHF）頻率為433

MHz、915

MHz、2.45

GHz、5.8

GHz等，應(yīng)用于需要較長讀寫距離和高讀寫速度的場合，如火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)、以及供應(yīng)鏈管理。調(diào)制方式主動式用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給閱讀器。被動式使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用閱讀器的載波調(diào)制自己的信號。耦合情況與作用距離密耦合卡作用距離小于1cm近耦合卡作用距離小于15cm疏耦合卡作用距離約1m遠(yuǎn)距離卡作用距離從1~10m，甚至更遠(yuǎn)芯片只讀卡只讀，唯一且無法修改的標(biāo)識、價格低讀寫卡可擦寫，可反復(fù)使用，價格較高CPU卡芯片內(nèi)部包含CPU、存貯單元、I/O接口單元。存儲容量大，可重復(fù)使用，價格高。表2-4

電子標(biāo)簽的分類物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用通信接口收發(fā)模塊發(fā)射機(jī)Transmitter接收機(jī)Receiver其它I/O接口控制模塊編/譯碼器MEMALU串行接口網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)據(jù)交換管理系統(tǒng)天線接口電路圖2-36

閱讀器組成示意圖表2-5

REID技術(shù)與傳統(tǒng)條碼識別技術(shù)比較

條碼RFID掃描方式1次掃描1個條碼可同時辨別和識讀數(shù)個RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)量標(biāo)簽存貯信息有限標(biāo)簽體積小型化，形狀多樣化、數(shù)據(jù)記憶量大使用條碼印刷后無法更改可重復(fù)讀、寫、修改數(shù)據(jù)抗污染能力和耐久性受污染及潮濕影響嚴(yán)重對水、油化學(xué)藥品抵抗力強(qiáng)，數(shù)據(jù)存貯在芯片中，幾乎不受影響讀取距離近距離且無物體阻擋能夠進(jìn)行穿透性閱讀和識別識別速度低快成本低高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用RFID中間件：連接RFID閱讀器和用戶應(yīng)用程序的一組通用的應(yīng)用程序接口（API）。RFIDReader

1RFIDReader

2RFIDReader

n…讀寫適配器事件管理器應(yīng)用程序接口客戶1客戶2客戶n…網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口RFID閱讀器RFID中間件企業(yè)應(yīng)用圖2-38

RFID中間件結(jié)構(gòu)示意圖讀寫適配器：是提供一種通用標(biāo)準(zhǔn)的閱讀器應(yīng)用接口，來消除不同閱讀器與API之間的差別。事件管理器：是進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，按照規(guī)則取得制定的數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序接口：是提供一個基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，為RFID數(shù)據(jù)的收集提供應(yīng)用程序?qū)诱Z義，以滿足大量應(yīng)用的需要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用低 頻高 頻超高

頻微 波工作頻率125～134

kHz13.56

MHz868～915

MHz2.45～5.8

GHz讀取距離（美國）（美國）速度慢中等快很快潮濕環(huán)境無影響無影響影響較大影響較大方向性無無部分有全球適用頻率是是部分部分現(xiàn)有ISO標(biāo)準(zhǔn)11784/85，1422314443，18000-3，1569318000-618000-4/555表2-6

RFID系統(tǒng)主要頻段標(biāo)準(zhǔn)與特性RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3個主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系：國際ISO/IEC、美國EPC

global和日本Ubiquitous

ID。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用ISO/IEC

國際標(biāo)準(zhǔn)體系標(biāo)簽驅(qū)動應(yīng)用層命令與響應(yīng)空中接口協(xié)議閱讀器應(yīng)用程序應(yīng)用層數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)協(xié)議與處理數(shù)據(jù)壓縮與轉(zhuǎn)換邏輯內(nèi)存器

ISO/IEC15961

ISO/IEC15962

ISO/IEC24753

ISO/IEC1800-n(n=1-7)空中硬件/軟件標(biāo)簽編碼ISO/IEC15963接口圖2-39

ISO/IECRFID標(biāo)準(zhǔn)體系框圖EPC

global美國標(biāo)準(zhǔn)體系安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)CP 譜系標(biāo)準(zhǔn)PS（Certificate

Profile） （PedigreeStandard）發(fā)現(xiàn)服務(wù)DS（Discovery

Services）對象名解析服務(wù)ONS(ObjectName

Services)EPC信息服務(wù)EPCIS 核心業(yè)務(wù)詞匯CBV（EPC

Information

Services） （CoreBusinessVocabulary）數(shù)據(jù)交換層中間件ALE（Applicationlevel

Events）組網(wǎng)和初始化 閱讀器管理標(biāo)準(zhǔn)RM（Discovery,Configuration

&

Initialisation） （Reader

Management）底層閱讀器協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)LLRP 閱讀器協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)RP（LowLevel

Reader

Protocol） （Reader

Protocol）數(shù)據(jù)獲取層RFID標(biāo)簽協(xié)議UHF

Gen2 RFID標(biāo)簽協(xié)議HF

Gen2（TagProtocolUHFClass

1

Gen2） （TagProtocolHFClass1

Gen2）RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TDS RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)TDT（Tag

Data

Standard） （TagData

Translation）數(shù)據(jù)識別層圖2-40

EPCglobal

RFID標(biāo)準(zhǔn)框架物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用RFID的典型應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域具體應(yīng)用物流業(yè)RFID技術(shù)為物流過程中的貨物清點(diǎn)、查詢、發(fā)貨、追蹤、倉貯配送、港口、郵政、快遞等跟蹤、管理及監(jiān)控提供了快捷、準(zhǔn)確、自動化的手段。以RFID技術(shù)為核心的集裝箱自動識別，成為全球范圍最大的貨物跟蹤管理應(yīng)用領(lǐng)域。隨著RFID技術(shù)在開放的物流環(huán)節(jié)統(tǒng)一表針的研發(fā)，物流業(yè)將成為RFID技術(shù)重要的收益行業(yè)。交通系統(tǒng)RFID技術(shù)可用于智能交通管理，出租車管理，公交樞紐管理，鐵路機(jī)車識別等。鐵路車號自動識別是RFID技術(shù)最普遍的應(yīng)用，高速公路自動收費(fèi)系統(tǒng)是RFID技術(shù)最成功的應(yīng)用之一，它充分體現(xiàn)了非接觸識別的優(yōu)勢，解決了交通瓶頸問題，提高了車行速度和收費(fèi)結(jié)算效率，避免擁堵。零售業(yè)RFID技術(shù)可用于商品的銷售數(shù)據(jù)實(shí)時統(tǒng)計、補(bǔ)貨、防盜、結(jié)算等。電子錢包、電子票據(jù)、電子證件等射頻識別卡是RFID技術(shù)的一個重要應(yīng)用，可用來制作電子錢包實(shí)現(xiàn)非現(xiàn)金結(jié)算。也可用來制作各種電子票據(jù)和用于身份識別的電子護(hù)照、身份證、學(xué)生證等各種電子證件。使用方便快捷加工制造業(yè)實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控、質(zhì)量追蹤、品牌管理、自動化生產(chǎn)。提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。動物跟蹤管理采用RFID技術(shù)建立飼養(yǎng)、預(yù)防、接種檔案等，實(shí)現(xiàn)動物訓(xùn)養(yǎng)、牲口畜牧、寵物識別等自動化跟蹤與管理，同時為食品安全提供了保障。還可用于信鴿比賽、賽馬識別，以準(zhǔn)確測定到達(dá)時間。醫(yī)療RFID技術(shù)可用于病人健康實(shí)時監(jiān)測、遠(yuǎn)程診斷、身份識別和管理，嬰兒防盜等。防偽RFID標(biāo)簽可用于貴重物品的防偽，票證的防偽等。食品RFID技術(shù)可用于水果、蔬菜、生鮮、食品等跟蹤與保鮮管理。圖書RFID技術(shù)可用于書店、圖書館、出版社等圖書的跟蹤、分類與管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用無線定位技術(shù)無線定位技術(shù)：是指用來判定移動用戶位置的測量和計算方法，即通過對接收到的無線電波的一些參數(shù)進(jìn)行測量，再利用定位算法計算出被測目標(biāo)的具體位置。室外GPS定位技術(shù)GPS系統(tǒng)組成：由以下3個獨(dú)立的部分組成。宇宙空間部分：由24顆人造衛(wèi)星構(gòu)成，其中21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道面上，每個平面4顆衛(wèi)星，使得地球表面任何地方在任一時刻都有至少6顆衛(wèi)星在視線之內(nèi)，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位和跟蹤。地面監(jiān)控系統(tǒng)：由1個主控制站（位于美國科羅拉多州）、6個監(jiān)測站、4個地面天線組成。負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回的信息，并計算衛(wèi)星星歷、相對距離、大氣校正等數(shù)據(jù)。用戶設(shè)備部分：即GPS信號接收機(jī)。包括硬件和軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，其硬件一般由主機(jī)、天線和電源組成。主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理當(dāng)用戶接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的“偽距離”和距離的變化率，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)；根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理計算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計算，計算出用戶所在地的位置信息，包括經(jīng)緯度、高度、速度、時間等，并根據(jù)周圍環(huán)境和路線標(biāo)志給予語音和圖形提示。GPS定位原理基于到達(dá)時間原理和空間距離后方交會的方法確定目標(biāo)位置。由圖中四個方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo)(x0,y0,z0)2221 01 01 01 02222 0 2 0 2 0 2 032224 0 4 04 04 0)

(y

y)

(z

z)

c(VtVt

)d1

(x

xd2

(x

x)

(y

y)

(z

z)

c(VtVt

)d

(x

x)2

(y

y)2

(z

z)2

c(VtVt

)3 0 3 0 3 0 3 0d4

(x

x)

(y

y)

(z

z)

c(VtVt

)待測點(diǎn)xyz(x0,y0,

z0).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用室內(nèi)定位技術(shù)紅外線/超聲波測距定位技術(shù)ZigBee/UWB定位技術(shù)RFID定位技術(shù)Wi-Fi/藍(lán)牙定位技術(shù)基于計算機(jī)視覺定位光跟蹤定位基于圖像分析的定位技術(shù)信標(biāo)定位三角定位技術(shù)定位主機(jī)紅外發(fā)射定位

從機(jī)1超聲發(fā)射1定位從機(jī)2超聲發(fā)射2定位

從機(jī)3超聲發(fā)射3發(fā)射紅外編碼指令固定點(diǎn)1固定點(diǎn)2固定點(diǎn)3待測點(diǎn)d1d2d3圖2-46

IR-UW結(jié)合定位原理物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用本章結(jié)束！本章小結(jié)本章主要學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的底層技術(shù)，即感知與識別技術(shù)，是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容之一。內(nèi)容包括：傳感器的組成、工作原理、作用，及微型傳感器、智能傳感器、數(shù)字傳感器、一體化傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器等現(xiàn)代傳感器的特點(diǎn)；自動檢測系統(tǒng)的組成及各部分的功能；自動識別技術(shù)的基本原理及常見的幾種識別技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用；；RFID的組成及功能，RFID系統(tǒng)的工作原理、特點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)體系及應(yīng)用；GPS導(dǎo)航及常用幾種定位技術(shù)的原理及特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用第3章 無線傳感網(wǎng)技術(shù)主要內(nèi)容WSN概述WSN的基本結(jié)構(gòu)WSN的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)WSN的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用3.1 WSN概述3.1.1

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN概念：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），簡稱無線傳感網(wǎng)，是一種通過大量低成本、資源受限的傳感節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)某一特定任務(wù)的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。作用：主要用于周邊環(huán)境溫度、燈光、濕度等參數(shù)感知與監(jiān)控，大氣污染程度的監(jiān)測，建筑結(jié)構(gòu)的完整性檢測，家庭環(huán)境情況監(jiān)控，機(jī)場、商場、體育館等公共場所化學(xué)、生物威脅的檢測與預(yù)報等方面。WSN特點(diǎn)計算和存儲能力有限較強(qiáng)的自組織性和動態(tài)性網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大和節(jié)點(diǎn)密度高具有較強(qiáng)的可靠性和魯棒性貼近應(yīng)用以數(shù)據(jù)為中心物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用WSN應(yīng)用前景目前WSN應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域：環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù)醫(yī)療衛(wèi)生護(hù)理軍事領(lǐng)域家庭自動化其它用途，如礦井、核電廠等危險的工業(yè)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)/衛(wèi)星通信/移動通信網(wǎng)sink/網(wǎng)關(guān)/基站監(jiān)控區(qū)域數(shù)據(jù)鏈路監(jiān)控中心(軟件)Ethernet傳感器節(jié)點(diǎn)管理節(jié)點(diǎn)匯集節(jié)點(diǎn)圖3-1

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成WSN的基本結(jié)構(gòu)基本組成三部分：傳感器節(jié)點(diǎn)（

Sensor

）、匯集節(jié)點(diǎn)（Sink）（網(wǎng)關(guān)/基站）和管理節(jié)點(diǎn)（監(jiān)控中心）傳感器節(jié)點(diǎn)：隨機(jī)分布自組織構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，感知環(huán)境信息，多跳路由到匯集節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)：是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)員，負(fù)責(zé)監(jiān)控中心認(rèn)證和消息緩沖，并連接有線以太網(wǎng)絡(luò)；同時將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、壓縮及異構(gòu)互聯(lián)；最后通過Internet、衛(wèi)星通信、移動通信等方式傳送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心：對數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工、分析、處理和顯示；同時，用戶也可以通過監(jiān)控中心發(fā)布控制命令，通知傳感器節(jié)點(diǎn)收集指定區(qū)域的監(jiān)測信息。數(shù)據(jù)鏈路：由監(jiān)測區(qū)域中的部分節(jié)點(diǎn)組成，直接將數(shù)據(jù)傳送至Sink，最終傳送到監(jiān)控中心。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用傳感器節(jié)點(diǎn)組成：是一種微型嵌入式設(shè)備，主要由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、電源模塊和其它外圍電路組成。電源模塊微處理器存儲器處理器模塊傳感器模塊傳感器A/D轉(zhuǎn)換器無線發(fā)送器無線接收器無線通信模塊傳感器模塊：各種傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器，用于監(jiān)控區(qū)域內(nèi)眾多環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換；處理器模塊：是節(jié)點(diǎn)的核心，用于完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、執(zhí)行通信協(xié)議和節(jié)點(diǎn)調(diào)度管理等工作。無線通信模塊：負(fù)責(zé)和其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，包括數(shù)據(jù)的無線發(fā)送、接收和傳輸?shù)韧ㄐ湃蝿?wù)。電源模塊：是所有電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)，電源模塊的設(shè)計直接關(guān)系到節(jié)點(diǎn)的壽命，一般采用微型電池。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用3.2.1 節(jié)點(diǎn)部署

節(jié)點(diǎn)部署：就是在指定的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，通過適當(dāng)?shù)姆椒ú贾脗鞲衅鞴?jié)點(diǎn)，以滿足某種特定需求。一般通過一定的算法來實(shí)現(xiàn)，以期WSN在未來應(yīng)用中獲得最大的利用率或單個任務(wù)的最少能耗。應(yīng)考慮的問題：如何實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的全覆蓋并保證整個網(wǎng)絡(luò)的連通性如何減小系統(tǒng)消耗，最大化延長網(wǎng)絡(luò)壽命當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有部分節(jié)點(diǎn)失效時，如何對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新部署節(jié)點(diǎn)部署算法三類：移動節(jié)點(diǎn)部署算法、靜止節(jié)點(diǎn)部署算法和異構(gòu)/混合節(jié)點(diǎn)部署算法。移動節(jié)點(diǎn)部署算法增量式節(jié)點(diǎn)部署算法基于虛擬力的算法基于網(wǎng)格劃分的算法基于概率檢測模塊的算法靜止節(jié)點(diǎn)部署算法確定性部署算法自組織部署算法異構(gòu)/混合節(jié)點(diǎn)部署算法傳感網(wǎng)技術(shù)主要以同構(gòu)節(jié)點(diǎn)(同一類型)的傳感網(wǎng)作為研究對象；在實(shí)際應(yīng)用中，可能會引入一些不同類型，但性能更優(yōu)的異構(gòu)節(jié)點(diǎn)，提高傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸功率，而且能有效地延長網(wǎng)絡(luò)壽命。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用節(jié)點(diǎn)部署評價指標(biāo)信息采集的完整性和精確性信息可傳輸性系統(tǒng)能耗(網(wǎng)絡(luò)壽命)節(jié)點(diǎn)部署算法的評價指標(biāo)覆蓋性：

主要包括覆蓋程度、覆蓋時間和覆蓋盲區(qū)。連通性：主要包括整個網(wǎng)絡(luò)連通和路由連通。能耗性：主要包括網(wǎng)絡(luò)覆蓋所需的能耗和網(wǎng)絡(luò)連通所需的能耗。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用3.3 WSN的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)3個模塊組成：由網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議模塊、傳感網(wǎng)管理模塊、應(yīng)用支撐技術(shù)模塊。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議模塊傳感網(wǎng)管理模塊應(yīng)用支撐技術(shù)模塊分布式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口 分布式網(wǎng)絡(luò)管理接口應(yīng)用層時間同步 節(jié)點(diǎn)定位能量管理網(wǎng)絡(luò)/安全管理移動控制/遠(yuǎn)程管理傳輸層傳輸控制拓?fù)涔芾砭W(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議/QoS服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路層媒體訪問 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持物理層射頻 紅外 光波圖3-3

WSN協(xié)議體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用3.3.1

網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議模塊5層結(jié)構(gòu)：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。物理層：解決簡單而又健壯的調(diào)制、發(fā)送、接收等技術(shù)問題，包括信道的區(qū)分和選擇，無線信號的監(jiān)測、調(diào)制與解調(diào)，信號的發(fā)送與接收。數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)成幀、幀檢測、媒體訪問和差錯控制，主要任務(wù)是加強(qiáng)物理層傳輸原始比特的功能，使之對網(wǎng)絡(luò)顯現(xiàn)為一條無差錯鏈路。網(wǎng)絡(luò)層：主要負(fù)責(zé)路由的生成與選擇，包括網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、擁塞控制等。網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議有多種算法，如泛洪路由算法、能量路由算法、平面路由協(xié)議、層次路由協(xié)議、基于地理位置路由協(xié)議和可靠路由協(xié)議等。平面路由協(xié)議包括以下6種：SPIN：是一組基于協(xié)商并且具有能量自適應(yīng)功能的信息傳播協(xié)議；DD：是一種以數(shù)據(jù)為中心的信息傳播協(xié)議，與已有的路由算法有著截然不同的實(shí)現(xiàn)機(jī)制；Rumor

Routing：是一種基于數(shù)據(jù)查詢的WSN路由機(jī)制；HREEMR算法：利用多路徑技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能源有效的故障恢復(fù)，解決了能源浪費(fèi)問題；SMENCE：是基于節(jié)點(diǎn)定位的路由協(xié)議，是對Ad

hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的MECN協(xié)議的改進(jìn)；SAR協(xié)議：是第一個具有QoS意識的路由協(xié)議。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用層次路由協(xié)議：有7種SAR協(xié)議：是第一個具有QoS意識的路由協(xié)議；LEACH：是一種基于多簇結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議；TEEN：是具有實(shí)時性的路由協(xié)議；PEGASIS：是在LEACH基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計的；EARSN：是基于三層體系結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議；APTEEN：是對TEEN

的改良協(xié)議，是一種結(jié)合響應(yīng)型和主動型WSN的混合型網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議；VGA：是LEACH算法的一個改進(jìn)；SOP：協(xié)議主要適用于具有異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)?；诘乩砦恢寐酚蓞f(xié)議：

有3種GEAR算法：是對DD算法的改進(jìn)；MECN協(xié)議：引入符合標(biāo)準(zhǔn)的中繼節(jié)點(diǎn)，以克服兩個節(jié)點(diǎn)直接通信的代價的缺點(diǎn)；GEDIR算法：是在Sensor節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)分組的時候，根據(jù)地理信息選擇與Sink節(jié)點(diǎn)最近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳的目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用傳輸層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制，幫助維護(hù)傳感網(wǎng)應(yīng)用所需要的數(shù)據(jù)流，提供可靠的、開銷合理的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。應(yīng)用層：主要負(fù)責(zé)時間同步、節(jié)點(diǎn)定位、動態(tài)管理、信息處理等，因此需要開發(fā)和使用不同的應(yīng)用層軟件。網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)主要任務(wù)：能量管理、拓?fù)涔芾砑癚oS服務(wù)支持、移動控制及遠(yuǎn)程管理、網(wǎng)絡(luò)及安全管理等。能量管理：需要考慮的功耗問題有微控制器的操作模式；操作模式的轉(zhuǎn)換；整體系統(tǒng)工作的功耗映射關(guān)系及低功耗網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計；無線調(diào)制解調(diào)器的接收靈敏度和最大輸出功率；附加品質(zhì)因素，如發(fā)射前端的溫漂和頻率穩(wěn)定度、接收信號強(qiáng)度指示RSSI（Received

SignalStrength

Indication）信號的標(biāo)準(zhǔn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用拓?fù)涔芾砑癚oS服務(wù)支持拓?fù)涔芾恚褐贫ü?jié)點(diǎn)休眠策略，保持網(wǎng)絡(luò)暢通，以節(jié)約能量，提高系統(tǒng)擴(kuò)展性，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃訯oS服務(wù)支持：是網(wǎng)絡(luò)與用戶之間以及網(wǎng)絡(luò)上相互通信的用戶之間，關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸與共享的質(zhì)量約定。為滿足用戶需求，WSN必須能夠?yàn)橛脩籼峁┳銐虻馁Y源，并且以用戶可以接受的性能指標(biāo)進(jìn)行工作移動控制及遠(yuǎn)程管理、網(wǎng)絡(luò)及安全管理等。移動控制：管理用于監(jiān)測和記錄Sensor節(jié)點(diǎn)的移動狀況，維護(hù)Sink節(jié)點(diǎn)的路由，并使Sensor節(jié)點(diǎn)能夠跟蹤它的鄰居遠(yuǎn)程管理：可以進(jìn)行系統(tǒng)缺陷修正、系統(tǒng)升級、關(guān)閉子系統(tǒng)、監(jiān)測環(huán)境的變化等，使WSN工作更有效網(wǎng)絡(luò)及安全管理網(wǎng)絡(luò)管理：對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及傳輸系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)視、控制、診斷和測試而采用的技術(shù)和方法。傳感器多用于軍事、商業(yè)領(lǐng)域，安全性是其重要的內(nèi)容。傳感網(wǎng)安全性研究主要集中在密鑰管理、安全組播、身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密、高效加密算法、安全MAC協(xié)議、安全路由協(xié)議和穩(wěn)私管理等方面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用圖3-4

WSN中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)M和未知節(jié)點(diǎn)SWSN的關(guān)鍵技術(shù)定位技術(shù)定義：利用傳感器網(wǎng)絡(luò)中少量預(yù)先設(shè)置的已知位置的節(jié)點(diǎn)（信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，）來獲得其它大量未知位置節(jié)點(diǎn)（未知節(jié)點(diǎn)）的位置信息。特點(diǎn)：信標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身位置建立本地坐標(biāo)系，未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)計算出自己在本地坐標(biāo)系里的相對位置——即自定位。常用的自定位算法：基于距離和與距離無關(guān)的定位算法：基于距離的定位算法有：到達(dá)時間差法（DTOA）、接收信號強(qiáng)度法（RSSI）

、到達(dá)角度法（AOA）。與距離無關(guān)的定位算法：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連通性，利用節(jié)點(diǎn)間的估計距離來計算節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)。主要算法有：質(zhì)心法、基于距離矢量計算跳數(shù)算法（DV-Hop）、無定形（Amorphous）算法和以三角形內(nèi)的點(diǎn)近似定位（APIT）算法等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用緊密耦合與松散耦合定位算法緊密耦合定位系統(tǒng)是指信標(biāo)節(jié)點(diǎn)不僅準(zhǔn)確地部署在固定的位置，并且通過有線介質(zhì)連接到中心控制器；松散型定位系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)采用無中心控制器的分布式無線協(xié)調(diào)方式。遞增式和并發(fā)式定位算法遞增式算法是指節(jié)點(diǎn)定位過程中以信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為初始點(diǎn)，然后逐漸向外輻射定位其它未知節(jié)點(diǎn)，但是這種定位方法會造成誤差積累，定位精度下降；并發(fā)式定位方法是所有節(jié)點(diǎn)同時進(jìn)行定位計算，沒有時間和空間順序。絕對定位與相對定位絕對定位表示定位結(jié)果是在地球坐標(biāo)系下的位置；相對定位是以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的某一節(jié)點(diǎn)位置作為參考原點(diǎn)，然后對應(yīng)建立一個相對坐標(biāo)系統(tǒng)。物理定位和符號定位物理定位是以地理位置信息（如經(jīng)緯度）作為定位結(jié)果；符號定位是以某一建筑物作為標(biāo)記來定位的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用基于距離自定位3種常用算法三邊測量定位方法理論依據(jù)：在二維空間中，當(dāng)獲得了一個未知節(jié)點(diǎn)到三個或者三個以上信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離時，就可以由此確定該未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。Ρ1Ρ2．Ρ3321(x

x)2(y

y)23 3

(x

x)2(y

y

)22 2

(x

x)2(y

y

)21 1

22

332 223

22121 3 321 313

231 3

x2

y

y2

x

2

y2

y3

x

x

22(

y

y

)2(x

x

)2(y1

y3)2(x

x

)

y

2

x物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用三角測量定位方法原理：根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)到三個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的角度來計算未知節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。方法：．．AB．CO1．DO2O3r2r1r32 2221 3 1311o1

1

o1

1

1o1

2

o1

2

1

(x

x)2

(

y

y)2

r

y)2

r

(x

x)2

(

y(x

x

)

(

y

y

)

2r

2r

cos先計算每個圓的圓心和半徑，公式如下：再根據(jù)三邊測量法計算未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用DΡ2Ρ1Ρ3Ρn極大似然估計法原理：根據(jù)未知節(jié)點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離計算未知節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。221 22111n n

n(x

x)2

(

y(x

x)2

(

y(x

x)2

(

y

y)2

y)2

y)2

2此式可表示為線性方程式：AX=b，其中221n1

n1

n

n1

n

n

x2

y

2xx

2x

2b

y2

2

2

x2

y2

y2

2

2n 1 n n 1

x2+

y2

y2

2

2n 2 n n 2

n1 n n

1 n

2 n 2 n2(

y

y

)2(

x

x

)

2(x

x

) 2(

y

y)

2(x1

xn

) 2(y1

yn)

A

使用標(biāo)準(zhǔn)的最小均方差估計方法，可以得到節(jié)點(diǎn)D的位置坐標(biāo)為X

(ATA)1AT

b物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用3.4.2

時間同步技術(shù)時間同步：使傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的時鐘保持同步。時間同步的不確定性因素： 6個方面發(fā)送時間訪問時間傳送時間接收時間接受時間傳播時間發(fā)送時間：指發(fā)送節(jié)點(diǎn)構(gòu)造一條消息和發(fā)布發(fā)送請求到MAC層所需時間。訪問時間：指消息等待傳輸信道空閑所需的時間。傳輸時間：指發(fā)送節(jié)點(diǎn)在無線鏈路的物理層按位(bit)發(fā)射消息所需時間。傳播時間：指消息在發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接受節(jié)點(diǎn)的傳輸介質(zhì)中傳播所需要的時間。接收時間：指接收節(jié)點(diǎn)按位（bit）接收信息并傳遞給MAC層的時間。接受時間：指接收節(jié)點(diǎn)重新組裝信息并傳遞至上層應(yīng)用所需的時間。節(jié)點(diǎn)之間的時鐘模型：節(jié)點(diǎn)時鐘通常用晶體振蕩器脈沖來度量，任意一節(jié)點(diǎn)在物理時刻的本地時鐘讀數(shù)可表示為0titf0c(t)

1fi(

)d

ci(t0)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用在傳感器網(wǎng)絡(luò)中主要有以下3個原因?qū)е聜鞲衅鞴?jié)點(diǎn)間時間的差異：節(jié)點(diǎn)開始計時的初始時間不同。每個節(jié)點(diǎn)的石英晶體可能以不同的頻率跳動，引起時鐘值的逐漸偏離，稱為偏