教學課件-物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐

11物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐第一章：物聯(lián)網(wǎng)工程簡介11物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐22前言物聯(lián)網(wǎng)是指將各種實時信息獲取設備或設備集合體，如傳感網(wǎng)、射頻標簽閱讀裝置、條碼與二維碼設備、儀表、全球定位系統(tǒng)和其它基于物一物通信模式的短距無線自組織網(wǎng)絡，通過各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)或電信網(wǎng)結合起來所形成的一個巨大的實時信息收集、傳輸、控制及信息服務網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)應用涉及智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護理、個人健康等多個領域。物聯(lián)網(wǎng)工程的任務是建立高效、穩(wěn)定的物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)主要包括六個部分：節(jié)點、網(wǎng)關、傳輸網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)服務中心、信息服務接入網(wǎng)及信息服務客戶端。由于信息服務接入網(wǎng)和客戶端同傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)信息服務接入網(wǎng)及客戶端相似，這兩部分內容將不是本書討論的重點。本章將從物聯(lián)網(wǎng)的起源、物聯(lián)網(wǎng)服務、物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)簡介和物聯(lián)網(wǎng)工程的主要任務幾個方面來對物聯(lián)網(wǎng)工程進行簡單介紹。后續(xù)幾章內容將對物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的幾個主要組成部分進行詳細的論述。22前言物聯(lián)網(wǎng)是指將各種實時信息獲取設備或設備集合體，如傳感31.1物聯(lián)網(wǎng)的起源物聯(lián)網(wǎng)概念最早來自“微軟之父”BillGates在1995年出版的圖書《TheRoadAhead（未來之路）》。1998年Auto-ID提出物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IOT）的概念。我國科學院的一些研究所在1999年就啟動了傳感網(wǎng)的研究，并已取得了一些科研成果，且建立了一些試用的傳感網(wǎng)。在我國，一些專家也將傳感網(wǎng)稱為物聯(lián)網(wǎng)，但本書認為傳感網(wǎng)只是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要組成部分，將傳感網(wǎng)等同于物聯(lián)網(wǎng)有些不妥。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WorldSummitontheInformationSociety，WSIS）上，國際電信聯(lián)盟（InternationalTelecommunicationsUnion，ITU）發(fā)布了《ITUInternetReports2005:TheInternetofThings》報告，并正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。31.1物聯(lián)網(wǎng)的起源物聯(lián)網(wǎng)概念最早來自“微軟之父”Bill41.1.1物聯(lián)網(wǎng)的歷史早在1991年的英國劍橋大學有一個計算機實驗室，實驗室咖啡壺事件。1995年，BillGates在他的《TheRoadAhead（未來之路）》書中描述了一些物聯(lián)網(wǎng)應用場景。KevinAshton提出的物聯(lián)網(wǎng)是針對物流管理系統(tǒng)的。2005年11月17日舉行的信息社會世界峰會上，發(fā)布了《ITUInternetreports2005---TheInternetofThings》報告。2009年8月7日至9日，當時國務院總理溫家寶在江蘇考察太湖污染治理時，在和中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術研發(fā)中心的技術人員交流后提到：盡快建立我國的傳感信息中心，或者叫“感知我國”中心。2012年2月14日，工信部正式公布了《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》。41.1.1物聯(lián)網(wǎng)的歷史早在1991年的英國劍橋大學有一個51.1.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀1．美國物聯(lián)網(wǎng)軟硬件關鍵技術2．歐盟物聯(lián)網(wǎng)技術研發(fā)和應用政策3.日本泛在網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略4．韓國U-Korea戰(zhàn)略5.我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀51.1.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀1．美國物聯(lián)網(wǎng)軟硬件關鍵技術61.1.3物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢根據(jù)美國權威的咨詢公司Forrester預計，到2020年物聯(lián)網(wǎng)世界服務規(guī)模將是互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的30倍，將形成萬億元人民幣的市場規(guī)模。其中，僅在智能電網(wǎng)和機場防入侵系統(tǒng)應用方面將有一千億元人民幣的市場。在一份中關村發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)報告中指出，未來10年，我國的物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)將經(jīng)歷應用創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和服務創(chuàng)新的3個階段，最終形成家庭應用、企業(yè)應用和公共管理服務三個較為穩(wěn)定的市場，到2020年的市場規(guī)模將超過5萬億元人民幣。61.1.3物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢根據(jù)美國權威的咨詢公司Forre71.2物聯(lián)網(wǎng)服務物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)可提供的服務包括實時監(jiān)測、定位跟蹤、報警聯(lián)動、自動化處理、反向控制、遠程維護、統(tǒng)計決策和信息安全等。71.2物聯(lián)網(wǎng)服務物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)可提供的服務包括實時監(jiān)81.2.1實時監(jiān)測一方面，實時監(jiān)測是指利用軟件對系統(tǒng)運行的過程進行同步的監(jiān)控，比如殺毒軟件實時對計算機內存進行監(jiān)控并對調用的系統(tǒng)文件進行適當?shù)牟僮鳌Ａ硪环矫?，物?lián)網(wǎng)應用領域的實時監(jiān)測是指實時收集被監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行智能化處理及顯示，用戶可以通過監(jiān)控界面或數(shù)據(jù)來實時了解被監(jiān)控對象的當前狀態(tài)。81.2.1實時監(jiān)測一方面，實時監(jiān)測是指利用軟件對系統(tǒng)運行91.2.2定位跟蹤物體的定位跟蹤可以通過RFID射頻技術和全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）技術來實現(xiàn)。通過RFID實時信息系統(tǒng)，可以監(jiān)控目標行蹤。91.2.2定位跟蹤物體的定位跟蹤可以通過RFID射頻技101.2.3報警聯(lián)動報警聯(lián)動是指報警事件發(fā)生時，產生與報警相關聯(lián)的各種設備運行動作（如報警圖像拍攝存儲、照明設備的開或關、空調設備的打開或關閉、供水系統(tǒng)的打開或關閉等）。例如，高溫報警時，打開備用空調；濕度太低時打開加濕機，有人非法進入房間時打開視頻監(jiān)視設備及打開房間里的燈光等。101.2.3報警聯(lián)動報警聯(lián)動是指報警事件發(fā)生時，產生與報111.2.4自動化處理在某種意義上，物聯(lián)網(wǎng)就是自動化和信息化結合的產物。例如，機器與機器通信（MachinetoMachine，M2M）是自動化的一項重要技術，M2M也被人認為是物聯(lián)網(wǎng)的前身。機器和機器通信主要集中在設備之間，涉及大量的自動化應用。111.2.4自動化處理在某種意義上，物聯(lián)網(wǎng)就是自動化和信121.2.5反向控制所謂反向控制，是指當物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)收到有關所監(jiān)控設備的相關信息后，根據(jù)信息的具體內容，系統(tǒng)本身或者管理人員在異地通過網(wǎng)絡對所監(jiān)控設備實施控制措施，比如關閉或打開設備等。對于智能家居系統(tǒng)，天氣熱了，回家前，你可以通過手機或電腦檢查一下家里的室溫，然后，在任何地方通過移動電話或電腦開啟家里的空調，回到家時，家里就會有一個舒適的環(huán)境121.2.5反向控制所謂反向控制，是指當物聯(lián)網(wǎng)實時信息131.2.6遠程維護遠程維護（RemoteMaintenance，RM）一般是指從事信息技術服務的工程師、管理人員或系統(tǒng)本身通過網(wǎng)絡連接到目標設備進行設備的安裝、配置、維護、監(jiān)控和管理，服務工程師沒有必要親臨現(xiàn)場就可以解決問題。從遠程維護工作的性質來看，其主要是用來解決軟件系統(tǒng)問題。131.2.6遠程維護遠程維護（RemoteMaint141.2.7統(tǒng)計決策基于海量數(shù)據(jù)的智能決策是物聯(lián)網(wǎng)“智慧”的來源。例如，通過使用傳感器監(jiān)測農作物生長的土壤性質和環(huán)境條件，實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務中心，通過數(shù)據(jù)挖掘的方法，可以知道環(huán)境溫度、濕度和土壤參數(shù)和其他因素影響作物產量的規(guī)律，可調整各種作物生長環(huán)境參數(shù)來最大限度地提高作物產量。141.2.7統(tǒng)計決策基于海量數(shù)據(jù)的智能決策是物聯(lián)網(wǎng)“智151.2.8信息安全任何信息系統(tǒng)都存在安全問題，作為實時信息系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)不可避免也存在與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)相關的安全問題。同其它信息系統(tǒng)的安全類似，物聯(lián)網(wǎng)存在內部安全和外部安全兩個方面的問題。物聯(lián)網(wǎng)的信息安全服務要解決物聯(lián)網(wǎng)的一般安全問題和物聯(lián)網(wǎng)信息的隱私問題，為用戶提供安全可靠的實時信息服務。151.2.8信息安全任何信息系統(tǒng)都存在安全問題，作為實161.3物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)簡介當前，物聯(lián)網(wǎng)是一個規(guī)模大小及應用種類各不相同的實時信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)通過傳感器、RFID、GPS及儀表等收集所監(jiān)控對象的實時狀態(tài)信息，并將感興趣信息及時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務中心。對數(shù)據(jù)中心的各種數(shù)據(jù)進行智能化處理后可形成各種物聯(lián)網(wǎng)信息服務。人們可以在沒有意識到物聯(lián)網(wǎng)存在的情況下，通過適當?shù)闹悄芙K端設備（比如智能手機等）接入到網(wǎng)絡并享受物聯(lián)網(wǎng)所提供的各種實時信息服務。161.3物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)簡介當前，物聯(lián)網(wǎng)是一個規(guī)模大171.3.1物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)應用現(xiàn)狀目前，物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)多為孤立的信息系統(tǒng)，不同部門、單位或行業(yè)根據(jù)具體的需求，建立了規(guī)模不同的各自獨立的物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)。當前，常見的物聯(lián)網(wǎng)應用實時信息系統(tǒng)包括醫(yī)藥跟蹤信息系統(tǒng)、制造業(yè)物流實時信息系統(tǒng)、物資倉儲監(jiān)控實時信息系統(tǒng)；智能物流實時信息系統(tǒng)、工業(yè)生產監(jiān)控實時信息系統(tǒng)、農業(yè)生產環(huán)境實時監(jiān)控系統(tǒng)、智能電網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng)、智能家居實時監(jiān)控系統(tǒng)、智慧城市實時信息服務系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)和智能校園信息服務系統(tǒng)171.3.1物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)應用現(xiàn)狀目前，物聯(lián)網(wǎng)實時信181.3.2物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的組成物聯(lián)網(wǎng)工程的任務是建立高效、穩(wěn)定的物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)。如圖1-1所示，物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)一般包含六個部分：節(jié)點、網(wǎng)關、傳輸網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)服務中心、物聯(lián)網(wǎng)服務接入網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)服務客戶端。由于物聯(lián)網(wǎng)服務接入網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)服務客戶端和現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡及互聯(lián)網(wǎng)服務極其相似，本書的重點將放在物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的節(jié)點、網(wǎng)關、傳輸網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)服務中心四個部分。181.3.2物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的組成物聯(lián)網(wǎng)工程的任務是19圖1-1物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)組成19圖1-1物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)組成201.3.3物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的分類根據(jù)當前的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)可以分為單機的物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)、小區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)和大區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)。201.3.3物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的分類根據(jù)當前的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展211.4物聯(lián)網(wǎng)工程的主要任務物聯(lián)網(wǎng)工程的主要任務是設計、實現(xiàn)并管理一個物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)。具體任務包括：網(wǎng)關收集來自物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的實時數(shù)據(jù)，網(wǎng)關對實時數(shù)據(jù)進行初步處理并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務中心，數(shù)據(jù)服務中心存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務中心在數(shù)據(jù)智能化處理的基礎上提供用戶可以接收或使用的物聯(lián)網(wǎng)服務，比如實時監(jiān)測、定位跟蹤、警報處理、反向控制和遠程維護等。211.4物聯(lián)網(wǎng)工程的主要任務物聯(lián)網(wǎng)工程的主要任務是設計221.4.1物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)設計物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)設計主要包括節(jié)點設計、網(wǎng)關設計、傳輸網(wǎng)絡設計和數(shù)據(jù)服務中心設計四個方面的內容。221.4.1物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)設計物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)設計231.4.2物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的實現(xiàn)包括六個方面的內容，分別是物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的選取安裝及配置、網(wǎng)關的選取安裝及配置、傳輸網(wǎng)絡設備的選取安裝及配置、數(shù)據(jù)服務中心服務器的選取安裝及配置、數(shù)據(jù)服務中心軟件的實現(xiàn)和客戶端軟件的實現(xiàn)。231.4.2物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的241.4.3物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)管理物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的管理主要包括物聯(lián)網(wǎng)設備管理、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡管理和物聯(lián)網(wǎng)安全管理。241.4.3物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)管理物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的251.5小結本章對物聯(lián)網(wǎng)工程所涉及的基本內容進行了概述。物聯(lián)網(wǎng)工程就是建立及維護物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)過程。物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)的建立是信息化技術在經(jīng)濟及社會發(fā)展的各個領域更深層次應用的需要。本章的基本內容包括物聯(lián)網(wǎng)的起源、物聯(lián)網(wǎng)服務、物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)簡介和物聯(lián)網(wǎng)工程的主要任務。251.5小結本章對物聯(lián)網(wǎng)工程所涉及的基本內容進行了概述。2626物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐第二章：物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點2626物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐2727前言物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點是指RFID標簽、傳感器、傳感網(wǎng)及各種儀表，它們負責產生人類感興趣的各種數(shù)據(jù)。一個傳感器設備本身可以收集環(huán)境數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)直接上傳到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關。傳感網(wǎng)是一個無線傳感器的集合，多個無線傳感器一起完成環(huán)境數(shù)據(jù)的收集，并將數(shù)據(jù)上傳到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，這里我們也將傳感網(wǎng)作為一個特殊的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點。IOT節(jié)點所收集的數(shù)據(jù)包括：物品編碼、溫度、濕度、氣壓、耗電量、大氣有毒氣體含量及水資源有害成分含量等。本章將對常見的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點進行介紹。2727前言物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點是指RFID標簽、傳感器、傳感網(wǎng)及各種282.1RFID標簽RFID標簽，俗稱電子標簽或智能標簽，可以附在物體表面或嵌入到物體當中來標示目標對象。RFID標簽（tag）由耦合元件及芯片組成，每個RFID標簽的芯片中都存儲有一個唯一的電子編碼。RFID標簽使用非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。RFID信息系統(tǒng)主要由RFID標簽和RFID讀寫器組成，用于被監(jiān)控目標的檢測和跟蹤。282.1RFID標簽RFID標簽，俗稱電子標簽或智能標簽292.1.1RFID標簽簡介1948年，HarryStockman發(fā)表的“利用反射功率的通訊”論文奠定了射頻識別技術的理論基礎。1951-1960時期為RFID技術的實驗室研究探索階段；1961-1970年間，RFID理論得到了迅速的發(fā)展，并開始進行了一些應用嘗試。1971-1980年來，進行了較大規(guī)模的RFID技術與產品開發(fā)研究，產生了一些成熟的RFID應用。1981-1990年間，RFID射頻識別技術及產品進入了各種規(guī)模的商業(yè)應用階段。1991-2000年間，RFID產品已被廣泛應用，越來越多RFID產品已逐漸成為人們生活的一部分。292.1.1RFID標簽簡介1948年，HarrySt302.1.2RFID標簽分類以不同頻率為基礎，RFID電子標簽可以分為低頻電子標簽、高頻電子標簽、UHF標簽和微波電子標簽。根據(jù)包裝形式的不同，RFID標簽可以分為卡型標簽、線形標簽、紙狀標簽、玻璃管標簽、圓形標簽及特殊用途的異形標簽等?？傊鶕?jù)不同的分類標準，RFID電子標簽可以有許多不同的分類。302.1.2RFID標簽分類以不同頻率為基礎，RFID電312.1.3RFID標簽應用RFID可應用在很多物流管理、零售服務、制造業(yè)元配件管理、服裝業(yè)銷售、醫(yī)療健康、身份識別、食品藥品防偽和交通管理等方面。312.1.3RFID標簽應用RFID可應用在很多物流管理322.2傳感器傳感器是一種信息檢測裝置，能感受到被測量的信息，并可將檢測到的信息按一定規(guī)律轉換成電信號或其它所需形式進行信息輸出。從傳感器獲取的信息在經(jīng)過處理后，可實現(xiàn)信息的傳輸、處理、存儲及顯示。從狹義上說，傳感器是一種將非電信號的物理量轉變成可以進行計算機處理的電信號的裝置，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的重要環(huán)節(jié)，是物聯(lián)網(wǎng)應用中的一個重要組成部分。322.2傳感器傳感器是一種信息檢測裝置，能感受到被測量的信332.2.1傳感器簡介在基于物聯(lián)網(wǎng)應用的新技術革命到來時，世界進入了信息化無處不在的時代。在利用信息的過程中，首先要解決的是如何獲得準確、可靠信息的問題，而傳感器是獲取自然界和工農業(yè)生產過程信息的主要途徑和手段。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展和應用實施的重要基礎技術，傳感器技術的興起有著較長的歷史。在80年代早期，世界進入了傳感器的時代，當時日本把傳感器技術列為十大技術之首。332.2.1傳感器簡介在基于物聯(lián)網(wǎng)應用的新技術革命到來時342.2.2傳感器分類一般而言，傳感器可以按照用途、原理、輸出信號、測量信息類型進行分類。342.2.2傳感器分類一般而言，傳感器可以按照用途、原理352.2.3傳感器應用傳感器可應用于機械制造、工業(yè)控制、汽車電子產品、電子通信產品及消費電子產品中。在世界范圍內，汽車市場是需求傳感器最大的市場，工農業(yè)生產的過程控制是需求傳感器的第二大市場。352.2.3傳感器應用傳感器可應用于機械制造、工業(yè)控制362.3傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)是由分散的無線傳感器通過特定的無線路由協(xié)議而組成的無線自組網(wǎng)絡，傳感網(wǎng)中的每一個無線傳感器都可以通過其它一個或多個傳感器組成的路徑將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教囟ǖ臒o線基站。當一條傳輸路徑出現(xiàn)問題時，傳感網(wǎng)將通過重組生成另外一條路徑。傳感網(wǎng)是一個集多個傳感器節(jié)點可以進行大面積監(jiān)測的，并在相同的網(wǎng)關管理下的網(wǎng)絡。362.3傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)是由分散的無線傳感器通過特定的無線路372.3.1傳感網(wǎng)簡介如圖2-1所示，無線傳感網(wǎng)可以利用多個傳感器來收集較大區(qū)域的多個監(jiān)控點的實時數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)通過無線基站傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)關,然后將數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡發(fā)送到數(shù)據(jù)服務中心。372.3.1傳感網(wǎng)簡介如圖2-1所示，無線傳感網(wǎng)可以利用38圖2-1基于傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應用38圖2-1基于傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應用392.3.2傳感網(wǎng)分類從無線傳輸技術角度來講，WSN主要包括ZigBee無線傳感網(wǎng)、WiFi無線傳感網(wǎng)和藍牙（Bluetooth）無線傳感網(wǎng)。392.3.2傳感網(wǎng)分類從無線傳輸技術角度來講，WSN主要40圖2-2ZigBee傳感網(wǎng)拓撲圖40圖2-2ZigBee傳感網(wǎng)拓撲圖41圖2-3WiFi傳感網(wǎng)絡信息系統(tǒng)41圖2-3WiFi傳感網(wǎng)絡信息系統(tǒng)42圖2-4藍牙傳感網(wǎng)絡體系結構模型42圖2-4藍牙傳感網(wǎng)絡體系結構模型432.3.3傳感網(wǎng)應用目前，實際經(jīng)濟和社會生活中所使用的傳感網(wǎng)主要為ZigBee無線傳感網(wǎng)。通常，在符合下列條件之一情況下，可以考慮使用ZigBee傳感網(wǎng)技術進行數(shù)據(jù)傳輸。第一，需要進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的地點較多。第二，需要節(jié)點進行的數(shù)據(jù)傳輸量小，且需要節(jié)點價格便宜。第三，要求可靠且安全的數(shù)據(jù)傳輸。第四，安裝傳感器節(jié)點的地方空間小，需要較小體積的傳感器及較小體積供電設備或電池。第五，監(jiān)測點多且地形復雜，并需要傳感網(wǎng)覆蓋較大的監(jiān)控區(qū)域等。432.3.3傳感網(wǎng)應用目前，實際經(jīng)濟和社會生活中所使用的442.4儀表儀表可以用來測量溫度、壓力、功率、壓力等，儀表的外形一般就像鐘表，可以直接通過刻度來顯示數(shù)值，這也就是把這類工具稱作儀表的原因。常見的儀表有壓力儀表、溫度儀表、流量儀表等，它們被廣泛地應用于工業(yè)生產、農業(yè)生產、交通控制、科學研究、環(huán)保保護和學校科研教學等各方面。一般而言，當前的很多儀表還不能夠將其顯示的數(shù)值直接變成計算機可以處理的數(shù)據(jù)。442.4儀表儀表可以用來測量溫度、壓力、功率、壓力等，儀452.4.1儀表簡介基于來自智能儀表的數(shù)據(jù)，可以建立不同的監(jiān)控管理信息系統(tǒng)平臺，來實現(xiàn)工業(yè)過程的智能化管理?，F(xiàn)代工業(yè)智能控制系統(tǒng)發(fā)展的一個重點是制造基于數(shù)字化技術的各種儀表，從模擬儀表向數(shù)字儀表轉變。并將這些數(shù)字化儀表同現(xiàn)代工業(yè)的智能化、信息化和網(wǎng)絡化有機地結合起來，可實現(xiàn)工農業(yè)生產過程或環(huán)保檢測過程中采樣系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的自動化和智能化。452.4.1儀表簡介基于來自智能儀表的數(shù)據(jù)，可以建立不同462.4.2儀表分類儀表是利用各種不同的科學技術原理生產出來的工具，可以從不同方面對它們進行分類。按照使用的場所不同，可分為量具儀表、汽車儀表、電離輻射儀表、船用儀表和航空儀表等。按照儀表所測的物理量的不同，又可將儀表分為溫度測量儀表、壓力測量儀表和流量測量儀表等。針對物聯(lián)網(wǎng)應用，我們可將儀表分為智能化儀表和非智能化儀表。智能化儀表以數(shù)字形式顯示，并可將數(shù)據(jù)以無線或有線接口發(fā)送到計算機中進行數(shù)據(jù)處理；非智能儀表一般不能將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到電腦中進行處理。要想將非智能儀表的數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦，一般要使用第三方的硬件及軟件。462.4.2儀表分類儀表是利用各種不同的科學技術原理生產472.4.3儀表應用1.儀表在信息技術領域的應用2.儀表在工業(yè)化領域的應用3.儀表在高新技術領域的應用4.儀表在環(huán)境保護領域的應用472.4.3儀表應用1.儀表在信息技術領域的應用482.5GPS接收機GPS接收機是用來接收衛(wèi)星信號來確定地面位置的電子設備。特定衛(wèi)星發(fā)射導航和定位信號可供數(shù)以百萬計的設備來接收，GPS接收機的首要功能是接收衛(wèi)星導航信號。對用戶來說，只要擁有一部GPS信號接收機，并對接收到的GPS信息進行智能化處理，就可以實現(xiàn)地面、海洋和空間的導航及目標跟蹤。482.5GPS接收機GPS接收機是用來接收衛(wèi)星信號來確492.5.1GPS接收機簡介目前，世界上有了很多家GPS接收機生產商，生產GPS接收機的工廠有幾十個，GPS接收機產品的種類也有幾百個。國際知名的GPS接收儀制造商包括美國天寶（Trimble）、瑞士徠卡測量系統(tǒng)導航公司（LeicaGeosystems）、日本拓普康（TOPCON）公司；我國南方測繪、中海油和科力達等。南方測繪生產的GPS接收儀主要包括RTKGPS接收機S82、S86、藍牙GPS靜態(tài)接收儀。492.5.1GPS接收機簡介目前，世界上有了很多家GPS502.5.2GPS接收機分類一般而言，在任何時間和地點，人們都可以利用GPS信號進行導航。根據(jù)不同的應用目的，GPS接收機的功能也有所不同。目前，世界范圍內，有了幾百種型號的GPS接收機，對于這些產品，可以按照使用目的、功能等進行分類。根據(jù)接收機的用途，可以將GPS接收機分為導航型接收機、測地型接收機和授時型接收機。502.5.2GPS接收機分類一般而言，在任何時間和地點512.5.3GPS接收機應用GPS接收機可用于很多經(jīng)濟及社會生活的領域。利用GPS接收機獲取的位置信息，在經(jīng)過智能化處理后可進行定位導航服務、軍用打擊定位服務和民用定位服務。512.5.3GPS接收機應用GPS接收機可用于很多經(jīng)濟及522.6掃描設備掃描設備可通過捕捉被掃描物體的圖像并將這個圖像轉化為計算機設備可以顯示、編輯、存儲和輸出的形式。常見的掃描設備包括一維碼掃描設備、二維條碼掃描設備和圖形掃描儀。522.6掃描設備掃描設備可通過捕捉被掃描物體的圖像并將532.7網(wǎng)絡攝像頭網(wǎng)絡攝像機也被稱為網(wǎng)絡攝像頭，它是結合傳統(tǒng)相機和網(wǎng)絡通信技術制造出來的攝像設備，它可以將圖形或視頻便捷地通過網(wǎng)絡從地球的一端傳輸?shù)降厍蛄硪欢恕＞W(wǎng)絡攝像頭的用戶不需要使用任何特殊的軟件，只需要使用標準網(wǎng)絡瀏覽器，如IE、Firefox等就可以查看來自網(wǎng)絡攝像頭的圖片或視頻了。532.7網(wǎng)絡攝像頭網(wǎng)絡攝像機也被稱為網(wǎng)絡攝像頭，它是結合542.8執(zhí)行器在很多和工業(yè)化控制相關的物聯(lián)網(wǎng)應用中，執(zhí)行器是一個重要的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，它從物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關接收控制命令信號來實現(xiàn)某些特定的操作。執(zhí)行器是在工業(yè)生產過程和自動化控制系統(tǒng)中，基于接收的信號，按一定的規(guī)則來調節(jié)特定設備運動特征的裝置。執(zhí)行器可以是一種工業(yè)自動化裝備，如調節(jié)閥、電磁閥及擋板等。在工業(yè)生產或社會生活服務的各種過程控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)自動控制過程，執(zhí)行器可以接收各種指令信號，調整運行機制，改變被控制對象能量或原材料的進或出。542.8執(zhí)行器在很多和工業(yè)化控制相關的物聯(lián)網(wǎng)應用中，執(zhí)行552.9繼電器繼電器是一種電器控制裝置，隨著輸入信號的變化，其電力輸出狀態(tài)也發(fā)生相應的變化，這使它具有完成控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間相互作用的能力。繼電器常見的應用是實現(xiàn)設備控制自動化，它實際上是一種以自動切換小電流來控制大電流操作的電子設備。繼電器通常在各種工農業(yè)生產及社會服務應用中配合其它電路來完成電力使用自動調節(jié)、電路運行安全保護等作用。552.9繼電器繼電器是一種電器控制裝置，隨著輸入信號的變562.10小結物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點在物聯(lián)網(wǎng)應用的實現(xiàn)上起著極其重要的作用?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的實時信息化技術與傳統(tǒng)信息化技術的最大差別就是原始信息的來源不同。傳統(tǒng)信息化過程中，其原始信息主要來自于人工手動輸入的數(shù)據(jù)，而基于物聯(lián)網(wǎng)技術的更深層次的信息化的原始信息來源于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點所產生的各種實時數(shù)據(jù)。本章所介紹的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點包括RFID標簽、傳感器、傳感網(wǎng)、儀表、GPS接收機、掃描設備、網(wǎng)絡攝像頭、執(zhí)行器和繼電器。當然，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，越來越多的新型物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點也會涌現(xiàn)出來。物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的設計研發(fā)和工業(yè)制造能力是一個國家物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)核心競爭力的重要標志。562.10小結物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點在物聯(lián)網(wǎng)應用的實現(xiàn)上起著極其重要5757物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐第三章：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關5757物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐5858前言在物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是一個非常重要的設備，這個設備在各種實時數(shù)據(jù)的收集、實時數(shù)據(jù)傳輸、和設備控制過程中起著至關重要的作用。一般而言，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關一方面從與其相連接的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點中獲取各種數(shù)據(jù)，在將這些數(shù)據(jù)進行初步處理后，發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關也從數(shù)據(jù)服務中心接收各種控制指令，網(wǎng)關通過執(zhí)行器或者繼電器來完成這些指令的操作，比如打開空調或關閉空調等。常見的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關包括智能手機、無線網(wǎng)關、家庭智能網(wǎng)關、工業(yè)通信網(wǎng)關、RFID讀寫器和M2M網(wǎng)關等5858前言在物聯(lián)網(wǎng)實時信息系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是一個非常重要593.1智能手機智能手機基于WiFi和3G/4G移動網(wǎng)絡，可以訪問互聯(lián)網(wǎng)上面的各種信息服務。通常情況下，智能手機作為物聯(lián)網(wǎng)應用終端設備，通過訪問物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心來獲取各種實時數(shù)據(jù)服務、接收警報或進行設備的控制。但在一些特殊的情況下，智能手機可以作為一種移動的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，完成實時數(shù)據(jù)的收集及傳輸。593.1智能手機智能手機基于WiFi和3G/4G移動網(wǎng)603.1.1智能手機簡介智能手機首先是一個移動電話，同時它還是一個運行嵌入式操作系統(tǒng)的微型電腦。常用的智能手機操作系統(tǒng)包括Nokia的Symbian、微軟的WindowsMobile、開源Linux（包括iOS、Android、Maemo、MeeGo和WebOS）、PalmOS和黑莓操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS)。相對于功能手機不能自由安裝和卸載軟件，智能手機是可以安裝和卸載各種應用軟件的，這使得智能手機受到越來越多的歡迎。智能手機的系統(tǒng)結構如圖3-1所示，它由硬件、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡支持等各功能層組成。603.1.1智能手機簡介智能手機首先是一個移動電話，同61圖3-1智能手機的系統(tǒng)結構61圖3-1智能手機的系統(tǒng)結構62圖3-2全球第一部智能手機62圖3-2全球第一部智能手機633.1.2智能手機硬件在智能手機的硬件結構中，最重要的部分包括手機主處理器、無線通信模塊、液晶（LiquidCrystalDisplay，LCD）顯示屏、音頻編解碼器、數(shù)字基帶（DigitalBaseband，DBB）無線調制解調器、攝像頭、麥克風和揚聲器控制器等。目前，智能手機市場已進入“4核時代”，2014年，主要的智能手機廠家都發(fā)布了不同品牌的具有4G通信功能的四核CPU智能手機，這些手機運行速度更快，且游戲體驗更棒。633.1.2智能手機硬件在智能手機的硬件結構中，最重要的643.1.3智能手機操作系統(tǒng)曾經(jīng)應用的智能手機操作系統(tǒng)有Symbian、WindowsMobile、WindowsPhone、iOS和Android，它們占據(jù)了超過99%的智能手機市場份額。643.1.3智能手機操作系統(tǒng)曾經(jīng)應用的智能手機操作系統(tǒng)有653.1.4智能手機應用智能手機有除了通話功能外，還具有大多數(shù)PDA的功能，特別是個人信息管理以及基于無線數(shù)據(jù)通信的瀏覽器、GPS、電子郵件、短信、互聯(lián)網(wǎng)接入、影視娛樂等功能。同時，結合智能手機的攝像設備、GPS及傳感器設備，可以獲取手機用戶周圍的各種實時信息，利用WiFi或3G通信網(wǎng)絡可將各種實時信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)服務中心，從而開發(fā)各種物聯(lián)網(wǎng)應用。653.1.4智能手機應用智能手機有除了通話功能外，還具有663.2無線網(wǎng)關物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關可以是一個無線網(wǎng)關，這個無線網(wǎng)關一方面起著實現(xiàn)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)無線網(wǎng)絡接入服務的作用，另一方面也可以作為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關來管理相應的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，來實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的收集及設備的控制。常見的無線網(wǎng)關包括WiFi無線網(wǎng)關、ZigBee無線網(wǎng)關、藍牙無線網(wǎng)關、移動無線網(wǎng)關和復合型無線網(wǎng)關。663.2無線網(wǎng)關物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關可以是一個無線網(wǎng)關，這個無線673.2.1WiFi無線網(wǎng)關在物聯(lián)網(wǎng)應用中，無線網(wǎng)關所具有的的主要功能為提供無線接入點功能。一般而言，無線網(wǎng)關可提供10/100/1000Mbps寬區(qū)域網(wǎng)絡功能。同時，常見的提供無線網(wǎng)接入的協(xié)議包括IEEE802.11b、802.11g、802.11a和802.11n，無線局域網(wǎng)通過網(wǎng)絡地址轉換(NetworkAddressTranslation，NAT)共享訪問功能實現(xiàn)多用戶的廣域網(wǎng)接入。無線網(wǎng)關應用不僅可提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入，還可提供廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應用服務，比如互動視頻服務、視頻電話服務、網(wǎng)絡游戲、環(huán)境監(jiān)控及相關設備控制等。673.2.1WiFi無線網(wǎng)關在物聯(lián)網(wǎng)應用中，無線網(wǎng)關所具683.2.2ZigBee無線網(wǎng)關ZigBee無線網(wǎng)關一般是指一個具有ZigBee通信接口的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，這個ZigBee通信接口使這個網(wǎng)關具有同ZigBee節(jié)點或ZigBee傳感網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的能力。如圖3-4所示，多個ZigBee設備構成一個無線自組網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡可以通過ZigBee無線網(wǎng)關控制每個家電設備。一般而言，ZigBee無線網(wǎng)關具有一個以太網(wǎng)接口標準，可以連接到局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。683.2.2ZigBee無線網(wǎng)關ZigBee無線網(wǎng)關一般69圖3-4基于Zigbee無線網(wǎng)關的物聯(lián)網(wǎng)應用69圖3-4基于Zigbee無線網(wǎng)關的物聯(lián)網(wǎng)應用703.2.3藍牙無線網(wǎng)關藍牙無線網(wǎng)關可以支持多個藍牙設備快速進行網(wǎng)絡連接并實現(xiàn)設備之間的數(shù)據(jù)交換。圖3-6是一個無線藍牙網(wǎng)關的結構示意圖，這個藍牙無線網(wǎng)關所使用的微處理器為S3C44BOX?；谒{牙無線通信技術的傳感器、家電設備和通信設備可以通過藍牙網(wǎng)關與外部進行實時通信，可實現(xiàn)相關的設備控制及環(huán)境安全遠程報警等功能。703.2.3藍牙無線網(wǎng)關藍牙無線網(wǎng)關可以支持多個藍牙設備71圖3-6藍牙無線網(wǎng)關71圖3-6藍牙無線網(wǎng)關723.2.4移動無線網(wǎng)關基于3G或4G移動網(wǎng)絡通信技術的網(wǎng)關是目前很多物聯(lián)網(wǎng)應用的重要組成部分。移動無線網(wǎng)關，除了支持實現(xiàn)廣域網(wǎng)通信接入的3G、3.5GWCDMA無線網(wǎng)絡功能外，還支持802.11a/b/g/nWiFi功能。在物聯(lián)網(wǎng)應用中，很多物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點可以通過WiFi方式與網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)傳輸，匯集到網(wǎng)關的各種數(shù)據(jù)在經(jīng)過初步處理后，經(jīng)過移動無線通信網(wǎng)絡，傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心?；谝苿訜o線網(wǎng)關的典型物聯(lián)網(wǎng)應用包括：偏遠地區(qū)安全監(jiān)控、市郊交通監(jiān)控、寬帶不發(fā)達地區(qū)金融ATM/查詢終端應用、油田監(jiān)測、電力遠程抄表、路燈監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測等。723.2.4移動無線網(wǎng)關基于3G或4G移動網(wǎng)絡通信技術的733.2.5復合型無線網(wǎng)關對于一些比較復雜的物聯(lián)網(wǎng)應用，所需要的網(wǎng)關的功能也比較復雜，比如網(wǎng)關需要管理藍牙節(jié)點和ZigBee節(jié)點等。圖3-7是一個復合型物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的結構示意圖。這個網(wǎng)關主要由高級精簡指令集機器(AdvancedRISCMachine，ARM）處理器、藍牙和ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊、3G通信模塊、存儲模塊和復位模塊等組成。733.2.5復合型無線網(wǎng)關對于一些比較復雜的物聯(lián)網(wǎng)應用，74圖3-73G/ZigBee/藍牙網(wǎng)關體系結構示意圖74圖3-73G/ZigBee/藍牙網(wǎng)關體系結構示意圖753.3家庭智能網(wǎng)關智能家居是一個重要的物聯(lián)網(wǎng)應用領域，家庭網(wǎng)關是實現(xiàn)智能家居應用的一個重要設備，它提供了大量的接口，支持藍牙、802.11a/b/g、3G/4G網(wǎng)絡及以太網(wǎng)通信。家庭智能網(wǎng)關一方面需要管理很多家電設備及傳感器節(jié)點，另一方面也對家庭的安全通信和娛樂進行管理和監(jiān)控。753.3家庭智能網(wǎng)關智能家居是一個重要的物聯(lián)網(wǎng)應用領域763.3.1家庭智能網(wǎng)關簡介家庭智能網(wǎng)關首先可以為家庭中的網(wǎng)絡信息設備提供智能寬帶接入。一方面，它可以接收來自外部網(wǎng)絡的不同的通訊信號，通過家庭網(wǎng)絡將信號發(fā)送到用戶設備，來實現(xiàn)設備的自動化和智能化控制。另一方面，家庭網(wǎng)關可以將來自家庭網(wǎng)絡的相關數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程數(shù)據(jù)服務中心。763.3.1家庭智能網(wǎng)關簡介家庭智能網(wǎng)關首先可以為家庭中77圖3-10智能家庭網(wǎng)關應用77圖3-10智能家庭網(wǎng)關應用783.3.2家庭智能網(wǎng)關分類根據(jù)網(wǎng)絡通信物理介質的不同，可以將家庭智能網(wǎng)關分為基于ADSL的家庭智能網(wǎng)關、基于機頂盒的家庭智能網(wǎng)關和基于電力線通信（PowerLineCommunication，PLC）的家庭智能網(wǎng)關。這里主要對PLC家庭智能網(wǎng)關和機頂盒家庭智能網(wǎng)關進行簡要介紹。783.3.2家庭智能網(wǎng)關分類根據(jù)網(wǎng)絡通信物理介質的不同，79圖3-11PLC家庭智能網(wǎng)關系統(tǒng)結構圖79圖3-11PLC家庭智能網(wǎng)關系統(tǒng)結構圖80圖3-12當前家庭信息孤島網(wǎng)絡80圖3-12當前家庭信息孤島網(wǎng)絡81圖3-13基于機頂盒的智能家庭網(wǎng)關架構示意圖

81圖3-13基于機頂盒的智能家庭網(wǎng)關架構示意圖82圖3-14家庭物聯(lián)網(wǎng)應用服務系統(tǒng)82圖3-14家庭物聯(lián)網(wǎng)應用服務系統(tǒng)833.3.3家庭智能網(wǎng)關應用智能家庭網(wǎng)關通過各種高速通信接口將家庭安全報警、家庭照明控制、家用網(wǎng)絡設備、居室視頻對講、網(wǎng)絡安全監(jiān)控、家庭網(wǎng)絡音樂設施、移動電話、網(wǎng)絡電視、電腦和各種信息通信終端連接到家庭智能網(wǎng)關，通過局域網(wǎng)絡或廣域網(wǎng)連接到物業(yè)管理服務中心。通過家庭智能網(wǎng)關所建立的智能家居實時信息服務系統(tǒng)，用戶可以遠程控制來獲取信息服務或對家庭實施管理。833.3.3家庭智能網(wǎng)關應用智能家庭網(wǎng)關通過各種高速通信843.4工業(yè)通信網(wǎng)關應用物聯(lián)網(wǎng)技術可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)的升級改造，并為工業(yè)的節(jié)能減排打下堅實的基礎，工業(yè)網(wǎng)關是物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)應用的一個極其重要的組成部分。工業(yè)通信網(wǎng)關可以實現(xiàn)工業(yè)生產網(wǎng)絡通信及網(wǎng)絡控制環(huán)境下各種網(wǎng)絡協(xié)議消息的轉換。843.4工業(yè)通信網(wǎng)關應用物聯(lián)網(wǎng)技術可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)的升853.5RFID讀寫器有很多RFID讀寫器可以作為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關來使用。在很多物聯(lián)網(wǎng)應用中，RFID讀寫器是一個重要的設備，對于不同的物聯(lián)網(wǎng)應用，RFID讀寫器的功能有所差異。一般而言，作為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的RFID讀寫器除了具有收集及傳輸RFID相關數(shù)據(jù)的功能外，其還具有管理藍牙、ZigBee及儀表等物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的能力，從這些節(jié)點上收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心。853.5RFID讀寫器有很多RFID讀寫器可以作為物聯(lián)網(wǎng)863.6M2M網(wǎng)關實現(xiàn)M2M通信的網(wǎng)關被稱為M2M網(wǎng)關，它是物聯(lián)網(wǎng)應用的一個重要設備。在各種物聯(lián)網(wǎng)應用中，M2M網(wǎng)關從與之相關的機器設備中獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程數(shù)據(jù)服務中心，還可以接收來自數(shù)據(jù)服務中心的命令，實現(xiàn)對設備的遠程控制和操作。863.6M2M網(wǎng)關實現(xiàn)M2M通信的網(wǎng)關被稱為M2M網(wǎng)關，873.7小結物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是物聯(lián)網(wǎng)應用中極其重要的設備，對于不同的物聯(lián)網(wǎng)應用，所需要的網(wǎng)關設備的硬件及軟件功能也有著差別。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的基本功能是實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集和傳輸，并能夠接收來自數(shù)據(jù)服務中心的指令?？梢宰鳛槲锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)關的硬件設備包括一些現(xiàn)有的設備，比如智能手機、無線網(wǎng)關、家庭智能網(wǎng)關、工業(yè)通信網(wǎng)關、RFID讀寫器和M2M網(wǎng)關等。當然，針對特殊的物聯(lián)網(wǎng)應用，也可以通過研發(fā)特殊的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關來完成。873.7小結物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是物聯(lián)網(wǎng)應用中極其重要的設備，對于8888物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐第四章：物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡8888物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐8989前言物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡完成網(wǎng)關與數(shù)據(jù)服務中心之間的數(shù)據(jù)傳送。傳輸網(wǎng)絡包括局域傳輸網(wǎng)絡和廣域傳輸網(wǎng)絡。局域傳輸網(wǎng)絡包括有線局域網(wǎng)（IEEE802.3以太網(wǎng)）和無線傳輸網(wǎng)（WiMax\802.11、ZigBee)。廣域傳輸網(wǎng)絡包括廣電網(wǎng)、電信網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)。大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡的骨干為互聯(lián)網(wǎng)。8989前言物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡完成網(wǎng)關與數(shù)據(jù)服務中心之間的數(shù)據(jù)傳904.1WiFi網(wǎng)絡WiFi是一種無線局域網(wǎng)通信技術。使用WiFi進行局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)通信的常見設備包括筆記本電腦、平板電腦、智能手機等。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用在各個領域的展開，很多物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關或物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點也采用WiFi技術進行通信。IEEE802.11是與WiFi技術及產品相關的無線局域網(wǎng)通信技術標準。因為二者密切相關，有時候802.11和WiFi概念也被交叉使用。904.1WiFi網(wǎng)絡WiFi是一種無線局域網(wǎng)通信技術。使914.1.1WiFi網(wǎng)絡簡介作為全球公認的局域網(wǎng)通信標準制定組織，過去20多年，IEEE802工作組在局域網(wǎng)領域建立了很多通信標準或協(xié)議，這包括802.3以太網(wǎng)協(xié)議、802.5令牌環(huán)協(xié)議，802.3z100BaseT快速以太網(wǎng)協(xié)議等。1997年，經(jīng)過7年的大量工作后，IEEE802.11無線局域網(wǎng)通信標準得以正式發(fā)布。1999年9月，IEEE繼續(xù)推出了802.11b物理層高速率通信協(xié)議，用于補充802.11協(xié)議物理層通信速率的不足。之前，802.11協(xié)議只有1Mbps和2Mbps兩個通信速率。914.1.1WiFi網(wǎng)絡簡介作為全球公認的局域網(wǎng)通信標準92圖4-1WiFi自組網(wǎng)絡（AdHoc）92圖4-1WiFi自組網(wǎng)絡（AdHoc）93圖4-2基礎架構網(wǎng)絡(Infrastructure)93圖4-2基礎架構網(wǎng)絡(Infrastructure)94圖4-3WiFi多AP模式通信網(wǎng)絡94圖4-3WiFi多AP模式通信網(wǎng)絡95圖4-4WiFi無線網(wǎng)橋模式通信網(wǎng)絡95圖4-4WiFi無線網(wǎng)橋模式通信網(wǎng)絡964.1.2WiFi網(wǎng)絡分類依照傳輸速率的不同，802.11無線局域網(wǎng)可分為傳統(tǒng)802.11網(wǎng)絡、802.11b網(wǎng)絡、802.11g網(wǎng)絡、802.11a網(wǎng)絡和802.11n網(wǎng)絡。964.1.2WiFi網(wǎng)絡分類依照傳輸速率的不同，802.974.1.3WiFi網(wǎng)絡應用在全世界，WiFi所使用的2.4GHz頻帶不需要許可證就可以使用，這使得使用WiFi的設備在整個世界范圍內都可以使用，使得人們在任何時間任何地點都可以享受成本非常低的無線高數(shù)據(jù)帶寬服務?，F(xiàn)在，我國的WiFi無線網(wǎng)絡覆蓋的范圍也越來越廣泛，安裝WiFi無線通信網(wǎng)絡的地方包括高檔酒店、豪華住宅、機場和咖啡店等。由于安裝及使用WiFi無線通信網(wǎng)絡成本很低，同時WiFi網(wǎng)絡可為人們帶來很大的方便，因而出現(xiàn)了越來越多的無線校園和無線城市。同時，很多基于WiFi網(wǎng)絡的應用也快速興起。974.1.3WiFi網(wǎng)絡應用在全世界，WiFi所使用的298圖4-5無線校園網(wǎng)98圖4-5無線校園網(wǎng)99圖4-6無線城市網(wǎng)絡及應用99圖4-6無線城市網(wǎng)絡及應用100圖4-7基于WiFi的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)組成100圖4-7基于WiFi的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)組成1014.2移動通信網(wǎng)絡隨著移動通信技術的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)應用在各個領域的進一步深入，由于許多實施物聯(lián)網(wǎng)應用的領域沒有建設傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡，這使得移動通信網(wǎng)絡在物聯(lián)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)傳輸方面起到了極其重要的作用。移動通信是指至少有一個或兩個通信物體在移動并進行信息的傳輸和交換。移動通信包括移動的人之間的通信、移動的車輛間的通信、移動船舶之間的通信、飛機和其他移動體之間的通信等。移動通信所使用的頻帶包括低頻、高頻、中頻、VHF和UHF頻段等。移動通信系統(tǒng)一般包括移動站、固定基站、移動交換局域網(wǎng)和通信個體組成。1014.2移動通信網(wǎng)絡隨著移動通信技術的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)應102圖4-8移動通信技術發(fā)展102圖4-8移動通信技術發(fā)展1034.2.2移動通信網(wǎng)絡分類1034.2.2移動通信網(wǎng)絡分類1044.2.3移動通信網(wǎng)絡應用隨著移動技術的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)應用的進一步深入，移動通信除了提供語音電話服務外，其還提供其它很多服務；這包括物聯(lián)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)傳輸、移動辦公、移動醫(yī)療及急救、移動商務、工作生活和娛樂、可視通信和救災應用等1044.2.3移動通信網(wǎng)絡應用隨著移動技術的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)105圖4-11新型Colorimetrixapp移動醫(yī)療應用105圖4-11新型Colorimetrixapp移動醫(yī)106圖4-14救災現(xiàn)場應急移動通信網(wǎng)絡搭建106圖4-14救災現(xiàn)場應急移動通信網(wǎng)絡搭建1074.3互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)在人類信息化歷史上起了非常重要的作用。目前，隨著物聯(lián)網(wǎng)在各個領域的應用，互聯(lián)網(wǎng)對于物聯(lián)網(wǎng)實時信息的傳輸及物聯(lián)網(wǎng)服務的提供起著越來越重要的作用。一般而言，互聯(lián)網(wǎng)是對廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)等基于交換機和路由器的網(wǎng)絡的總稱，它是按照一定的通訊協(xié)議組成的國際計算機網(wǎng)絡。使用互聯(lián)網(wǎng)，無論距離的遠近，都可以實現(xiàn)一臺計算機與另外一臺或多臺計算機之間的通信，也可以實現(xiàn)計算機同專門服務器（Web服務器、FTP服務器、電子郵件服務器等）的通信。人們可以和千里之外的朋友發(fā)送消息給對方，不但能幫助完成工作，而且還可以使人們共同娛樂。1074.3互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)在人類信息化歷史上起了非常重要的108圖4-15從主機為中心到以網(wǎng)絡為中心

108圖4-15從主機為中心到以網(wǎng)絡為中心109圖4-16基于ISP的互聯(lián)網(wǎng)架構109圖4-16基于ISP的互聯(lián)網(wǎng)架構110圖4-17基于ISP的互聯(lián)網(wǎng)的層次結構110圖4-17基于ISP的互聯(lián)網(wǎng)的層次結構1114.3.2互聯(lián)網(wǎng)的組成分類對于當前的互聯(lián)網(wǎng)，它是現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡的組合體，它包括局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）、城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork，MAN)和廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork，WAN)。1114.3.2互聯(lián)網(wǎng)的組成分類對于當前的互聯(lián)網(wǎng)，它是現(xiàn)有112圖4-19星形結構局域網(wǎng)112圖4-19星形結構局域網(wǎng)113圖4-20樹形結構局域網(wǎng)113圖4-20樹形結構局域網(wǎng)114圖4-21城域網(wǎng)的層次結構114圖4-21城域網(wǎng)的層次結構115圖4-22相距較遠的局域網(wǎng)通過路由器與廣域網(wǎng)相連115圖4-22相距較遠的局域網(wǎng)通過路由器與廣域網(wǎng)相連1164.3.3互聯(lián)網(wǎng)應用目前，隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的深入，互聯(lián)網(wǎng)大量被用來傳輸物聯(lián)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)。當然，互聯(lián)網(wǎng)還有很多傳統(tǒng)的應用，這包括電子商務、網(wǎng)絡電視服務、實時語音、視頻通信、網(wǎng)絡游戲、網(wǎng)絡遠程教育和寬帶電影等。1164.3.3互聯(lián)網(wǎng)應用目前，隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的深入，互聯(lián)1174.4電信網(wǎng)電信網(wǎng)絡是一個可以使得一個或多個用戶之間進行語音或視頻通信的網(wǎng)絡，它一般由多個電信系統(tǒng)相互連接而成。電信網(wǎng)是人們實現(xiàn)遠程通信的極其重要的基礎設施，通過有線線路、無線遠程通信、光纖或其它電磁系統(tǒng)，可實現(xiàn)語音、視頻及其它數(shù)字數(shù)據(jù)的遠程或近程傳輸、接收和發(fā)送。隨著電信網(wǎng)升級改造的推進，電信網(wǎng)也越來越多的從事基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務。這將使電信網(wǎng)成為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡的一個重要組成部分。1174.4電信網(wǎng)電信網(wǎng)絡是一個可以使得一個或多個用戶之間1184.4.1電信網(wǎng)簡介在我國，電信網(wǎng)是指由原來的郵電部所支持建設并進行管理的網(wǎng)絡，這些網(wǎng)絡包括傳統(tǒng)的公共電話交換網(wǎng)（PublicSwitchedTelecommunicationNetwork，PSTN）、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DigitalDataNetwork，DDN）、幀中繼網(wǎng)絡（FrameRelay，F(xiàn)R）和異步傳輸模式（AsynchronousTransferMode，ATM）網(wǎng)等。一般而言，電信網(wǎng)的硬件骨架由通信終端設備、傳輸設備和交換設備組成。要實現(xiàn)電信網(wǎng)的正常運行和管理，還需要信令系統(tǒng)、通信協(xié)議和相應的操作系統(tǒng)來輔助工作。1184.4.1電信網(wǎng)簡介在我國，電信網(wǎng)是指由原來的郵電部1194.4.2電信網(wǎng)分類電信產業(yè)有很長的發(fā)展歷史，而且涉及領域廣泛，這導致電信網(wǎng)有很多分類方法。一般來說，按電信行業(yè)所提供業(yè)務的不同，可將當前的電信網(wǎng)分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)及圖像通信網(wǎng)等。另一個方面，按照服務區(qū)域范圍的大小，可將電信網(wǎng)分為本地電信網(wǎng)、長途電信網(wǎng)和國際電信網(wǎng)等。當然，還可以繼續(xù)按照傳輸媒介種類、信息交換方式、電信網(wǎng)結構形式、信息信號形式及信息傳遞方式的不同，來對電信網(wǎng)進行不同的分類。1194.4.2電信網(wǎng)分類電信產業(yè)有很長的發(fā)展歷史，而且涉1204.4.3電信網(wǎng)應用隨著物聯(lián)網(wǎng)應用在各個領域進一步的深入發(fā)展，對電信網(wǎng)信息化服務多樣性的需求也越來越強烈。在新的電信產業(yè)大發(fā)展的背景下，電信運營商原來的帶寬出租和語音服務為主的業(yè)務已經(jīng)不能滿足未來的客戶需求和市場競爭。隨著全球信息技術程度的提高，電信運營商需要推出一系列新業(yè)務，即面向一般消費者的娛樂游戲業(yè)務和面向企業(yè)用戶的網(wǎng)絡化和信息化服務業(yè)務。隨著電信網(wǎng)絡和信息化新技術的發(fā)展，一些新的電信服務，如IPTV、移動電視、VoIP的發(fā)展將進入一個黃金時期。1204.4.3電信網(wǎng)應用隨著物聯(lián)網(wǎng)應用在各個領域進一步1214.5廣播電視網(wǎng)廣播電視網(wǎng)一般是指通過無線電波或有線媒介向特定地區(qū)廣播音頻和圖像節(jié)目軟硬件系統(tǒng)的總稱。聲音廣播一般只廣播的聲音信息，而電視廣播可同時傳輸圖像和聲音信息。有線電視網(wǎng)是廣播電視網(wǎng)重要的組成部分，它一般由有線電視網(wǎng)絡公司負責運營，通過混合光纖同軸電纜網(wǎng)（HybridFiberCoaxial，HFC）網(wǎng)絡為用戶提供電視和上網(wǎng)寬帶服務。1214.5廣播電視網(wǎng)廣播電視網(wǎng)一般是指通過無線電波或有線1224.5.1廣播電視網(wǎng)簡介一個現(xiàn)代有線電視網(wǎng)絡及其所提供的服務如圖4-23所示，該系統(tǒng)主要由光線信號發(fā)送器、線纜調制解調器終端系統(tǒng)、交換機、路由器和用戶分配網(wǎng)等組成。有線電視網(wǎng)一般通過CableModem來提供寬帶連接電腦的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸服務，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達到38Mbps。1224.5.1廣播電視網(wǎng)簡介一個現(xiàn)代有線電視網(wǎng)絡及其所提123圖4-23現(xiàn)代有線電視網(wǎng)123圖4-23現(xiàn)代有線電視網(wǎng)124圖4-24以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡124圖4-24以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡1254.5.2廣播電視網(wǎng)分類這里討論的廣播電視網(wǎng)主要指有線電視網(wǎng)。有線電視網(wǎng)按帶寬、使用器材、傳輸手段和結構類型等的不同可分成不同的種類。這里主要討論有線電視網(wǎng)（CommunityAntennaTelevision，CATV）、HFC和下一代廣播電視網(wǎng)（NextGenerationBroadcastingNetwork，NGB）有線電視網(wǎng)絡。1254.5.2廣播電視網(wǎng)分類這里討論的廣播電視網(wǎng)主要指1264.5.3三網(wǎng)融合物聯(lián)網(wǎng)應用在我國各個生產和社會生活領域日益受到重視，這使得人們對高性能物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡的需求變得越來越迫切，這也間接地促進了三網(wǎng)融合的發(fā)展。三網(wǎng)融合是指電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)在分別進行改造后，所使用的網(wǎng)絡通信技術將會接近一致，這一方面可以使彼此網(wǎng)絡之間可以互聯(lián)互通，也可以提供相似的各種信息化服務業(yè)務,包括語音、數(shù)據(jù)和廣播等各種服務。這就是說，三網(wǎng)融合并不意味著三大網(wǎng)絡的物理的融合，而主要是指高層業(yè)務應用集成的融合。1264.5.3三網(wǎng)融合物聯(lián)網(wǎng)應用在我國各個生產和社會生活1274.6小結物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡的主要作用是將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心。常見的傳輸網(wǎng)絡包括WiFi網(wǎng)絡、移動通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)。本章較詳細地介紹了這些網(wǎng)絡的發(fā)展狀況及其相關應用。1274.6小結物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡的主要作用是將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的實128128物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐第五章：物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心128128物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐129129前言一般情況下，對于較大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)應用，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)服務的數(shù)據(jù)中心類似。組成物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心的硬件設備包括計算機、服務器、網(wǎng)絡設備和存儲設備等。數(shù)據(jù)服務中心負責存儲來自一個或多個網(wǎng)關的實時數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理、顯示及智能決策。有關人員及部門可通過各種手段（微信、短信、語音、電子郵件及瀏覽器等）隨時隨地從數(shù)據(jù)服務中心獲得有用信息。數(shù)據(jù)服務中心還向網(wǎng)關發(fā)出各種指令來管理整個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡。在物聯(lián)網(wǎng)應用中，數(shù)據(jù)服務中心面臨著存儲、分析處理海量數(shù)據(jù)及做出智能決策的巨大任務。129129前言一般情況下，對于較大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)應用，物聯(lián)網(wǎng)1305.1數(shù)據(jù)服務中心種類根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)模的不同，數(shù)據(jù)服務中心可以分為網(wǎng)關服務器融合型數(shù)據(jù)服務中心、局域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心、廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心和多級數(shù)據(jù)服務中心。1305.1數(shù)據(jù)服務中心種類根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)模的不同，數(shù)據(jù)1315.1.1網(wǎng)關服務器融合型數(shù)據(jù)服務中心

對于簡單的物聯(lián)網(wǎng)應用，比如智能家居（圖5-1），數(shù)據(jù)的收集、處理及安全設備的控制都是通過家庭網(wǎng)關來進行的。家庭網(wǎng)關集成了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心的數(shù)據(jù)處理、存儲、交換和管理功能。在本書中，我們將家庭網(wǎng)關定義為網(wǎng)關服務器融合型數(shù)據(jù)服務中心。1315.1.1網(wǎng)關服務器融合型數(shù)據(jù)服務中心對于簡單的物132圖5-1智能家居網(wǎng)關服務器融合型數(shù)據(jù)服務中心132圖5-1智能家居網(wǎng)關服務器融合型數(shù)據(jù)服務中心1335.1.2局域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心對于一些企事業(yè)所建立的較大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應用，需要處理大量的物聯(lián)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，一般需要建立基于局域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心來進行數(shù)據(jù)處理并提供各種物聯(lián)網(wǎng)信息服務。如圖5-2所示，基于局域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心一般包括中心路由器、交換機、接入交換機和服務器群。數(shù)據(jù)服務中心實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應用實時信息的聚合，實現(xiàn)各種物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的無縫接人和集成，并提供一個可以滿足實現(xiàn)各種物聯(lián)網(wǎng)應用服務的集成化環(huán)境。1335.1.2局域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心對于一些企事業(yè)所建立的134圖5-2基于局域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心

134圖5-2基于局域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心1355.1.3廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心對于較大范圍的物聯(lián)網(wǎng)應用，其所設計的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心為廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心。如圖5-3所示，分部在大范圍內的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關通過廣域網(wǎng)將實時數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)服務中心。數(shù)據(jù)中心的各種數(shù)據(jù)和服務可以提供給分支機構數(shù)據(jù)用戶和移動數(shù)據(jù)用戶。1355.1.3廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心對于較大范圍的物聯(lián)網(wǎng)應用136圖5-3物聯(lián)網(wǎng)廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心136圖5-3物聯(lián)網(wǎng)廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心1375.1.4多級數(shù)據(jù)服務中心對于很多大規(guī)模大范圍的物聯(lián)網(wǎng)應用，比如全國河流水資源污染實時監(jiān)控應用系統(tǒng)，可建立多級別數(shù)據(jù)服務中心來保障物聯(lián)網(wǎng)實時信息服務的高效穩(wěn)定運行。如圖5-4所示，不同級別的數(shù)據(jù)中心之間通過互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡或電信網(wǎng)連接起來。對于多級物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心，可實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的集中與分布式的標準化管理。1375.1.4多級數(shù)據(jù)服務中心對于很多大規(guī)模大范圍的物聯(lián)138圖5-4物聯(lián)網(wǎng)應用多級別數(shù)據(jù)服務中心138圖5-4物聯(lián)網(wǎng)應用多級別數(shù)據(jù)服務中心139圖5-5空氣質量實時監(jiān)控多級別數(shù)據(jù)服務中心139圖5-5空氣質量實時監(jiān)控多級別數(shù)據(jù)服務中心1405.2數(shù)據(jù)服務中心實時數(shù)據(jù)接收及處理

對于數(shù)據(jù)服務中心而言，其要實時接收來自不同網(wǎng)關的各種數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫，一般包括單網(wǎng)關數(shù)據(jù)接收及處理、多網(wǎng)關數(shù)據(jù)接收及處理和多級服務器數(shù)據(jù)接收及處理。1405.2數(shù)據(jù)服務中心實時數(shù)據(jù)接收及處理對于數(shù)據(jù)服務中1415.2.1單網(wǎng)關數(shù)據(jù)接收及處理一些簡單或局部的物聯(lián)網(wǎng)應用所涉及的數(shù)據(jù)服務中心較簡單，一種情況是將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關和數(shù)據(jù)服務中心融合為一體。如圖5-6所示，對于網(wǎng)關數(shù)據(jù)中心融合型的物聯(lián)網(wǎng)應用，網(wǎng)關本身同時要完成數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示及設備控制的任務，形成簡單的物聯(lián)網(wǎng)應用，比如智能家居系統(tǒng)。1415.2.1單網(wǎng)關數(shù)據(jù)接收及處理一些簡單或局部的物聯(lián)142圖5-6網(wǎng)關數(shù)據(jù)中心融合型智能家居拓撲圖142圖5-6網(wǎng)關數(shù)據(jù)中心融合型智能家居拓撲圖1435.2.2多網(wǎng)關數(shù)據(jù)接收及處理多數(shù)情況下，在常見的較大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)應用中，數(shù)據(jù)服務中心需要接受來自多個數(shù)據(jù)網(wǎng)關的數(shù)據(jù)。在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應用中，每一個網(wǎng)關管理一個監(jiān)控區(qū)域的的各種監(jiān)控節(jié)點，負責該區(qū)域數(shù)據(jù)的收集、傳輸和設備的控制。同時，多個網(wǎng)關向同一個數(shù)據(jù)服務中心發(fā)送數(shù)據(jù)。如圖5-8所示，利用物聯(lián)網(wǎng)技術對葡萄園進行監(jiān)控，在較大范圍內布置多個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，每一個網(wǎng)關管理多種傳感器節(jié)點，組建無線傳感網(wǎng)，采集環(huán)境參數(shù)；然后物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，通過3G通信技術將葡萄園實時數(shù)據(jù)傳輸至遠程數(shù)據(jù)服務中心。1435.2.2多網(wǎng)關數(shù)據(jù)接收及處理多數(shù)情況下，在常見的較144圖5-8多網(wǎng)關數(shù)據(jù)收集和處理物聯(lián)網(wǎng)應用144圖5-8多網(wǎng)關數(shù)據(jù)收集和處理物聯(lián)網(wǎng)應用1455.2.3多級服務器數(shù)據(jù)接收及處理如圖5-9所示，在多級別物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務主中心體系中，最高級別的數(shù)據(jù)服務中心可以成為主中心，而其它較低級別的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心可成為分中心。主中心和分中心之間通過互聯(lián)網(wǎng)或專用網(wǎng)連接,按照要求，分中心不斷將自己的數(shù)據(jù)發(fā)送到主中心或上一個級別的分中心。在主中心和分中心中，所使用的主要硬件設備及相關軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)交換服務器、實時數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和交互分析系統(tǒng)等。1455.2.3多級服務器數(shù)據(jù)接收及處理如圖5-9所示，在146圖5-9多級數(shù)據(jù)服務中心數(shù)據(jù)收集和處理146圖5-9多級數(shù)據(jù)服務中心數(shù)據(jù)收集和處理1475.3數(shù)據(jù)服務中心信息化服務物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心對海量的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行存儲、智能化處理，來形成各種有價值的物聯(lián)網(wǎng)信息化服務，以達到服務于經(jīng)濟和社會發(fā)展的目的。典型的物聯(lián)網(wǎng)信息化服務包括實時監(jiān)測服務、定位跟蹤服務、報警聯(lián)動服務、自動化處理服務、反向控制服務、遠程維護服務、統(tǒng)計決策服務和信息安全服務等。1475.3數(shù)據(jù)服務中心信息化服務物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心對海量1485.4小結物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心是物聯(lián)網(wǎng)應用中最重要的組成部分。海量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲及智能化數(shù)據(jù)處理，基本上都是由物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心來完成的。本章首先介紹了常見的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心種類，它包括網(wǎng)關服務器融合型數(shù)據(jù)服務中心、局域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心、廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心和多級數(shù)據(jù)服務中心。接著介紹了數(shù)據(jù)服務中心所涉及的實時數(shù)據(jù)接收及處理。最后，簡單介紹了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心可以提供的實時信息化服務。1485.4小結物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務中心是物聯(lián)網(wǎng)應用中最重要的組149149物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐第六章：RFID信息系統(tǒng)設計149149物聯(lián)網(wǎng)工程與實踐150150前言隨著RFID技術的發(fā)展和RFID應用系統(tǒng)的推廣，RFID設備在各方面的性能得到了快速的提高。同時，RFID設備的成本也逐漸下降。可以預見，隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的更加深入，RFID技術在未來將得到更加廣泛的跨區(qū)域和跨行業(yè)的應用。目前，主要的RFID應用分為四種類型。第一，簡單RFID射頻技術應用，比如門禁管理。第二，涉及復雜通信網(wǎng)絡的RFID應用，比如公共運輸和物流跟蹤及管理。第三，智能家居型RFID應用，比如智慧冰箱和智慧廚房。第四，其它各種具有創(chuàng)意的RFID應用，比如多媒體旅游向導和智慧問答等。150150前言隨著RFID技術的發(fā)展和RFID應用系統(tǒng)的推1516.1RFID信息系統(tǒng)簡介如圖6-1所示，RFID信息系統(tǒng)包括主機、讀寫器、天線、無線射頻（頻譜）和標簽。當標簽進入磁場后，接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息。讀寫器收到信息并解碼后，送至主機進行有關數(shù)據(jù)處理，這包括將處理后的RFID標簽數(shù)據(jù)發(fā)送給一些大型的RFID應用系統(tǒng)1516.1RFID信息系統(tǒng)簡介如圖6-1所示，RFID信152圖6-1RFID信息系統(tǒng)組成152圖6-1RFID信息系統(tǒng)組成1536.1.1RFID信息系統(tǒng)背景RFID信息化管理系統(tǒng)的應用有較長的歷史。2003年6月，在零售貿易展中，沃爾瑪當時的信息主管（ChiefInformationOfficer，CIO）LindaDillman對聽眾說，沃爾瑪將要求供應商必須在2004年，在他們的商品中粘貼有RFID標簽,而且，2006年之前，所有的供應商必須都這樣做。2010世博會在上海舉行時，展覽會的組織者在很多方面使用了大量的RFID射頻技術，建設了一個高效的實時管理信息服務系統(tǒng)。這個系統(tǒng)不但對大量的展會組織者、參展商、參觀者、志愿者等各種各樣的人進行了安全有效的管理，該系統(tǒng)還提供了交通管理、信息查詢、票證防偽等快捷有效的信息化服務。1536.1.1RFID信息系統(tǒng)背景RFID信息化管理系統(tǒng)1546.1.2RFID信息系統(tǒng)功能近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術在各個領域的應用，人們對于物體的定位、跟蹤及溯源變得越來越感興趣?；赗FID射頻識別技術的定位和跟蹤管理信息化系統(tǒng)的建設，也越來越引起人們的重視。同時，這些系統(tǒng)在經(jīng)濟、社會生產及生活的各個方面也起到了積極的推動作用。RFID信息系統(tǒng)的功能包括固定場所人員定位跟蹤管理、資產定位跟蹤管理和倉庫管理。1546.1.2RFID信息系統(tǒng)功能近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術1556.1.3RFID信息系統(tǒng)分類根據(jù)RFID技術應用規(guī)模的大小和數(shù)據(jù)服務中心的復雜程度，可以將RFID信息系統(tǒng)分為簡單的RFID信息系統(tǒng)、大型RFID信息系統(tǒng)和復雜RFID信息系統(tǒng)。1556.1.3RFID信息系統(tǒng)分類根據(jù)RFID技術應用規(guī)156圖6-2基于RFID的門禁系統(tǒng)156圖6-2基于RFID的門禁系統(tǒng)157圖6-3RFID倉儲管理系統(tǒng)拓撲圖157圖6-3RFID倉儲管理系統(tǒng)拓撲圖158圖6-5基于RFID技術的食品安全追溯監(jiān)控平臺158圖6-5基于RFID技術的食品安全追溯監(jiān)控平臺1596.2RFID標簽選取與設計對于不同的RFID信息系統(tǒng)應用，使用的RFID標簽的種類和功能各不相同。為了充分發(fā)揮RFID信息系統(tǒng)的功能及保障信息系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，可選取或設計不同的RFID標簽。1596.2RFID標簽選取與設計對于不同的RFID信息系1606.2.1RFID標簽選取首先，在購買超高頻標簽時，必須了解UHFRFID標簽的重要參數(shù)，比如標簽的大小、所使用頻率、存儲空間、封裝材料、讀寫距離及應用范圍等。第二，在選擇電子標簽時，用戶不要盲目追求低價格的產品，要選用最適合完成高性能項目的電子標簽。第三，RFID項目的建設及管理人員，應該注意RFID技術不是萬能的，在使用RFID技術的同時，必須結合管理流程的改造，才能真正取得實效。因此，在購買電子標簽時，用戶必須多多咨詢RFID信息系統(tǒng)集成商。1606.2.1RFID標簽選取首先，在購買超高頻標簽時，1616.2.2RFID標簽設計一般而言，RFID標簽的主要組成部分包括微處理器、無線收發(fā)單元和電源單元。RFID標簽的設計主要包括芯片設計、天線設計、標簽的封裝設計等。設計RFID芯片時需要注意芯片的功耗設計、標簽芯片的存儲設計、防碰撞算法設計、電路技術設計和芯片安全技術設計等。RFID標簽天線的設計對于生產高性能的電子標簽是很重要的。設計電子標簽時，還要注意天線的結構優(yōu)化技術、多標簽天線優(yōu)化分配技術、智能波束掃描天線陣列技術等。1616.2.2RFID標簽設計一般而言，RFID標簽的主1626.3RFID讀寫器的選取與設計對于不同的RFID信息系統(tǒng)，其要實現(xiàn)不同的物體識別和跟蹤功能，對所使用的RFID讀寫器的功能要求也有所區(qū)別。根據(jù)不同的RFID應用，需要選取或設計不同的RFID讀寫器。1626.3RFID讀寫器的選取與設計對于不同的RFID信1636.3.1RFID讀寫器選取RFID讀寫器作為RFID應用系統(tǒng)的重要組成部分，針對不同的項目，選擇合適的RFID讀寫器，將對于項目的順利實施和降低成本起著積極的作用。在選取RFID讀寫器時，還應該根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應用的不同，進行合適的外觀設計。對于數(shù)據(jù)處理量不大的RFID應用，由于應用環(huán)境相對簡單，可以選擇外觀較小的RFID讀寫器。1636.3.1RFID讀寫器選取RFID讀寫器作為RFI1646.3.2RFID讀寫器設計這里我們簡單介紹一種新型RFID讀寫器的設計過程，其包括讀寫器硬件結構設計、主控模塊設計、收發(fā)模塊設計；讀寫器系統(tǒng)軟件設計；防碰撞程序和讀寫器接口設計。1646.3.2RFID讀寫器設計這里我們簡單介紹一種新型165圖6-8RFID讀寫器硬件系統(tǒng)結構框圖165圖6-8RFID讀寫器硬件系統(tǒng)結構框圖166圖6-12讀寫器接口設計166圖6-12讀寫器接口設計1676.4RFID數(shù)據(jù)的收集及發(fā)送針對不同的RFID信息系統(tǒng)，RFID標簽數(shù)據(jù)的收集和發(fā)送的具體情況也各不相同，下面從簡單的RFID信息系統(tǒng)和復雜RFID信息系統(tǒng)兩個方面來介紹應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集及發(fā)送。1676.4RFID數(shù)據(jù)的收集及發(fā)送針對不同的RFID信息1686.4.1簡單信息系統(tǒng)的RFID數(shù)據(jù)收集及發(fā)送典型的RFID系統(tǒng)主要由讀寫器、電子標簽、中間件和應用系統(tǒng)軟件組成，簡單的RFID系統(tǒng)涉及一個或多個RFID讀寫器，多個讀寫器通過局域網(wǎng)或RS-232/485串口和一臺主機進行數(shù)據(jù)交換。RFID數(shù)據(jù)的交換包括收集、傳輸及處理。這里以汽車衡自動計量系統(tǒng)來描述簡單RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集及發(fā)送過程。如圖6-13所示，稱重系統(tǒng)和遠程RFID自動識別技術結合起來可以實現(xiàn)車輛無卸貨自動稱重。1686.4.1簡單信息系統(tǒng)的RFID數(shù)據(jù)收集及發(fā)送典型的169圖6-13基于RFID技術的車輛智能稱重管理系統(tǒng)169圖6-13基于RFID技術的車輛智能稱重管理系統(tǒng)1706.4.2復雜RFID數(shù)據(jù)收集和發(fā)送如圖6-14所示，復雜的