物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用-基于人工智能經(jīng)典案例【教案】 第2章 物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)

1、封面《物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用》教案課程名稱：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用總學(xué)時(shí)／周學(xué)時(shí)：48/4開課時(shí)間：第1周至第12周授課年級(jí)、班級(jí)：信息工程2025級(jí)使用教材：物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用授課教師：2、教案扉頁課程要求（在培養(yǎng)方案中的地位、開課學(xué)期，先修、后續(xù)課程）《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》是信息工程、自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課，在專業(yè)課程體系中占有重要地位。開課學(xué)期：先修課程/后修課程：電路原理、嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)課程目標(biāo)1：掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的基本知識(shí)和分析設(shè)計(jì)方法。課程目標(biāo)2：掌握物聯(lián)網(wǎng)基本協(xié)議，如：Zigbee協(xié)議。課程目標(biāo)3：掌握物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵支撐技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)和基于傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。課程目標(biāo)4：能夠針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)特定功能及技術(shù)指標(biāo)需求，完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)子系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)5：掌握一些經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用算法，了解物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的經(jīng)典應(yīng)用。課程目標(biāo)6：能夠自主設(shè)計(jì)智能算法，使其勝任智能交通、環(huán)境保護(hù)、智能家居等不同領(lǐng)域中的工作。課程目標(biāo)7：能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟、硬件、網(wǎng)絡(luò)算法、工程軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。課程目標(biāo)8：能夠處理物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，考慮不同環(huán)境的需求，綜合設(shè)計(jì)解決方案。教學(xué)方法講授、討論+實(shí)驗(yàn)課程性質(zhì)（創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力培養(yǎng)）本課程將物聯(lián)網(wǎng)理論研究和工程實(shí)踐相結(jié)合，按照“物體信息感知、感知信息傳輸、感知信息處理服務(wù)及應(yīng)用”的教學(xué)路線展開，涵蓋物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要內(nèi)容和最新技術(shù)。主要教學(xué)內(nèi)容涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機(jī)制設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與協(xié)議架構(gòu)研究、近場(chǎng)無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用研究、物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)、信息處理與服務(wù)管理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)與管理等，引導(dǎo)學(xué)生在大國崛起的奮斗道路中，樹立面向物聯(lián)網(wǎng)核心理論的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)化、基于物聯(lián)網(wǎng)電路的中國智造化及物聯(lián)網(wǎng)中國芯設(shè)計(jì)的重要作用，實(shí)現(xiàn)全面感知、可靠傳輸、智能處理、自動(dòng)控制的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究及應(yīng)用的教學(xué)目標(biāo)。旨在培養(yǎng)具備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)知識(shí)技能，掌握網(wǎng)絡(luò)、射頻、無線通信相關(guān)技術(shù)，從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計(jì)與科技開發(fā)方面的高等工程技術(shù)人才。參考資料1《物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐教程》、黃如、電子工業(yè)出版社、2014年2《物聯(lián)網(wǎng)工程工程原理與應(yīng)用》、黃如、電子工業(yè)出版社、2020年3《射頻識(shí)別技術(shù)原理與應(yīng)用》、周曉、電子工業(yè)出版社、2015年4《傳感器技術(shù)》、謝雙維、中國計(jì)量出版社、2015年5《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論（第二版）》、劉云浩、科學(xué)出版社出版、2013年備注說明3、教案內(nèi)容第2章物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)課題名稱第2章物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)計(jì)劃學(xué)時(shí)8課時(shí)內(nèi)容分析本章將重點(diǎn)關(guān)注智能物聯(lián)網(wǎng)的體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)，深入探討近場(chǎng)無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，包括Bluetooth、高速WPAN、ZigBee、WLAN和高速WMAN，分析它們?cè)谥悄芪锫?lián)網(wǎng)環(huán)境中的角色和適用場(chǎng)景。此外，本章還將詳細(xì)介紹物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的三個(gè)關(guān)鍵層級(jí)：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，以及它們?nèi)绾喂餐ぷ饕詫?shí)現(xiàn)智能物聯(lián)網(wǎng)的互操作性。進(jìn)一步地，本章將探討智能物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)和應(yīng)用，包括物聯(lián)網(wǎng)智能架構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)專家系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用。這些內(nèi)容將為學(xué)生提供一個(gè)全面的視角，了解如何利用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來構(gòu)建更智能、更互聯(lián)的系統(tǒng)和服務(wù)。通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生將獲得對(duì)智能物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)的深入理解，為在實(shí)際項(xiàng)目中設(shè)計(jì)和實(shí)施智能物聯(lián)網(wǎng)解決方案打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)及基本要求掌握近場(chǎng)無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，包括Bluetooth、高速WPAN、ZigBee、WLAN、高速WMAN等，并了解它們?cè)谥腔鄢鞘行畔①Y源智能化服務(wù)中的應(yīng)用。理解物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和互操作性，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的功能、組成及其相互關(guān)系。分析物聯(lián)網(wǎng)各層的主要標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，以及它們?cè)趯?shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用。了解智能物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的特點(diǎn)，掌握物聯(lián)網(wǎng)專家系統(tǒng)的基本概念，并探討物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用的實(shí)際案例。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)的整體認(rèn)識(shí)，提高其在實(shí)際工作中應(yīng)用這些技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的能力。通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)的體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的理解，為后續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)掌握近場(chǎng)無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，包括Bluetooth、高速WPAN、ZigBee、WLAN、高速WMAN等，并了解它們?cè)谥腔鄢鞘行畔①Y源智能化服務(wù)中的應(yīng)用。理解物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和互操作性，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的功能、組成及其相互關(guān)系。分析物聯(lián)網(wǎng)各層的主要標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，以及它們?cè)趯?shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用。教學(xué)難點(diǎn)理解物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和互操作性，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的功能、組成及其相互關(guān)系。教學(xué)方式講授、討論+實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程第1-2課時(shí)（近場(chǎng)無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議（1））一、創(chuàng)設(shè)情境，引出本節(jié)內(nèi)容在當(dāng)今快速發(fā)展的技術(shù)時(shí)代，智能物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為連接物理世界與數(shù)字世界的重要橋梁。隨著智能設(shè)備和傳感器的普及，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景變得越來越廣泛，從智能家居到工業(yè)自動(dòng)化，從健康監(jiān)測(cè)到智慧城市，智能物聯(lián)網(wǎng)正在深刻改變著我們的工作和生活方式。為了實(shí)現(xiàn)這些多樣化應(yīng)用，一個(gè)統(tǒng)一、高效、可靠的物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)至關(guān)重要。進(jìn)入重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）Bluetooth標(biāo)準(zhǔn)介紹藍(lán)牙（Bluetooth）這個(gè)概念源于1994年，當(dāng)時(shí)的ERICSSON公司對(duì)無電纜情況下的移動(dòng)電話和其他設(shè)備產(chǎn)生了濃厚的興趣，為此，ERICSSON公司聯(lián)合IBM、Intel、NOKIA和Toshiba這4家公司，發(fā)起了一個(gè)用于將計(jì)算機(jī)與通信設(shè)備、附加部件和外部設(shè)備，通過短距離的、低功耗的、低成本的無線信道連接的無線標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目的開發(fā)，這個(gè)項(xiàng)目稱為藍(lán)牙。所謂藍(lán)牙，是一種可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換（使用2.4～2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波）的無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE將藍(lán)牙技術(shù)列為IEEE802.15.1，但如今已不再維持該標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于對(duì)功耗要求較高且需要和手機(jī)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備直接交互的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品而言，藍(lán)牙的低功耗、短距離通信等特點(diǎn)很好地滿足了其需求，因此，藍(lán)牙在物聯(lián)網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。相較于藍(lán)牙4.0，藍(lán)牙5.0在傳輸速度及傳輸極限距離上都有了較大的性能提升，另外，在抗干擾方面，藍(lán)牙5.0也得到了有效提升，能夠有效地抵御多種電磁干擾。但藍(lán)牙同樣有一些缺陷，即無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，因此，?duì)其的研究還需要進(jìn)一步深入。總體而言，藍(lán)牙主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（1）工作頻段全球通用。藍(lán)牙的載頻選用全球可用的2.45GHz工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)（ISM）頻帶，這使得全球范圍內(nèi)的用戶均可以對(duì)其進(jìn)行無界限的使用，解決了蜂窩式移動(dòng)電話的“國界”障礙。藍(lán)牙技術(shù)可以使擁有藍(lán)牙功能的設(shè)備很方便、快速地搜索到另一個(gè)藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品，并與其建立連接，然后可以通過控制軟件在兩個(gè)設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。（2）兼容性和抗干擾能力強(qiáng)。目前，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)能夠發(fā)展成為獨(dú)立于操作系統(tǒng)的一門技術(shù)，且對(duì)各種操作系統(tǒng)都具有良好的兼容性。藍(lán)牙技術(shù)具有跳頻功能，該功能可以有效地避免ISM頻帶遇到干擾源，大大提高了藍(lán)牙技術(shù)的抗干擾能力。（3）傳輸距離較短。藍(lán)牙技術(shù)是一門短距離無線通信技術(shù)，因此，傳輸距離短也是藍(lán)牙的一個(gè)特點(diǎn)?，F(xiàn)階段的藍(lán)牙技術(shù)的主要工作范圍為10m左右，增大射頻功率后的藍(lán)牙技術(shù)可以在100m的范圍內(nèi)進(jìn)行工作，只有在工作范圍內(nèi)才能保證藍(lán)牙技術(shù)的傳輸速度不受影響。而且，藍(lán)牙技術(shù)的連接過程可以大大減小該技術(shù)與其他電子產(chǎn)品之間的干擾，從而保證自己可以正常運(yùn)行。（4）低功耗。藍(lán)牙設(shè)備在通信連接的狀態(tài)下，具有激活、呼吸、保持和休眠模式，激活模式時(shí)藍(lán)牙處于正常工作狀態(tài)，而其他模式則是為了節(jié)能所規(guī)定的低功耗模式。（2）高速WPAN標(biāo)準(zhǔn)介紹WPAN是無線個(gè)人局域網(wǎng)通信技術(shù)（WirelessPersonalAreaNetworkCommunicationTechnologies）的簡(jiǎn)稱，是一種采用無線連接的個(gè)人局域網(wǎng)，常被稱為無線個(gè)人局域網(wǎng)或無線個(gè)域網(wǎng)。WPAN指的是能在便攜式通信設(shè)備和電器之間進(jìn)行短距離特別連接的網(wǎng)絡(luò)。定義中的“特別連接”包含兩層含義：一是指設(shè)備既能承擔(dān)主控功能，又能承擔(dān)被控功能；二是指設(shè)備具有加入或離開現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的方便性。WPAN關(guān)注的是個(gè)人的信息和連接需求，包括將數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)同步到便攜式設(shè)備、便攜式設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，以及為便攜式設(shè)備提供Internet連接。相較于無線廣域網(wǎng)（WWAN）、無線城域網(wǎng)（WMAN）、無線局域網(wǎng)（WLAN），無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）是一種覆蓋范圍較小的無線網(wǎng)絡(luò)。WPAN在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成上位于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈的末端，主要用于實(shí)現(xiàn)同一地點(diǎn)終端與終端間的連接，如計(jì)算機(jī)與藍(lán)牙鍵盤的連接。人們通常按照傳輸速率將WPAN分為低速WPAN、高速WPAN及超高速WPAN。IEEE802.15WPAN工作組為了滿足物理層（PHY）數(shù)據(jù)傳輸速率和介質(zhì)訪問控制層（MAC）服務(wù)質(zhì)量（QualityofService，QoS）的要求，建立了一個(gè)IEEE802.15.3高速率WPAN任務(wù)組。經(jīng)過授權(quán)，該組已經(jīng)創(chuàng)建一個(gè)高速率的WPAN標(biāo)準(zhǔn)，提出這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的目的是連接下一代便攜式消費(fèi)者電器和通信設(shè)備，支持各種高速率的多媒體應(yīng)用。高速WPAN主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：能為多媒體業(yè)務(wù)提供具有QoS支持的特別連接；可以很方便地加入和離開現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)；具有先進(jìn)的功率管理功能，可節(jié)省電源消耗；通信距離小于10m時(shí)的通信效果最優(yōu)，成本、復(fù)雜性低；支持高達(dá)55Mb/s的高數(shù)據(jù)速率，可傳輸高質(zhì)量影像和聲音。（3）ZigBee標(biāo)準(zhǔn)介紹ZigBee技術(shù)是一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸速率、低成本的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，以IEEE802.15.4無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，涉及網(wǎng)絡(luò)、安全、應(yīng)用方面的軟件協(xié)議。ZigBee技術(shù)被IEEE確定為低速率無線個(gè)人局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其作為低成本、低功耗、雙向近距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域的核心支撐技術(shù)。ZigBee技術(shù)自身所具備的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，使其與物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的開發(fā)、應(yīng)用完美結(jié)合，成為物聯(lián)網(wǎng)的重要支撐技術(shù)。（1）工作頻段靈活。已經(jīng)可以使用的頻段有2.4GHz、868MHz（歐洲）及915MHz（美國），都是可以免除執(zhí)照的頻段。（2）速率低。雖然在不同的工作頻段ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸速率不同，但是都處在較低的速率上。在868MHz頻段，有一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率為20kb/s的傳輸信道；在915MHz頻段，有10個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率為40kb/s的傳輸信道；在2.4GHz頻段，有16個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率為250kb/s的傳輸信道。（3）功耗低。ZigBee的時(shí)間分為工作期和非工作期。由于ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，因此在工作時(shí)的信號(hào)收發(fā)時(shí)間短。而在非工作時(shí)，ZigBee節(jié)點(diǎn)處于休眠模式。在低功耗的待機(jī)模式下，一般ZigBee節(jié)點(diǎn)由兩節(jié)普通5號(hào)干電池供電，可使用6個(gè)月以上，從而免去了充電或頻繁更換電池的煩瑣。（4）通信范圍有限。ZigBee低功耗的特點(diǎn)決定了設(shè)備具有較小的發(fā)射功率，一般兩個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)的有效通信距離為10～75m，基本可以覆蓋普通家庭和辦公室。（5）成本低。由于ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸速率較低、協(xié)議簡(jiǎn)單，因此其成本較低，而且其協(xié)議不收取專利費(fèi)。ZigBee降低了其自身對(duì)通信控制器的要求，可以采用8位單片機(jī)進(jìn)行控制，從而大大降低了硬件成本。（6）時(shí)延短。ZigBee的通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)到啟動(dòng)的時(shí)延都很短，該特征對(duì)時(shí)間敏感的信息是至關(guān)重要的，此外還可以減小能量消耗。（7）數(shù)據(jù)傳輸可靠。ZigBee采用了載波偵聽/沖突檢測(cè)（CSMA/CA）防碰撞機(jī)制，給需要帶寬固定的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時(shí)隙，避免在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生沖突與競(jìng)爭(zhēng)。在MAC層采用了確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，當(dāng)傳輸過程中出現(xiàn)問題時(shí)可以重新發(fā)送，從而建立可靠的數(shù)據(jù)通信模式。（8）網(wǎng)絡(luò)容量大。ZigBee設(shè)備有協(xié)調(diào)器、路由器和終端三種類型。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的連接，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展至64000個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的規(guī)模，可以滿足大面積無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布建需求。（9）組網(wǎng)方式靈活。ZigBee組網(wǎng)方式較為靈活，除了可以組成星形網(wǎng)、簇形網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)等方式，網(wǎng)絡(luò)還可以隨節(jié)點(diǎn)設(shè)備的加入或退出呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。（10）自配置。在有效的通信范圍內(nèi)，ZigBee可以通過網(wǎng)關(guān)自動(dòng)建立自己的網(wǎng)絡(luò)，其采用的是CSMA/CA的方式接入信道；它的節(jié)點(diǎn)設(shè)備可隨時(shí)加入或退出，擁有一種自組織的、自配置的組網(wǎng)連接模式。（11）安全模式。ZigBee支持認(rèn)證與鑒權(quán)，并在數(shù)據(jù)傳輸過程中提供了三個(gè)等級(jí)的安全處理。第一級(jí)是無安全模式，例如，在某些應(yīng)用中安全問題并不重要或上層已經(jīng)給予足夠多的安全保護(hù)，設(shè)備就可以選擇這種方式來傳輸數(shù)據(jù)。第二級(jí)是安全模式，設(shè)備通過使用接入控制列表（ACL）來防止非法設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，這種安全模式不采取加密措施。第三級(jí)是安全模式，在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES.128）的對(duì)稱密碼，AES可以保護(hù)數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法的設(shè)備。ZigBee技術(shù)具有的上述優(yōu)點(diǎn)，使之可以和物聯(lián)網(wǎng)完美地結(jié)合在一起，成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要支撐技術(shù)。三、歸納總結(jié)，隨堂練習(xí)，布置作業(yè)（1）對(duì)課堂上講解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使用學(xué)習(xí)通的練習(xí)題鞏固本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。第3-4課時(shí)（近場(chǎng)無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議（2））一、回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課留的作業(yè)進(jìn)行答疑（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題在上一節(jié)課中已經(jīng)介紹了近場(chǎng)無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議中的Bluetooth標(biāo)準(zhǔn)、高速WPAN標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)介紹，本節(jié)課將繼續(xù)介紹WLAN標(biāo)準(zhǔn)和高速WMAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及近場(chǎng)無線通信技術(shù)在智慧城市信息資源智能化服務(wù)中的應(yīng)用。二、進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）WLAN標(biāo)準(zhǔn)介紹無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它通過無線通信技術(shù)在一定局部范圍內(nèi)建立網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能，使用戶真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。典型的WLAN結(jié)構(gòu)如圖2-1-10所示。無線網(wǎng)絡(luò)的歷史起源可以追溯到“二戰(zhàn)”時(shí)期美國陸軍研究出的一套無線電傳輸技術(shù)，該科技加上高強(qiáng)度的加密技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了通過無線電信號(hào)進(jìn)行資料傳輸?shù)墓δ堋＿@項(xiàng)技術(shù)讓許多學(xué)者得到了靈感，到1971年，夏威夷大學(xué)成功地研究出第一個(gè)基于封包式技術(shù)的無線電通信網(wǎng)絡(luò)ALOHNET，該網(wǎng)絡(luò)包括7臺(tái)計(jì)算機(jī)，采用雙向星形拓?fù)錂M跨了4座島嶼，至此，無線網(wǎng)絡(luò)正式誕生。此后，經(jīng)過近20年的發(fā)展，IEEE于1990年正式啟用了802.11項(xiàng)目，標(biāo)志著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸走向成熟，從該項(xiàng)目開展以來，先后有IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11e、IEEE802.11f、IEEE802.11h、IEEE802.11i、IEEE802.11j、IEEE802.11n等標(biāo)準(zhǔn)的制定，目前IEEE802.11n已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，IEEE802.11n技術(shù)可以給用戶提供高速度、高質(zhì)量的WLAN服務(wù)。2003年，Intel推出了自己旗下第一款帶有WLAN無線網(wǎng)卡芯片模塊的迅馳處理器，盡管當(dāng)時(shí)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還不很成熟，但該芯片在功耗、性能上都遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)時(shí)的芯片，且Intel對(duì)其進(jìn)行了捆綁銷售，使許多無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商看到了商機(jī)，從而大大促進(jìn)了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，WLAN已融入人們的生活，成為人們生活中不可或缺的一部分。（2）高速WMAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)介紹無線城域網(wǎng)（WMAN）按照IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)在一個(gè)城市的部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，由于建筑物之間的位置是固定的，因此WMAN需要在建筑物上建立基站，基站之間采用全雙工、寬帶通信方式工作。基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的WPAN結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1-15所示。WMAN的覆蓋范圍為幾千米到幾十千米，能提供語音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體、IP等多業(yè)務(wù)的接入服務(wù)，且可以提供支持QoS的能力和具有一定范圍移動(dòng)性的共享接入能力。IEEE802.16工作組于1999年成立，成立該工作組的目的是開發(fā)寬帶無線標(biāo)準(zhǔn)，以滿足快速發(fā)展的寬帶無線接入技術(shù)的需求。2002年4月，該工作組公布了一個(gè)10～66GHz的IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.16是當(dāng)前無線通信領(lǐng)域的前沿技術(shù)，是高速連接“最后一公里”的廉價(jià)方法，它提供了用戶與核心網(wǎng)絡(luò)之間的連接方式。IEEE802.16工作組又分為三個(gè)小工作組：IEEE802.16.1、IEEE802.16.2及IEEE802.16.3。這三個(gè)小工作組各自負(fù)責(zé)IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的不同方面：IEEE802.16.1負(fù)責(zé)制定頻率為10～60GHz的無線接口標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.16.2負(fù)責(zé)制定寬帶無線接入系統(tǒng)共存方面的標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.16.3負(fù)責(zé)制定頻率在2GHz到10GHz之間獲得頻率使用許可的應(yīng)用的無線接口標(biāo)準(zhǔn)。11GHz以下范圍的非視距特性較理想，樹木與建筑物等對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戄^小，這使得基站的建設(shè)不需要架設(shè)高大的信號(hào)傳輸塔，只需在建筑物頂部直接安裝即可，且2～11GHz的系統(tǒng)基本可以滿足大多數(shù)寬帶無線接入需求，因而更適用于“最后一公里”接入領(lǐng)域。為此，IEEE802.16工作組于2003年1月推出了運(yùn)行于2～11GHz的擴(kuò)展版本標(biāo)準(zhǔn)—IEEE802.16a，該標(biāo)準(zhǔn)適用于特許頻段和2.4GHz、5.8GHz等無須許可的頻段。2004年，IEEE802.16工作組在原有協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，提出了IEEE802.16d，該標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)，工作在10～66GHz和小于11GHz的頻率范圍，可以支持2～11GHz非視距傳輸和10～66GHz視距傳輸，但不支持移動(dòng)環(huán)境，又稱為固定WiMax。2005年，IEEE802.16e作為IEEE802.16d的增強(qiáng)版本被提出，該標(biāo)準(zhǔn)定義了同時(shí)支持固定和移動(dòng)性寬帶無線接入系統(tǒng)的空中接口，適用于6GHz以下的許可頻道。協(xié)議棧中，物理層位于底層，由傳輸匯聚子層（TCL）和物理媒介依賴子層（PMD）組成，主要涉及頻率帶寬、調(diào)制方式、糾錯(cuò)技術(shù)及收發(fā)信機(jī)之間的同步、數(shù)據(jù)傳輸速率和時(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu)等方面，支持時(shí)分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD）方式。時(shí)分雙工是指上下行傳輸占用不同的時(shí)段，頻分雙工則指上下行傳輸占用不同的頻率。MAC層由特定服務(wù)匯聚子層、MAC公共部分子層及安全子層組成。特定服務(wù)匯聚子層的功能為將服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）接收到的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)映射到MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU），并通過MACSAP傳輸給MAC公共部分子層，不同類型的匯聚子層可以為高層提供不同的接口；MAC公共部分子層主要提供包括系統(tǒng)接入、帶寬分配、連接建立及連接維護(hù)在內(nèi)的MAC層核心功能；安全子層主要用于提供鑒權(quán)、密鑰交換和加密功能。（3）近場(chǎng)無線通信技術(shù)在智慧城市信息資源智能化服務(wù)中的應(yīng)用智慧城市的建設(shè)模式主要有3種：以物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)為驅(qū)動(dòng)的建設(shè)模式、以信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為先導(dǎo)的建設(shè)模式、以社會(huì)應(yīng)用為突破口的建設(shè)模式。其中，以物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)為驅(qū)動(dòng)的建設(shè)模式日益成為關(guān)鍵的模式，而近場(chǎng)無線通信技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，在智慧城市信息資源智能化服務(wù)中也得到了廣泛應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)主要應(yīng)用于各種設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)度。（1）家庭應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，家庭中的電子化產(chǎn)品日益增多，使用藍(lán)牙可以便于住戶進(jìn)行統(tǒng)一管理。藍(lán)牙技術(shù)所使用的頻段是開放的頻段，這就使得任何用戶都可以方便地應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)，而無須對(duì)頻道的使用進(jìn)行付費(fèi)及其他處理。通過設(shè)置密碼，用戶可以使自家住宅的藍(lán)牙私有化。在家中擁有數(shù)臺(tái)計(jì)算機(jī)后，藍(lán)牙的存在使用戶只使用一部手機(jī)就可以對(duì)任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操控。而其他家電（如冰箱、空調(diào)等）也可依據(jù)類似原理，通過藍(lán)牙進(jìn)行控制。（2）辦公應(yīng)用。在辦公室中，一個(gè)強(qiáng)大的“藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)”可以將辦公信息及時(shí)更新，將各類文件高速推送。辦公室中的各種內(nèi)部交流也可以通過這個(gè)“藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)”進(jìn)行。計(jì)算機(jī)、手機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備均可通過藍(lán)牙交流。蜘蛛網(wǎng)式的會(huì)議室也將被淘汰，白板記錄儀、攝影機(jī)等都可以利用藍(lán)牙來簡(jiǎn)化操作。（3）公共場(chǎng)所。在現(xiàn)今的公共場(chǎng)所中，Wi-Fi變得更加普及，而在應(yīng)用藍(lán)牙后，設(shè)置藍(lán)牙基站的企業(yè)可以通過藍(lán)牙技術(shù)向覆蓋范圍內(nèi)的所有終端傳送企業(yè)廣告。例如，餐廳可以通過藍(lán)牙技術(shù)將顧客的點(diǎn)單同步到傳送臺(tái)和后廚，可以大大節(jié)約人力和時(shí)間成本。除為家庭、辦公區(qū)域、公共區(qū)域提供網(wǎng)絡(luò)外，Wi-Fi技術(shù)也時(shí)常被應(yīng)用于定位系統(tǒng)。（1）醫(yī)院資產(chǎn)和人員安全管理。國外醫(yī)院正迅速采用基于無線局域網(wǎng)的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，國內(nèi)醫(yī)院也非常關(guān)注這一新動(dòng)向。在醫(yī)院或醫(yī)療機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)工作環(huán)境中，對(duì)資產(chǎn)和人員的低可見度往往導(dǎo)致時(shí)間與資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，甚至造成無法彌補(bǔ)的后果?；赪i-Fi的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地跟蹤病人、職員和醫(yī)療設(shè)備，監(jiān)視有價(jià)值資產(chǎn)的區(qū)域安全和環(huán)境條件。醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)采用基于Wi-Fi的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)能獲得非常大的收益。（2）物流配送管理。物流行業(yè)一直是實(shí)時(shí)定位技術(shù)的典型應(yīng)用領(lǐng)域，隨著物流業(yè)的快速發(fā)展，無線物流將會(huì)成為未來物流發(fā)展的趨勢(shì)。物流分配中心每天會(huì)有大量的托盤、拖車進(jìn)出，需要花費(fèi)大量的人力、物力去管理這些不斷移動(dòng)的資產(chǎn)，而且人工的操作容易導(dǎo)致很多錯(cuò)誤。采用了基于Wi-Fi的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)后，這些托盤和拖車的位置會(huì)隨時(shí)被自動(dòng)記錄下來，只要在系統(tǒng)的電子地圖上搜索，就可以立即找到它們。一旦發(fā)生錯(cuò)誤放置，系統(tǒng)就會(huì)立即報(bào)警。（3）涉密資產(chǎn)和人員定位管理。在學(xué)校、公園等基于人員安全或其他特殊目的的環(huán)境中，往往需要隨時(shí)了解人員所在的位置、行蹤和人員狀況。另外，針對(duì)貴重資產(chǎn)和涉密資產(chǎn)，往往需要提供實(shí)時(shí)的監(jiān)護(hù)和看管，基于Wi-Fi的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)可以很好地應(yīng)用在這些定位管理上，可以加強(qiáng)資產(chǎn)和人員安全管理。（1）高校智能照明系統(tǒng)。傳統(tǒng)的高校照明系統(tǒng)存在教室、圖書館、實(shí)驗(yàn)室無人亮燈、人少亮燈，以及樓道、廁所、路燈通夜亮燈等情況。針對(duì)上述情況，部分高校將ZigBee技術(shù)應(yīng)用到高校照明系統(tǒng)中，將ZigBee協(xié)議作為理論依據(jù)，設(shè)計(jì)高校路燈照明系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)基于網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體系，其中硬件采用CC2530芯片，軟件采用Z-Stack協(xié)議棧，通過路由器向節(jié)點(diǎn)上的終端設(shè)備發(fā)送信號(hào)，終端設(shè)備收到信號(hào)后進(jìn)行反饋，進(jìn)而完成對(duì)照明設(shè)備的控制。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高校路燈及教學(xué)樓、圖書館等樓宇照明的有效控制，達(dá)到了節(jié)能的目的。（2）智能家居?；赯igBee技術(shù)的智能家居應(yīng)用，可把ZigBee模塊嵌入智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各傳感器設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)近距離無線組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸。由用戶PC或手機(jī)、網(wǎng)關(guān)、光線傳感器、溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、甲醛傳感器、灰塵傳感器等設(shè)備組成完整系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智慧門禁、智慧家電、智慧安防等，可以提供完整且實(shí)時(shí)的家庭環(huán)境報(bào)告，給人們帶來更健康的生活。（3）醫(yī)療檢測(cè)應(yīng)用。生命體征檢測(cè)設(shè)備由加速度計(jì)，陀螺儀，溫度、皮電、血壓等傳感器組成。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集心率、呼吸、血壓、心電、核心體溫、位移等多種身體特征參數(shù)。生命體征檢測(cè)設(shè)備內(nèi)置ZigBee模塊，可實(shí)時(shí)記錄病人數(shù)據(jù)，最終無線傳輸?shù)浇K端或工作站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。且救護(hù)車在去往醫(yī)院的途中，可以使用該技術(shù)提供實(shí)時(shí)的病人信息，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與初級(jí)的看護(hù)，從而大幅縮短救援的響應(yīng)時(shí)間，為病人的進(jìn)一步搶救贏得寶貴的時(shí)間。三、歸納總結(jié)，隨堂練習(xí)，布置作業(yè)（1）對(duì)課堂上講解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使用學(xué)習(xí)通中的隨堂練習(xí)題鞏固本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。第5-6課時(shí)（物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和互操作性）一、回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課留的作業(yè)進(jìn)行答疑（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題在上兩節(jié)課中已經(jīng)介紹了物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)，本節(jié)課將講解物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和互操作性。體系架構(gòu)可以精確地定義系統(tǒng)的各組成部件及其之間的關(guān)系，指導(dǎo)開發(fā)人員遵循一致的原則實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，保證最終建立的系統(tǒng)符合預(yù)期的設(shè)想。由此可見，體系架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。從技術(shù)架構(gòu)上來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層主要包括傳感技術(shù)、射頻技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、短距離傳輸技術(shù)等；網(wǎng)絡(luò)層主要包括各類網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用層則包括各種服務(wù)支撐技術(shù)及各類應(yīng)用。二、進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）感知層感知層由各種傳感器、執(zhí)行器、短距離無線通信節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)等構(gòu)成，包括：傳感器、二維碼掃描儀、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端；步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、繼電器、電磁閥等執(zhí)行器；ZigBee、Wi-Fi、IPv6、藍(lán)牙等短距離無線通信節(jié)點(diǎn)及數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)等感知層相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等感知系統(tǒng)，它是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的手段，其主要功能是識(shí)別物體、采集信息、數(shù)據(jù)匯聚等。電子產(chǎn)品編碼（ElectronicProductCode，EPC）是一種對(duì)EAN·UCC（全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)）的條形編碼進(jìn)行擴(kuò)充后形成的編碼系統(tǒng)，是一個(gè)完整的、復(fù)雜的、綜合的系統(tǒng)。建立這個(gè)系統(tǒng)的目的是為每一件單品建立全球的、開放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)對(duì)單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯，從而有效提高供應(yīng)鏈管理水平、降低物流成本。RFID（RadioFrequencyIdentification）即射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，并對(duì)其信息進(jìn)行標(biāo)志、登記、存儲(chǔ)和管理。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成。①電子標(biāo)簽：由芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成，通過電感耦合或電磁反射原理與讀寫器進(jìn)行通信。每個(gè)電子標(biāo)簽內(nèi)部都存儲(chǔ)著唯一的識(shí)別碼（ID）。這個(gè)識(shí)別碼不能修改，也不能進(jìn)行造假，在使用中保證了產(chǎn)品信息的安全性和可靠性。當(dāng)電子標(biāo)簽附著在物體上時(shí)，電子標(biāo)簽上的識(shí)別號(hào)就與物體建立了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。②讀寫器：由天線、耦合元件、芯片組成，用于讀?。ㄔ谧x寫卡中還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備。③天線：可以內(nèi)置在讀寫器中，也可以通過同軸電纜與讀寫器的天線接口相連。用于在標(biāo)簽和讀寫器間傳輸射頻信號(hào)，即標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息。傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，也是物聯(lián)網(wǎng)感知層中至關(guān)重要的技術(shù)。傳感器技術(shù)的出現(xiàn)早于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)傳感器技術(shù)提出了更高的要求，促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)單元，傳感器在物聯(lián)網(wǎng)的信息感知與采集層面，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)特性優(yōu)良與否的關(guān)鍵。傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置。傳感器是各種信息處理系統(tǒng)獲取信息的重要途徑。在以傳感網(wǎng)為核心的物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器的作用尤為突出，是物聯(lián)網(wǎng)中獲得信息的主要設(shè)備和構(gòu)成感知層的基本硬件基礎(chǔ)。作為物聯(lián)網(wǎng)中的信息采集設(shè)備，傳感器利用各種機(jī)制把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為一定形式的電信號(hào)，然后由相應(yīng)的信號(hào)處理裝置來處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。常見的傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、光傳感器、霍爾（磁性）傳感器等。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源這4部分組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應(yīng)用，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，是物聯(lián)網(wǎng)概念中很重要的內(nèi)容。WSN作為物聯(lián)網(wǎng)前端技術(shù)，是一種全新的信息獲取平臺(tái)，是普適計(jì)算和未來感知系統(tǒng)的重要技術(shù)基礎(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。美國《商業(yè)周刊》和《麻省理工科技評(píng)論》在預(yù)測(cè)未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)列為21世紀(jì)最有影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一。（2）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(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)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳輸與處理感知層獲取的信息。經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰2M（Machine-to-Machine）即機(jī)器對(duì)機(jī)器，是一種在系統(tǒng)之間、遠(yuǎn)程設(shè)備之間、機(jī)器與人之間建立無線連接，使設(shè)備數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)，其目標(biāo)是使所有機(jī)器都具備聯(lián)網(wǎng)和通信能力，核心理念就是網(wǎng)絡(luò)一切（NetworkEverything）。M2M綜合了數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、通信、信息處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間暢通無阻、隨時(shí)隨地的通信。M2M技術(shù)是首先在物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，M2M是一個(gè)點(diǎn)，或者說是一條線，只有當(dāng)其規(guī)?；?、普及化，且各個(gè)M2M系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能的融合和通信時(shí)，才能形成物聯(lián)網(wǎng)。M2M的發(fā)展將極大地推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，并徹底改變整個(gè)社會(huì)的工作和生活方式，提高生產(chǎn)能力及工作效率，使人們的生活更輕松、更便利、更和諧。未來的物聯(lián)網(wǎng)將由無數(shù)個(gè)M2M系統(tǒng)組成，它們通過中央處理單元協(xié)同運(yùn)作，負(fù)責(zé)自己的功能處理，最終組成智能化的社會(huì)系統(tǒng)。LR-WPAN是為短距離、低速率、低功耗無線通信而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)，它是由IEEE802.15.4定義的一種低速無線個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。IEEE802.15.4的設(shè)備密度很大，迫切需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，且為了滿足不同設(shè)備制造商的設(shè)備間的互聯(lián)和互操作性，需要制定統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，但是該標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了物理層（PHY）和介質(zhì)訪問控制（MAC）層標(biāo)準(zhǔn)，而沒有涉及網(wǎng)絡(luò)層以上的規(guī)范，這使得其網(wǎng)絡(luò)化尤為困難。而IPv6具有規(guī)?？涨暗牡刂房臻g及開放性，使得人們開始研究IPv6技術(shù)與LR-WPAN技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，以期解決IEEE802.15.4面臨的問題，6LoWPAN應(yīng)運(yùn)而生。6LoWPAN（IPv6overLowPowerWirelessPersonalAreaNetwork）是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）定義的一種基于IPv6的低速無線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即IPv6overIEEE802.15.4。研究該技術(shù)的目的是將IPv6引入以IEEE802.15.4為底層標(biāo)準(zhǔn)的無線個(gè)域網(wǎng)。該技術(shù)的出現(xiàn)解決了窄帶寬無線網(wǎng)絡(luò)中的低功耗、有限處理能力的嵌入式設(shè)備使用IPv6的困難，實(shí)現(xiàn)了短距離通信到IPv6的接入，推動(dòng)了短距離、低速率、低功耗的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。TD-SCDMA（TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess，時(shí)分同步碼分多址）是以我國知識(shí)產(chǎn)權(quán)為主的、被國際上廣泛接受和認(rèn)可的第三代移動(dòng)通信（簡(jiǎn)稱3G）標(biāo)準(zhǔn)，也是被國際電信聯(lián)盟批準(zhǔn)的三個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)之一。TD-SCDMA的優(yōu)勢(shì)主要在其頻譜利用率、頻譜靈活性及成本上，且其采用時(shí)分雙工的方式，使上行和下行的特性幾乎相同，因此，將其應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的承載網(wǎng)技術(shù)中，能大大推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)的承載平臺(tái)中應(yīng)用TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)將充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，且可以推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)種植和醫(yī)療環(huán)保等行業(yè)的發(fā)展。光導(dǎo)纖維通信簡(jiǎn)稱光纖通信，是一種利用光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中，光纖通信系統(tǒng)使用的是由許多光纖聚集在一起而形成的光纜，而不是單根的光纖。采用光纖傳導(dǎo)信號(hào)，使光纖通信系統(tǒng)具有很多別的通信系統(tǒng)沒有的優(yōu)勢(shì)，主要有以下6點(diǎn)：（1）頻帶寬，通信容量大；（2）傳輸損耗低；（3）抗電磁干擾；（4）保密性強(qiáng)，使用安全；（5）體積小、質(zhì)量輕，便于鋪設(shè)；（6）材料資源豐富。這些優(yōu)點(diǎn)非常符合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中對(duì)海量數(shù)據(jù)的傳輸與承載的要求，因此將該技術(shù)使用在物聯(lián)網(wǎng)中，將大大加快物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。（3）應(yīng)用層應(yīng)用層可以分為兩個(gè)子層：一個(gè)是云應(yīng)用層，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、存儲(chǔ)、計(jì)算和處理；另一個(gè)是終端人機(jī)世界，主要負(fù)責(zé)信息的顯示。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層覆蓋自然界的方方面面，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、醫(yī)療等國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)領(lǐng)域。應(yīng)用層的主要支撐技術(shù)為服務(wù)與管理技術(shù)、云計(jì)算和霧計(jì)算技術(shù)。云計(jì)算的特征如下：①超大規(guī)模?！霸啤彼鶕碛械某瑥?qiáng)的運(yùn)算、存儲(chǔ)和信息服務(wù)功能來自其超大規(guī)模的服務(wù)器集群。②彈性服務(wù)。云計(jì)算提供的服務(wù)規(guī)模能夠快速伸縮，這使得云計(jì)算能夠快速調(diào)整用戶使用的資源，使其與用戶業(yè)務(wù)需求相一致，避免了服務(wù)器性能過載或冗余而導(dǎo)致的服務(wù)質(zhì)量下降或資源浪費(fèi)。③資源池化。通過共享資源池的方式對(duì)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理。利用虛擬化技術(shù)，將資源分享給不同用戶，且資源的放置、管理與分配策略對(duì)用戶透明。④服務(wù)可計(jì)費(fèi)。監(jiān)控用戶資源使用量，并根據(jù)資源的使用情況對(duì)服務(wù)計(jì)費(fèi)。⑤泛在接入。用戶可以利用各種終端設(shè)備，如PC、筆記本電腦、智能手機(jī)等，隨時(shí)隨地通過互聯(lián)網(wǎng)使用云計(jì)算服務(wù)。⑥可靠性。云計(jì)算使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來保障服務(wù)的可靠性。云計(jì)算是分布式計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模資源管理等技術(shù)的融合與發(fā)展，其研究與應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)工程問題，涵蓋了數(shù)據(jù)中心管理、資源虛擬化、海量數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)安全等重要問題。霧計(jì)算于2011年由思科公司提出，其原理是在用戶和云服務(wù)層之間增加一個(gè)霧層，利用距離用戶較近的霧層中的設(shè)備提供有彈性的計(jì)算資源。霧計(jì)算是對(duì)云計(jì)算概念的一種延伸，因此相較于云計(jì)算，既有相似之處，又有諸多不同。在計(jì)算模式上，霧計(jì)算與云計(jì)算類似，都是基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算模式，霧計(jì)算通過互聯(lián)網(wǎng)上的霧節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)共享、計(jì)算、存儲(chǔ)等服務(wù)；在計(jì)算模型上，云計(jì)算采用的是一種相對(duì)集中的計(jì)算模型，利用核心網(wǎng)絡(luò)中強(qiáng)大的資源處理來自網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的請(qǐng)求，在實(shí)現(xiàn)高速計(jì)算存儲(chǔ)等功能的同時(shí)帶來了更大的網(wǎng)絡(luò)延遲等問題，而霧計(jì)算則采用了一種具有更廣泛分布式部署的處理環(huán)境，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理更依賴邊緣設(shè)備，充分利用邊緣網(wǎng)絡(luò)中的資源提供更有效的服務(wù)。因此，霧計(jì)算并非同云計(jì)算一般由性能強(qiáng)大的服務(wù)器群組成，而是由性能較弱、更為分散的各種功能計(jì)算機(jī)組成的，它強(qiáng)調(diào)數(shù)量，且無論單個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)能力多么弱，都要發(fā)揮作用。因此，霧計(jì)算環(huán)境需要大量的邊緣設(shè)備為用戶提供更有效的服務(wù)，霧計(jì)算的用戶通常需要為此支付一定的費(fèi)用，計(jì)算服務(wù)設(shè)備則可以通過出借自身多余的計(jì)算資源來獲得一定的收益獎(jiǎng)勵(lì)。通用的霧計(jì)算架構(gòu)是一個(gè)三層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。底層是終端用戶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備層，主要由智能手機(jī)、PC、智能手表等組成；中間層是霧計(jì)算層，主要由具有一定計(jì)算能力的霧設(shè)備（如路由器、網(wǎng)關(guān)、小型服務(wù)器等）組成；上層是云計(jì)算中心層，主要由能夠處理和存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的云服務(wù)器組成。隨著云計(jì)算、霧計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和成熟，各大廠商都建立了自己的基于云計(jì)算、霧計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，這些平臺(tái)主要分為兩類：一類是阿里云這樣的平臺(tái)，這類平臺(tái)沒有為個(gè)人用戶提供服務(wù)的產(chǎn)品，因此只提供云端服務(wù)和App定制功能；另一類是華為、小米等企業(yè)的平臺(tái)，這類平臺(tái)擁有為個(gè)人用戶提供服務(wù)的產(chǎn)品，因此，可以提供各種網(wǎng)關(guān)服務(wù)，便于設(shè)備的接入。三、歸納總結(jié)，隨堂練習(xí)，布置作業(yè)（1）對(duì)課堂上講解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使用學(xué)習(xí)通中的隨堂練習(xí)題鞏固本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。第7-8課時(shí)（智能物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和應(yīng)用）一、回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課留的作業(yè)進(jìn)行答疑（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題在上三節(jié)課中已經(jīng)介紹了物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和互操作性，本節(jié)課將繼續(xù)介紹當(dāng)今時(shí)代中的智能物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和應(yīng)用。二、進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）物聯(lián)網(wǎng)智能架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)作為信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)之一，與人工智能的結(jié)合是必然的，因此，我國于2018年提出了智能物聯(lián)網(wǎng)的概念。智能物聯(lián)網(wǎng)是一種在傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)信息收集的基礎(chǔ)上，融合了人工智能中的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)收集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析的新型物聯(lián)網(wǎng)。人工智能與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，為物聯(lián)網(wǎng)提供了感知、分析、控制與執(zhí)行的智能化，使得物聯(lián)網(wǎng)具有更強(qiáng)的感知與識(shí)別能力。而對(duì)于人工智能而言，物聯(lián)網(wǎng)采集的信息數(shù)據(jù)又很好地為其提供了訓(xùn)練數(shù)據(jù)，兩者相輔相成，共同發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)與人工智能作為21世