《物联网技术导论》备课教案.ppt

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1、物联网技术导论,教案 2013通信专业,授课类型：课堂讲授 参考书目：物联网导论 魏旻 人民邮电 物联网技术导论 桂小林 授课内容，教学方法，及作业其他见每小节,第一节 绪 论,课堂讲授：课时4,难点：物联网的发展,内容如下：,思考题：物联网的应用,1.1 物联网的概念,1.1.1 物联网的定义,定义：物联网是通过使用射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息采集设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。,1.1 物联网的概念

2、,1.1.2 物联网的特征,全面感知,可靠传递,智能处理,1.1.3 “物”的含义,1.1 物联网的概念,1.1.4 物联网概念辨析,EPC系统,信息物理系统,传感器网络,M2M技术,1.2 物联网的起源与发展,1.2.1 物联网的起源,国际发展现状,国内发展现状,1.2.2 物联网的发展,物联网发展面临的问题,1.3 物联网的应用,智能交通,智能物流,环境监测,智能电网,医疗健康,智能家居,1.4 小结,第二节 物联网体系结构,课堂讲授课时：4,难点：物联网的体系结构与计算机网络体系结构的区别,内容如下：,作业：复习计算机网络相关内容,2.1 物联网体系结构概述,2.1.1 意义和功能,物联

3、网的最终目的是建立一个满足人们生产、生活以及对资源、信息更高需求的综合平台，管理跨组织、跨管理域的各种资源和异构设备，为上层应用提供全面的资源共享接口，实现分布式资源的有效集成，提供各种数据的智能计算、信息的及时共享以及决策的辅助分析等。,图 物联网,2.1 物联网体系结构概述,2.1.2 设计原则,以“用户为中心”,时空性,互联互通,开放性,可管理性,安全性,鲁棒性,2.1 物联网体系结构,2.1.1 组成模块,图 USN结构,2.1 物联网体系结构,2.1.1 组成模块,图 物联网体系结构,2.2 物联网体系结构,2.2.1 组成模块,感知控制层,数据传输层,数据的动态组织与管理层,应用决

4、策层,数据的实时采集,信息的有效传递,信息的智能化处理,2.2 物联网体系结构,2.2.2 感知控制层,传感技术,传感器是将能感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。,标识技术,标识技术是通过RFID、条形码等设备所感知到的目标外在特征信息来证实和判断目标本质的技术来。,定位技术,定位技术是测量目标的位置参数、时间参数、运动参数等时空信息的技术，它利用信息化手段来得知某一用户或者物体的具体位置。,2.2 物联网体系结构,2.2.2 感知控制层,图 定位技术,2.2 物联网体系结构,2.2.3 数据传输层,图 数据传输技术,短距离通信技术

5、,广域网通信技术,2.2 物联网体系结构,2.2.3 数据的动态组织与管理,图 云计算架构,2.2 物联网体系结构,2.2.4 数据的动态组织与管理,智能计算技术,海量数据的存储,服务计算,2.2 物联网体系结构,2.2.5 应用决策,监控型应用,图 基于RFID的物流跟踪,2.2 物联网体系结构,2.2.5 应用决策,控制型应用,图 智能交通,2.2 物联网体系结构,2.2.5 应用决策,扫描型应用,图 手机钱包,2.3 物联网关键技术,图 物联网关键技术,2.4 已有架构,2.4.1 无线传感网,图 WSN,2.4 已有架构,2.4.1 无线传感网,图 WSN体系结构,2.4 已有架构,2

6、.4.2 EPC/UID,图 EPC的组成,2.4 已有架构,2.4.2 EPC/UID,图 EPC,2.4 已有架构,2.4.3 CPS,图 CPS,2.4 已有架构,2.4.4 M2M,图 M2M,2.5 物联网的反馈与控制,2.5.1自动控制的基本原理与方式,自动控制的概念及应用,反馈控制原理,反馈控制系统的基本组成,自动控制系统的基本控制方式,物联网系统的控制论解析,物联网中的“感、智、控”分别构成了物联网控制系统的测量、比较、执行等三大部件，这三大部件又在“联”这种网络平台上得以相互作用，形成了“控制系统”，最终实现了“控”的目的。,联,物联网的控制特性,鲁棒性 保安性 可信性 时延

7、性,控制理论在物联网中的应用前景,物联网的控制系统一定是一个计算机参与的离散控制系统，将离散控制理论的分析方法引入物联网系统的分析、研究和设计过程中，能够使这一过程更加科学、合理，对系统的各种性能将有一个更准确的判断，同时也便于进行仿真分析。,第三、四章 传感器及RFID技术,课堂讲授：课时8,重点难点：该章为本书重点之一，主要涉及二维码，RFID等传感技术,具体如下：,思考题：RFID系统组成，生物识别技术与物联网的联系。,3.1 传感器概述,3.1.1 传感器的功能,物理世界的“感觉器官”,从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换 成电信号的变换器,从广义角度来看，传感器是指在电子检测控

8、制设 备输入部分中起检测信号作用的器件,3.1 传感器概述,3.1.3 传感器的发展趋势,微型化,智能化,多样化,网络化,集成化,新型材料,高精度、高可靠,3.1 传感器概述,3.1.3 传感器的应用领域,工业检测和自动化控制系统,智能家居,环境保护,医疗,航空航天,智能机器人,3.2 传感器的分类,3.2.1 根据测试对象,温度传感器,湿度传感器,压力传感器,位移传感器,加速度传感器,3.2 传感器的分类,3.2.2 根据原理,电学式传感器,磁性式传感器,电势型传感器,光电式传感器,电荷传感器,半导体传感器,谐振式传感器,电化学式传感器,3.2 传感器的分类,3.2.3 根据输出信号,模拟式

9、传感器,数字式式传感器,3.2 传感器的分类,3.2.4 根据能量,有源传感器,无源传感器,3.2 传感器的分类,3.3 传感器的技术原理,3.3.1 电阻应变式传感器,3.3 传感器的技术原理,3.3.1 电阻应变式传感器,应变片电阻值,绝缘电阻,应变片的灵敏系数,机械滞后,零漂和蠕变,极限,横向效应,3.4 常见传感器,3.4.1 温度传感器,按材料分类,图 热电偶传感器,图 热电阻传感器,3.4 常见传感器,3.4.7 智能传感器,自校准功能 自补偿功能 自诊断功能 数据处理功能 双向通信功能 信息存储和记忆功能 数字信号输出功能,4.1 条形码技术,4.1.1 一维条形码技术,条形码

10、(bar code，简称条码)技术是集条码理论、光电技术、计算机技术、通信技术、条码印制技术于一体的一种自动识别技术。 条形码也叫条码。它是一种以光电扫描识读的信息图形标识符。,条码,图 条码的组成,4.1 条形码技术,4.1.2 二维条形码技术,图 二维码的分类,4.1 条形码技术,4.1.2 二维条形码技术,信息容量大,编码范围广,纠错能力强,可加密,寿命长、易打印、成本低,识读方便,4.2 RFID技术,快速扫描,体积小、多样化,抗污染、耐久性好,可重复使用,可穿透,容量大,安全性高,4.2 RFID技术,4.2.1 RFID的概念及分类,RFID技术是无线电广播技术和雷达技术的结合。无

11、线电广播技术是一种使用无线电波发射、传播和接收语音、图像、数字、符号的技术，而雷达技术是一种应用无线电波的反射理论的技术。,图 RFID,4.2 RFID技术,4.2.1 RFID的概念及分类,RFID系统包含射频标签(Tag)、读写器(Reader)和数据管理系统组成,图 RFID的组成,RFID的组成,4.2 RFID技术,4.2.1 RFID的概念及分类,ISO/IEC、EPC global、Ubiquitous ID Center、AIM global和IP-X,RFID的分类,RFID的标准,工作频率,标签,读写方式,藕合原理,4.2 RFID技术,4.2.1 RFID的概念及分类,

12、RFID的关键问题,标准,成本,技术,安全,4.2 RFID技术,4.2.2 RFID的核心技术,RFID标签,图 低频标签,图 高频标签,4.2 RFID技术,4.2.2 RFID的核心技术,RFID标签,图 标签分类,4.2 RFID技术,4.2.2 RFID的核心技术,RFID阅读器,图 RFID阅读器,4.2 RFID技术,4.2.2 RFID的核心技术,RFID阅读器,图 RFID模拟部分的发送与接受,4.3 定位技术,4.3.1 卫星定位技术,GPS定位原理,图4-29 GPS定位原理示意图,4.3 定位技术,4.3.1 卫星定位技术,GPS的应用,1 定位导航,2 勘察测绘,3

13、应急救援,4 精确制导,第五，六章 无线传感网络及通信技术,课堂讲授：课时6,重点难点：该章为本书重点之一，主要涉及zigbee技术技术,具体如下：,思考题：zigbee技术的特点。无线传感网络及通信技术的特征。,现代通信技术,5.1 近距离无线通信技术,5.1.1 Wi-Fi技术 5.1.2 蓝牙技术 5.1.3 ZigBee技术,5.1.1 Wi-Fi技术,Wi-Fi采用的协议标准,IEEE 802.11b标准,IEEE 802.11a标准,IEEE 802.11g标准,IEEE 802.11n标准,5.1.1 Wi-Fi技术,Wi-Fi特点,覆盖范围广,传输速度快,建网成本低，使用便捷,

14、更健康、更安全,5.1.1 Wi-Fi技术,Wi-Fi组网技术 Wi-Fi应用前景,Ad-hoc模式,接入点模式,图5-2 基于接入点模式的Wi-Fi组网示意图,5.1.2 蓝牙技术,蓝牙协议栈,图5-4 基于802.15版本的蓝牙协议栈结构示意图,5.1.2 蓝牙技术,蓝牙组网技术,图5-5 蓝牙组网示意图,5.1.2 蓝牙技术,蓝牙应用服务 蓝牙技术应用环境,5.1.3 ZigBee技术,ZigBee技术的主要特征,功耗低,较小的传输范围,时延短,网络容量大,成本低,安全性,可靠性较高,5.1.3 ZigBee技术,ZigBee协议标准,图5-6 ZigBee协议栈体系结构示意图,5.1.3 ZigBee技术,ZigBee组网技术,(a)星型 (b) 网状 (c) 树状 图5-7 ZigBee网络拓扑,5.2 远距离无线通信技术,5.2.1 卫星通信技术 5.2.2 移动通信技术 5.2.3 微波通信技术,5.3 有线通信技术,5.3.1 双绞线 5.3.2 光纤 5.3.3 以太网,5.4 Internet技术,5.4.1 Internet通信协议 5.4.2 Internet接入技术 5.4.3 路由算法,