物联网技术导论.pptx

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1、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1页/共75页第一节第一节 绪绪 论论课堂讲授：课时课堂讲授：课时4 4难点：物联网的发展难点：物联网的发展内容如下：内容如下：思考题：物联网的应用思考题：物联网的应用第2页/共75页1.1 1.1 物联网的概念物联网的概念 1.1.1 1.1.1 物联网的定义物联网的定义定义：定义：物联网是通过使用射频识别（物联网是通过使用射频识别（Radio Frequency Radio Frequency IdentificationIdentification，RFIDRFID）、传

2、感器、红外感应器、全球）、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，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，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以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。络。第3页/共75页1.1 1.1 物联网的概念物联网的概念 1.1.2 1.1.2 物联网的特征物联网的特征u全面感知全面感知u可靠传递可靠传递u智能处理智能处理 1.1.3 1.1.3“物物”的含义的含义第4页/共75页1.1 1.1 物联网的概念物

3、联网的概念 1.1.4 1.1.4 物联网概念辨析物联网概念辨析u EPC EPC系统系统u 信息物理系统信息物理系统u 传感器网络传感器网络u M2M M2M技术技术第5页/共75页1.2 1.2 物联网的起源与发展物联网的起源与发展 1.2.1 1.2.1 物联网的起源物联网的起源u 国际发展现状国际发展现状u 国内发展现状国内发展现状 1.2.2 1.2.2 物联网的发展物联网的发展u 物联网发展面临的问题物联网发展面临的问题第6页/共75页1.3 1.3 物联网的应用物联网的应用u 智能交通智能交通u 智能物流智能物流u 环境监测环境监测u 智能电网智能电网u 医疗健康医疗健康u 智能

4、家居智能家居1.4 1.4 小结小结第7页/共75页第二节第二节 物联网体系结构物联网体系结构课堂讲授课时：课堂讲授课时：4 4难点：物联网的体系结构与计算难点：物联网的体系结构与计算机网络体系结构的区别机网络体系结构的区别内容如下：内容如下：作业：复习计算机网络相关内容作业：复习计算机网络相关内容第8页/共75页2.1 2.1 物联网体系结构概述物联网体系结构概述 2.1.1 2.1.1 意义和功能意义和功能物联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

5、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。图物联网第9页/共75页2.1 2.1 物联网体系结构概述物联网体系结构概述 2.1.2 2.1.2 设计原则设计原则u以“用户为中心”u时空性u互联互通u开放性u可管理性u安全性u鲁棒性第10页/共75页2.1 2.1 物联网体系结构物联网体系结构 2.1.1 2.1.1 组成模块组成模块图USN结构第11页/共75页2.1 2.1 物联网体系结构物联网体系结构 2.1.1 2.1.1 组成模块组成模块图物联网体系结构第12页/共75页2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.1 2.2.1 组成模块组成模块u感知控制层u数

6、据传输层u数据的动态组织与管理层u应用决策层数据的实时采集信息的有效传递信息的智能化处理第13页/共75页2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.2 2.2.2 感知控制层感知控制层u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。u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。u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。第14页/共75页2.2 2.2 物联网体系结构物联网体

7、系结构 2.2.2 2.2.2 感知控制层感知控制层图定位技术第15页/共75页2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.3 2.2.3 数据传输层数据传输层图数据传输技术u短距离通信技术u广域网通信技术第16页/共75页2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.3 2.2.3 数据的动态组织与管理数据的动态组织与管理图云计算架构第17页/共75页2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.4 2.2.4 数据的动态组织与管理数据的动态组织与管理u智能计算技术u海量数据的存储u服务计算第18页/共75页2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.5

8、2.2.5 应用决策应用决策u监控型应用图基于RFID的物流跟踪第19页/共75页2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.5 2.2.5 应用决策应用决策u控制型应用图智能交通第20页/共75页2.2 2.2 物联网体系结构物联网体系结构 2.2.5 2.2.5 应用决策应用决策u扫描型应用图手机钱包第21页/共75页2.3 2.3 物联网关键技术物联网关键技术图物联网关键技术第22页/共75页2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.1 2.4.1 无线传感网无线传感网图WSN第23页/共75页2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.1 2.4.1 无线传感网无线传感网图WS

9、N体系结构第24页/共75页2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.2 EPC/UID 2.4.2 EPC/UID图EPC的组成第25页/共75页2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.2 EPC/UID 2.4.2 EPC/UID图EPC第26页/共75页2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.3 CPS 2.4.3 CPS图CPS第27页/共75页2.4 2.4 已有架构已有架构 2.4.4 M2M 2.4.4 M2M图M2M第28页/共75页2.5 2.5 物联网的反馈与控制物联网的反馈与控制 2.5.12.5.1自动控制的基本原理与方式自动控制的基本原理与方式 u 自动控制的概念

10、及应用自动控制的概念及应用u反馈控制原理反馈控制原理u反馈控制系统的基本组成反馈控制系统的基本组成u自动控制系统的基本控制方式自动控制系统的基本控制方式第29页/共75页物联网系统的控制论解析物联网系统的控制论解析物联网系统的控制论解析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。联第30页/共75页物联网的控制特性物联网的控制特性物联网的控制特性物联网的控制特性 鲁棒性鲁棒性保安性保安性可信性可信性时延性时延性第31页/共75页控制理论在物联网中

11、的应用前景控制理论在物联网中的应用前景控制理论在物联网中的应用前景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32页/共75页第三、四章第三、四章 传感器及传感器及RFIDRFID技术技术课堂讲授：课时课堂讲授：课时8 8重点难点：该章为本书重点之一，重点难点：该章为本书重点之一，主要涉及二维码，主要涉及二维码，RFIDRFID等传感技等传感技术术具体如下：具体如下：思考题：思考题：RFIDRFID系统

12、组成，生物识系统组成，生物识别技术与物联网的联系。别技术与物联网的联系。第33页/共75页3.1 3.1 传感器概述传感器概述 3.1.1 3.1.1 传感器的功能传感器的功能 u 物理世界的物理世界的“感觉器官感觉器官”u 从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换 成电信号的变换器成电信号的变换器u 从广义角度来看，传感器是指在电子检测控制设从广义角度来看，传感器是指在电子检测控制设 备输入部分中起检测信号作用的器件备输入部分中起检测信号作用的器件第34页/共75页3.1 3.1 传感器概述传感器概述 3.1.3 3.1.3 传感器的发展趋势传感器

13、的发展趋势 u微型化u智能化u多样化u网络化u集成化u新型材料u高精度、高可靠第35页/共75页3.1 3.1 传感器概述传感器概述 3.1.3 3.1.3 传感器的应用领域传感器的应用领域 u工业检测和自动化控制系统u智能家居u环境保护u医疗u航空航天u智能机器人第36页/共75页3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类 3.2.1 3.2.1 根据测试对象根据测试对象u温度传感器u湿度传感器u压力传感器u位移传感器u加速度传感器第37页/共75页3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类 3.2.2 3.2.2 根据原理根据原理u电学式传感器u磁性式传感器u电势型传感器u光电式传感器u电荷传

14、感器u半导体传感器u谐振式传感器u电化学式传感器第38页/共75页3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类 3.2.3 3.2.3 根据输出信号根据输出信号u模拟式传感器u数字式式传感器第39页/共75页3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类 3.2.4 3.2.4 根据能量根据能量u有源传感器u无源传感器第40页/共75页3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类传感器分类转换原理传感器名称典型应用转换形式中间参量电参数电阻移动电位器角点改变电阻电位器传感器位移改变电阻丝或片尺寸电阻丝应变传感器、半导体应变传感器微应变、力、负荷利用电阻的温度效应热丝传感器气流速度、液体流量电阻温度传感器温度

15、、辐射热热敏电阻传感器温度电容改变电容的几何尺寸电容传感器力、压力、负荷、位移改变电容的介电常数液位、厚度、含水量电感改变磁路几何尺寸、导磁体位置电感传感器位移涡流去磁效应涡流传感器位移、厚度、含水量利用压磁效应压磁传感器力、压力改变互感差动变压器位移自整角机旋转变压器频率改变谐振回路中的固有参数振弦式传感器压力、力振筒式传感器气压石英谐振传感器力、温度等计数利用莫尔条纹光栅大角位移、大直线位移改变互感感应同步器利用拾磁信号磁栅数字利用数字编号角度编码器大角位移电能量电动势温差电动势热电偶温度、电流霍尔效应霍尔传感器磁通、电流电磁感应磁电传感器速度、加速度光电效应光电池光照度电荷辐射电离电离室

16、离子计数、放射性强度压电效应压电传感器动态力、加速度第41页/共75页3.3 3.3 传感器的技术原理传感器的技术原理 3.3.1 3.3.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器第42页/共75页3.3 3.3 传感器的技术原理传感器的技术原理 3.3.1 3.3.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器u应变片电阻值u绝缘电阻u应变片的灵敏系数u机械滞后u零漂和蠕变u极限u横向效应第43页/共75页3.4 3.4 常见传感器常见传感器 3.4.1 3.4.1 温度传感器温度传感器u 按材料分类图热电偶传感器图热电阻传感器第44页/共75页3.4 3.4 常见传感器常见传感器 3.4.7 3.4.7

17、 智能传感器智能传感器l自校准功能l自补偿功能l自诊断功能l数据处理功能l双向通信功能l信息存储和记忆功能l数字信号输出功能第45页/共75页4.1 4.1 条形码技术条形码技术 4.1.1 4.1.1 一维条形码技术一维条形码技术条形码(barcode，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。u条码图条码的组成第46页/共75页4.1 4.1 条形码技术条形码技术 4.1.2 4.1.2 二维条形码技术二维条形码技术图二维码的分类第47页/共75页4.1 4.1 条形码技术条形码

18、技术 4.1.2 4.1.2 二维条形码技术二维条形码技术u信息容量大u编码范围广u纠错能力强u可加密u寿命长、易打印、成本低u识读方便第48页/共75页4.2 RFID4.2 RFID技术技术u快速扫描u体积小、多样化u抗污染、耐久性好u可重复使用u可穿透u容量大u安全性高第49页/共75页4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.1 RFID 4.2.1 RFID的概念及分类的概念及分类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第50页/共75页

19、4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.1 RFID 4.2.1 RFID的概念及分类的概念及分类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uRFID的组成第51页/共75页4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.1 RFID 4.2.1 RFID的概念及分类的概念及分类ISO/IEC、EPCglobal、UbiquitousIDCenter、AIMglobal和IP-XuRFID的分类uRFID的标准工作频率标签读写方式藕合原理第52页/共75页4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.1 RFID 4.2.1 R

20、FID的概念及分类的概念及分类uRFID的关键问题标准成本技术安全第53页/共75页4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.2 RFID 4.2.2 RFID的核心技术的核心技术uRFID标签图低频标签图高频标签第54页/共75页4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.2 RFID 4.2.2 RFID的核心技术的核心技术uRFID标签图标签分类工作频率协议读写距离受方向影响芯片价格数据传输率普及率125kHzISO11784/11785ISO18000-2无一般慢大量使用13.56MHzISO/IEC14443无一般较慢大量使用ISO/IEC15693单向全向无低较快大量

21、使用860930MHzISO/IEC18000-6一般一般读快写慢大量使用2.45GHzISO/IEC18001-3一般较高较快使用较少5.8GHzISO/IEC18001-5以上一般较高较快使用一般第55页/共75页4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.2 RFID 4.2.2 RFID的核心技术的核心技术uRFID阅读器图RFID阅读器第56页/共75页4.2 RFID4.2 RFID技术技术 4.2.2 RFID 4.2.2 RFID的核心技术的核心技术uRFID阅读器图RFID模拟部分的发送与接受第57页/共75页4.3 4.3 定位技术定位技术 4.3.1 4.3.1 卫

22、星定位技术卫星定位技术u GPS GPS定位原理定位原理图图4-29 GPS4-29 GPS定位原理示意图定位原理示意图第58页/共75页4.3 4.3 定位技术定位技术 4.3.1 4.3.1 卫星定位技术卫星定位技术u GPS GPS的应用的应用1 1 定位导航定位导航2 2 勘察测绘勘察测绘3 3 应急救援应急救援4 4 精确制导精确制导第59页/共75页第五，六章第五，六章 无线传感网络无线传感网络及通信技术及通信技术课堂讲授：课时课堂讲授：课时6 6重点难点：该章为本书重点之一，重点难点：该章为本书重点之一，主要涉及主要涉及zigbeezigbee技术技术技术技术具体如下：具体如下：

23、思考题：思考题：zigbeezigbee技术的特点。无技术的特点。无线传感网络及通信技术的特征。线传感网络及通信技术的特征。第60页/共75页现代通信技术第61页/共75页5.1 5.1 近距离无线通信技术近距离无线通信技术 5.1.1 5.1.1 Wi-FiWi-Fi技术技术 5.1.2 5.1.2 蓝牙技术蓝牙技术 5.1.3 ZigBee 5.1.3 ZigBee技术技术第62页/共75页5.1.1 5.1.1 Wi-FiWi-Fi技术技术 Wi-Fi Wi-Fi采用的协议标准采用的协议标准 u IEEE 802.11b IEEE 802.11b标准标准u IEEE 802.11a IE

24、EE 802.11a标准标准u IEEE 802.11g IEEE 802.11g标准标准u IEEE 802.11n IEEE 802.11n标准标准第63页/共75页5.1.1 5.1.1 Wi-FiWi-Fi技术技术 Wi-Fi Wi-Fi特点特点u 覆盖范围广覆盖范围广u 传输速度快传输速度快u 建网成本低，使用便捷建网成本低，使用便捷u 更健康、更安全更健康、更安全第64页/共75页5.1.1 5.1.1 Wi-FiWi-Fi技术技术 Wi-Fi Wi-Fi组网技术组网技术Wi-FiWi-Fi应用前景应用前景 u Ad-hoc Ad-hoc模式模式u 接入点模式接入点模式图5-2基于

25、接入点模式的Wi-Fi组网示意图第65页/共75页5.1.2 5.1.2 蓝牙技术蓝牙技术 蓝牙协议栈蓝牙协议栈 图5-4 基于802.15版本的蓝牙协议栈结构示意图第66页/共75页5.1.2 5.1.2 蓝牙技术蓝牙技术 蓝牙组网技术蓝牙组网技术 图5-5蓝牙组网示意图第67页/共75页5.1.2 5.1.2 蓝牙技术蓝牙技术 蓝牙应用服务蓝牙应用服务 蓝牙技术应用环境蓝牙技术应用环境应用名说明一般访问（GenericAccess）针对链路管理的应用服务发现（ServiceDiscovery）用于发现所提供的服务串行端口（SerialPort）用于代替串行端口电缆一般的对象交换（Gener

26、icObjectExchange）为对象移动过程定义客户服务器关系LAN访问（LANAccess）移动计算机和固定LAN之间的协议拨号联网（Dial-upNetworking）计算机通过移动电话呼叫传真（Fax）传真机与移动电话建立连接无绳电话（CordlessTelephony）无绳电话与基站间建立连接内部通信联络系统（Intercom）数字步话机头戴电话（Headset）允许免提的语音通信对象推送（ObjectPush）提供交换简单对象的方法文件传输（FileTransfer）提供文件传输同步（Synchronization）PDA与计算机间进行数据同步第68页/共75页5.1.3 Zig

27、Bee5.1.3 ZigBee技术技术 ZigBee ZigBee技术的主要特征技术的主要特征 u 功耗低功耗低 u 较小的传输范围较小的传输范围 u 时延短时延短u 网络容量大网络容量大u 成本低成本低 u 安全性安全性 u 可靠性较高可靠性较高第69页/共75页5.1.3 ZigBee5.1.3 ZigBee技术技术 ZigBee ZigBee协议标准协议标准 图5-6 ZigBee协议栈体系结构示意图第70页/共75页5.1.3 ZigBee5.1.3 ZigBee技术技术ZigBeeZigBee组网技术组网技术 (a)星型 (b)网状 (c)树状图5-7 ZigBee网络拓扑第71页/

28、共75页5.2 5.2 远远距离无线通信技术距离无线通信技术 5.2.1 5.2.1 卫星通信技术卫星通信技术 5.2.2 5.2.2 移动通信技术移动通信技术 5.2.3 5.2.3 微波通信技术微波通信技术第72页/共75页5.3 5.3 有有线通信技术线通信技术 5.3.1 5.3.1 双绞线双绞线 5.3.2 5.3.2 光纤光纤 5.3.3 5.3.3 以太网以太网第73页/共75页5.4 Internet5.4 Internet技术技术 5.4.1 Internet5.4.1 Internet通信协议通信协议5.4.2 Internet5.4.2 Internet接入技术接入技术5.4.3 5.4.3 路由算法路由算法第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页