第3章物联网技术基础13214795.pptx

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1、第3章 物联网技术基础第第3章章 物联网技术基础物联网技术基础上一章分析了物联网的几个案例应用，从中我们可上一章分析了物联网的几个案例应用，从中我们可以看到物联网的主要支撑技术：以看到物联网的主要支撑技术：M2M技术技术RFID技术技术WSN技术技术PLC技术等等技术等等.本章将从以下四个方面来介绍物联网的基础技术本章将从以下四个方面来介绍物联网的基础技术物联网三个三个三个三个层层次次次次八八八八层层构建构建构建构建四大支撑四大支撑四大支撑四大支撑技技技技术术两个技两个技两个技两个技术术范畴范畴范畴范畴第3章 物联网技术基础3.1 物联网的三个层次物联网的三个层次 3应用层2网络层1感知层3.

2、1 物联网的三个层次物联网的三个层次相应的技相应的技术体系术体系应用层技术感知层技术网络层技术与各层相应的技术3.2 物联网的八层架构物联网的八层架构IBM大中华区首席技术官、大中华区首席技术官、IBM中国研究院院中国研究院院长李实恭在接受长李实恭在接受51CTO.com记者专访时谈到，记者专访时谈到，“物联网的重点在于这个物联网的重点在于这个“网网”字，如果只有字，如果只有物没有网，那未来将是非常可怕的现象。物没有网，那未来将是非常可怕的现象。IBM在多年的研究积累和时间中提炼出了八层的物在多年的研究积累和时间中提炼出了八层的物联网参考架构。联网参考架构。”3.2 物联网的八层架构物联网的八

3、层架构第一层：传感器第一层：传感器/执行器层执行器层 物联网中任何一个物体都要通过感知设备获取物联网中任何一个物体都要通过感知设备获取相关信息以及传递感应到的信息给所有需要的相关信息以及传递感应到的信息给所有需要的设备或系统。传感器设备或系统。传感器/执行器层是最直接与周围执行器层是最直接与周围物体接触的域。物体接触的域。3.2 物联网的八层架构物联网的八层架构第二层：第二层：传感网层传感网层 这是传感器之间形成的网络。这些网络有可这是传感器之间形成的网络。这些网络有可能基于公开协议，比如能基于公开协议，比如IP地址，也有可能基于地址，也有可能基于一些私有协议。而目的就是为了使传感器之间一些私

4、有协议。而目的就是为了使传感器之间可以互联互通以及传递感应信息。可以互联互通以及传递感应信息。3.2 物联网的八层架构物联网的八层架构第三层：传感网关层第三层：传感网关层 物联网世界里的对象和信息量将会是巨大的，物联网世界里的对象和信息量将会是巨大的，五花八门的，这些信息直接传递给所需要的系五花八门的，这些信息直接传递给所需要的系统，那么将会对网络造成巨大的压力和不必要统，那么将会对网络造成巨大的压力和不必要的资源浪费。因此最好的方法是通过某种程度的资源浪费。因此最好的方法是通过某种程度的网关将信息进行过滤，协议转换，信息压缩的网关将信息进行过滤，协议转换，信息压缩加密等等，使得信息更优化和安

5、全的在公共网加密等等，使得信息更优化和安全的在公共网络上传递。络上传递。3.2 物联网的八层架构物联网的八层架构第四层：广域网络层第四层：广域网络层 在这一层中主要是为了将感知层的信息传递在这一层中主要是为了将感知层的信息传递到需要信息处理或者业务应用的系统中。可以到需要信息处理或者业务应用的系统中。可以采用采用IPv4或者或者IPv6的协议。的协议。3.2 物联网的八层架构物联网的八层架构第五层：第五层：应用网关层应用网关层 在传输过程中为了更好地利用网络资源以及优在传输过程中为了更好地利用网络资源以及优化信息处理过程，设置局部或者区域性的应用化信息处理过程，设置局部或者区域性的应用网关：网

6、关：好处：好处：信息汇总与分发信息汇总与分发最大限度的利用最大限度的利用IT与通讯资源，提高信息的传与通讯资源，提高信息的传输和处理能力，提高可靠性和持续性。输和处理能力，提高可靠性和持续性。3.2 物联网的八层架构物联网的八层架构第六层：服务平台层第六层：服务平台层 服务平台层是为了使不同的服务提供模式得服务平台层是为了使不同的服务提供模式得以实施，同时把物联网世界中的信息处理方面以实施，同时把物联网世界中的信息处理方面的共性功能进行集中优化，缓解传统应用系统的共性功能进行集中优化，缓解传统应用系统或者应用系统整合平台的压力。或者应用系统整合平台的压力。3.2 物联网的八层架构物联网的八层架

7、构第七层：应用层第七层：应用层 应用层包括了各种不同业务或者服务所需应用层包括了各种不同业务或者服务所需要的应用处理系统。这些系统利用传感的信息要的应用处理系统。这些系统利用传感的信息进行处理、分析、执行不同的业务，并把处理进行处理、分析、执行不同的业务，并把处理的信息再反馈给传感器进行更新，刷新服务以的信息再反馈给传感器进行更新，刷新服务以及对终端使用者提供服务，使得整个物联网的及对终端使用者提供服务，使得整个物联网的每个环节都更加连续和智能。每个环节都更加连续和智能。3.2 物联网的八层架构物联网的八层架构第八层：分析与优化层第八层：分析与优化层 在物联网世界中，从信息的业务价值和在物联网

8、世界中，从信息的业务价值和IT信信息处理的角度看，它与互联网最大的不同就是息处理的角度看，它与互联网最大的不同就是信息和信息量。物联网的信息来源广阔，信息信息和信息量。物联网的信息来源广阔，信息是海量的，在这种情况下如何利用信息更好地是海量的，在这种情况下如何利用信息更好地为我们服务，就是基于信息分析和优化的基础为我们服务，就是基于信息分析和优化的基础之上。之上。射频识别（射频识别（RFIDRFID）传感器技术传感器技术无线传感网络无线传感网络（WSN/ZigBeeWSN/ZigBee）智能服务智能服务RFID是一种非接触式自动识别技术，可以快速读写、长期跟踪管理，有着非常好的发展前景WSN/

9、ZigBee的特点是短距离、低功耗，这为搭建无处不在的物联网提供了可能以MEMS为代表的传感技术，拉近了人与自然世界的距离智能服务技术为发展物联网的应用提供了服务内容3.3 物联网的四大支撑技术物联网的四大支撑技术3.3 物联网的四大支撑技术物联网的四大支撑技术3.3.1 RFID技术技术 无线射频识别技术无线射频识别技术(RFID)作为本世纪最有发展作为本世纪最有发展前途的信息技术之一，已得到全球业界的高度前途的信息技术之一，已得到全球业界的高度重视重视,未来的十年内，所有的东西都将会被植入未来的十年内，所有的东西都将会被植入RFID标签。标签。3.3.1 RFID技术技术（1）RFID介绍

10、介绍 RFID是射频识别技术的英文是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写，射频识别技术是的缩写，射频识别技术是20世纪世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合过空间耦合(交变磁场或电磁场交变磁场或电磁场)实现无接触信实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。术。3.3.1 RFID技术技术RFIDRFID系统如图系统如图所示，由三部所示，由三部分组成分组成:

11、电子标签电子标签（TagTag）天线天线(Antenna)阅读器阅读器(Reader)3.3.1 RFID技术技术（2）RFID特征特征1.数据的读写数据的读写(Read Write)机能机能2.容易小型化和多样化的形状容易小型化和多样化的形状3.耐环境性耐环境性4.可重复使用可重复使用5.穿透性穿透性6.数据的记忆容量大数据的记忆容量大7.系统安全：系统安全：8.数据安全数据安全3.3.1 RFID技术技术（3）RFID的工作原理的工作原理通常情况下，通常情况下，RFID的应用系统主要由读写器的应用系统主要由读写器和和RFID卡两部分组成的卡两部分组成的,如图所示。如图所示。3.3.1 RF

12、ID技术技术 模块名称模块名称 作用作用组成组成读写器读写器一般作为计算机终端实现一般作为计算机终端实现对对RFID卡的数据读写和卡的数据读写和存储存储控制单元、高频通讯模块控制单元、高频通讯模块和天线和天线RFID卡卡一种无源的应答器一种无源的应答器一块集成电路一块集成电路(IC)芯片及芯片及其外接天线；其外接天线；RFID芯片通常集成有射芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储频前端、逻辑控制、存储器等电路器等电路（3）RFID的工作原理的工作原理3.3.1 RFID技术技术（3）RFID应用系统的工作原理应用系统的工作原理 RFID卡进入读写器的射频场后卡进入读写器的射频场后,由其天线获得

13、的由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检测得到数字信息的感应电流通过射频前端电路检测得到数字信号，并将数字信号送入逻辑控制电路进行信息信号，并将数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取，经由处理；所需回复的信息则从存储器中获取，经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。发回给读写器。3.3.1 RFID技术技术 低频30KHZ-300KHZ 中频3MHZ-30MHZ 高频300MHZ-3GHZRFID RFID 的工

14、的工作作频率率读写功写功能能有源有源/无无源源调制方调制方式式主动式(Active tag)被动式(Active tag)只读卡（RO）一次写入多次读出卡(WORM)可读写写卡(RW)有源RFID标签无源RFID标签（4）RFID技术的分类技术的分类 3.3.1 RFID技术技术（5）RFID技术标准技术标准目前国际制定目前国际制定RFID标准的组织比较著名的有标准的组织比较著名的有三个，分别是三个，分别是ISO、以美国为首的、以美国为首的EPC global以及日本的以及日本的Ubiquitous ID Center目前常用的目前常用的RFID国际标准主要有以下几种：国际标准主要有以下几种：

15、3.3.1 RFID技术技术ISO11784和和ISO11785ISO10536、ISO 15693、ISO 14443ISO 10374用于对动物识别用于对动物识别用于非接触智能卡用于非接触智能卡用于集装箱识别用于集装箱识别3.3.1 RFID技术技术（6）RFID系统的应用和发展趋势系统的应用和发展趋势物流：物流过程中的货物追踪，信息自动采集，物流：物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，邮政，快仓储应用，港口应用，邮政，快 递。递。零售：零售：商品的销售数据实时统计，补货，防盗。商品的销售数据实时统计，补货，防盗。制造业：生产数据的实时监控，质量追踪，自动制造业：生产数据

16、的实时监控，质量追踪，自动化生产。化生产。服装业：自动化生产，仓储管理，品牌管理，单服装业：自动化生产，仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理。品管理，渠道管理。3.3.1 RFID技术技术（6）RFID系统的应用和发展趋势系统的应用和发展趋势交通：高速不停车收费，出租车管理，公交车枢交通：高速不停车收费，出租车管理，公交车枢纽管理，铁路机车纽管理，铁路机车 识别等。识别等。食品：食品：水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度管理。水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度管理。动物识别：动物识别：训养动物，畜牧牲口，宠物等识别管训养动物，畜牧牲口，宠物等识别管理。理。图书馆：书店，图书馆，出版社等应用。图书馆：书

17、店，图书馆，出版社等应用。3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（1）什么是）什么是ZigBeeWSN是是wireless sensor network的简称，即无的简称，即无线传感网络线传感网络传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素网络的三个要素无线传感网络内的各个要素通过一个统一的协无线传感网络内的各个要素通过一个统一的协议进行信息的传输，这个协议就是议进行信息的传输，这个协议就是Zigbee。ZigBeeZigBee协议协议传传感器感器感器感器观观察者察者感知感知感知感知对对象象象象3.3.2 WSN/ZigBee技术技术3.3.

18、2 WSN/ZigBee技术技术（1）什么是）什么是ZigBee ZigBee是是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，也就是说蜜蜂依这一名称来源于蜜蜂的八字舞，也就是说蜜蜂依靠这样的方式传递信息，并构成了群体中的通信靠这样的方式传递信息，并构成了群体中的通信网络。网络。3.3.2 WSN/ZigBee技术技术 目前超过目前超过150多家家成员公司正积极进行多家家成员公司正积极进行ZigBee规格的制定工作。当中包括规格的制定工作。当中

19、包括7位推广委位推广委员，半导体生产商、无线技术供应商及代工生员，半导体生产商、无线技术供应商及代工生产商。产商。7位推广委员分别为：位推广委员分别为：Honeywell，Invensys，Mitsubishi，Freescale，Philips，Samsung，Chipcom，ember。（如下图）。（如下图）3.3.2 WSN/ZigBee技术技术3.3.2 WSN/ZigBee技术技术ZigBeeZigBee数传模数传模块块ZigBeeZigBee是一种高是一种高可靠的无线数可靠的无线数传网络，类似传网络，类似于于CDMA和和GSM网络网络。ZigBee数传模块数传模块类似于移动网络类似

20、于移动网络基站基站。通讯距离。通讯距离从标准的从标准的75m到到几百米、几公里，几百米、几公里，并且支持无限扩并且支持无限扩展展ZigBee是一个由是一个由可多到可多到65000个个无线数传模块组无线数传模块组成的一个无线数成的一个无线数传网络平台，在传网络平台，在整个网络范围内，整个网络范围内，每一个每一个ZigBee网网络数传模块之间络数传模块之间可以相互通信。可以相互通信。（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述无线数据传输网络描述3.3.2 WSN/ZigBee技术技术 ZigBee是采用数据帧的概念，每个无线帧包括是采用数据帧的概念，每个无线帧包括了大量无线包装，包含了大量时间

21、、地址、命令、了大量无线包装，包含了大量时间、地址、命令、同步等信息，真正的数据信息只占很少部分，且同步等信息，真正的数据信息只占很少部分，且这正是这正是ZigBee可以实现网络组织管理、实现高可可以实现网络组织管理、实现高可靠传输的关键。同时，靠传输的关键。同时，ZigBee采用了采用了MAC技术和技术和DSSS（直扩序列调制）技术，能够实现高可靠、（直扩序列调制）技术，能够实现高可靠、大规模网络传输。大规模网络传输。3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述无线数据传输网络描述ZigBee定义了两种物理设备类型：定义了两种物理设备类型：全功能设备

22、全功能设备FFD(Full Function Device)精简功能设备精简功能设备RFD(Reduced Function Device)。3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述无线数据传输网络描述 在交换数据的网络中，有三种典型的设备类型在交换数据的网络中，有三种典型的设备类型:（i）协调器）协调器（ii）路由器）路由器（iii）终端设备。）终端设备。一个一个ZigBee 由一个协调器节点、若干个路由器和一些终由一个协调器节点、若干个路由器和一些终端设备节点构成。设备类型并不会限制运行在特定设备上端设备节点构成。设备类型并不会限制运行在特定设

23、备上的应用类型。的应用类型。3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述无线数据传输网络描述 协调器用于初始化一个协调器用于初始化一个ZigBee网络。它是网络中网络。它是网络中的第一个设备。协调器节点选择一个信道和一个的第一个设备。协调器节点选择一个信道和一个网络标识符（也叫网络标识符（也叫PAN ID），然后启动一个网络。），然后启动一个网络。3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述无线数据传输网络描述 图所示展示了一个示例网络，它具有图所示展示了一个示例网络，它具有ZigBee 协协调器（菱形），路由

24、器（矩形）和终端节点调器（菱形），路由器（矩形）和终端节点（圆形）。（圆形）。3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述无线数据传输网络描述 与移动通信的与移动通信的CDMA网或网或GSM网不同的是，网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。便，工作可靠，价格低的特点。3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述无线数据传输网络描述 每个每个ZigBee

25、网络节点本身可以作为监控对象网络节点本身可以作为监控对象可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料每一个每一个ZigBee网络节点（网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不成单网络的孤立子节点（的范围内，和多个不成单网络的孤立子节点（RFD）无线连接。无线连接。如图所示为如图所示为Zigbee模块：模块：3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述无线数据传输网络描述下面就是下面就是Zigbee模块模块3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（3）ZigBee自身的技术优势低功耗自

26、身的技术优势低功耗低功耗低功耗低成本。低成本。低速率。低速率。近距离。近距离。短时延短时延高容量。高容量。高安全高安全免执照免执照频段频段。3.3.2 WSN/ZigBee技术技术（4）ZigBee的应用领域的应用领域 Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如领

27、域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。城市中的车辆进行定位。ZigBee的应用领域的应用领域下图表示：下图表示：ZigBeeZigBee的典型应用的典型应用3.3.3常见组网技术常见组网技术WIFI技术技术蓝牙技术蓝牙技术 GPS技术技术PLC(电力线通信电力线通信)技术技术常见的组网技术常见的组网技术现场总线技术现场总线技术3.3.3（1）现场总线技术）现场总线技术现场总线控制系统技术是现场总线控制系统技术是20 世纪世纪80 年代中期年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS

28、）的出现引起了传统）的出现引起了传统的可编程逻辑控制器（的可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系）和分布式控制系统（统（DCS）基本结构的革命性变化。）基本结构的革命性变化。现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。字化、双向、多站的通信系统。3.3.3（1）现场总线技术）现场总线技术基本概念基本概念 工业现场工业现场+一根导线一根导线=现场总线现场总线传统的接线方式传统的接线方式现场总线接线方式现场总线接线方式3.3.3（1）现场总线技术）现场总

29、线技术现场总线的特点现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。现信息的可靠性和开放性。实时性性3.3.3（1）现场总线技术）现场总线技术一般的现场总线具有以下几个特点现场总线技技术布布线简单开放性开放性可靠性可靠性3.3.3（1）现场总线技术）现场总线技术现场总线的应用

30、领域现场总线的应用领域 在控制系统的金字塔结构中，都有现场总线的在控制系统的金字塔结构中，都有现场总线的应用。应用。3.3.3（1）现场总线技术）现场总线技术下图例举了几种主要现场总线的应用范围下图例举了几种主要现场总线的应用范围3.3.3（2）WIFI技术技术基本概念基本概念WiFi全称全称Wireless Fidelity，又称，又称802.11b标准。标准。IEEE 802.11b无线网络规范是无线网络规范是IEEE 802.11a网网络规范的变种，最高带宽为络规范的变种，最高带宽为11Mbps，在信号，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mb

31、ps、2Mbps和和1Mbps，带宽的自动调整，带宽的自动调整，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。有效地保障了网络的稳定性和可靠性。3.3.3（2）WIFI技术技术WIFI无线网络结构无线网络结构 WiFi无线网络的拓扑结构主要有两种，即：无线网络的拓扑结构主要有两种，即：Ad-Hoc和和Infrastructure。两种结构如下图所示：两种结构如下图所示：3.3.3（2）WIFI技术技术WIFI无线网络结构：无线网络结构：Ad-Hoc拓扑结构InfrastructureInfrastructure拓扑构拓扑构3.3.3（2）WIFI技术技术WIFI优点：优点：线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术

32、的电波覆线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右约合英尺左右约合15米米WiFi的半径则可达的半径则可达300英尺左右约合英尺左右约合100米。米。WiFi技术传输速度非常快，可以达到技术传输速度非常快，可以达到11 mbps，符合个人和社会信息化的需求。，符合个人和社会信息化的需求。进入该领域的门槛比较低进入该领域的门槛比较低3.3.3（2）WIFI技术技术WIFI应用应用 WiFi当前主要面对个人、家庭当前主要面对个人、家庭/企业及行业用户企业及行业用户.提供家提供家庭庭/企业服务、公众区企业服务、公众区/会展区服务。从覆盖区

33、域来看，可会展区服务。从覆盖区域来看，可重点应用于以下区域重点应用于以下区域:1)有线资源成本太高或布线困难的区域；有线资源成本太高或布线困难的区域；2)酒店、机场、医院、茶楼等人员流动频繁的地方；酒店、机场、医院、茶楼等人员流动频繁的地方；3)校园、办公室、会议室等人员聚集的地方；校园、办公室、会议室等人员聚集的地方；4)展览馆、体育馆、新闻中心等信息需求量大的地方。展览馆、体育馆、新闻中心等信息需求量大的地方。3.3.3（2）WIFI技术技术WIFI的技术发展的技术发展 虽然虽然WiFi技术的商用遇到一些问题，但这种技术的商用遇到一些问题，但这种先进的技术也不可能包办所有功能的通信系统。先

34、进的技术也不可能包办所有功能的通信系统。可以说只有各种接入手段相互补充使用才能带可以说只有各种接入手段相互补充使用才能带来经济性、可靠性和有效性。因而，它可以在来经济性、可靠性和有效性。因而，它可以在特定的区域和范围内发挥对特定的区域和范围内发挥对3G的重要补充作用，的重要补充作用，WiFi技术与技术与3G技术相结合将具有广阔的发展技术相结合将具有广阔的发展前景。前景。3.3.3（3）蓝牙技术）蓝牙技术蓝牙技术概述蓝牙技术概述l蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无内）的无线电技术。能在包括移动电话、线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔、

35、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。换。l蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。采用时分双工传输方案实现全双工传输。3.3.3（3）蓝牙技术）蓝牙技术蓝牙技术概述蓝牙技术概述蓝牙技术是一个开放性、短距离无线通信的标准。蓝牙技术是一个开放性、短距离

36、无线通信的标准。图图 蓝蓝牙牙标标志与志与蓝蓝牙耳机牙耳机3.3.3（3）蓝牙技术）蓝牙技术蓝牙技术系统参数和技术指标蓝牙技术系统参数和技术指标3.3.3（3）蓝牙技术）蓝牙技术蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点1.能传送语音和数据；能传送语音和数据；2.全球范围适用，使用频段无需申请；全球范围适用，使用频段无需申请；3.低成本、低功耗和低辐射；低成本、低功耗和低辐射；4.安全性、抗干扰性和稳定性强；安全性、抗干扰性和稳定性强；5.可以建立临时性的对等连接，支持点对多的通可以建立临时性的对等连接，支持点对多的通信方式；信方式；3.3.3（3）蓝牙技术）蓝牙技术蓝蓝牙模牙模块块如下如下图图所示：所示：

37、3.3.3（3）蓝牙技术）蓝牙技术文件传输文件传输Internet网桥网桥局域网接入局域网接入三合一电话三合一电话(three in one phone)终端耳机终端耳机应用模型应用模型蓝牙技术的应用蓝牙技术的应用 蓝牙蓝牙SIG（蓝牙技术联盟）定义以下几种基本的（蓝牙技术联盟）定义以下几种基本的应用模型。应用模型。3.3.3（3）蓝牙技术）蓝牙技术蓝牙产品：蓝牙产品：主要应用在手主要应用在手机、掌上计算机、掌上计算机、耳机、数机、耳机、数字照相机、数字照相机、数字摄像机、汽字摄像机、汽车套件等车套件等蓝牙技术的应用蓝牙技术的应用蓝牙系统：蓝牙系统：可以嵌入微波可以嵌入微波炉、洗衣机、炉、洗衣

38、机、电冰箱、空调电冰箱、空调机等传统家用机等传统家用电器电器3.3.3（4）GPS技术技术GPS概述概述 GPS 是英文是英文Global Positioning System（全球全球定位系统定位系统）的简称，而其中文简称为）的简称，而其中文简称为“球位系球位系”。GPS是是20世纪世纪70年代由美国陆海空三军联合研年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，经过制的新一代空间卫星导航定位系统，经过20余余年的研究实验，耗资年的研究实验，耗资300亿美元，到亿美元，到1994年年3月，月，全球覆盖率高达全球覆盖率高达98%的的24颗颗GPS卫星星座己布卫星星座己布设完成。设完成

39、。3.3.3（4）GPS技术技术GPSGPS空间星座部分空间星座部分GPSGPS地面监控部分地面监控部分用户设备部分用户设备部分(GPS(GPS接收机接收机)全球定位系统全球定位系统（GPS）GPS组成组成3.3.3（4）GPS技术技术定位精定位精度高度高观测时观测时间短间短应用广应用广泛泛全天候全天候多功能多功能操作简操作简便便GPS特点特点3.3.3（4）GPS技术技术GPS的应用的应用 GPS应用范围广泛，在导航、跟踪、精确应用范围广泛，在导航、跟踪、精确测量方面，都有很大的应用。测量方面，都有很大的应用。在定位导航方面，在定位导航方面，GPS的使用对象主要是汽车、的使用对象主要是汽车、

40、船舶、飞机等运动物体。对于警察、消防及医船舶、飞机等运动物体。对于警察、消防及医疗等部门的紧急救援、追踪目标和个人旅游及疗等部门的紧急救援、追踪目标和个人旅游及野外探险的导引等。野外探险的导引等。3.3.3（4）GPS技术技术GPS的应用的应用下图为车载中的下图为车载中的GPS导航仪导航仪3.3.3（4）GPS技术技术前景一前景一 前景二前景二GPSGPS民用信号精度在民用信号精度在全球范围内得到改善全球范围内得到改善作为先进的测量手段作为先进的测量手段和新的生产力，已经和新的生产力，已经融入了国民经济建设、融入了国民经济建设、国防建设和社会发展国防建设和社会发展的各个应用领域。的各个应用领域

41、。利用利用C/AC/A码进行单点定码进行单点定位的精度由位的精度由100100米提高米提高到到2020米，这将进一步米，这将进一步推动推动GPSGPS技术的应用，技术的应用，刺激刺激GPSGPS市场的增长市场的增长。GPSGPS前景前景提高生产力、作业效率、提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生科学水平以及人们的生活质量活质量Company Logo3.3.3（5）PLC(电力线通信电力线通信)技术技术主要形式（之一）在中高压输电网在中高压输电网(35 kV以上以上)上通上通过电线载波机利用较低的频率过电线载波机利用较低的频率(9490 kHz)传送数据或话音传送数据或话音低速低速PLCP

42、LC高速PLC在低压在低压(220 V)(220 V)领域领域,PLC,PLC技术首先用于技术首先用于负荷控制、远程抄表和家居自动化负荷控制、远程抄表和家居自动化,其其传输速率一般为传输速率一般为200 b/s200 b/s或更低或更低利用低压电力线传输速率在利用低压电力线传输速率在1 Mb/s以上的电力线通信技术以上的电力线通信技术电力线通信概述电力线通信概述 电力线通信电力线通信(Power Line Communication)技术简称技术简称PLC,是是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。3.3.3（5）PLC(电力线通信电力线通

43、信)技术技术电力线通信概述电力线通信概述 目前高速目前高速PLC已可传输高达已可传输高达45 Mb/s的数据的数据,而而且能同时传输数据、语音、视频和电力且能同时传输数据、语音、视频和电力,有可能有可能带来带来“四网合一四网合一”的新趋势。的新趋势。典型的典型的PLC系统应用系统应用示意图：示意图：3.3.3（5）PLC(电力线通信电力线通信)技术技术PLC的关键技术的关键技术 目前国际上高速电力线通信采用的调制技术目前国际上高速电力线通信采用的调制技术主要有：扩展频谱类和主要有：扩展频谱类和OFDM(Orthog-onal Frequency Division Multiplexing，正交

44、频分复，正交频分复用用)调制技术。调制技术。正交频分复用（正交频分复用（OFDM）技术，是一种并行）技术，是一种并行数据传输系统，可以在同一电力线不同带宽的数据传输系统，可以在同一电力线不同带宽的信道上传输数据。信道上传输数据。3.3.3（5）PLC(电力线通信电力线通信)技术技术PLC的特点的特点1)高压载波路由合理高压载波路由合理,通道建设投资相对较低通道建设投资相对较低2)传输频带受限传输频带受限,传输容量相对较小传输容量相对较小3)可靠性要求高可靠性要求高4)线路噪声大线路噪声大5)受外界的干扰小受外界的干扰小6)网络应用要求更高网络应用要求更高3.3.3（5）PLC(电力线通信电力线

45、通信)技术技术正向向大容量、正向向大容量、高速率方向发高速率方向发展展同时转向采用低压同时转向采用低压配电网进行载波通配电网进行载波通信信,实现家庭用户利实现家庭用户利用电力线打电话、用电力线打电话、上网等多种业务上网等多种业务PLC的发展展望的发展展望3.3.3（5）PLC(电力线通信电力线通信)技术技术PLC的发展展望的发展展望国外如美国、日本、以色列等国家正在开展低压国外如美国、日本、以色列等国家正在开展低压 配电网通信的研究和试验。配电网通信的研究和试验。由美国由美国3COM,Intel,Cisco,日本松下等日本松下等13家公司联家公司联合组建使用电力线作为传送媒介的家庭网络推进合组

46、建使用电力线作为传送媒介的家庭网络推进团体团体“Homeplug Powerline Alliance”（家庭插（家庭插电联盟）电联盟）,已经提出家庭插座已经提出家庭插座(Home Plug)计划计划,旨在旨在推动以电力线为传输媒介的数字化家庭推动以电力线为传输媒介的数字化家庭(DigitalHome)。未来的未来的PLC实现与远程实现与远程网的无缝连网的无缝连接接传输能力的传输能力的宽带化宽带化通信业务的通信业务的综合化综合化网络管理的网络管理的智能化智能化3.3.3（5）PLC(电力线通信电力线通信)技术技术 PLC的发展展望的发展展望3.3.3（5）PLC(电力线通信电力线通信)技术技术

47、 PLC的发展展望的发展展望目前目前,还存在以下两个方面的问题有待进一步研究还存在以下两个方面的问题有待进一步研究:(1)硬件平台硬件平台(2)软件平台软件平台(3)网络管理问题网络管理问题:3.3.3（6）微机电系统技术）微机电系统技术MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是微机电系统的缩写。是微机电系统的缩写。MEMS是美国的叫法，是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统。在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统。MEMS是在融合多种微细加工技术，并应用现是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高代信息技术的最

48、新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。科技前沿学科。3.3.3（6）微机电系统技术）微机电系统技术目前目前MEMS市场的主导产品为市场的主导产品为压力传感器压力传感器、加、加速度计、微速度计、微陀螺仪陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。、墨水喷咀和硬盘驱动头等。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。目前，全世界有大约具有广阔的应用前景。目前，全世界有大约600余家单位从事余家单

49、位从事MEMS的研制和生产工作的研制和生产工作3.3.3（6）微机电系统技术）微机电系统技术1一种全新的必一种全新的必须同时考虑多须同时考虑多种物理场混合种物理场混合作用的研发领作用的研发领域域,它们的尺它们的尺寸更小寸更小.2采用以硅为主采用以硅为主的材料，电气的材料，电气性能优良性能优良3采用与集成电采用与集成电路（路（ICIC）类似）类似的生成技术的生成技术（1）MEMS技术简述技术简述MEMS是：是：Click to edit title styleu目标是：目标是：把信息的获取、处把信息的获取、处理和执行集成在一理和执行集成在一起，组成具有多功起，组成具有多功能的微型系统，集能的微型

50、系统，集成于大尺寸系统中，成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高从而大幅度地提高系统的自动化、智系统的自动化、智能化和可靠性水平。能化和可靠性水平。微传感器微传感器信号处理和控信号处理和控制电路制电路微执行器微执行器通讯接口通讯接口电源电源完整的完整的完整的完整的MEMSMEMSMEMSMEMS3.3.3（6）微机电系统技术）微机电系统技术（2）MEMS技术的发展历史技术的发展历史:MEMS第一轮商业化浪潮始于第一轮商业化浪潮始于20世纪世纪70年代末年代末80年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器制作压力传感器;第二轮商业化出现于第二轮