《云计算及其实践教程》课件10 云计算与物联网通信.ppt

1、云计算与物联网通信 物联网三层体系结构 物联网三层体系结构n目前在业界物联网体系架构大致被公认为有三个层次：n底层是用来感知数据的感知层，n第二层是数据传输的网络层，n最上面则是内容应用层 感知层n感知层的功能是识别物体，采集信息。n感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、M2M终端、无线传感器网络等。n感知层是实现物联网全面的感知的核心能力，是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分。n感知层目前待解决的关键问题在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本的问题。网络层n网络层的功能是信息传递和处理。n网络层包括移动通信与互联网

2、的融合网络、物联网管理中心和物联网信息中心等。n网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施，是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分。n网络层目前待解决的关键问题在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网络。应用层n应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。n应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。n应用层包括的范围广泛，比如绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通、环境监测

3、等。n应用层提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标。n应用层目前待解决的关键问题在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发。WPANn无线个域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）是一种采用无线连接的个人局域网。nWPAN的工作范围一般是在10米以内.n支持无线个人局域网的技术包括：蓝牙、ZigBee、超宽带（UWB）、60GHz、IrDA（红外数据组织，Infrared Data Association）、HomeRF等 WPANn2002年，IEEE 802.15 工作组成立,专门从事W

4、PAN(Wireless Personal Area Network)标准化工作。n它的任务是开发一套适用于短程无线通信的标准(10m左右)WPANn目前，IEEE 802.15 WPAN共拥有4个工作组：n任务组TG1:制定802.15.1标准,即蓝牙WPAN标准.n任务组TG2:制定802.15.2标准,研究802.15.1与802.11的共存问题.(为所有工作在2.4GHz频带上的无线应用建立一个标准)WPANn任务组TG3:制定802.15.3标准,高数据速率WPAN工作组,适用于高质量要求的多媒体应用领域.高频率的802.15.3a（TG3a，也被称为超宽带或UWB）、高频率的802

5、.15.3c（TG3c，也被称为60GHz）。TG3a UWB、TG3c 60GHz则支持用于多媒体的介于20 Mbps和1Gbps之间的数据传输速度 WPANn任务组TG4:制定802.15.4标准,满足低功耗、低成本的无线网络要求.制定低数据速率的WPAN(LR-WPAN,Low Rate-WPAN)标准.n因与传感器网络有许多相似之处,被认为是传感器的通信标准（ZigBee协议的底层标准）。TG4 ZigBee针对低电压和低成本家庭控制方案提供20 Kbps或250 Kbps的数据传输速度 物联网通信n无线个人通信实现在任何地点、任何时候、与任何人进行通信并获得信息。n这与物联网“无处不

6、在”的概念正相契合。因此随着无线通信技术的发展，物联网的普及之路将变得更加清晰。n移动通信网络实现全局端到端物联网通信，而短距离无线通信主要关注建立局部范围内临时性的物联网通信。短距离无线通信n什么是短距离无线通信？一般来讲，短距离无线通信的主要特点为n通信距离短，覆盖距离一般在10200m，n无线发射器的发射功率较低，发射功率一般小于100mW，n工作频率多为免付费、免申请的全球通用的工业、科学、医学（Industrial,Scientific and Medical，ISM）频段分类n从数据速率可分为高速短距离无线通信和低速短距离无线通信两类：n高速：最高数据速率高于100Mbit/s，通

7、信距离小于10m。典型技术有高速UWB和60GHzn低速：最低数据速率低于1Mbit/s，通信距离低于100m。典型技术有ZigBee、低速UWB、蓝牙短距离无线通信技术一览短距离无线通信技术一览应用场合nZigBee技术和蓝牙可以用来实现智能家居；n而UWB和60GHz无线通信技术可以在10m范围内传输无压缩的高清视频数据中长距离物联网通信n由于WWAN、WMAN、WLAN的地理覆盖范围比WPAN广，因此称为中长距离物联网通信。n无线广域网(WWAN，Wireless Wide Area Network)、n无线城域网(WMAN，Wireless Metropolitan Area Netw

8、ork)、n无线局域网(WLAN，Wireless Local Area Network)的技术。近场通信n近场通信（Near Field Communication，NFC），又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。n这个技术由免接触式射频识别（RFID）演变而来，并向下兼容RFID，最早由Sony和Philips各自开发成功，主要用于手机等手持设备中提供M2M(Machine to Machine)的通信。n由于近场通讯距离短，因此具有天然的安全性，因此，NFC技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。近场通

9、信NFC蓝牙红外网络类型点对点单点对多点点对点使用距离0.1m(主动-被动模式)0.2 m(主动-主动模式)10m1m速度106/212/424 kbps,规划速率可达868 kbps/721 kbps/115kbps2.1 Mbps1.0 Mbps建立时间100kbps的接入服务 u用户面延时 u降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms u控制面延时和容量u呼叫建立延时需要比现在蜂窝系统明显降低。n 部署成本和互操作性u除了系统性能，其它方面的考虑对运营商来说也很重要，包括降低部署成本、灵活使用频谱及与原系统的互操作性等。u这些基本需求可以使LTE系统采用多种部署方案，同时便于其它系

10、统向LTE过渡。（3）LTE的架构 nLTE舍弃了UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network,UMTS 陆地无线接入网)的传统RNC/Node B两层结构，完全由多个eNode B组成一层结构。neNode B(eNB)实现了接入网的全部功能n核心网包括n服务网关（Serving Gateway,S-GW）n移动性管理实体（Mobile Management Entity,MME）LTE网络的潜力n不过，目前LTE网络的潜力尚未得到全面发挥，美国运营商在商用的LTE网络中仅仅提供了20Mbps的下载速率，远低于LTE的理论值75Mbps LTE-A是

11、什么nLTE-A是LTE-Advanced的简称,是LTE技术的后续演进。LTE俗称3.9G，LTE-A则是纯4G。n在2008年6月，3GPP完成了LTE-A的技术需求报告，提出了LTE-A的最小需求：下行峰值速率1Gbps，上行峰值速率500MbpsnLTE-A要求支持的下行最高多天线配置规格为8x8 MIMO（多入多出），8根发射天线，8根接收天线（对基站而言）n三星Galaxy Note3和Galaxy S4有支持LTE-A网络的型号标准化进程n3GPP技术的标准化工作从1999年12月开始每三个月更新一次，目前已经有多个版本，包括nR99（WCDMA）、nR4(TD-SCDMA)、n

12、R5（HSDPA）、nR6（HSUPA）nR7（HSPA+）nR8(TD-LTE,FDD-LTE)nR9(LTE+):增加有关“自组织网络SON”的部分nR10(LTE-A)5Gn下行最高速度5Gbpsn难点在于终端开发，要求手机芯片处理能力强作业n一 选择题n1.IEEE 802.15.1规范制定有关下面 技术的标准nA.ZigBeenB.BluetoothnC.超宽带（UWB）nD.60 GHz通信n2.IEEE 802.15.3a规范制定有关下面 技术的标准nA.ZigBeenB.BluetoothnC.超宽带（UWB）nD.60 GHz通信n3.IEEE 802.15.3c规范制定有关

13、下面 技术的标准nA.ZigBeenB.BluetoothnC.超宽带（UWB）nD.60 GHz通信n4.IEEE 802.15.4规范制定有关下面 技术的标准nA.ZigBeenB.BluetoothnC.超宽带（UWB）nD.60 GHz通信n5.WPAN所覆盖的范围一般在 半径以内，必须运行于许可的无线频段。nA1000mnB.100mnC.10mnD.以上都不是n6.在Zigbee网络中，RFD只能扮演 的角色。nA.协调器nB.路由器nC.终端节点nD.以上都不是n7.在Zigbee网络中，FFD能扮演 的角色。（多选）nA.协调器nB.路由器nC.终端节点nD.以上都不是n8.在

14、Zigbee网络中，以下说法正确的是 。（多选）nA.ZigBee星型网络不支持ZigBee路由器nB.在网状形和簇树形拓扑结构中，支持ZigBee路由器nC.星型网络结构的优点在于可以增加网络的覆盖范围nD.星形网络是一种常用且适用于长期运行使用操作的网络n9.在蓝牙网络中，以下说法正确的是 。（多选）nA.蓝牙技术支持话音、数据业务，采用一种灵活的无基站的组网方式nB.在Piconet（微微网）模式中，一个master最多可以同时与8个slave进行通信nC.在点-点模式中，两个蓝牙设备可以直接通信nD.多达256个piconet可连接成更大的网络n10.对UWB技术，以下说法正确的是 。

15、（多选）nA.UWB通信系统可使用的免授权频段为3.110.6GHz共7.5GHz带宽nB.对于其他通信系统而言，UWB信号所产生的干扰仅相当于一个宽带白噪声nC.ECMA 368/369标准基于MB-OFDM技术，支持的速率高达480Mbps以上nD.UWB通信系统只能视距传输n11.对60GHz技术，以下说法正确的是 。（多选）nA.在各国和地区开放的频谱中，大约有5GHz的重合nB.毫米波是指波长为1 到10 毫米的电磁波，相应频率为30300GHz nC.60GHz 毫米波有明显的带宽和传输速率优势nD.60GHz 毫米波绕射能力差，穿透性差作业n用拓扑图表示一种接入Internet的方式，用150字加以说明。