1、模块一模块一 认知物联网工程设计认知物联网工程设计模块一模块一 认知物联网工认知物联网工程设计程设计温度标签在机械诊断上的应用温度标签在机械诊断上的应用思考题思考题（1）该项目中应用了哪些物联网技术？）该项目中应用了哪些物联网技术？（2）如果你负责本项目，应该如何实施？）如果你负责本项目，应该如何实施？ （3）本项目实施的关键是什么？）本项目实施的关键是什么？（4）结合本项目理解物联网工程的含义。）结合本项目理解物联网工程的含义。1.物联网概念的界定物联网概念的界定物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装置对物理世界进行
2、感知识别，通过网络用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物物的的信息交互和无缝链接，达到对物理世界信息交互和无缝链接，达到对物理世界的的实时控制、精实时控制、精确管理和科学决策目的确管理和科学决策目的。1.物联网概念的界定物联网概念的界定物联网世界是真实物理世界物联网世界是真实物理世界 （Real Physical World） 、 虚拟网络世界虚拟网络世界（ Virtual Cyber World ）和和 数字世界数字世界 （Digital World），）， 虚实交互、虚实
3、融合的三个世界统一体虚实交互、虚实融合的三个世界统一体。2.物联网工程概念的提出物联网工程概念的提出随着物联网技术不断走向应用，对各种物联网技术进行随着物联网技术不断走向应用，对各种物联网技术进行综合集成与创新研究及应用应当在一个整体框架下进行，这综合集成与创新研究及应用应当在一个整体框架下进行，这个框架就是物联网工程个框架就是物联网工程。2.物联网工程概念的提出物联网工程概念的提出物联网工程系统（物物联网工程系统（物联网应用系统）开发联网应用系统）开发阶段可分可行性论证阶段可分可行性论证与分析、需求分析、与分析、需求分析、总体方案设计、系统总体方案设计、系统功能设计、设备选型、功能设计、设备
4、选型、系统集成、单元测试、系统集成、单元测试、管理与维护。管理与维护。2.物联网工程概念的提出物联网工程概念的提出物联网工程的设计与实施主要如下：物联网工程的设计与实施主要如下：（1）业务过程评估甚至重组。）业务过程评估甚至重组。（2）需求分析。）需求分析。（3）系统功能设计。）系统功能设计。（4）系统构建。）系统构建。（5）集成商的选择。）集成商的选择。（6）设备选型。）设备选型。（7）安全性设计。）安全性设计。（8）项目实施监理。）项目实施监理。它包括它包括感知层感知层技术、技术、网络层网络层技术、技术、应用层应用层技术和技术和公共技公共技术术。 物联网的关键技术主要分为三个方面物联网的关
5、键技术主要分为三个方面： 第一，终端的数据采集、处理、传输、终端网络的部署第一，终端的数据采集、处理、传输、终端网络的部署和协同等，以无线传感器网络的和协同等，以无线传感器网络的RFID为代表；为代表； 第二，异构的接入网络和基础的核心网络，包括基础的第二，异构的接入网络和基础的核心网络，包括基础的NGN核心网和核心网和3G、Wi-Fi、蓝牙等接入技术；、蓝牙等接入技术； 第三，由中间件、信息开放平台和服务支撑子层以及物第三，由中间件、信息开放平台和服务支撑子层以及物联网应用领域示范系统等联网应用领域示范系统等。1.感知层技术感知层技术2.网络层技术网络层技术3.应用层技术应用层技术4.公共技
6、术公共技术1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术1.感知节点感知节点（1）传感器的静态特性。）传感器的静态特性。（2）传感器的动态特性。）传感器的动态特性。（3）传感器的线性度。）传感器的线性度。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术2. 无线传感器网络技术无线传感器网络技术 无线传感器网络是一种由独立分布的节点和网关构成的传无线传感器网络是一种由独立分布的节点和网关构成的传感器网络。感器网络。 通常，一个典型的无线传感器网络节点的硬件结构包括：通常，一个典型的无线传感器网络节点的硬件结构包括：传感器接口、传感器接口、ADC、微处理器、电源以及无线收发装置。、微处理器、电源以及无线收发
7、装置。 构建一个典型的无线传感器网络，必须要考虑以下四个重构建一个典型的无线传感器网络，必须要考虑以下四个重要的因素：网络选择、拓扑结构、功耗以及兼容性。要的因素：网络选择、拓扑结构、功耗以及兼容性。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术3.射频识别技术射频识别技术RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快
8、捷方便。别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统。只有两个基本器件，该是一种简单的无线系统。只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体，系统由一个读写器和很系统用于控制、检测和跟踪物体，系统由一个读写器和很多应答器（或标签）组成。多应答器（或标签）组成。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术4.条码技术条码技术条码是一种机器识读语言，由一组规则排列的条、空条码是一种机器识读语言，由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标记，用以表示一定的信息及其对应字符组成的标记，用以表示一定的信息。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术4.条码技术条码技术
9、条码识读原理是利用条码的宽窄和反射率不同进行识条码识读原理是利用条码的宽窄和反射率不同进行识读的。由光源发出的光线经过光学系统照射到条码符号上读的。由光源发出的光线经过光学系统照射到条码符号上面，光强信号在光电转换器上产生电信号，再经过滤波、面，光强信号在光电转换器上产生电信号，再经过滤波、整形，被译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号。整形，被译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术4.条码技术条码技术条码可分为一维条码和二维条码。一维条码也就是我条码可分为一维条码和二维条码。一维条码也就是我们通常所说的传统条码，按照应用可分为商品条码和物流们通
10、常所说的传统条码，按照应用可分为商品条码和物流条码。商品条码包括条码。商品条码包括EAN码和码和UPC码，物流条码包括码，物流条码包括128码、码、ITF码、码、39码、库德巴码等。码、库德巴码等。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术4.条码技术条码技术二维条码根据构成原理、结构形状的差异，可分为行二维条码根据构成原理、结构形状的差异，可分为行排式二维条码和矩阵式二维条码。排式二维条码和矩阵式二维条码。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术5.智能智能IC卡技术卡技术IC卡的基本工作原理是：射频读写器向卡的基本工作原理是：射频读写器向IC卡发一组固卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一
11、个定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联协振电路，其频串联协振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC串联协振电路产生共振，从而使电容有了电荷；在这个电串联协振电路产生共振，从而使电容有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。发射出去或
12、接受读写器的数据。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术6.光学字符识别技术光学字符识别技术光学字符识别（光学字符识别（Optical Character Recognition，简称，简称OCR）是指对文本资料进行扫描，然后对图像文件进行）是指对文本资料进行扫描，然后对图像文件进行分析处理，获取文字及版面信息的过程分析处理，获取文字及版面信息的过程。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术7.声音识别声音识别/语音识别技术语音识别技术语音识别技术也被称为自动语音识别（语音识别技术也被称为自动语音识别（Automatic Speech Recognition，简称，简称ASR），其目标是
13、将人类语音），其目标是将人类语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入，例如按键、二进中的词汇内容转换为计算机可读的输入，例如按键、二进制编码或者字符序列制编码或者字符序列。1.3.1感知层的核心技术感知层的核心技术8.中间件技术中间件技术中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术间共享资源。中间件位用软件借助这种软件在不同的技术间共享资源。中间件位于客户机于客户机/服务器在操作系统之上，管理计算机资源和网服务器在操作系统之上，管理计算机资源和网络通讯，是连接两个独立应用程序或独立系统的软件。相络通讯，是连接两个独立应
14、用程序或独立系统的软件。相连接的系统，即使它们具有不同的接口，但通过中间件相连接的系统，即使它们具有不同的接口，但通过中间件相互之间仍能交换信息互之间仍能交换信息。1.3.2网络层技术网络层技术1.异构网融合技术异构网融合技术网络不具有相同的传输性质和通信协议。目前，不同网络不具有相同的传输性质和通信协议。目前，不同类型的网络之间的链接大多是异构网间的链接类型的网络之间的链接大多是异构网间的链接。1.3.2网络层技术网络层技术2.远程控制技术远程控制技术远程控制是管理人员在异地通过计算机异地拨号或双远程控制是管理人员在异地通过计算机异地拨号或双方接入方接入Internet的手段，连通需被控制的
15、计算机，将被控的手段，连通需被控制的计算机，将被控计算机的桌面环境显示到本地计算机上，通过本地计算机计算机的桌面环境显示到本地计算机上，通过本地计算机对远方计算机进行配置、软件安装程序、修改等工作对远方计算机进行配置、软件安装程序、修改等工作。1.3.2网络层技术网络层技术3.存储资源管理技术存储资源管理技术存储资源管理是一类应用程序，它们管理和监控物理存储资源管理是一类应用程序，它们管理和监控物理及逻辑层次上的存储资源，从而简化了管理，提高了数据及逻辑层次上的存储资源，从而简化了管理，提高了数据的可用性的可用性。1.3.2网络层技术网络层技术4.互联网技术互联网技术互联网技术指在计算机的基础
16、上开发建立的一种信息互联网技术指在计算机的基础上开发建立的一种信息技术（技术（Information Technology，简称，简称IT）。）。1.3.2网络层技术网络层技术5. 网络协议技术网络协议技术网络协议的定义：为计算机网络中进行数据交换而建网络协议的定义：为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。立的规则、标准或约定的集合。常见的网络协议：物理层网络协议、数据链路层网络常见的网络协议：物理层网络协议、数据链路层网络协议、网络层协议、传输层协议、应用层协议。协议、网络层协议、传输层协议、应用层协议。1.3.2网络层技术网络层技术6. M2M技术技术M2M是将数据从一台
17、终端传送到另一台终端，也就是是将数据从一台终端传送到另一台终端，也就是机器与机器（机器与机器（Machine to Machine）。人对机器（）。人对机器（Man to Machine）、机器对人（）、机器对人（MantoMachine）、移动网）、移动网络对机器（络对机器（Mobile to Machine）之间的连接与通信，它涵）之间的连接与通信，它涵盖了所有现实的人、机器、系统之间建立通信连接的技术盖了所有现实的人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。和手段。1.3.2网络层技术网络层技术7. 无线接入技术无线接入技术无线接入技术（无线接入技术（Wireless Access）是一
18、种利用微波、卫）是一种利用微波、卫星等无线传输技术将用户终端接入到业务节点，为用户提星等无线传输技术将用户终端接入到业务节点，为用户提供各种业务的通信方式供各种业务的通信方式。1.3.2网络层技术网络层技术8. 云计算技术云计算技术云计算的核心思想是将大量用网络连接的计算资源统云计算的核心思想是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按所需服务一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按所需服务。提供资源的网络被称为提供资源的网络被称为“云云”。云计算的产业三级分层：云软件、云平台和云设备。云计算的产业三级分层：云软件、云平台和云设备。1.3.2网络层技术网络层技术9.
19、通信技术通信技术（1）Wi-Fi技术。技术。 （6）802.15.4。（2）ZigBee技术。技术。 （7）IPv6。（3）WiMax。 （8）4G。（4）蓝牙技术。）蓝牙技术。 （9）Wireless MAN-Advanced。（5）红外技术。）红外技术。1.3.3应用应用层技术层技术1. 智能交通智能交通 5.车联网车联网2. 智能电网智能电网 6.智能农业智能农业3. 智能家居智能家居 7.智能旅游智能旅游4. 智能医疗智能医疗1.3.4共性支撑共性支撑技术技术1. 全球定位技术智能电网全球定位技术智能电网 5.嵌入式技术嵌入式技术2. GPS原理原理 6.信息安全信息安全3. 室内无线
20、定位技术室内无线定位技术 7.海量信息存储海量信息存储4.遥感技术遥感技术 8.智能决策支持系统（智能决策支持系统（DSS）1.4.1RFID标准标准1.4.2 IEEE 802.15.4标准标准IEEE 802.15.4标准适于组建低速率的、短距离的无线标准适于组建低速率的、短距离的无线局域网。在网络内的无线传输过程中，采用冲突监测载波局域网。在网络内的无线传输过程中，采用冲突监测载波监听机制。网络拓扑结构可以是星形网或点对点的对等网监听机制。网络拓扑结构可以是星形网或点对点的对等网。该标准定义了三种数据传输频率，分别为。该标准定义了三种数据传输频率，分别为868 MHz、915 MHz、2
21、450 MHz。前两种传输频率采取。前两种传输频率采取BPSK的调制的调制方式，后一种采用方式，后一种采用0-QPSK的调制方式。各种频率分别支的调制方式。各种频率分别支持持20、40、250 kbps的无线数据传输速度，频率的选择取的无线数据传输速度，频率的选择取决于局域网的规则和用户的选择，传输距离在决于局域网的规则和用户的选择，传输距离在070 m。1.4.2 IEEE 802.15.4标准标准1.4.2 IEEE 802.15.4标准标准1.4.3 ZigBee标准标准ZigBee标准是一种新兴的短距离无线网络通信技术，标准是一种新兴的短距离无线网络通信技术，它是基于它是基于IEEE
22、802.15.4协议栈，主要针对低速率的通信网协议栈，主要针对低速率的通信网络设计的。它功耗低，是最具有可能应用在工控场合的无络设计的。它功耗低，是最具有可能应用在工控场合的无线方式。它和线方式。它和2.4 GHz频带提供的数据传输速率为频带提供的数据传输速率为250 kbps，915 MHz频带提供的数据传输速率为频带提供的数据传输速率为40 kbps，而，而868 MHz频带提供的数据传输速率为频带提供的数据传输速率为20 kbps。它采用跳。它采用跳频技术和扩频技术频技术和扩频技术。1.4.3 ZigBee标准标准1.4.4其他标准其他标准短距离无线通信技术标准主要有短距离无线通信技术标
23、准主要有IrDA协议、协议、Bluetooth技术和技术和802.11 Wi-Fi等技术。等技术。1.4.4其他标准其他标准1.IrDA协议协议IrDA（Infrared Data Association）是点对点的数据传）是点对点的数据传输协议，通信距离很短，一般在输协议，通信距离很短，一般在01 m，通信介质为波长，通信介质为波长为为900 nm左右的近红外线，传输速率最快可达左右的近红外线，传输速率最快可达16 Mbps，其传输具备角度小（其传输具备角度小（30角以内）、距离短、数据直线传角以内）、距离短、数据直线传输、传输速率较高，保密性强等特点，适用于传输大容量输、传输速率较高，保密
24、性强等特点，适用于传输大容量的文件和多媒体数据。的文件和多媒体数据。IrDA 协议协议只适用于两台（非多台）设备之间的连接。只适用于两台（非多台）设备之间的连接。1.4.4其他标准其他标准2.BluetoothBluetooth技术能够实现单点对多点的无线数据和声音技术能够实现单点对多点的无线数据和声音传输，通信距离在传输，通信距离在10 m半径范围内，数据传输带宽最高可半径范围内，数据传输带宽最高可达达1 Mbps。Bluetooth工作在全球开放的工作在全球开放的2.4 GHz ISM频段频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402 GHz2.480
25、GHz的电磁波。的电磁波。Bluetooth具有功耗低、支持语音传输、通信安全性好具有功耗低、支持语音传输、通信安全性好、组建网络简单等特点。、组建网络简单等特点。Bluetooth还存在植入成本高、还存在植入成本高、通信对象少、通信速率较低和技术不够成熟的问题。通信对象少、通信速率较低和技术不够成熟的问题。1.4.4其他标准其他标准3.802.11 Wi-Fi它工作在它工作在2.4 GHz附近的频段。附近的频段。Wi-Fi基于基于IEEE 802.11 a、IEEE 802.11 b、IEEE 802.11 g、IEEE 802.11 n协议。协议。传输的有效距离很长，目前最新的交换机能把传
26、输的有效距离很长，目前最新的交换机能把Wi-Fi无线无线网络从网络从100 m的通信距离扩大到约的通信距离扩大到约6.5 km。数据传输速率。数据传输速率达到上百兆，与各种达到上百兆，与各种802.11 DSSS设备兼容设备兼容。Wi-Fi已成为最受笔记本青睐的计算机技术了。已成为最受笔记本青睐的计算机技术了。模块一模块一 物联网工程概述物联网工程概述 物联网工程系统（物联网应用系统）开发阶段可物联网工程系统（物联网应用系统）开发阶段可以分为可行性论证与分析、物联网工程系统需求分以分为可行性论证与分析、物联网工程系统需求分析、总体方案设计、功能设计、设备选型、集成、析、总体方案设计、功能设计、设备选型、集成、物联网工程单元测试、管理与维护。物联网工程单元测试、管理与维护。 物联网工程的技术体系框架包括感知层技术、网物联网工程的技术体系框架包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。络层技术、应用层技术和公共技术。（1）利用网络搜索引擎，结合实践应用谈谈对具）利用网络搜索引擎，结合实践应用谈谈对具体物联网工程的理解和认识。体物联网工程的理解和认识。（2）下载和查阅物联网应用的最新标准。）下载和查阅物联网应用的最新标准。
