第二讲 物联网工程的技术架构

复习上节的学习内容 物联网工程的概念； 物联网工程设计的总体目标； 物联网工程的开发过程。

物联网工程的定义：*** 物联网工程是研究物联网应用系 统的规划、设计、实施与管理的 工程科学。 要求从业人员根据客户的需求和 目标，依据相应的规范和标准， 制定物联网工程建设方案、协助 招标、开展设计、具体实施、管 理与运维等工程活动。

物联网工程的总体目标** 物联网工程设计的总体目标：是 在系统工程科学方法指导下，根 据用户的需求和目标，设计完善 的实施方案，优选各种技术和产 品，科学组织工程实施，建成一 个可靠性高、性价比高、易于使 用、满足用户需求的应用系统。

物联网工程开发过程***

本次课的主要内容： 一、物联网工程的技术架构：四部分。 1 感知层技术； 2 网络层技术； 3 应用层技术； 4 公共技术。 二、物联网的关键技术 1 感知层的核心技术； 2 网络层的核心技术； 3 应用层的核心技术； 4 共性支撑技术。 三、物联网的标准

一、物联网工程的技术架构**

一、物联网工程的技术架构 1 感知层技术；P5 数据采集与感知主要用于采集物理世界中 发生的的物理事件和数据，包括各类物理 量、标识、音频、视频等数据。 物联网的数据采集涉及到传感器、RDIF、 多媒体信息采集、二维条码和实时定位等 技术。 传感器网络组网和协同信息处理技术可实 现短距离传输、自组网的协同信息处理。

物联网工程的技术架构 2 网络层技术；P5 实现广泛的互联功能，能够把感 知到信息无障碍、高可靠性、高 安全性地进行传送，需要传感器 网络与移动通信技术、互联网技 术互相结合。

物联网工程的技术架构 3 应用层技术；P6 应用层主要包括应用支撑平台子层 和应用服务子层。 应用支撑平台子层用于支撑跨行业、 跨应用、跨系统间的信息协同、共 享、互通的功能。 应用服务子层包括智能交通、智能 医疗、智能家居、智能物流等行业 应用。

物联网工程的技术架构 4 公共技术；P6 公共技术不属于物联网技术的某 个特定层面，而是与物联网技术 架构的三层都有关系，包括标识 与解析、安全技术、物流管理和 服务质量管理等。

二、物联网的关键技术 物联网的关键技术主要分为三个方面： 第一，终端的数据采集、处理、传输、终端网络的部署和协同等，以无线传感器网络的RFID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NGN核心网和3G、Wi-Fi、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联网应用领域示范系统等。 13

1.3 物联网的关键技术 1.3.1感知层的核心技术 P6 1.感知节点 （1）传感器的静态特性。 （2）传感器的动态特性。 （3）传感器的线性度。 14

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。 1.3 物联网的关键技术 1.3.1感知层的核心技术 2. 无线传感器网络技术 无线传感器网络是一种由独立分布的节点和网关构成的传感器网络。 通常，一个典型的无线传感器网络节点的硬件结构包括：传感器接口、ADC、微处理器、电源以及无线收发装置。 构建一个典型的无线传感器网络，必须要考虑以下四个重要的因素：网络选择、拓扑结构、功耗以及兼容性。 15

1.3 物联网的关键技术 1.3.1感知层的核心技术 3.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。RFID技术可识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。 16

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。 1.3 物联网的关键技术 1.3.1感知层的核心技术 4.条码技术 条码是一种机器识读语言，由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标记，用以表示一定的信息。 17

1.3.1感知层的核心技术 4.条码技术 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。 18

1.3 物联网的关键技术 1.3.1感知层的核心技术 4.条码技术 条码可分为一维条码和二维条码。一维条码也就是我们通常所说的传统条码，按照应用可分为商品条码和物流条码。商品条码包括EAN码和UPC码，物流条码包括128码、ITF码、39码、库德巴码等。 19

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。 4.条码技术 二维条码根据构成原理、结构形状的差异，可分为行排式二维条码和矩阵式二维条码。 20

1.3.1感知层的核心技术 5.智能IC卡技术 IC卡的基本工作原理是：射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC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，LC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，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。 21

1.3 物联网的关键技术 1.3.1感知层的核心技术 6.光学字符识别技术 光学字符识别（Optical Character Recognition，简称OCR）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。 22

1.3 物联网的关键技术 1.3.1感知层的核心技术 7.声音识别/语音识别技术 语音识别技术也被称为自动语音识别（Automatic Speech Recognition，简称ASR），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、二进制编码或者字符序列。 23

1.3 物联网的关键技术 1.3.1感知层的核心技术 8.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/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。 24

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。 1.3 物联网的关键技术 1.3.2网络层技术 P11 1.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，不同类型的网络之间的链接大多是异构网间的链接。 25

1.3 物联网的关键技术 1.3.2网络层技术 2.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方接入Internet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，通过本地计算机对远方计算机进行配置、软件安装程序、修改等工作。 26

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，提高了数据的可用性。 1.3 物联网的关键技术 1.3.2网络层技术 3.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。 27

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（Information Technology，简称IT）。 1.3 物联网的关键技术 1.3.2网络层技术 4.互联网技术 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（Information Technology，简称IT）。 28

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。 1.3 物联网的关键技术 1.3.2网络层技术 5. 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、数据链路层网络协议、网络层协议、传输层协议、应用层协议。 29

1.3 物联网的关键技术 1.3.2网络层技术 6. M2M技术 M2M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（Machine to Machine）。人对机器（Man to Machine）、机器对人（Man　to　Machine）、移动网络对机器（Mobile to Machine）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和手段。 30

无线接入技术（Wireless Access）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，为用户提供各种业务的通信方式。 1.3 物联网的关键技术 1.3.2网络层技术 7. 无线接入技术 无线接入技术（Wireless Access）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，为用户提供各种业务的通信方式。 31

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。提供资源的网络被称为“云”。 1.3 物联网的关键技术 1.3.2网络层技术 8. 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“云”。 云计算的产业三级分层：云软件、云平台和云设备。 32

（4）蓝牙技术。 （9）Wireless MAN-Advanced。 （5）红外技术。 1.3 物联网的关键技术 1.3.2网络层技术 9. 通信技术 （1）Wi-Fi技术。 （6）802.15.4。 （2）ZigBee技术。 （7）IPv6。 （3）WiMax。 （8）4G。 （4）蓝牙技术。 （9）Wireless MAN-Advanced。 （5）红外技术。 33

1.3 物联网的关键技术 1.3.3应用层技术 P15 智能交通 5.车联网 智能电网 6.智能农业 智能家居 7.智能旅游 智能交通 5.车联网 智能电网 6.智能农业 智能家居 7.智能旅游 智能医疗 8.智能物流 34

1.3 物联网的关键技术 1.3.4共性支撑技术 P17 全球定位技术智能电网 5.嵌入式技术 GPS原理 6.信息安全 全球定位技术智能电网 5.嵌入式技术 GPS原理 6.信息安全 室内无线定位技术 7.海量信息存储 4.遥感技术 8.智能决策支持系统（DSS） 35

三、物联网的标准 P21 1.4.1RFID标准 36

三、 物联网的标准 1.4.2 IEEE 802.15.4标准 IEEE 802.15.4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868 MHz、915 MHz、2450 MHz。前两种传输频率采取BPSK的调制方式，后一种采用0-QPSK的调制方式。各种频率分别支持20、40、250 kbps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0~70 m。 37

1.4 物联网的标准 1.4.2 IEEE 802.15.4标准 38

1.4 物联网的标准 1.4.2 IEEE 802.15.4标准 39

ZigBee标准是一种新兴的短距离无线网络通信技术，它是基于IEEE 802.15.4协议栈，主要针对低速率的通信网络设计的。 1.4 物联网的标准 1.4.3 ZigBee标准 ZigBee标准是一种新兴的短距离无线网络通信技术，它是基于IEEE 802.15.4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线方式。它和2.4 GHz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40 kbps，而868 MHz频带提供的数据传输速率为20 kbps。它采用跳频技术和扩频技术。 40

1.4 物联网的标准 1.4.3 ZigBee标准 41

短距离无线通信技术标准主要有IrDA协议、Bluetooth技术和802.11 Wi-Fi等技术。 1.4 物联网的标准 1.4.4其他标准 短距离无线通信技术标准主要有IrDA协议、Bluetooth技术和802.11 Wi-Fi等技术。 42

IrDA 协议只适用于两台（非多台）设备之间的连接。 1.4 物联网的标准 1.4.4其他标准 1.IrDA协议 IrDA（Infrared Data Association）是点对点的数据传输协议，通信距离很短，一般在0~1 m，通信介质为波长为900 nm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（30°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，适用于传输大容量的文件和多媒体数据。 IrDA 协议只适用于两台（非多台）设备之间的连接。 43

1.4 物联网的标准 1.4.4其他标准 2.Bluetooth Bluetooth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10 m半径范围内，数据传输带宽最高可达1 Mbps。Bluetooth工作在全球开放的2.4 GHz ISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402 GHz~2.480 GHz的电磁波。 Bluetooth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。Bluetooth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。 44

Wi-Fi已成为最受笔记本青睐的计算机技术了。 1.4 物联网的标准 1.4.4其他标准 3.802.11 Wi-Fi 它工作在2.4 GHz附近的频段。Wi-Fi基于IEEE 802.11 a、IEEE 802.11 b、IEEE 802.11 g、IEEE 802.11 n协议。传输的有效距离很长，目前最新的交换机能把Wi-Fi无线网络从100 m的通信距离扩大到约6.5 km。数据传输速率达到上百兆，与各种802.11 DSSS设备兼容。 Wi-Fi已成为最受笔记本青睐的计算机技术了。 45

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。 模块一 物联网工程概述 ● 小结 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。 46

小结 物联网工程的技术架构：四部分； 物联网的关键技术； 物联网的标准；

（1）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。 思考与练习题 （1）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。 （2）下载和查阅物联网应用的最新标准。 END 48