物联网技术概述课件

物联世界机遇无限,物联网技术及其应用,第一讲物联网技术概述第二讲物联网的物品标识技术RFID第三讲物联网的末梢神经无线传感器网络第四讲物联网的运行环境网络技术第五讲物联网的应用层技术智能计算第六讲物联网技术的应用（医疗、农业、交通等）第七讲物联网技术在军事上的应用第八讲总结，交大作业（点名不到者每次扣10分）,第一讲物联网技术概述,物联网概念综述,1,2,3,5,4,物联网产业现状和机遇分析,物联网产业发展挑战和思考,股份公司物联网发展策略建议,总结,物联网（IoT）概念的提出,MIT的KevinAshton第一次提出：把RFID技术与传感器技术应用于日常物品中形成一个“物联网”,ITU报告：物联网是通过RFID和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络,IBM提出：把传感器设备安装到各种物体中，并且普遍连接形成网络，即“物联网”，进而在此基础上形成“智慧地球,欧洲物联网研究项目工作组制订物联网战略研究路线图，介绍传感网/RFID等前端技术和20年发展趋势,物联网形式早已存在，统一意义上的物联网概念提出是在架构在互联网发展成熟的基础上,8月7日，温家宝总理考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心后，指示“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫感知中国中心”。其后，在全省领导干部学习会上，省委书记梁保华把物联网列为全省重点培育和发展的六大新兴产业之一，并提出“要努力突破核心技术，加快建立产业基地”。工信部总工朱宏任在中国工业经济运行夏季报告发布会上，对物联网做了概括阐释。江苏省委书记梁保华随即要求把传感网列为全省重点培育和发展的六大新兴产业之一，利用无线传感技术推进社会信息化进程。8月以来，无锡市政府多次赴京向国家三部委申报“中国传感网产业园”，国务院正在批复之中。市政府还在制定中国传感网产业园空间规划、中国传感网产业园发展规划、江苏暨无锡市物联网发展规划。,物联网概念,传感网是指以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息载体、实现物物（物人、人物）之间信息交互，面向政府、行业和个人用户提供信息服务的分布式信息系统。俗称“物联网”(InternetofThings)。,背景,物联网(TheInternetofthings)的概念最早是在1999年提出的，其后又多次被重复。其定义是：把任何物品通过射频识别（RFID），红外感应器，全球定位系统，激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议与互联网连接起来，进行信息交换和共享，以实现智能化识别和管理的一种网络。,物联网概念,物联网为什么突然火了？是忽悠还是又一场技术的革命？物联网概念是否在反复炒冷饭？,问题,从互联网到物联网,随着网络覆盖的普及，人们提出了一个问题，既然无处不在的网络能够成为人际间沟通的无所不能的工具，为什么我们不能将网络作为物体与物体沟通的工具，人与物体沟通的工具，乃至人与自然沟通的工具？中国移动通信集团公司总经理王建宙从互联网到“物联网”,计算机:自动计算,以独立计算机进行信息处理,互联网：人与人交互,基于计算机网络进行信息交互,物联网：物物3、UHF：特高频300MHz3GHz，工作频率：433MHz，866960MHz，2.45GHz；4、SHF：超高频330GHz，工作频率：5.8GHz、24GHz；,工作频率分布图,LF,1M,HF,UHF,1G,1K,电感耦合方式RFID的工作原理,RIFD工作方式,电感耦合,阅读器,应答器,电感耦合方式的电路结构,信息,电感耦合方式RFID的工作原理,1、阅读器为有源工作，应答器无源工作；2、L1、C1；L2、C2均工作在射频源VS的谐振频率；3、应答器L2的磁场变化产生电压整流后供阅读器使用；4、应答器向阅读器的数据传输采用内部的二进制数据编码信号控制开关S，使得负载电阻R2被接通或者断开，通过耦合使L1产生变化的电压，经调制、解码即可；5、阅读器向应答器的数据传输，是通过数字调制的方式实现的，多采用ASK（幅频监控）的方式；,电感耦合方式RFID的工作原理,RIFD工作方式,负载调制,负载调制的原理示意图,反向散射耦合RFID工作方式,目标的反向散射耦合RIFD工作方式,反向散射耦合,电源电路用于吸收耦合的功率；,反向散射方式RFID的工作原理,声表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）器件是以压电效应和与表面弹性相关的低速传播的声波为依据。,反向散射方式RFID的工作原理,声表面波应答器以压电效应和避免弹性相关的低速传播的声波为依据，加以体积小、重量轻、工作频率高、相对带宽较高，并且可采用与集成电路芯片工艺相同的平面加工工艺，制造简单，工艺的一致性好，灵活性高；,反向散射方式RFID的工作原理,换能器的作用是将电信号转换为声波。它利用压电衬底在电场作用下的膨胀和收缩效应。指状电极上的电位差形成电场。射频信号一起雅典衬底的振动，从而沿其表面产生声波，经反射返回换能器在转换成射频脉冲的序列的电信号，经偶极子天线回传至阅读器；,RFID,谐波检测法的工作原理：基于反向散射耦合方式，它可用于电子防盗系统,谐波法原理,RFID,射频识别的应用系统构架,1、最简单的应用系统只有单个阅读器，它一次对一个应答器进行操作，如公交汽车上的票务操作。2、较复杂的应用需要一个阅读器可同时对多个应答器进行操作，即要具有防碰撞（亦称防冲突）的能力。3、更复杂的应用系统要解决阅读器的高层处理问题，包括多阅读器的网络连接。,RFID,应答器的主要性能参数工作频率读/写能力编码调制方式数据传输速率信息数据存储容量工作距离多应答器识读能力（亦称防碰撞或防冲突能力）安全性能（密钥、认证）等。,RFID,无源、半无源与有源应答器无源应答器：不附有电池，从阅读器发出射频能量中提取工作所需的电能。采用电感耦合方式的应答器多为无源应答器。半无源应答器：内装有电池，起辅助作用，对维持数据的电路供电或对应答器芯片工作所需的电压作辅助支持，用于传输通信的射频能量源自阅读器。有源应答器：工作电源完全由内部电池供给，同时内部电池能量也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量。,RFID,应答器电路的基本结构,RFID,阅读器的功能1、以射频方式向应答器传输能量；2、从应答器中读出数据或向应答器写入数据；3、完成对读取数据的信息处理并实现应用操作；4、若有需要，应能和高层处理交互信息。,RFID,阅读器的电路组成,RFID,天线天线的目标是取得最大的能量传输效果。RFID系统所用的天线类型主要有偶极子天线、微带贴片天线、线圈天线等。在应答器中，天线和应答器芯片封装在一起。,RFID,相关的自动识别技术自动识别技术：包括条形码、接触式IC卡、生物特征识别、光学字符识别（OCR）以及射频识别（RFID）等。条形码（BarCode）技术：最早产生在20世纪20年代，由一组规则排列的条和空、相应的数字组成。其它.,RFID,RFID的应用RFID应用领域广泛，且每种应用的实现，都会形成一个庞大的市场，因此可以说射频识别是一个重要的新的经济增长点。目前，RFID在票务系统（城市公交车、高速公路收费、门票等）、收费卡、城市交通管理、安检门禁、物流、家政、食品安全追溯、药品、矿井生产安全、防盗、防伪、证件、集装箱识别、动物追踪、运动计时、生产自动化、商业供应链等众多领域获得广泛重视和应用。,RFID,RFID的应用第二代身份证,RFID,RFID技术被认为是近30年来10大最具生命力的技术之一，它正朝着无所不在的方向快速发展。,“有了无线识别（RFID）技术，还需要管家吗？”,胡锦涛,2006-04-18美国西雅图微软“未来之家”,RFID的ISOIEC标准,标准的作用确保协同工作的进行，规模经济的实现，工作实施的安全性以及其他许多方面RFID标准化的主要目的在于通过制定、发布和实施标准，解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大程度的促进RFID技术及相关系统的应用标准采用过早，有可能会制约技术的发展和进步；采用过晚，可能会限制技术的应用范围。,RFID标准涉及的内容,RFID标准涉及的主要内容包括技术（接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方法、中间件技术、通信协议）一致性（数据结构、编码格式及内存分配）电池辅助及与传感器的融合应用（如不停车收费系统、身份识别、动物识别、物流、追踪、门禁等，应用往往涉及有关行业的规范）,RFID标准的分类,国际标准：由ISO（国际标准化组织）IEC（国际电工委员会）负责制定；国家标准：由工业与信息化部与国家标准化管理委员会负责制定；行业标准：有国际、国家的行业组织制定，例如国际物品编码协会（EAN）与美国统一代码委员会（UCC）制定的用于物体识别的EPC标准；此外，还有涉及道德、伦理、健康、数据安全、隐私等的规范；,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC（国际标准化组织和国际电工委员会）制定的RFID标准概况技术标准：ISO/IEC10536、ISO/IEC14443、ISO/IEC18000系列标准等数据结构标准：ISO/IEC15424、ISO/IEC15418、ISO/IEC15434等性能标准：ISO/IEC18046、ISO/IEC18047、ISO/IEC10373-6等应用标准：ISO/IEC10374、ISO/IEC18185、ISO/IEC11784等,ISO/IEC制定的RFID技术标准,ISO/IEC10536：密耦合CICC非接触式IC卡标准（紧靠）ISO/IEC14443：近耦合PICC非接触式IC卡标准10cmISO/IEC15693：疏耦合VICC非接触式IC卡标准约50cmISO/IEC18000系列标准（基于物品管理RFID的空中接口参数）ISO/IEC180001：空中接口一般参数ISO/IEC180002：低于135KHz频率一般空中接口参数ISO/IEC180003：13.56MHz频率下的空中接口参数ISO/IEC180004：2.45GHz频率下的空中接口参数ISO/IEC180006：860930MHz的空中接口参数ISO/IEC180007：433MHz频率下的空中接口参数,ISO/IEC制定的RFID数据内容标准,ISO/IEC15424：数据载体/特征标识符ISO/IEC15424：EAN、UCC应用标识符及ASCMH10（ANSI标准）数据表示符ISO/IEC15424：大容量ADC媒体用的传送语法ISO/IEC15424：物品管理的唯一标识号ISO/IEC15424：数据协议：应用接口ISO/IEC15424：数据编码规则与逻辑存储功能协议ISO/IEC15424：射频标签（应答器）的唯一标识,ISO/IEC制定的RFID性能标准,ISO/IEC18046：RFID设备性能测试方法ISO/IEC18047：有源和无源的RFID设备一致性测试方法ISO/IEC103736：按ISO/IEC14443标准对非接触式IC卡进行参数的方法,ISO/IEC制定的RFID应用标准,ISO/IEC10374：货运集装箱识别标准ISO/IEC18185：货运集装箱密封标准ISO/IEC11784：动物RFID的代码结构ISO/IEC11785：动物RFID的技术准则ISO/IEC14223：动物追踪的直接识别数据获取标准ISO/IEC17363和17364：一系列物流容器（如货盘、货箱、纸盒等）识别的规范,RFID的ISOIEC标准,和RFID技术相关的标准无线通信管理频谱分布、功率、电磁兼容等内容人类健康的有关标准和规范国际非电离辐射保护委员会（ICNIRP）所提出的标准和规范数据安全的有关标准和规范经济合作与发展组织（OECD）隐私问题目前，很多用于物品识别的应答器（电子标签）都能支持KILL命令,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介非接触式IC卡,三种非接触式IC卡标准,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介动物识别标准ISO/IEC11784规定动物识别的代码结构ISO/IEC11785规定相关的技术准则ISO/IEC14223为读取动物应答器内的特殊数字提供了协议，这些数字被存储在集中所有动物数据的中央数据库内,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介物品识别标准ISO/IEC18000：空中接口的重要标准，无线频段（频率）有6个，即低于135kHz，13.56MHz，433MHz，860960MHz，2.45GHz和5.8GHz。作用距离从数厘米至十多米不等ISO/IEC18001：给出了应答器的外形要求ISO/IEC10374：微波应答器的集装箱识别标准，工作频率范围为850950MHz以及2.42.5GHz，应答器的灵敏度以最大电场强度150mV/m定义，最大可阅读距离为13m,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介国际标准ISO/IEC14443近耦合非接触式IC卡的国际标准用于身份证和各种智能卡、存储卡ISO/IEC14443标准由四部分组成，即ISO/IEC14443-1/2/3/4ISO/IEC14443-2射频能量,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介ISO/IEC14443-4传输协议TYPEA型PICC激活过程RATSATSPPS（协议和参数选择）请求,6RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC的RFID标准简介,PCD激活TYPEA型PICC,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC15693疏耦合射频卡（VICC）的国际标准物理特性（机械特性，物理尺寸，抗紫外线、X射线和电磁射线能力，弯曲和扭曲性能）空中接口与初始化防碰撞和传输协议命令扩展安全特性,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC15693空中接口和初始化,VCD到VICC的通信,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC15693空中接口和初始化副载波：单副载波时，副载波的频率423.75kHz；在使用双副载波时，频率484.28kHz数据速率位表示和编码：采用曼彻斯特码编码方式,VICC到VCD的通信,RFID的ISOIEC标准,SOFEOF,RFID的ISOIEC标准,传输协议唯一标识符（UID）：由制造商永久地设定应用族标识符（AFI）：由VCD锁定的应用类型数据存储格式标识符（DSFID）：指出了数据在VICC内存中的结构CRC：初始值为FFHVICC内存结构：可寻址块达256个，块大小可至256位，最大内存容量可达64kb（8kB）。块安全状态：由VICC作为对VCD请求的响应参数返回,RFID的ISOIEC标准,VICC状态断电（Power-Off）、就绪（Ready）、静默（Quiet）、选择（Selected）4种状态,RFID的ISOIEC标准,防碰撞,时隙数为16的典型防碰撞处理过程,RFID的ISOIEC标准,防碰撞VCD发送目录命令的请求帧，时隙数设置为16。VICC1在时隙0返回应答，因只有这一个VICC应答，故不存在碰撞，它的UID被VCD接收存储。VCD发送EOF，指示下一个时隙开始。在时隙1，VICC2和VICC3进行应答，发生了碰撞。VCD检测到碰撞，并记录该时隙发生了碰撞。VCD再发送EOF，进入时隙2。,RFID的ISOIEC标准,在时隙2，无VICC应答，VCD未检测到VICC的应答的SOF，因此VCD通过发送EOF，进入时隙3。在时隙3，VICC4和VICC5应答，产生了碰撞。VCD决定发送寻址请求（例如读块请求）给VICC1（VICC1的UID已被UCD正确接收）。所有VICC都检测到对VICC1请求的SOF，它们都处理这个请求，但只有UID匹配的VICC1才返回应答，其他的VICC则退出防碰撞序列。所有VICC准备接收下一个请求。如果又是一个目录命令的请求，则又从时隙0开始按上面步序执行。,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC18000-6标准定义了阅读器和应答器之间的物理接口、协议、命令及防碰撞机制。标准包含两种通信模式：TYPEA和TEPEB。TYPEA模式：数据编码帧格式调制,RFID的ISOIEC标准,应答器向阅读器的数据传输数据编码帧格式前同步码、标志、参数、数据、CRC,RFID的ISOIEC标准,强制命令及状态转换INITROUND命令NEXTSLOT命令：确认已被识别的应答器；指示所有处于循环激活状态的应答器对它们的时隙计数器加1并进入下一个时隙NEWROUND命令：指示在循环准备和循环激活状态的应答器进入循环激活状态，复位它们的时隙计数器为1，进入新的循环；指示在选择状态的应答器变迁到静默状态，在静默和就绪状态的应答器仍维持它的状态,RFID的ISOIEC标准,CLOSESLOT命令：STANDBYROUND命令：确认来自一个应答器的有效应答，并指示该应答器进入选择状态，阅读器可以发送选择标志为1的读写命令等对此应答器进行操作；指示所有处于循环激活状态的应答器进入循环准备状态，等待NEXTSLOT，NEWSLOT或CLOSESLOT命令的到来，重新进入循环激活状态进入新的循环,RFID的ISOIEC标准,强制命令及状态转换SELECT（bySUID）命令：无论应答器原先处于场内哪个状态（不含离场状态），接收到该命令且SUID匹配时进入选择状态，并发回应答帧；SUID不匹配的应答器不发回应答帧，当它处于循环激活状态时变迁到循环准备状态，处于选择状态时变迁到静默状态，处于就绪、静默或循环准备状态时保持状态不变READBLOCKS命令：GETSYSTEMINFORMATION命令：获取应答器的有关系统信息,RFID的ISOIEC标准,TYPEA的防碰撞过程1、启动防碰撞过程：阅读器发出INITROUND命令启动防碰撞过程，在命令中给出循环空间大小2、参与防碰撞过程的应答器对命令的处理,RFID的ISOIEC标准,3、阅读器发出INITROUND命令后出现的三种可能情况阅读器在一个时隙中没有检测到应答帧时，它发出CLOSESLOT命令。阅读器检测到碰撞或错误的CRC时，在确认无应答器仍在传输应答的情况下，发出CLOSESLOT命令。阅读器接收到一个应答器无差错的应答帧时，它发送NEXTSLOT命令，命令中包括该应答器的签名，对此已被识别的应答器进行确认，使它进入静默状态以便循环的继续,RFID的ISOIEC标准,4、接收到CLOSESLOT命令或NEXTSLOT而签名不匹配的参与循环的应答器将自己的时隙计数器加1并和所选择的随机数比较以决定该时隙是否发回应答帧，并根据本次循环时的时隙延迟标志决定发回应答帧的时延,RFID的ISOIEC标准,TYPEA的防碰撞过程5、阅读器按第（3）步中的三种情况处理，直至该循环结束（达到了循环空间预置值）6、一个循环结束后，如果在INITROUND命令或CLOSESLOT命令中重复循环标志位置为1，则自动开始一个新的循环。如果重复循环标志位为0，阅读器可以决定用新的INITROUND命令或NEWROUND命令继续进行循环以完成防碰撞过程7、在一次循环中，阅读器可以通过发送STANDBYROUND命令来确认签名匹配的应答器的有效应答，并指示该应答器进入选择状态，同时让签名不匹配的应答器进入循环准备状态，以便在后续命令来到时将循环继续。,RFID的ISOIEC标准,TYPEB（与TYPEA相类比）物理接口命令和应答的帧格式数据元素应答器的存储器应答器的状态命令强制和推荐的命令防碰撞算法,RFID的ISOIEC标准,TYPEB,TYPEB防碰撞流程,RFID的ISOIEC标准,ISO/IEC18000-7标准物理层使用窄带UHF频段。载波频率为433.92MHz20ppm采用FSK调制方式，频率偏移为35kHz，逻辑0的频率为fc（载波频率）35kHz，逻辑1的频率为fc35kHz。数据位采用曼彻斯特编码，数据速率为27.7kbps阅读器和应答器之间的通信采用主从方式数据链路层,RFID的ISOIEC标准,数据链路层前同步码：包含20个周期为60s的脉冲，高电平30s，低电平30s数据字节：包括8个数据位和一个停止位，采用曼彻斯特编码，位持续时间为36s，字节周期（含停止位）为324s。CRC码：多项式为x16+x12+x5+1包结束符,RFID的ISOIEC标准,命令格式,阅读器命令格式,RFID的ISOIEC标准,应答格式对广播命令应答的信息格式对点到点命令应答的信息格式,第四讲无线传感器网络,物联网及其发展,几十年来互联网获得了极大的发展，已经成为人类社会和人类生活不可或缺的信息网络系统；互联网下一个发展方向，除了扩大覆盖、提高速度、加大容量、增加网民（包括地址）无线接入等，向物联网发展也是一个重要的动向；我们可以通过互联网了解世界（各地发生的事情）在物联网普及以后，我们就可以感知世界上发生的事情；物联网大体上就是技术界以往所说的传感网；其基本架构应该是互联网网络为主体，加上可以感知客观事物的有线、无线接入的传感器网络；,什么是传感网（物联网）？,物联网，基本上就是我们以前称为传感网的网络。IBM在前年提出，美国总统奥巴马上台以后，为了解决经济危机，接过这一事物，提出“智慧地球”的概念；温家宝总理2009，8视察江苏无锡时，提出把“智慧中国”的中心建在无锡。江苏省委和省政府非常重视。正在全力贯彻落实。近日，倾向于把物联网称为传感网。传感器网、传感网、物联网、互联网、因特网：关联和区别；,什么是传感网（物联网）？,传感器网：把各种传感器连接起来的网络，这种连接可以是无线，也可以是有线；目前学界对于传感器网、传感网、物联网尚无一个明确的定义；可以认为，传感网强调以感知为目的，物联网倾向于传感器的连接为特征；但是两者都是以互联网为基础的。但是对于互联网、因特网则有科学的定义；INTERNET；因特网Internet；互联网,什么是物联网？,传感网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。传感网突出的特征是通过传感器等方式获得物理世界的多种信息，结合互联网、移动通信网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析与处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。物联网应该有更规范的内涵，例如物联网也包括网络控制为目的，而传感网更强调以感知为目的；,什么是物联网？,物联网将各种信息传感设备、控制设备，例如射频识别装置（RFID）、红外感应装置、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等与互联网结合起来形成一个不仅仅是人在使用，也可以把各种其它信息（不仅仅是文字、语言、数字、图像）通过互联网进行传递、处理、存储、检测等。以提高人类社会的信息化、自动化水平。物联网的用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府政务、公共安全、平安家居、智能消防、工业检测、病老护理、个人健康等多个领域。业界普遍认为物联网是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。,什么是物联网？,物联网的要素，首先是要把物体连接到网上；其次是要把这个物体的信息传到互联网上；物联网的工作，就是获取信息、传送信息、处理信息、存储信息、显示信息；美国的研究机构Forrester预测，物联网的产业价值和规模，要比互联网大30倍，将会形成下一个万亿元级别的产业；,传感网与无线通信,传感网中使用的几种通信技术：1、移动通信：2G、3G、B3G、LTE；2、无线局域网：WiFi：无线局域网，802.11，校园网；WiMAX：无线城域网，802.16，已成为3G标准3、超宽带UWB：特征是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。工作频率3.1G-10.6GMHz，低功耗，如射频标签RFID（RadioFrequencyIdentification也称电子标签、无线电频率识别）。,传感网与无线通信,4、ZigBee：低功耗、近距离的无线组网通信技术；802.15.4（s）;5、NFC（近场通信），双向RFID，可实现设备之间的近距离通信（20cm，比兰牙短，但是不需要加密）；6、兰牙（Bluetooth）、红外（IiRD）；,传感器的种类基本概念,传感器是由敏感元件和转换元件组成的一种检测装置，能感受到被测量的信息，并按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，也可以说是人类五官功能的延伸。,传感器的种类,信息（例如RFID中的各种读卡器）温度、温限压力测力、压力、重力；液位、水位测量、流体、流量电机保护光敏荷重、称重传感器闸门开度（高度）,传感器的种类,气体、气味、口臭、室内空气、风速湿度灰尘红外漏电、电导PH值,传感器的种类,酒精AQS环境控制卤素浓度生物传感器热学量位置、安防光纤光栅指纹、触摸,传感器的种类,磁阻倾角视觉、图像压电、静电、电流、电压加速度霍尔位置微波,物联网的工作模式,物联网的工作模式较多，但是目前主要分为射频识别（射频标签）RFID和ZigBee，因为国际标准化组织目前主要在这两种应用中制定了一系列的标准；射频识别（射频标签）RFID主要是应用读卡器和应答器之间的信息传输完成工作；ZigBee则主要是工作于网络系统；,什么是ZigBee？,传感网络通信的几个阶段和模式：自动控制：电脑智能器件；传感网：网络传感器；ZigBee：网络传感器通信协议，是一种无线个域网（LR-WPAN）；由于无线通信组网技术使用的设备种类繁多，各种设备的技术参数并不相同，所以无线通信组网会经常遇到麻烦。但是由于ZigBee制定了相应的协议，所以化解了这一困难。,什么是ZigBee？,多信道的无线通信装置微控制器，集成在芯片上封装。具体就是8位微处理器与射频收发模块封装，接上电阻、电容、晶振，加上A/D、D/A、I/O接口和控制电路。也有把这些器件都封装在一起的。再加上相应的无线通信（协议栈）和开发的应用软件。可见，这实际上是一种智能控制节点，也就是无线传感器的网络节点。也有人将其称为“无线单片机”。ZigBee技术诞生刚刚4、5年，ZigBee联盟是2002年成立的其标准ZigBee1.0是2004年公布的。目前这一技术发展很快。,什么是ZigBee？,技术特点：工作频率：2.4GHz为主要频段（16格250kbps信道），也可以在915MHz（10个40kbps信道），868MHz（1个20kbps信道）；更重要的是，这几个频段都是不需要注册、批准的，称为免许可通信频段；低速率：几十Kbps；近距离：几米几十米，最大可以达到13Km，如果需要加大通信和控制距离，可以采用多跳的方式接力；微功耗：速率低、数据量小，所以信号的收发时间很短，多数时间处于休眠状态，所以极其节能。一般一个节点使用一节电池可以工作0.52年甚至更长；低复杂度：ZigBee的协议栈比WiFi、兰牙简单，对于通信的控制要求也不高，通常采用8位单片机即可。低价格：一般在几十元甚至更低；,什么是ZigBee？,短延时：ZigBee从休眠状态激活，或者活动设备的信道接入时延一般在15，设备搜索的时延在30ms。所有也适合于工业控制和无线控制技术；组网灵活：通过网络协调器组成星状、树状、网状等各种类型的网络，非常灵活，同时允许设备的加入、退出，并且改变网络的架构；采用载波侦听/冲突检测CSMA/CA、握手传输，所以数据的传输可靠；,什么是ZigBee？,大容量：ZigBee可以有三种工作方式，即个域网协调器、路由器、终端设备。一个ZigBee网络最多可以包含256个ZigBee网络节点，包括一个主控设备，其余是从属设备。通过网络协调器，则可以支持64000个ZigBee网络节点，网络协调器还可以相互连接，所以适合大面积的传感器网络；适于网络的自配置：ZigBee可以采用网络协调器自动建立网络，绝对数北可以随时加入和退出，适于自配置、自组织的网络,什么是ZigBee？,安全模式：提供循环冗余（CRC）的数据包完整性校验，支持鉴权和认证，通过三级安全处理：第一级：无安全方式；第二级：设备可以使用接入控制列表（ACL）防止非法设备获取数据，本级不加密；第三级：在数据传输中采用AES128的对称密码来保护数据净荷，防止攻击者假冒合法设备；,什么是ZigBee？,由于物联网的发展，可能使ZigBee得到极广泛的应用，如家庭、办公室、公共场所等地方。ZigBee是得到国际标准化组织承认和规范的无线组网通信技术，也是物联网或者传感网的重要应用。,ZigBee的应用,智能家居：可以把各种家用电器及其遥控器，甚至照明、通信设备、门禁、游戏玩具，都可以组成家庭的智能中心，并且实现联网；智能交通：在街道、高速公路、建筑物等地布置大量的ZigBee节点设备，可以加强汽车与外界的联系更加紧密，国家智能化；智能建筑：建筑内的人员管理、温度控制、能源管理（节能）、防火、信息交互等；医院应用：搜集病人的各种信息和检查的结果，配有ZigBee的担架，可以直接控制电梯的门；,ZigBee的协议架构802.15协议簇,LR-WPAN：无线个域网，属于低速无线个域网，协议属802.15：IEEE802.15.1：中速无线个域网，兰牙；IEEE802.15.3：高速无线个域网，超宽带，（UWB）IEEE802.15.4：低速无线个域网，LR-WPAN，主要为电源能力受限、吞吐量要求不高、无线应用提供低成本的连接；,ZigBee的协议架构802.15协议簇,IEEE-802.15.4共27个信道：2450MHz16g个,915MHz10个，868MHz1个；支持250kbps、40kbps、20kbps三种速率；支出星状网络结构和点对点的对等网络结构；分配16位短地址或16位扩展地址；支持时隙保证机制，通过预留保证时隙（GTS）提供无竞争媒体访问，或实现CSMA/CA以避免竞争；确认握手保证传输的可靠性；低功耗，可以能量检测；有链路质量指标；,ZigBee的网络拓扑,PAN协调器,PAN协调器,LR-WPAN的网络拓扑,简化功能设备RFD,全功能设备FFD,星状拓扑,点对点对等网络拓扑,ZigBee的簇树网络多个邻近簇连接成网,PAN协调器,CID1,CID2,CID3,CID4,CID5,簇首,设备,ZigBee的簇树网络,ZigBee协议架构,ZigBee协议包括：IEEE802.15.4：物理层协议；媒体访问控制层：MAC；ZigBee联盟：网络层（NWK）应用层（APL）安全服务规范,媒体访问控制层（MAC）,ZigBee协议栈结构,物理层（PHV）,网络层（NWK）,应用支持子层（APS）,安全服务,应用对象1,应用对象240,应用框架,ZigBee设备对象（ZDO）,ZDO管理平台,ZigBee联盟定义,802.15.4定义,制造商定义,PD-SAP,PLME-SAP,MLDE-SAP,MLME-SAP,NLDE-SAP,端点240APSDE-SAP,端点1APSDE-SAP,ZDO公共接口,端点0APSDE-SAP,APSME-SAP,MLME-SAP,SAP：服务访问点,ZigBee的协议解析,ZigBee的协议中每一层为其上层提供一套服务，包括数据传输和管理两个内容。两层之间的接口称为“服务访问点（SAP）”；物理层提供两类服务：物理层数据服务和物理层管理服务；物理层的具体功能有：无线收发信机的开启和关闭、能量检测（ED）、链路质量指示（LQI）、信道评估（CCA）、通过物理媒体收发数据包。,ZigBee的协议解析,MAC层提供MAC层数据服务和管理服务；主要功能有：采用CSMA/CA进行信道的访问控制、信标帧的发送、同步服务和提供MAC层可靠传输机制；网络层提供设备的加入/退出机制、帧安全机制、路由发现机制和维护机制。ZigBee协调器的网络层还负责新的网络、新的关联设备分配地址。,ZigBee的协议解析,ZigBee应用层包括应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）、应用对象（由设备制造商定义）。APS子层（应用支持子层）负责维护绑定列表，根据设备的服务和需求对设备进行匹配，并且在绑定的设备之间传送信息。ZDO负责发现网络中的设备并且明确其提供的服务。,传感网在通信骨干网检测中的应用,基于客户感知的物联网端到端性能测量系统本成果可以在用户了解传输信息的同时，利用探针对物联网的终端之间进行自动测量，主要测量网络的流量、性能、传输质量、传输内容等。探针的种类包括用户终端探针、机房探针、服务器探针。如果将探针前面加上各种用途的传感器，即为各种物联网。）；,物联网中可满足客户感知性能的测量系统架构,多线程探测引擎,传感网无线信道的信道分配技术,物联网的网络中，传感器的接入主要采用无线信道，无线信道中信道资源分配始终是传感网中无线接入网的主要内容，主要涉及信道分配策略、多信道机制和信道资源预留策略等研究内容，在这方面，我们的成果包括：1）多网关传感网的纵向干扰划分技术2）多网关无线传感网的拓扑分割技术3）最小化纵向干扰的信道分配策略4）基于信道切换的传感网资源预留策略,物联网网络的监测、控制和管理研究,物联网应用和产业有待突破的障碍,应用不足：目前社会的发展，有需求，但是不旺；有市场，但是技术尚未跟上；核心技术缺位：特别是传感器及其网络，面广、量大、品种繁多、低能耗、长寿命，恶劣的应用环境，极低或者较低成本等；标准先行：国家已经下达了24国家标准计划和10项行业标准计划的制定，但是仍然不够产业链稍微形成：例如传感器、系统设计、公共信息平台、开发工具和平台、中间件等，甚至有的政策也是障碍；,第五讲物联网的运行环境网络技术,计算机网络的基本概念互联网的形成与发展互联网应用的高速发展互联网接入技术与三网融合互联网与物联网的区别与联系,一、计算机网络的基本概念1.从人的思维规律来认识计算机网络技术发展的必然性（1）1/N阶段（2）N=1阶段（3）N1阶段（4）N趋于无穷阶段,2.计算机网络发展的四个阶段（1）20世纪50年代，独立发展的计算机技术与通信技术结合（2）20世纪60年代美国的ARPANET与分组交换技术（3）20世纪70年代中期，网络体系结构与网络协议标准化问题（4）20世纪90年代开始，互联网、高速通信网、无线网络与网络安全技术,3.计算机网络发展的三条主线（1）互联网技术（2）无线网络技术（3）网络安全技术,二、互联网的形成与发展1.互联网发展的背景（1）ARPANET的研究与发展分组交换概念的提出ARPANET的研究（2）互联网的形成（3）互联网的基本服务功能,2.Web技术的研究与应用（1）Web技术的产生1989年欧洲原子能研究中心CERNCERN和MIT建立WWW联盟（2）Web服务的核心技术超文本传送协议、超文本标记语言、超链接,三、互联网应用的高速发展1.互联网的应用领域（1）是生活在现实社会的人创造了网络虚拟社会的繁荣（2）互联网技术研究与产业发展为我们提供了一个可以尽情施展才华的创新平台（3）计算机网络与互联网技术是一个充满着挑战，他将与多个学科与应用领域交叉融合，为人类的创新活动提供了更加广阔的空间。,2.互联网应用技术发展的三个阶段（1）基本的网络服务Telnet、E-mail、FTP、BBS、Usenet等（2）基于Web的网络服务Web、电子商务、电子政务、远程教育、远程医疗（3）新的网络服务搜索引擎、网络电话、网络电视、网络视频、博客、播客、即时通信、网络游戏、网络广告、网络出版、网络存储、网络计算,3.互联网应用的两种模式（1）客户/服务器模式的基本概念网络资源分布的不均匀性表现在硬件、软件和数据三方面（2）对等P2P模式的基本概念从事物发展的“螺旋式上升”规律的角度去认识P2P技术的发展；从信息资源存储格局变化的角度去认识P2P技术的发展；在不同技术发展阶段，人们对网络应用关注的重点不同,四、互联网接入技术与三网融合1.宽带城域网技术的发展是以宽带光传输网为开放平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互联设备，实现语音、数据、图像、多媒体视频、IP电话、IP电视、IP接入和各种增值业务，并与广域计算机网络、广播电视网、电话交换网互联互通的本地综合业务网络。,2.接入网技术发展的背景（1）接入网技术分类按涉及用户的环境与需求大致分为家庭接入、校园接入、机关与企业接入；按接入技术可以分为有线接入和无线接入；（2）从实现技术的角度，主要有：数字用户XDSL接入技术光纤同轴电缆混合网光纤接入技术宽带无线接入技术与802.16标准,3.计算机网络、广播电视网与电信网的三网融合电信网主要是电话交换网，用于模拟的语音信息传输；广播电视网用于模拟图像、语音信息的传输；计算机网络主要用来传输计算机的数字信号。,五、物联网与互联网区别与联系1.互联网核心交换与端系统的抽象方法在各种简化和抽象方法中，将互联网系统分为边缘部分和核心交换部分是最有效的方法之一。互联网边缘部分主要包括大量接入互联网的主机和用户设备，核心交换部分包括由大量路由器互联的广域网、城域网和局域网。,2.从网络端系统接入的角度看互联网与物联网的区别与联系（1）从端系统接入的角度看互联网的结构有线接入：网卡；使用ADSL接入设备；使用CableModem接入设备；无线接入：无线网卡；无线城域网；无线自组网。,（2）从端系统接入的角度看物联网的结构物联网应用系统运行在互联网核心交换结构的基础之上；无联网应用系统将根据需要选择无线传感器网络或RFID应用系统的接入方式。,（3）从网络数据采集与传输内容的角度看互联网与物联网的区别与联系互联网所提供的服务功能主要是实行人与人之间的信息交互和共享，在互联网端结点之间传输的文本文件、语音文件、视频文件都是由人输入的；而物联网的端系统采用的是传感器、RFID，物联网感知的数据是传感器主动感知或者RFID读写器自动读出的。,2.1网络技术基础,2.1.1计算机网络概述（1）计算机网络定义：利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统相互联系起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递。,（3）计算机网络分类：从网络节点分布来看，分为局域网、广域网和城域网；按交换方式，分为线路交换网络、报文交换网络和分组交换网络；按网络拓扑结构分为星型结构、环型结构、总线结构、分布式结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。,（4）计算机网络的组成：计算机网络通常由三个部分组成，即通信子网、资源子网和通信协议。通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分；资源子网是计算机网络中面向用户的部分；通信协议是通信双方必须共同遵守的规则和约定。,（5）计算机网络的体系结构与协议在计算机网络技术中，网络的体系结构指的是通信系统的整体设计，它的目的是为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。协议就是对数据格式和计算机之间交换数据时必须遵守的规则的正式描述。,（6）网络互联设备网络互联是指将不同的网络或相同的网络用互联设备连接在一起而形成一个范围更大的网络，也可以是为增加网络性能和易于管理而将一个原来很大的网络划分为几个子段或网段。通常，网络互联中常用的设备有路由器和调制解调器。,2.1.2网络协议与OSI参考模型网络协议是网络上所有设备（网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等）之间通信规则的集合，它定义了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。一个网络协议由语法、语义和同步三个要素组成。,OSI参考模型分为七层，分别物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。,2.1.3TCP/IP协议是为美国ARPA网设计的，目的是使不同厂家生产的计算机能在共同网络环境下运行。TCP是传输控制协议，规定一种可靠的数据信息传递服务，IP协议又称互联网协议，是支持网间互联的数据包协议。,IP地址标识着网络中一个系统的位置，每个IP地址都是由两部分组成：网络号和主机号。有效的主机号是A类、B类和C类。,2.1.4计算机网络的安全性网络安全概念的发展过程解决网络安全的首要任务建立组织的部门的网络安全体系的首要任务,网络安全存在的主要问题网络安全管理体系的建立,2.1.5因特网及其应用因特网的产生与发展因特网在我国的发展进程及现状中国公用计算机互联网（ChinaNet）中国教育与科研计算机网（CERnet）中国科学技术计算机网（CSTnet）国家公用经济信息通信网络（ChinaGBnet）中国联通公用互联网（Uninet）中国网通高速宽带互联网（ChinaNetcomNet，CNCnet）,互联网在中国发展历程第一阶段：1986.06-1993.3研究试验阶段第二阶段：1994.04-1996起步阶段第三阶段：1997-至今快速增长阶段,因特网的特点开放的网路结构统一的网络互联标准分散化的管理灵活的服务方式支持多种交流模式丰富的信息资源低廉的服务费用,Internet常用的协议HTTP;FTP;FILE;TELNET;MAILTO;NEWS;WAIS;GOPHER,因特网的应用万维网；Telnet；FTP；Archie;E-mail;Gopher;WAIS;ICR;新闻讨论组；电子公告牌；电子商务,因特网的工作原理因特网接入方式拨号上网；ISDN上网；xDSL接入；CabelModeme接入；光纤接入方式；无线接入方式,因特网的不足网络安全；知识产权；非法抢注域名和国家域名分配垄断；信息资源分散化存储和管理；非法有害内容的大量传播,2.2企业网站建设,2.2.1Intranet概述又称企业内部网，是Internet技术在企业内部的应用，是指覆盖企业范围的网络，是把企业的通信资源、处理器资源、存储器资源以及企业的信息资源等捆绑在一起的网络，通过这个网络，企业员工可以很方便地访问这些资源。,（1）企业Intranet组成网络平台；网络服务平台；开发平台；用户平台；通信平台；网络安全平台,（2）Intranet的特点基于TCP/IP组网，方便地和外界连接；提供基于Internet的网路服务；广泛使用WWW工具；为企业或组织所有，可根据企业的安全要求设置防火墙、安全代理等；物理网路应采用综合布线技术，以减少物理网络故障,2.2.2企业Intranet建设方案建设需求分析建设的前期工作建设的具体阶段,（1）建设需求分析连接方式；服务类型；信息量分析；管理需求分析；运行分析,（2）Intranet建设的需求工作选择ISP；申请域名；用户规划；组织机构；人员培训,（3）具体建设阶段快速连入网络；