《智能建造数字技术基础》课件 第3章 数据传输

《智能建造数字技术基础》数据传输3章第XXX主讲人指导人XXX时间指导人教材配套PPT学习导读行业PPT模板/hangye/本章主要讲述智能建造中的数据传输相关知识。将前端采集设备获取的数据及时、可靠、有效、稳定地传输到云端服务器,是保证后续数据分析、安全评估、准确预警、有效决策的重要环节。因此,选取与实际工程项目需求相匹配的数据传输方式,对于工程建设安全保障和实施有效管理有着重要意义。根据传输媒介是否有物料线缆，又分为无线传输、有线传输。由于工程现场往往不便于线缆的布设，且考虑成本问题，数据传输应尽量采用无线传输。在无线传输中根据传输距离又分为近场无线传输与远场无线传输。目录CONTENT01因特网技术基础行业PPT模板/hangye/02数据总线结构03无线传输技术STEPONE

因特网技术基础01/因特网技术基础因特网技术基础概述因特网技术基础数据的传输离不开网络，而网络的基础为因特网技术，其中最重要为：分组交换技术、TCP/IP协议、IP地址、域名技术和软件架构等。灵活性（1）分组交换技术（Packetswitchingtechnology）分组交换技术也称包交换技术，将数据分成小块（称为数据包或分组）并通过网络发送的方法。每个数据包都独立传输，它们沿着网络的最佳路径转发，直到到达目的地，然后重新组装成完整的消息，进而实现计算机与计算机之间的通信。可靠性高效性可扩展性因此，尽管有其他新兴的技术不断涌现，如软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV），分组交换技术仍然是当前互联网的主要技术之一，而且在未来仍将继续发挥重要作用。优点：因特网技术基础（2）TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/网际协议）TCP/IP实际上是一组协议，包含TCP协议、IP协议、FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议，其中TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议，所以被称为TCP/IP协议。TCP/IP协议是用来接收来自传输层的数据或者按不同应用要求与方式将数据传输至传输层；传输层的主要协议有UDP、TCP，是使用者使用平台和计算机信息网内部数据结合的通道，可以实现数据传输与数据共享。IP地址（InternetProtocolAddress）是指互联网协议地址，又称为网际协议地址。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。因特网技术基础（2）TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/网际协议）IP地址分类一：（1）公共IP地址由互联网服务提供商（ISP）分配给网络设备的，用于在互联网上唯一标识设备的地址。（2）私有IP地址在私有网络中使用的IP地址，不能直接在互联网上路由。（1）动态地址由DHCP（动态主机配置协议）服务器自动分配的IP地址。当设备连接到网络时，它会向DHCP服务器请求一个可用的IP地址，并在使用完之后释放该地址。动态地址分配方式使得网络管理员能够更好地管理IP地址的分配和使用，避免了IP地址浪费的问题。（2）静态地址是网络管理员手动为设备分配的IP地址，它不会随时间变化而改变。静态地址通常用于需要长期稳定的网络设备，如服务器和路由器等。静态地址分配方式使得管理员能够更好地控制网络中每个设备的IP地址，并且能够更好地管理和维护网络。IP地址分类二：因特网技术基础（3）域名（DomainName）由于IP地址具有不方便记忆并且不能显示地址组织的名称和性质等缺点，人们设计出了域名，并通过网域名称系统（DNS，DomainNameSystem）来将域名和IP地址相互映射，使人更方便地访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP地址数串。如

和，用于访问搜索引擎的域名。因特网技术基础（4）软件架构互联网的软件架构通常采用客户端/服务器（C/S）架构或浏览器/服务器（B/S）架构。C/S架构也称为客户机/服务器计算模式（Client/Server），是指客户端和服务器通过网络连接直接进行交互和数据传输，而B/S架构也称为浏览器架构（Browser/Server）则是通过浏览器向服务器请求数据并接收响应,而无需安装任何专门的客户端软件。C/S架构是一种主从结构方式，客户端可以是PC机、手机等，作为服务的请求者或委托者。而服务器则通常是较大型的计算机系统，其用以提供计算等服务，并把处理结果送回用户。C/S架构处理速度较快，并可在客户端上进行本地处理和存储，以减轻服务器的负担。但C/S架构的客户端需要安装和维护专门的软件，增加了客户端的复杂性，客户端软件也需要升级和维护。B/S架构只需要一个浏览器，无需安装任何客户端软件,可通过互联网在任何地方访问应用程序,而且服务器的管理和维护也较为方便。另一方面，B/S架构所有的处理都在服务器上完成，因此响应速度相对较慢，交互性和响应能力受到网络质量和服务器负载的影响。STEPTWO数据总线结构02/

数据总线结构数据总线结构概述数据总线结构总线（Bus）是指计算机组件间，或者现场传感器与数采装置间规范化的交换数据（data）的方式，即以一种通用的方式为各组件提供数据传送和控制逻辑。从另一个角度来看，如果说主板（MotherBoard）是一座城市，那么总线就像是城市里的公共汽车（bus），能按照固定行车路线，传输来回不停运作的比特（bit）。这些线路在同一时间内都仅能负责传输一个比特。因此，必须同时采用多条线路才能发送更多数据，而总线可同时传输的数据数就称为宽度（width），以比特为单位，总线宽度愈大，传输性能就愈佳。（1）计算机内部数据总线常见的标准有PCI（PeripheralComponentInterconnect）、USB（UniversalSerialBus）等。总线分类：PCI总线是一种高速的总线标准，主要用于连接计算机的内部设备，如显卡、网卡等。USB总线则是一种通用的外部设备连接标准，可以连接许多不同类型的设备，如鼠标、键盘、打印机等。数据总线结构（2）现场总线常见有RS-232总线、RS-485总线、CAN总线等。总线分类：是常用的串行通信接口标准之一。其传输距离受到物理和电气特性的限制，一般不超过15米。节点数通常只有2个，一个用于发送数据，另一个用于接收数据。通常用于短距离、低速率的串行通信。RS-232总线（又称EIARS-232）是一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的总线标准，在土木工程健康监测等领域得到了广泛的应用。RS-485采用平衡式发送和差分接收方式实现通信，有较强的抗干扰能力。传感器通常需要具备RS485接口或者使用转换器将其它接口转换为RS485接口。控制器也需要具备RS485接口，并能够解析和处理RS485总线上传输的数据。一般支持32个节点，最大可达到128或256个节点。RS-485最大的通信距离约为1200m，最大传输速率为10Mbps，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485总线是一种广泛应用于工业自动化、汽车电子等领域的串行通信总线，它具有高速、可靠、抗干扰等特点。CAN总线支持多节点连接，最多可连接110个节点，传输距离可达40米，传输速率可达1Mbps。CAN总线采用差分信号传输方式，具有较好的抗干扰能力和传输可靠性。还支持分布式处理、多主控制等特性，适用于复杂的网络拓扑结构。CAN总线STEPTHREE无线传输技术03/

无线传输技术近场无线传输技术远无线传输技术无线传输技术无线传输（Wirelesstransmission）是指利用无线技术进行数据传输的一种方式。无线传输具有综合成本低，性能稳定，组网灵活，可扩展性好，即插即用等特点，越来越被各行各业所接受。无线传输根据传输距离的远近又可分为近场传输以及远场传输，应用场景不一样所采用的技术手段也不相同，其对比情况如表3-1。项目近场传输远场传输通信距离几厘米~百米几公里~几千公里功耗普遍较小普遍较大应用场景短距离通信长距离通信成本偏低偏高表3-1近场通信与远场通信对比近场无线传输技术近场无线传输是指通信双方通过无线电波传输数据，并且传输距离较近。目前，应用较为广泛短距离无线通信标准有：Zig-Bee、蓝牙(Bluetooth)、无线宽带(Wi-Fi)、超宽带(UWB)和近场通信(NFC)等。（1）ZigBeeZigbee是一种低功耗、低速率、小数据量的无线传感器网络技术。Zigbee的传输距离一般为100米左右，传输速率一般为250kbps，支持多节点连接，采用Mesh网络拓扑结构，具有较好的抗干扰能力和稳定性。（2）蓝牙(Bluetooth)Bluetooth是一种短距离、低功耗、低速率的无线通信技术，主要用于手机、耳机、音箱等设备之间的数据传输。Bluetooth的传输距离一般为10米左右，传输速率一般为1Mbps，支持多节点连接，可以通过蓝牙网关等方式扩展网络规模。（3）无线宽带(Wi-Fi)WiFi是一种常用的无线局域网技术，主要用于高速数据传输和上网，其突出的优势在于它有较广的局域网覆盖范围，可达100米左右，同时，其传输速率可以达到几百Mbps，支持多节点连接，具有较高的传输速率和稳定性，但功耗较大。（4）超宽带(UWB)UWB是一种超宽带无线通信技术，主要用于高速数据传输和定位。UWB的传输距离可以达到30米以上，传输速率可以达到几百Mbps，具有较好的抗干扰能力和定位精度，但功耗较大。近场无线传输技术（5）近场通信(NFC)NFC是一种新的近距离无线通信技术，由射频识别(RFID)技术发展而来。NFC是一种近场通信技术，其传输距离一般不超过10厘米且传输速率较低。其主要优势在于能耗低，与非接触智能卡技术兼容，其在门禁、公交、手机支付等领域有着广阔的应用价值。这些技术各有优劣，例如，Zigbee、Bluetooth、WiFi都支持多节点连接，但传输距离和速率存在差异；NFC和UWB的传输距离相对较短，但传输速率和安全性较高。Zigbee适用于物联网和智能家居等场景；Bluetooth适用于手机、耳机、音箱等设备之间的数据传输；WiFi适用于高速数据传输和上网；NFC适用于移动支付、智能门锁等场景；UWB适用于高速数据传输和定位等场景在土木工程中，这些技术也都有不同的应用场景。远场无线传输技术（1）移动网络技术移动网络技术是指用于移动通信的技术，其中，4G和5G是当前主流的移动网络技术。远场无线传输是指通信双方通过无线电波传输数据，且传输距离较远的范围。目前广泛应用的无线通讯技术主要有移动网络、数传电台、远距离无线电和窄带物联网等。4G是第四代移动通信技术：具有高速率、高可靠性等特点，可以支持高清视频、在线游戏等应用。传输速率可以达到几十Mbps；支持多频段、多天线技术；具有较好的抗干扰能力和稳定性。5G是第五代移动通信技术：是当前最先进的移动网络技术，具有更高的传输速率、更低的延迟、更大的网络容量等特点；可以支持更多的应用场景，如智能家居、智慧城市等；传输速率可以达到数百Mbps或更高；支持更多的频段和天线技术；具有更好的抗干扰能力和稳定性。远场无线传输技术（2）数传电台数传电台是数字式无线数据传输电台的简称。工作频率大多使用220--240MHz或400--470MHz频段；具有数话兼容、数据传输实时性好、专用数据传输通道、一次投资、没有运行使用费、适用于恶劣环境、稳定性好等优点；数传电台的有效覆盖半径约有几十公里，可以覆盖一个城市或一定的区域。（3）远距离无线电和窄带物联网远距离无线电（LongRangeRadio，LoRa）是由美国Semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准，典型工作频率在亚洲是433MHz。其有效覆盖半径一般在2km至5km，最长距离可达15km。窄带物联网(NarrowBandInternet