新一代信息技术 课件 08-物联网技术

新一代信息技术

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课程内容介绍新一代信息技术课程学习内容01物联网基础知识模块一02物联网体系结构和关键技术模块二04物联网平台开发实践模块四03物联网系统的应用模块三

学习目标知识目标

（1）掌握什么是物联网

（2）掌握物联网体系结构（3）熟知感知层、网络层、应用层技术（4）了解物流行业、智能家居应用能力目标

掌握物联网的定义及特征，熟悉物联网的三层体系架构，掌握物联网分层的关键技术，熟悉典型物联网应用。素质目标

关注物联网技术发展趋势与前沿动态，培养跨学科融合能，具备物联网应用创新能力。

01CHAPTER物联网基础知识

掌握物联网定义123物联网定义物联网是未来互联网的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议，且具有自配置能力的、动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口实现与信息网络的无缝整合。普遍理解定义物联网(InternetofThings)是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID，RadioFrequencyIdentification)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。技术构成定义物联网是利用条码、射频识别(RFID)、传感器、普适计算全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现人与人、人与物、物与物的在任何时间、任何地点的连接，从而进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。

熟悉物联网特征物联网特征物联网的基本特点集中体现在三方面：全面感知、可靠传输和智能处理。全面感知利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息，包括静态数据、固定属性和环境模糊信息。可靠传输通过互联网、无线网络等通信技术，将感知到的物体信息实时、准确地传送出去，要求数据安全且传输可靠。智能处理利用计算机技术及时处理海量数据，实现人与物、物与物之间的沟通和控制。

了解网络区别030102物联网与互联网物联网是互联网连接对象、应用领域的延伸，强调人、物、机器连接，特有感知层技术实现物物相联，安全性要求更高。物联网与无线网物联网底层依赖RFID和传感器网络，首要设计目标是资源高效使用，节点易故障且拓扑动态变化，传统无线网侧重服务质量。物联网与传感网狭义物联网即传感网，广义为泛在网络；传感网仅感知信号，物联网兼具感知与物体标识能力，应用体现物品连接能力。02CHAPTER物联网体系结构和关键技术

物联网体系结构目前，在业界，物联网体系架构大致被公认为有这三个层次：底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层。物联网体系结构1．感知层是物联网的皮肤和五官，识别物体、采集信息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等，主要作用是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。2．网络层是物联网的神经中枢和大脑，信息传递和处理网络层包括通信与互联网融合的网络、网络管理中心和信息处理中心等。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。3．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。

感知层感知层用于解决对客观世界的数据获取问题，目的是形成对客观世界的全面感知和识别。感知层处于三层架构的最底层，是物联网发展和应用的基础，具有物联网全面感知的核心能力。作为物联网的最基本一层，感知层具有十分重要的作用。感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分。此处的短距离传输技术，尤指像蓝牙、ZigBee这类传输距离小于100m，速率低于1Mb/s的中低速无线短距离传输技术。

传感器传感器(Transducer/Sensor)是一种用于检验和测试的设备，如图所示。它能够将感受到的被测量信息按照一定的规律转变成电信号或其他形式的信号，然后加以输出，从而满足对信息的处理、存储、显示、记录、传输和控制等要求。

传感器分类1)电阻式传感器2)激光传感器3)霍尔传感器4)温度传感器5)无线温度传感器6)智能传感器7)光敏传感器8)视觉传感器

无线传感技术无线传感网络是由具有通讯能力、感知能力和计算能力的多个传感器节点组成的，借助节点内置的多种不同功能的传感器感知周围环境中的声纳、雷达、红外光、热和地震信号，来探测包括温度、湿度、PH值、压力、物体运动速度和方向等众多我们感兴趣的信息，最终将这些信息通过无线传输技术发送到信息处理终端。

无线传感技术组成一个典型的无线传感器网络结构如图所示，应该包括传感器(Sensor)节点、汇聚(Sink)节点、管理(Management)中心、传输介质和传感网络。

无线传感技术参数表技术名称ZigBee蓝牙RFIDWi-Fi工作频段868/915MHz2.4GHz2.4GHz125Kz/13.56/860-960MHz/2.4/8.5GHz2.4GHz传输距离10-100+m10+m8.30+m100+m传输速率20/40/250Kbit/s1Mbit/s26Kbit/s54Mbit/s网络容量256/65536个8个8个32个优势低成本、低功耗、自组织速度快、自组织实体对象、唯一标签速度快、灵活性强应用重点传感器网络需代替电缆的移动设备物流管理、智能家居笔记本电脑、智能手机

无线传感技术应用军事方面：无线传感器网络的特性非常适合于军事侦察，可以有效的探测和获取敌军情报。医疗卫生方面：无线传感器网络可以将采集到的信息通过安装特殊用途的传感器节点，如心率、血压等监测，医生就可在远端随时去了解被临护病人的病情，进行及时处理和救护智能家居建筑方面：采用无线传感器网络，在楼体自身安装节点，安装了传感器网络的智能建筑就会自动告诉管理部门它们的状态信息，从而可以使管理部门按照优先级来进行一系列的修复工作。

网络层网络层位于感知控制层和应用服务层的中间，主要负责两层之间的数据传输。感知控制层采集的数据需要经过通信网络传输到数据中心、控制服务器进行存储或处理。网络传输层就是利用公网或者专网，以无线或有线的通信方式，提供信息传输的通路。

互联网基础架构互联网基础架构互联网(Internet)又称网际网络，最早出现于1969年，由一组通用协议连接覆盖全世界的庞大网络。万维网组成万维网(WWW)是互联网集文本、声音、图像、视频等多媒体信息于一体的全球信息化网络，通过浏览器实现信息浏览。无线局域网技术无线局域网(WLAN)利用RFID技术，通过电磁波实现数据传输，具有灵活移动、安装便捷、易于规划等优势。无线硬件设备无线局域网硬件包括无线网卡、无线接入点(AP)和无线天线，分别实现终端连接、信号覆盖和信号增强功能。

无线局域网协议0103无线局域网协议标准以电气和电子工程师协会(IEEE)为代表的多个研究机构制定了多套协议标准，推动了无线局域网的实用化。无线局域网硬件设备主要包括无线网卡、无线接入点与无线天线，分别实现接口连接、信号接入和信号增强功能。无线局域网优点具有灵活移动性、安装便捷和易于规划三大优势，最大特点是设备可在信号覆盖范围内随意移动。02

协议标准以电气和电子工程师协会(IEEE)为代表的多个研究机构制定了多套协议标准，如表所示，这些标准推动了无线局域网的实用化。

应用层应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。这一层解决的是信息处理和人机界面的问题。具体地说，应用层是将网络层传输来的数据通过各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人交互。在产业链中，通信网络运营商在物联网中占据重要地位，而高速发展的云平台又是物联网发展的又一大动力。云计算平台作为海量感知数据的存储和分析平台，将是物联网应用服务层的重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。

云计算平台架构13云计算平台架构云计算平台作为海量感知数据的存储和分析平台，是物联网应用服务层的重要组成部分。云计算组成要素云计算包括“云”和“云终端”。“云”由网络基础设备组成，“云终端”指可访问网络的设备。云计算服务模式用户通过浏览器和简单操作系统接入“云”，使用计算、存储和数据库调用等服务。云计算应用特点云计算将计算、服务与应用作为基础设施提供，用户从“购买产品”转向“购买服务”。2403CHAPTER物联网系统的应用

物联网的应用物联网今天已经在广泛领域获得应用，在交通、安防、物流、零售、力、金融、环保、医疗等领域获得广泛应用。

物流行业中的应用物流是物联网较早应用的行业之一，物联网技术在物流产业的应用对物流产业的发展有极大的促进作用。物联网在物流业中的主要应用有以下几方面。(1)物流过程的可视化智能管理(2)产品的智能可追溯网络系统(3)全自动化的物流配送管理

智能家居中的应用智能家居是一个多功能的技术系统。包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家居综合布线系统、照明控制、家电控制、室内环境状况监测，以及设备控制、远程视频监控、声音监听、家庭的影音系统，还包括远程医疗、远程教学等。04CHAPTER物联网平台开发实践

环境搭建本节将在LOD硬件平台和Windows10操作系统上位机上进行物联网平台的开发实验。LOD硬件平台基于STM32F103ZET6设计，包含以下模块：PM2.5传感器模块光敏传