物联网技术及应用 课件 第5章 通信网络技术

第5章通信网络技术5.1物联网通信网络技术概述物联网网络桥梁实现物物相连，需网络传输，涵盖有线、无线，短长距，专公网络，局域与互联网。物联网网络分类按无线距离分个域、局域、城域、广域网，另涉有线、M2M、NGN技术，确保信息可靠传递。5.1物联网通信网络技术概述：5.1.1无线通信及网络技术

无线通信技术近年发展迅速，应用广泛，无需物理连接，利用电磁波传输信息。有线通信技术通过实体线路如光纤、电缆传输数据，历史悠久，稳定可靠。5.1物联网通信网络技术概述：5.1.1无线通信及网络技术无线通信技术

无线通信技术包括无线电、微波、红外和光通信，无线电通信应用最广，基于电磁波自由空间传播。

数字化通信用0和1数字信号编码传输信息，可传数字和模拟信号，由用户设备、编码解码等组成，提高保密性和抗干扰能力。

无线信号特性信号强度随距离衰减，受噪声和同频信号干扰，具时空不稳定性，需复杂技术如数字调制解调保障质量。5.1物联网通信网络技术概述：5.1.1无线通信及网络技术无线通信网络及分类

无线通信网络定义利用无线技术与设备组网，使终端接入并相互通信。

无线通信分类分无线固定与移动通信，按终端移动性区分。

接入方式分类集中式需基站覆盖，自组织网络无中心控制。5.1物联网通信网络技术概述：5.1.1无线通信及网络技术

集中式网络特点如蜂窝网络，通过固定基站覆盖大区域，支持多移动节点。

自组织网络特性节点间多跳通信，无中心控制，对等网络更健壮。

通信距离分类短距如蓝牙、Wi-Fi，长距含2G至5G及卫星通信。5.1物联网通信网络技术概述：5.1.1无线通信及网络技术无线通信技术的发展

无线通信发展趋势宽带化、接入多样化、信息个人化、IP网络化，体现未来无线通信技术发展方向，支持高速数据传输，融合传统电信与计算机网络。

宽带化进程从9.6Kbit/s至2Mbit/s，无线通信技术跟随有线网络宽带化趋势，提升无线传输速率，适应高通透量网络需求。

核心网络与接入网络核心网络综合化，接入网络多样化，支持固定、移动蜂窝、无线本地环路等多种接入方式，促进网络分组化和宽带化。

信息个人化实现移动IP与智能网技术结合，推动信息个人化，实现在手机上使用各种IP应用，加速全球个人通信趋势。

IP网络化过渡市场需求驱动下，无线通信网络向IP网络过渡，IP技术成核心，IP协议主导，下一代网络（NGN）与移动无线互联网成为焦点。5.1物联网通信网络技术概述：5.1.2物联网网络技术

物联网网络形式多样物联网网络是连接物体的信息通道，形式多样，包括有线、无线、局域、互联、企业、专用等网络，无线网络吸引力大。5.1物联网通信网络技术概述：5.1.2物联网网络技术近远距离无线通信技术

无线网络分类技术多样，涵盖个域、局域、城域及广域，适应不同距离需求，近距技术为物联网关键。物联网通信技术短距常用蓝牙、ZigBee等，长距依赖GSM、GPRS、2G/3G/4G及卫星通信，覆盖从室内到野外广泛场景。5.1物联网通信网络技术概述：5.1.2物联网网络技术互联网与物联网的关系

物联网与互联网关系物联网视作互联网延伸，依赖其作为信息传输与处理核心，两者紧密相连，物联网发展需解决互联网接入挑战。IP地址与物联网设备IPV4地址稀缺影响物联网扩张，预测2020年500亿智能设备需联网，IPv6提供充足地址，但增加能耗，6LowPan技术优化低功耗连接。5.1物联网通信网络技术概述：5.1.2物联网网络技术

网络技术持续发展物联网网络技术不断发展，商用专网建设中，现场总线、M2M及NGN技术发展对其有积极影响。5.2无线个域网络技术无线个域网概述WPAN为特定群体提供短距离、低成本、低功耗无线连接，解决最后几十米通信问题。WPAN关键技术包括蓝牙、ZigBee、UWB、Z-wave、NFC及红外通信，各具特色，满足多样化需求。5.2无线个域网络技术：5.2.1蓝牙技术蓝牙技术简介及技术特点

蓝牙技术特性低成本、低功率无线连接，工作于2.4-2.5G免费ISM频段，采用跳频、快跳频和短分组技术提升抗干扰和安全性。

蓝牙技术发展从1.1至4.0版本，引入WLAN，传输速度最高达25Mbps，4.0版融合传统、低功耗和高速技术，纽扣电池供电可达一年。5.2无线个域网络技术：5.2.1蓝牙技术

蓝牙组网方式蓝牙系统采用无基站灵活组网，支持点对点或点对多点通信，蓝牙2.0标准中一设备可同时连接7个其他蓝牙设备。5.2无线个域网络技术：ZigBee网络技术

ZigBee技术特点短距无线通信，低功耗低成本，适用于监控、控制、传感器网络。

ZigBee应用领域工业监控、远程控制、家庭安全、玩具等，满足小型设备无线联网需求。

ZigBee频段使用采用2.4GHz全球通用频段，及868/915MHz频段避免干扰，适应不同地区需求。5.2无线个域网络技术：ZigBee网络技术ZigBee与IEEE802.15.4协议

ZigBee与IEEE802.15.4关系IEEE802.15.4定义低级MAC层和物理层，ZigBee联盟在此基础上标准化网络层协议、API及安全层，确保设备安全通信。ZigBee协议版本ZigBee公布2004、2006、2007三个版本，2007版规范两套功能指令集，支持大网络、自动跳频、多对一路由，适用于商业领域，支持1000个以上节点。5.2无线个域网络技术：ZigBee网络技术ZigBee主要技术特点ZigBee技术特点低功耗设计，两节五号电池供电可运行半年至两年，休眠机制有效节能。ZigBee成本优势协议简单，存储空间需求小，芯片价格低廉，免专利费，大幅降低整体成本。ZigBee时延表现设备搜索及休眠激活时延短，分别30ms和15ms，适合时延敏感应用，如工业传感器和烟雾探测器。5.2无线个域网络技术：ZigBee网络技术

ZigBee传输范围标准传输范围10-75m，覆盖家庭与办公室，功率放大后可达1000m。

ZigBee数据传输速率2.4GHz频段速率达250kb/s，915MHz频段40kb/s，868MHz频段20kb/s，速率较低但可靠。

ZigBee数据传输可靠性采用碰撞避免机制，MAC层全确认传输，确保数据包传输高可靠性。

ZigBee安全性提供CRC数据包完整性检查，支持鉴权认证，AES-128加密，保障数据安全。5.2无线个域网络技术：ZigBee网络技术ZigBee网络结构

ZigBee网络节点类型协调器建网配置，路由器转接支持多跳，终端执行用户功能，可节电。ZigBee网络拓扑星状需协调器中继，树状自协调器分支，网状除终端外多连，MESH最广最稳。5.2无线个域网络技术：ZigBee网络技术ZigBee应用场景

01ZigBee应用范围广泛应用于工业、农业、消费电子、家庭自动化、医疗监控等领域，低功耗、低成本特性支持多样场景。

02消费性电子设备应用手机、PDA集成ZigBee芯片可控制家电，个人身份卡提升门禁安全，信用卡便利无线支付。

03工业控制应用传感网络自动采集设备数据，减少布线成本，监测火警，控制照明，优化生产流程。5.2无线个域网络技术：ZigBee网络技术

汽车及智能交通应用传感器监测车辆状态，改善驾驶安全，克服恶劣环境影响，提升交通智能化水平。

农业自动化应用大量ZigBee设备覆盖农田，监测土壤条件，促进精准农业，转向自动化、智能化管理。

医疗辅助控制应用实时监测病人生命体征，支持远程医疗，提高重症患者护理效率，推进医疗智能化。5.2无线个域网络技术：UWB超宽带技术UWB技术简介

UWB技术定义UWB是超宽带无线技术，使用1GHz以上带宽，通信速度达几百Mbit/s。

UWB技术历史起源于50年代，初用于军用雷达及低截获通信，2002年FCC发布民用规定，界定相对带宽大于0.2为UWB。5.2无线个域网络技术：UWB超宽带技术UWB的主要技术特点

超宽带通信方式无载波调制超短脉冲，革新无线通信，高效利用频谱，全球频谱规划组织关注支持。

抗多径能力发射极短脉冲，高分辨率区分纳秒级多径信号，实现分集接收，解决传统通信难题。

定位精确厘米级距离分辨力，信号穿透力强，通信定位合一，扩展应用范围。

保密性强信号能量分散，低功率谱密度，编码伪随机化，信号难检测，保障通信安全。

超高速数据传输低功耗，超宽带换高速传输，10米内达500Mbit/s，抗截获，适合电池供电系统。5.2无线个域网络技术：Z-wave技术Z-wave技术简介

Z-wave技术起源由Zensys开发，初用于无线家居控制，2005年成立Z-wave联盟，成员超160家，覆盖全球，强化家庭自动化领域地位。

Z-wave技术特性工作频段868.42MHz(欧洲)与908.42MHz(美国)，传输速率达40kbps，单网容纳232节点，多节点可用桥接技术，欧美普及率高。5.2无线个域网络技术：Z-wave技术Z-wave网络结构

01Z-wave网络节点等级节点分三等级：控制节点存全网拓扑，路由节点存部分信息，从节点仅响应命令，皆可充当中继。

02控制节点功能控制节点为最高级，移动或固定，存储全网信息，计算路径，管理交流电设备，作代理。

03路由节点特性路由节点次之，存相关拓扑，定义部分路由，响应命令，反馈信息，固定位置，中继作用。

04从节点角色从节点最低级，不存信息，不计路径，响应命令，反馈沿原路，固定位置，中继功能。5.2无线个域网络技术：Z-wave技术Z-wave网络的安装

Z-wave网络地址结构40比特地址，前32位为唯一家庭地址，后8位为节点地址，确保网络间不干扰，节点地址由控制器设定，实现信息精准接收。Z-wave网络节点加入机制节点具备双向应答，自动探测邻居并收确认信息，控制节点寻址分配，节点反馈加入网络，过程类推至其他节点，构建稳定网络结构。5.2无线个域网络技术：Z-wave技术Z-wave路由技术

Z-wave技术特点采用动态路由选择，信号覆盖无限制，网格结构确保信号绕过障碍，提高可靠性。

Z-wave信号传输信号可从一设备传至另一设备，遇障碍自动调整路径，如图5-5示，从卧室至餐厅关灯A，遇冰箱门开，信号转经灯M至灯A。5.2无线个域网络技术：Z-wave技术Z-wave的应用

Z-wave技术特点低成本、低功耗、小尺寸，高可靠性，适于组网的双向无线通信，广泛应用于智能家居。

Z-wave应用场景通过控制器实现对家电、灯具、门禁等多设备的集中控制，结合Wi-Fi技术，支持远程控制及自定义情景模式，提升家居智能化水平。5.3无线局域网络技术

01无线局域网定义WLAN是计算机网络与无线通信结合，利用电磁波发送接收数据，无需线缆，具高灵活性。

02无线局域网优势WLAN通信范围广，不受环境限制，最大传输达数十公里，抗干扰，保密性好，易管理。5.3无线局域网络技术：无线局域网的组成

无线网卡类型与应用无线网卡作为无线网络接口，分PCMCIA（笔记本，热插拔）、PCI（台式机）、USB（笔记本和台式机，热插拔）类型。

无线网关的功能与作用无线网关可作以太网集线器，有以太网接口实现无线和有线连接，计算机可通过其访问网络资源，还具有网管功能。5.3无线局域网络技术：无线局域网的拓扑结构

无中心拓扑特点任意两点可直接通信，最多连256台计算机，点对点一对一传递信息，需AP接入有线网，区域小、结构简单、使用方便。

单接入点拓扑功能AP相当于集线器，可连接无线网络终端形成星形结构，负责频段管理及漫游，通过以太网接口连有线网络，使无线网终端访问有线网络资源和Internet。

多接入点拓扑应用多接入点又称基本服务区，网络规模超单接入点覆盖半径时，多个接入点连有线网络形成无线网络，突破覆盖半径限制。

多蜂窝漫游工作原理多蜂窝漫游是多个接入点组成微蜂窝系统，支持用户在不同接入点覆盖范围漫游，信号自动切换且服务不中断。5.3无线局域网络技术：无线局域网WLAN的标准IEEE802.11

无线局域网标准起源WLAN标准历史1990年IEEE802.11委员会成立，首版标准1997年发布，定义MAC与物理层，支持2Mbit/s传输速率。WLAN通信模式支持2.4GHzISM频段，提供调频与红外传输，设备间可Adhoc直连或通过BS/AP协调通信。5.3无线局域网络技术：无线局域网WLAN的标准IEEE802.11

802.11标准的发展历程802.11a标准定义5GHz频段，速率达54Mbit/s，提升数据传输效率。802.11b标准适用2.4GHz频段，速率达11Mbit/s，因全球通用频段而广泛应用。Wi-Fi联盟成立1999年成立，旨在解决802.11标准产品生产与设备兼容性问题，推动行业发展。苹果AirPort苹果将自研802.11标准命名为AirPort，促进无线技术市场发展。5.3无线局域网络技术：无线局域网WLAN的标准IEEE802.11

802.11系列标准的演进IEEE802.11系列近年发展快，802.11g、802.11n已发布，802.11ac预计2012年底或2013年发布，Netgear已发布首款802.11ac无线路由器冲击千兆速度。5.3无线局域网络技术：Wi-Fi技术Wi-Fi技术简介

Wi-Fi技术定义Wi-Fi是无线局域网技术，基于IEEE802.11标准，连接电脑与手持设备，实现无线互连。Wi-Fi与IEEE802.11关系Wi-Fi为IEEE802.11标准的实现，由Wi-Fi联盟持有，提升产品互通性，现常代指802.11协议。Wi-Fi应用与增长全球10%人口使用Wi-Fi连接，设备超10亿，2009年出货5.8亿，预估2013年达15亿。Wi-Fi在智能家居的应用Wi-Fi普及促进家电功能升级，通过网络连接，实现家电功能重构与资源再配置，推动智能家居系统发展。5.3无线局域网络技术：Wi-Fi技术Wi-Fi技术标准

Wi-Fi技术演进从1997年首代802.11标准的2Mbps到2013年802.11ac的1.3Gbps，Wi-Fi技术历经五代革新，显著提升速度与覆盖范围。

第一代Wi-Fi802.11-1997标准速度仅1～2Mbps，因成本高且速率低未获推广，直至1999年802.11a/b标准推出，Wi-Fi技术开始受市场认可。

第二代Wi-Fi1999年802.11a/b标准，802.11a速达54Mbps但覆盖小，802.11b速11Mbps，抗干扰弱，但仍显著优于前代，受消费者欢迎。5.3无线局域网络技术：Wi-Fi技术

第三代Wi-Fi2003年802.11g标准，兼容802.11b，速54Mbps，覆盖范围翻倍，价格适中，迅速获得市场接受。

第四代Wi-Fi2009年802.11n标准，结合MIMO与OFDM技术，速率达300Mbps至600Mbps，覆盖广，兼容性强，成主流标准。

第五代Wi-Fi802.11ac标准，预计2013年发布，速高达1.3Gbps，支持高清视频，功耗低，成本下降，加速普及，将取代802.11n成主流。5.3无线局域网络技术：Wi-Fi技术Wi-Fi技术优势

Wi-Fi技术优势覆盖广，半径达100m，速度11Mbit/s，满足个人与社会信息化需求，实现移动办公与娱乐服务。

Wi-Fi技术门槛与健康厂商易入，无需布线，成本低；发射功率小于手机，更健康安全。

Wi-Fi应用普及电子产品广泛支持，成主流配置，家庭网络覆盖，实现数字化与无线化生活。5.3无线局域网络技术：Wi-Fi技术Wi-Fi的工作方式

Wi-Fi联网模式点对点模式便于小型网络直连，类似有线网线连接；基本模式需通过接入点，支持多设备接入，常见于公共场所Wi-Fi服务。

物联网Wi-Fi应用被动型设备待连接上传数据，适合无线传感器网络；主动型设备如无线POS机，交易后即时上传数据，设备主动连接服务器。5.3无线局域网络技术：AdHoc网络技术AdHoc简介

01AdHoc网络特性无需预设设施，适用于战场、灾难救援，快速自组网，增强移动通信灵活性。

02AdHoc网络发展历程90年代中期成热点，IEEE802.11标准化，IETFMANET工作组推动，转向IP多技术体系，提升开放性与适应性。5.3无线局域网络技术：AdHoc网络技术AdHoc网络的特点

AdHoc网络特点独立性强，无需基础网络，适合灾难救助；拓扑动态变化，适应移动环境；无线带宽有限，受多种因素影响；主机能源受限，依赖电池供电；分布式特性，无中心控制；生存周期短，适用于临时通信；物理安全有限，易受攻击但具抗毁性。5.4无线城域网络技术

01无线城域网技术起源源于对更广覆盖、高速率通信需求，无线城域网WMAN应市场需求而生，自2004年起，全球多城启动无线城市建设。

02无线城域网在中国发展中国无线城域网处起步期，北京、上海等城市已实施无线城市计划，技术普及在即，适用于大范围物联网应用。

03无线城域网结构由基站、用户基站、接力站构成，基站连接核心网络，用户基站中继至终端，接力站增强信号覆盖。

04无线城域网通信标准主要遵循IEEE802.16协议，WiMAX成为无线城域网代名词，类似Wi-Fi之于无线局域网。5.4无线城域网络技术：IEEE802.16协议IEEE802.16协议简介

IEEE802.16协议简介无线城域网通信标准，建立用户终端与核心网络间无线连接，确保数据安全传输，融合LMDS、HiperMAN、MMDS技术，定义PHY和MAC层规范。

IEEE802.16版本对比涵盖802.16至802.16-2005版本，发布时间从2001至2006年，工作频段覆盖＜6GHz，传输速率最高134Mbps，支持视距及非视距，小区半径可达15km。5.4无线城域网络技术：IEEE802.16协议IEEE802.16的体系结构

物理层构建无线网络基础，处理频率带宽、调制模式等工作，使用DAMA-TDMA技术提高传输效率。

数据链路层提供用户服务功能，通过MAC层实现，包括CS、CPS和SS三个子层。

汇聚层提供多种服务，如数字音频/视频广播、数字电话、ATM、互联网接入等。5.4无线城域网络技术：WiMAX网络技术WiMAX技术简介

WiMAX技术特点新兴宽带无线接入技术，提供高速互联网连接，传输距离远达50km，具QoS保障，高传输速率，支持多样业务。

WiMAX技术优势集成Wi-Fi移动性与xDSL高宽带性，覆盖范围广，接入速率高，无“最后一公里”瓶颈，系统容量大，支持广泛多媒体服务，良好互操作性，应用范围广泛。

WiMAX技术标准采用IEEE802.16d和IEEE802.16e标准，前者适用于固定网络，后者支持移动接入。

WiMAX技术应用适用于广域接入、企业宽带、家庭接入、热点覆盖、移动宽带及数据回传，尤其适合基础设施薄弱区域，如农村和山区。5.4无线城域网络技术：WiMAX网络技术WiMAX组网模式

01WiMAX网络架构分为终端、接入网和核心网,支持无线资源管理,实现用户认证与漫游,典型PMP组网,关键技术含频率复用、媒体访问等。

02WiMAX应用模式适用于宽带数据与NGN话音业务,作为“最后一公里”接入,提供固定、游牧、便携、移动式接入,增强部署灵活性。5.5无线广域网络技术

无线广域网络技术WWAN覆盖大区域,强调快速移动性,如GSM、卫星通信。

无线广域网特点区别于局域与城域,覆盖广,支持GSM、CDMA、3G、4G技术。5.5无线广域网络技术：GSM技术GSM技术简介

GSM起源源于80年代欧洲，为解决模拟系统限制，实现全欧统一通话，1982年CEPT成立GSM小组，制定泛欧数字移动通信规范。

GSM发展1990年完成GSM900规范，后演变为全球移动通信系统，广泛商用，至90年代中期，占全球蜂窝市场80%，超200国逾10亿用户，支持漫游协定。5.5无线广域网络技术：GSM技术GSM系统结构

GSM系统组成由移动台(MS)、移动网子系统(NSS)、基站子系统(BSS)和操作支持子系统(OSS)构成，分工明确，协同工作。

移动台(MS)用户直接接触的设备，包括手持、车载和便携式台，手持台因小型化、功能增强成主流。

基站子系统(BSS)负责无线发送接收和资源管理，通过无线接口连接移动台，与NSS的MSC相连，支撑通信连接。

移动网子系统(NSS)包含交换功能和数据库管理，负责GSM用户间及与其他网络用户间的通信管理，通过7号信令网络通信。

操作支持子系统(OSS)承担移动用户管理、设备管理和网络运维，确保GSM系统高效稳定运行。5.5无线广域网络技术：GSM技术GSM技术特点

01频谱效率高效技术集成，提升频谱利用率，优化调制与编码。

02容量优势信道带宽增加，半速率编码，自动话务分配，容量提升3~5倍。

03话音质量数字传输与规范定义，确保一致高质量话音，不受无线环境影响。5.5无线广域网络技术：GSM技术开放接口全面开放接口标准，覆盖空中接口至网络内部设备间通信。安全性鉴权、加密、TMSI应用，保障用户信息安全，防止位置泄露。网络互联兼容ISDN、PSTN，利用现有接口实现无缝连接。漫游功能SIM卡与IMSI支持，实现全球漫游，简化跨国通信流程。5.5无线广域网络技术：GPRS技术GPRS技术简介

GPRS技术背景GPRS作为GSM的延续，采用分组交换技术，提升传输速率至100Kbit/s以上，优化资源利用，提供更合理的计费方式，便利用户，为GSM向3G过渡奠定基础。

GPRS技术特点GPRS以封包式传输替代连续频道传输，按数据单位计费，支持中速数据传递，被视为“2.5G”技术，通过利用未用TDMA信道，实现分组交换，无需中介转换器，简化连接与传输过程，允许多任务同时在线，高效利用信道资源，适应数据业务的突发性需求。5.5无线广域网络技术：GPRS技术GPRS的特点

GPRS技术特点高传输速率，可达171.2Kbps，接入速度快，支持IP协议，实现“永远在线”。

GPRS数据业务支持点对点、点对多点等服务，提供4种QoS，实现移动办公，按数据流量计费更合理。5.5无线广域网络技术：GPRS技术GPRS提供的业务

GPRS业务特性支持端到端分组传输，适应突发数据与小数据频发，及大数据偶发需求，基于标准网络协议提供多样应用。

GPRS点对点业务涵盖信息点播如互联网浏览、消息通信如E-mail，及远程操作如电子银行、遥测监测，满足多样化通信需求。

GPRS点对多点业务包括单向广播与双向小数据量处理，覆盖新闻、天气、广告等信息传播，支持短消息高效传输。5.5无线广域网络技术：4GLTE技术4G技术定义4G即第四代移动通信系统，3G后延伸，ITU定义速率达1Gbps静态，100Mbps高速移动。4G国际标准TD-LTE-A成4G国际标准，与FDD-LTE-A并列，中国创造首现4G标准引领。4G优势及应用对比3G，4G提供更高速率，丰富信息服务，促进移动软件、移动应用及物联网快速发展。5.5无线广域网络技术：4GLTE技术LTE简介

LTE技术起源LTE源于2004年3GPP启动的UMTS技术演进项目，分为FDD和TDD两种模式，中国推动的TDD方案融合为TD-LTE，成TD-SCDMA后续技术。

LTE技术特点采用OFDM、MIMO等先进无线技术，扁平网络结构和全IP系统，峰值速率超200Mbit/s，20MHz带宽，降低延时，提升频谱效率，奠定向IMT-Advanced演进基础。5.5无线广域网络技术：4GLTE技术LTE关键技术

014GLTE核心技术采用OFDM和MIMO技术，前者提高频谱利用率，后者增强通信质量和效率，结合应对频率选择性衰落。

02OFDM技术优势将信道分割为正交子信道，减少干扰，提升频谱利用率，适合5MHz以上宽带通信，利于MIMO结合，提升系统性能。

03MIMO技术原理利用多天线抑制信道衰落，提供空间复用和分集增益，成倍提高传输速率，改善通信质量，无需增加带宽和功率。

04LTEMIMO配置基本配置为下行2x2、上行1x2，考虑4x4高阶配置，适应不同应用情况，控制转换频率以减少信道开销。5.6物联网的接入技术

物联网接入概念技术连接末梢与核心网络，支持单节点或汇聚信息传输，涵盖商用与专网环境。

接入技术分类包括物联网网关、通信模块及智能终端，区分固定与移动接入，无线网络因广泛覆盖成关键方式。5.6物联网的接入技术：5.6.1物联网网关技术物联网网关的角色与功能

物联网网关角色连接感知与传统网络，协议转换，实现广域与局域互联，管理感知节点，确保业务质量和安全。物联网网关应用广泛用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等领域，可由独立设备或具网关功能的软件服务实现。5.6物联网的接入技术：5.6.1物联网网关技术

物联网网关的多种接入能力物联网网关具备多种接入能力，支持ZigBee、Wi-Fi等短距通信技术，相关组织正推进其标准化以实现不同通信技术互联互通。5.6物联网的接入技术：5.6.1物联网网关技术物联网网关的协议转换与管理能力

协议转换能力统一封装不同感知网络数据，确保协议兼容，解析上层数据包为可识别信令。

管理能力实现网关注册、权限与状态管理，远程控制、诊断及维护节点，统一管理不同技术标准的末梢网络。5.6物联网的接入技术：6LowPAN技术IPv6与6LowPAN技术

6LowPAN技术实现低功耗无线个域网与IPv6网络互联，关键在于适应低功耗设备的IPv6数据传输。

IPv6作用作为下一代互联网协议，解决IPv4地址枯竭问题，提升路由效率，支持自动配置，增强网络功能。5.6物联网的接入技术：6LowPAN技术IPv6的优势与改进

IPv4危机应用扩展致地址稀缺，物联网兴起加剧需求，IPv4面临资源枯竭。

IPv6优势128位地址提供近乎无限空间，支持海量智能设备连接，优化IPv4缺陷，增强连接、服务、安全与移动性。5.6物联网的接入技术：6LowPAN技术IEEE802.15.4标准与6LowPAN技术

6LowPAN技术特点基于IEEE802.15.4标准，适用于低功耗嵌入式设备，如传感器，使用干电池可工作1年以上。

6LowPAN技术应用由IETF工作组开发，旨在连接低功耗设备至Internet，采用IPv6协议，适合嵌入式IPv6领域，推荐用于传输IPv6数据包在IEEE802.15.4上。5.6物联网的接入技术：6LowPAN技术6LowPAN技术的应用与前景

6LowPAN技术特点无线低功耗，自组织网络，重要物联网感知层技术，节点直连互联网，无需复杂网关。

6LowPAN应用与前景开源实现广泛，如Contiki、Tinyos，适用于智能家居、建筑监控，具广阔市场前景。5.7物联网其他网络技术

本小节介绍其他网络技术，如物联网中的有线通信网络技术，M2M技术、三网融合及NGN技术5.7物联网其他网络技术：5.7.1有线通信网络技术长距离有线通信技术支持IP协议,如计算机网、广电网、电信网及国家电网,实现远距离数据传输。短距离有线通信技术包括10多种现场总线,如ModBus、DeviceNet、PLC,用于楼宇、工业、电力自动化。现场总线控制系统FCS开放、可互操作的网络,控制功能下放现场,降低成本,成分布式控制主流。Internet控制网架构控制器节点分散现场,形成分布式控制,易与Internet互联,构建企业网络三级结构。5.7物联网其他网络技术：5.7.1有线通信网络技术FF（FoundationFieldbus）

FF基金会现场总线由Fisher-Rosemount与Honeywell等公司联合成立，开发统一现场总线标准，成员超120家，包括主要自动化设备供应商，采用令牌总线通信，支持周期与非周期通信，通信速率分高低速，H1速率为31.25Kbps，传输距离1900m，HSE速率为10Mbps，支持多种网络拓扑和传输介质，物理传输协议符合IECII57-2标准，编码采用曼彻斯特编码，具有出色互操作性。FF总线特性对比与Profibus、HART、CAN、LonWorks比较，FF应用于仪表，支持1、2、3、8层OSI网络层次，使用双绞线、电缆、光纤、无线通信，令牌、主从介质访问，RCR纠错，通信速率2.5Mbps，最大节点数32，具备优先级和开发工具。5.7物联网其他网络技术：5.7.1有线通信网络技术Profibus（ProcessFieldbus）

Profibus起源1987年由西门子推出，主要用于PLC，分FMS、DP、PA三类，适应不同通信需求。

Profibus局限性早期基于IT网络标准，随应用扩展，需在原框架修改补充，增加转换单元，影响未来发展。5.7物联网其他网络技术：5.7.1有线通信网络技术01HART（HighwayAddressableRemoteTranducer，可寻址远程传感器数据通路）HART由美国Rosemount公司1989年推出，应用于智能变送器，为过渡性标准，通过在4～20mA电源信号线上叠加不同频率正弦波传送数字信号，保证数字与传统模拟系统兼容性。02CAN（ControllerAreaNetwork，控制局域网络）CAN由德国Bosch6公司1993年推出，应用于汽车监控等领域，介质访问方式为非破坏性逐位仲裁，适用于实时性要求高的小型网络，开发工具廉价，Motorala等公司生产相关芯片，有AB公司DeviceNet等总线产品。5.7物联网其他网络技术：5.7.1有线通信网络技术LonWorks（LON-LocalOperatingSystem，局部操作系统）

01LonWorks介绍由Echelon公司1991年推出，应用于楼宇、工业及电力自动化，使用LonTalk7层协议，P-PCSMA介质访问，构建大型网络控制系统。

02Neuron神经元芯片Echelon推出的网络型微控制器，简化网络通信开发，使开发者专注于应用层控制策略，被视作有潜力的现场总线技术。5.7物联网其他网络技术：M2M技术M2M技术定义M2M即机器对机器或人对机器通信，利用通信网络实现机器间互联、互通，无需人工布线，支持移动性和危险环境通信。M2M技术应用M2M技术促进机器、设备与系统间信息共享，实现远程无线连接与实时数据传输，适用于自动化流程、IT系统集成、增值服务创建，广泛应用于安全监测、自动抄表等领域。5.7物联网其他网络技术：M2M技术M2M产品构成

M2M产品构成无线终端、传输通道、行业应用中心，非手机或笔记本，行业特征强，用户自管。M2M技术应用系统企业级管理软件平台、无线通信解决方案、现场数据采集监控，构成M2M技术核心应用。5.7物联网其他网络技术：M2M技术M2M业务及应分类M2M移动性应用适用于交通、公安等移动性强的行业，手持或车载系统实时通信。M2M固定性应用适用于电力、水利等固定但分布广的行业，实现无人值守信息采集。M2M应用场景特点网络范围大，传输距离远，终端分布稀疏，移动性要求高。M2M优先应用领域智能电表、电子保健、城市自动化、消费者应用、汽车自动化。M2M终端发展中国移动M2M终端逾400万，年增长率达60%。5.7物联网其他网络技术：M2M技术M2M技术组成

M2M技术组成涉及机器、M2M硬件、通信网络、中间件、应用，实现机器数据远程通信。

M2M硬件种类包括嵌入式、可组装硬件、调制解调器、传感器、识别标识，支持机器通信能力。5.7物联网其他网络技术：三网融合及NGN技术三网融合

三网融合背景信息技术进步，需求多元化，推动电信、广电、互联网融合，提供综合信息服务。

三网融合定义电信网、广电网、互联网技术改造，互联互通，资源共享，提供语音、数据、电视服务。

三网融合目标网络性能提升，资源高效利用，向综合性网络转变，互联网为核心。

三网融合历史1996年中国提出三网合一概念，涵盖邮电通信、计算机、有线电视网，旨在满足社会需求。5.7物联网其他网络技术：三网融合及NGN技术三网融合方式主张物理层融合或业务层融合，后者利于市场竞争，提升服务质量。三网融合实质非物理合一，而是业务应用融合，核心为电信与广播媒体融合。三网融合影响NGB引领电视革命，提供互动电视、电子商务等服务，降低信息获取门槛。三网融合应用广泛应用于智能交通、环保、政府工作等领域，促进物联网发展，实现网络同质化。5.7物联网其他网络技术：三网融合及NGN技术下一代网络NGN

01NGN技术特点NGN以软交换为核心，提供语音、数据、视频等综合业务，具备分组传送、控制功能分离、业务提供分离、开放接口等特征，支持端到端QoS和透明传输，实现固定与移动业务融合。

02NGN业务能力NGN支持多媒体、开放性、个性化、虚拟化和智能化业务，快速提供定制服务，实现个人号码携带，提供多样化、智能化终端业务，满足未来通信需求。

03NGN支撑技术NGN依赖IPv6、光纤高速传输、光交换与智能光网、宽带接入、城域网和软交换等技术，扩大地址空间，提高传输速率和容量，实现多播功能，提供灵活高效的服务平台。5.7物联网其他网络技术：物联网安全技术

物联网安全问题概览物联网伴随信息安全问题，表现为通信被攻击、数据被篡改致功能异常，依赖其的控制结果会出现严重问题。

物联网安全影响物联网将经济社会活动等架构在互联互通网络上，一旦遭受攻击，安全和隐私面临威胁，可能引发电网瘫痪等恶性后果。

物联网安全重要性因此实现信息安全和网络安全是物联网大规模应用的必要条件，也是物联网应用系统成熟的重要标志。5.7物联网其他网络技术：物联网定位技术物联网中的定位技术

物联网定位技术定位跟踪管理实现人与物信息互联，RFID、传感器采集信息需关联具体位置，定位技术为物联网基础。

信息互联意义通过定位技术，确保采集信息与位置相关联，提供有意义服务，实现“物物相联”。5.7物联网其他网络技术：物联网定位技术

定位技术在日常生活与制造业的应用定位技术在日常生活广泛应用，制造业中实时定位系统和无线传感器网定位技术应用更为广泛。近距离无线通信技术：RFID技术RFID技术简介

01RFID技术简介RFID,即无线射频识别,是一种非接触式自动识别技术,利用射频信号识别目标并获取数据,无需人工干预,适应恶劣环境。

02RFID技术优势RFID技术识别范围广,数据容量大,智能性高,能高效识别高速运动中的多个标签,显著提升工作效率。近距离无线通信技术：RFID技术RFID系统构成RFID是简单无线系统，由询问器（阅读器）和应答器（标签）组成，用于控制、检测和跟踪物件，通过无线电信号识别目