《物联网应用基础导论》中职全套教学课件

第1单元物联网概述任务一物联网的起源与概念第1单元

物联网概述第2单元

感知层技术第3单元

传感器技术第4单元

无线传感器网络第5单元

传输网络层第6单元

中间件技术第7单元

云计算与大数据第8单元

物联网定位技术第9单元

物联网安全全套可编辑PPT课件

物联网的思想最早可追溯到1991年美国麻省理工学院的KevinAshton教授，他首次突出物联网的概念。1995年，比尔•盖茨在《未来之路》一书中也曾提及物联网，但受到当时无线网络、传感设备等限制，该思想并未受到人们的广泛重视。2009年1月，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧基础设施。奥巴马对此给予了积极的回应，并提升到国家级发展战略。1.物联网的发展我国政府也高度重视物联网的研究和发展，2009年8月7日，时任国务院总理的温家宝在无锡视察时发表重要讲话，提出“感知中国”的战略构想，表示中国要抓住机遇，大力发展物联网技术。①“物联网”依然是一个网,是一个在现有互联网基础上的网,应具有互联网的共性,这些共性应包括信息传输、信息交换、信息存储与信息的应用。②物联网中的“物”应具有互联网中的终端或端点的特性,即“物”可以被寻址,“物”可以产生信息、交换信息。③物联网中的“物”“所产生”的信息可加以应用,或者说,人们可以应用“物”的信息。

2.物联网的概念物联网(TheIntemetofThings)是一种新兴的信息技术,即为“物”的互联网，它具有以下三层含义：

（1）物联网的感知特征感知是物联网的基本特征之一。“物”的描述以及运动状态是通过感知得到的。感知的手段是采用监测的方法,即通过传感器、射频识别等设备对“物”的物理参数、化学参数、空间参数等进行实时采集,所采集的这些参数表征了“物”的属性及运动状态，能客观、完整地描述“物”。所以物联网连接对象更为广,获取信息更加丰富。3.物联网的特征（2）物联网的交互特征“物”的感知信息需要与特定的应用相联系,也就是需要与相关的人或“物”进行交互，以达到信息共享或信息处理的目的,网络可获得性更高，互联互通更为广泛。

（3）物联网的信息处理特征物联网不但应具有信息传送与存储能力,而且更重要的是具有信息处理能力。物联网感知的“物”具有全局性,而全局性意味着信息的多样性和海量性,这些多样性、海量性的数据必须通过信息处理来为某个特定的应用服务，可见信息处理能力更强大,人类与周围世界的相处更为智慧化。3.物联网的特征第1单元物联网概述任务二物联网的基本架构物联网的感知层由各种传感器构成，如同人的感觉器官对人体系统的作用,用来感知外界环境的温度湿度、压强、光照、气压、受力情况等信息,通过采集这些信息来识别物体。感知层主要实现物理世界信息的采集、自动识别和智能控制。感知层是物联网发展的关键环节和基础部分。传感器作为一种有效的数据采集设备,在物联网感知层中扮演了重要角色。

1.感知层传输层，又称网络层，由各种网络组成，是整个物联网的中枢，相当于人的神经系统。神经系统将感觉器官获得的信息传递到大脑进行处理，传输层将感知层获取的各种不同信息传递到处理中心进行处理,使得物联网能从容应对各种复杂的环境条件,这就是各种不同的应用。目前物联网传输层都是基于现有的通信网建立的,包括各种无线、有线网关、接人网和核心网,主要实现感知层数据和控制信息的双向传递、路由和控制。2.传输层物联网传输层技术主要是基于通信网和互联网的传输技术,传输方式分有线传输和无传输。这两种通信方式对物联网产业来说处于同等重要、互相补充的作用。应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。应用层完成物品信息的汇总、协同、共享、互通、分析、决策等功能,相当于物联网的控制层、决策层。物联网的根本还是为人服务,应用层完成物品与人的最终交互,前面两层将物品的信息大范围地收集起来,汇总在应用层进行统一分析、决策,用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之之间的协同、共享、互通,提高信息的综合利用度,最大程度地为人类服务。其具体的应用服务又回归到前面提到的各个行业应用,如智能城市、智能环保、智能农业、智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等。3.应用层第1单元物联网概述任务三物联网的应用和核心技术（1）智能家居智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和互联网通信技术于一体，将各种家具设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等)通过智能家庭网络联网实现自动化,通过中国电信的宽带、固话和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。与普通家居相比,智能家居不仅能提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间,实现更智能的家庭安防系统,还将家居环境由原来的被动静止结构转化为具有能动智替的工具，提供全方位的信息交互功能。1.物联网的典型应用（2）智慧城市智能城市产品包括对城市的数字化管理和城市安全的统一监控。前者利用“数字城市”理论，基于3S(地理信息系统GIS、全球定位系统GPS.遥感系统RS)等关键技术,深入开发和应用空间信息资源，建设服于城市规划，城市建设和管理,服务于政府、企业,公众,服务于人口,资源环境,经济社会的可持续发展的信息基础和信息系统。1.物联网的典型应用（3）智慧环保智能环保产品通过对实施地表水水质的自动监测,可以实现水质的实时连续监测和远程监控，及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况，预警预报重大或流域性水质污染事故,解决跨行政区域的水污染事故纠纷，监督总量控制制度落实情况。太湖环境监控项目，通过安装在环地区的各个监控和监控传感器。将太湖的水文、水质等环境状态提供给环保部门，实时监控太湖流域水质等情况,并通过互联网将监测点的数据报送至相关管理部门。1.物联网的典型应用（4）智慧医疗智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备,对家中病人或老人的生理指标进行自测,并将生成的生理指标数据通过中国电信的固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。根据客户需求,中国电信还提供相关增值业务,如紧急呼叫教助服务、专家咨询服务、终生健康档案管理服务等。智能医疗系统真正解决了现代社会子女们因工作忙碌无暇照顾家中老人的无奈,可以随时表达孝子情怀。1.物联网的典型应用（5）智慧交通智能交通系统包括公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通五种业务。公交行业无线视频监控平台，利用车载设备的无线视频监控和GPS定位功能,对公交运行状态进行实时监控。智能公交站台通过媒体发布中心与电子站牌的数据交互,实现公交调度信息数据的发布和多媒体数据的发布功能，还可以利用电子站牌实现广告发布等功能。1.物联网的典型应用163（6）智能农业智能农业产品通过实时采集温室内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数,自动开启或者关闭指定设备。可以根据用户需求，随时进行处理,为实施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。通过模块采集温度传感器等信号,经由无线信号收发模块传输数据,实现对大棚温湿度的远程控制。智能农业产品还包括智能粮库系统,该系统通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察,记录现场情况以保证粮库内的温湿度平衡。1.物联网的典型应用（7）智慧物流智慧物流打造了集信息展现、电子商务、物流配载、仓储管理、金融质押海关报税等功能为一体的物流园区综合信息服务平台。信息服务平台以功能集成、效能综合为主要开发理念,以电子商务、网上交易为主要交易形式,建设了高标准、高品位的综合信息服务平台,并为金融质押、园区安保、海关保税等功能预留了接口,可以为园区客户及管理人员提供一站式综合信息服务。1.物联网的典型应用（8）智能校园中国电信的校园手机一卡通和金色校园业务，促进了校园的信息化和智能化。校园手机一卡通主要实现功能包括:电子钱包、身份识别和银行圈存。电子钱包即通过手机刷卡实现主要校内消费；身份识别包括门禁、考勤、图书借阅、会议签到等；银行圈存即实现银行卡到手机的转账充值、余额查询。目前校园手机一卡通的建设,除了满足普通一卡通功能外,还实现了借助手机终端实现空中圈存、短信互动等应用。1.物联网的典型应用（1）互联网技术物联网是互联网的延伸和扩展,因此互联网技术是物联网发展的核心技术。（2）信息采集技术物联网的发展需要信息采集，信息传递和信息处理这三个方面的完全融合。而信息采集是物联网发展的关键基础，物联网要获得发展,必须突破信息采集技术的瓶颈。（3）网络通信技术剥去物联网的神秘外衣，其实物联网实质上就是在诸多行业和领域已有应用的无线传感网。2.物联网的核心技术（5）数据库技术在物联网时代，作为代表物品的标签数量是万亿数量级。如此大量的数据需要通过数据库管理。数据存储在当地数据库中，标签阅读器与当地数据库相连接。经过授权，数据库可以经由网络存取。（6）网络安全技术物联网和互联网的关系是密不可分、相辅相成的。但是物联网和互联网在网络的组织形态、网络功能以及性能上的要求都是不一样的。互联网基于优先级管理的典型特征使得其对于安全、可信、可控、可管都没有要求,但是,物联网对于实时性、安全可信性、资源保证性等方面却有很高的要求。2.物联网的核心技术（4）物品编码技术物品编码是物联网的基石,是物联网信息交换内容的核心和关键字，是物品、设备、地点、属性等的数字化名称。第2单元感知层技术任务一自动识别技术早在20世纪60年代,人类就已经开始研究光学符号识别器，这种让机器按照人类的方式来阅读和识别的方法可以算是自动识别技术的先驱。光学符号识别系统最主要的优点是信号密度高,在机器无法识别的情况下人类也可以用眼睛阅读数据。然而,想让机器做出对人类来说轻而易举的事情却不那么容易,光学符号识别系统因其价格昂贵贵、系统复杂而受到很大的限制。近年来,光符号识别虽然没有在自动识别级领域获得成功，却在人工智能和图像处理等其他领域得到了长足的发展和进步。1.光符号识别技术早在计算机发明之前,自动语音识别的设想就已经被提上议事日程。早期的声码器可被视作语音识别及合成的雏形，其目标是将人类的语言转化为计算机可读的输入。语音识别技术的应用包括语音拨号、语音导航、室内设备控制、语音文档检索等。20世纪20年代生产的“RadioRex”玩具狗可能是最早的语音识别器,当这只狗的名字被呼唤时,它能够从底座上弹出来。最早的基于计算机的语音识别系统是贝尔实验室开发的Audrey系统，它能够识别十个数字。语音识别技术的一个重大突破是隐马尔科夫模型的引入。2.语音识别技术

（1）虹膜识别技术虹膜是位于眼睛的白色巩膜和黑色瞳孔之间的圆环状部分,总体上呈现一种由内向外的放射状结构,由相当复杂的纤维组织构成。虹膜包含了最丰富的纹理信息,包括很多类似于冠状、水晶体、细丝、斑点、凹点、射线、皱纹和条纹等细节特征结构。①“物联网”依然是一个网,是一个在现有互联网基础上的网,应具有互联网的共性,这些共性应包括信息传输、信息交换、信息存储与信息的应用。3.生物计量识别技术（2）指纹识别技术指纹是指人的手指末端正面皮肤上凹凸不平的纹线。纹线有规律地排列成不同的形状。由于每个人的指纹不尽相同,就算同一个人的十个指头,指纹也存在明显的区别,因此可以将指纹作为识别生物的技术之一。IC卡在外形上和磁卡极为相似，但它们的存储方式和介质完全不同。磁卡是通过改变磁条上的磁场变化来存储信息，而IC卡是通过嵌入卡中的电擦除式可编程只读存储器(EEPROM)集成电路芯片来存储数据信息。也正是因为如此，卡具有如下特点:①存储容量大,根据型号不同,可存储小到几百个字大到上百万个字符；②安全保密性好,IC卡上的信息需要密码才能对内部数据进行读取、修改和擦除；③CPU卡具有数据处理能力，可对数据进行加解密。4.IC卡技术IC卡(

Integrated

Circuit

Card)是集成电路卡的英文简称,在有些国家也被称为智能卡(

Smart

Card)、智慧卡(

Intelligent

Card)等。IC卡实际上是一种数据存储系统,如必要还可以附加计算能力。为方便携带,IC卡通常被封装入塑料外壳内做成卡片的形式。

（1）一维条形码一维条形码是将宽度不等的多个黑条和空白,按照一定的编码规则排列,用以表达一组信息的图形标识符。常见的一维条形码是由黑条（“条”)和白条(“空”)排成的平行线图案。（2）物联网的交互特征。5.条形码技术（2）二维条形码二维条形码从水平和垂直两个方向来获取信息，因此,其包含的信息量远远大于一维条形码,并且具备自纠错功能。但二维条形码的工作原理与一维条形码却是类似的,在进行识别的时候，将二维条形码打印在纸带上,阅读条形码符号所包含的信息,需要一个扫描装置和译码装置,统称为阅读器。第2单元感知层技术任务二RFID技术RFID是英文“Radio

FrequencyIdentification”（射频识别）的缩写,它通过射频信号识别目标对象并获取相关数据信息的一种非接触式的自动识别技术。这项技术诞生于第二次世界大战期间,当时英国主要用来识别进机场的是否为飞机。具有现代意义的RFID最早出现在20世纪80年代,较其他技术明显的优点是电子标签和阅读器无需接触便可完成识别。1.RFID概述从其技术原理上讲,RFID有诸多的优势,具体表现在如下几个方面:（1）非接触式数据读写；（2）形状容易小型化和多样化；（3）环境适应性强；（4）可重复使用；（5）穿透性强；（6）数据的记忆容量大；（7）安全性高。（2）RFID的分类①按照使用的频率,可以分为低频、高频和超高频。②根据电子标签有无电源为其供电,分为主动式、被动式和半被动式。③依据读取电子标签数据的技术实现手段，分为广播发射式、倍频式和反射调制式。④根据电子标签内保存的信息注入方式,分为集成电路固化式、现场无线改写式和现场有线改写式。2.

RFID系统组成及其分类（1）RFID系统的组成RFID系统由传送器、接收器、微处理器、天线和标签组成。传送器、接收器和微处理器通常都被封装在一起,又统称为阅读器，所以将RFID系统分为阅读器、天线和标签三部分。（4）计算机控制器根据逻辑运算判断射频标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构的动作。（5）执行机构按计算机的指令动作。（6）通过计算机通信网络将各个监控点连接起来,构成总控信息平台,根据不同的项目可以设计不同的软件来实现不同的功能。3.RFID工作流程（1）射频识读器经过天线向外发射无线电载波信号。（2）当射频标签进入发射天线的工作区时,射频标签被激活后即将自身信息经天线发射出去。（3）系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号,经天线的调节器传给识读器。第2单元感知层技术任务三EPC编码（1）EPC概述电子产品编码(EPC：Electronic

Product

Code)为商品提供了全球唯一的编码,RFID标签存储该编码。（2）EPC特点①开放的结构体系。②独立的平台与高度的互动性。③灵活的可持续发展体系。1.EPC概述及特点（1）GS1编码体系全球第一商务标准化组织(GS1：GlobeStandard1)提供了全球通用的商业语言。（2）代码结构①GTIN。全球贸易项目代码(GTIN：Global

Trade

Item

Number)是编码系统中应用最广泛的标识代码。贸易项目是指一项产品或服务。②SSCC。系列货运包装箱代码(SSCC：Serial

Shipping

Container

Code)是为物流单元(运输和储藏)提供唯一标识的代码，具有全球唯一性。2.EPC技术③GLN。参与方位置代码(GLN：GlobalLocationNumber)是对参与供应链等活动的法律实体、功能实体和物理实体进行唯一标识的代码。（3）编码规则企业对商品进行编码时，必须遵守编码唯一性、稳定性、无含义性及保密安全性原则。（1）EPC编码标准第一,电子产品编码的规格,第二,定义Gen2标准下RFID电子标签的数据规格。（2）EPC编码结构①EPC版本号（EPCVersion）；②域名管理者(DomainManager)；③对象分类(ObjectClass)；④序列号(SerialNumber)；⑤EPC编码分类。3.EPC编码第3单元传感器技术任务一传感器基础传感器狭义定义:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置。传感器广义定义:凡是利用一定的物质(物理、化学、生物等)法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换,并且输出与输入严格一一对应的器件或装置。在不同的技术领域，传感器又被称为检测器、换能器、变换器等。目前传感器己与微处理器、通信装置密切地结合到了一起，无线传感器网络就是传感器、微处理器与无线通信相结合的产物。1.传感器基本概念传感器技术是以传感器为核心的,它是由测量技术、功能材料、微电子技术、精密与微细加工技术、信息处理技术和计算机技术等相互结合而形成的密集型综合技术。（1）守恒定律主要有能量、动量、电荷量等守恒定律。这些定律是我们探索、研制新型传感器时或在分析、综合现有传感器时,都必须严格遵守的基本法则。（2）场定律包括运动场、电磁场的感应定律等。其相互作用与物体在空间的位置及分布状态有关。（3）物质定律它是表示各种物质本身内在性质的定律,如欧姆定律。通常以这种物质所固有的物理常数给予描述。2.传感器的物理定律第3单元传感器技术任务二传感器分类及特性根据传感器工作原理的不同,可分为物理传感器和化学传感器。物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应、磁致伸缩现象、离化、极化、热电、光电、磁电等效应。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题、规模生产的可能性、价格问题等,解决了这类难题,化学传感器的应用将会有巨大增长。1.传感器工作原理及分类微电子技术、通信技术以及无线通信等技术的发展，使得传感器的体积越来越小，并在微小体积的芯片内集成了信息采集、数据处理以及无线通信等许多功能。常见的传感器包括温度、压力、湿度、光、霍尔磁性传感器等。（1）传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有的相互关系。表征传感器静态特性的主要参数如下：①线性度，②回差（滞后）③灵敏度，④重复性，⑤分辨率，⑥稳定性，⑦漂移，⑧阈值，⑨静态误差(精度)。2.传感器的特性（2）传感器的动态特性动态特性是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种。第3单元传感器技术任务三传感器的应用与发展趋势传感器作为感知外部世界的重要设备,广泛应用在科研、工程和物联网等各个方面,主要应用领域如下：（1）工业自动化（2）航空航天（3）资源探测与环境保护（4）医学（5）家电（6）军事1.传感器的应用传感器的发展正朝着小型化和智能化方向发展，其中最具有代表性的是微机电系统传感器和智能传感器。（1）多功能集成化与微型化多功能指的是在同一芯片上，或将众多相同类型的单个传感器件集成为一维、二维或二维阵列型传感器。（2）数字化、智能化与网络化传感器的数字化是提高传感器本身多种性能的需要，也是传感器向智能化、网络化更高层次的发展。2.传感器的发展趋势（1）EPC编码标准第一，电子产品编码的规格；第二，定义Gen2标准下RFID电子标签的数据规格。（2）EPC编码结构①EPC版本号（EPCVersion）；②域名管理者(DomainManager)；③对象分类(ObjectClass)；④序列号(SerialNumber)；⑤EPC编码分类。3.EPC编码第4单元无线传感器网络任务一无线传感器网络的的概述及特点无线传感器网络是物联网感知控制层的重要组成部分之一，它是由部署在感知区域的大量传感器节点间相互通信而形成的一个多组织网络系统，可以广泛应用于军事和民用领域。传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期，无线传感器网络已逐渐成为当今信息领域新的研究和应用热点。随着物联网的提出和进一步发展，无线传感器网络被赋予了新的内涵，它不只是简单意义上的监测有了“感知”内涵,在物联网的框架内,它的发展和应用将会给人类的生活或生产的各个领域带来深远影响。1.概述（1）无线传感器网络的概念无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成的，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络的网络系统,其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者是无线传感器网络的三个要素。传感器之间、传感器与观察者之间是以无线方式进行通信的，通过无线网络在传感器与观察者之间建立通信路由。2.概念与特点（2）无线传感器网络的特点①自组织、动态性网络；②以数据为中心的网络；③与应用相关的网络；④网络规模大、分布广；⑤电源供给有限；⑥通信能力有限；⑦计算能力有限第4单元无线传感器网络任务二ZigBeeZigbee技术的命名主要来自于人们对蜜蜂采蜜过程的观察,蜜蜂在采蜜过程中,跳着优美的舞蹈,其舞蹈轨迹像“Z”的形状,其蜜蜂自身体积小,所需要的能量小,又能传送所采集的花粉,因此人们用Zigbee技术来代表具有成本低、体积小、能量消耗小和传输速率低的通信技术,中文译名通常称为“紫蜂”技术。1.ZigBee技术ZigBee协议栈体系结构由应用层、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。应用层定义了各种类型的应用业务,是协议栈的最上层用户；应用汇聚层负责把不同的应用映射到ZigBee网络层上,主要有安全与鉴权、多个业务数据的汇聚、设备发现和业务发现；网络层的功能包括拓扑管理、MAC管理、路由管理和安全管理。（1）低功耗（2）低成本（3）低速率（4）短时延（5）近距离（6）网络容量大（7）高可慕性（8）高安全。（9）工作频段灵活2.ZigBee技术特点第4单元无线传感器网络任务三蓝牙蓝牙（Bluetooth）,是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙设备有两种组网方式:微微网(Piconet)和散射网(Scatternet)。1.蓝牙概念蓝牙技术把各种便携式计算机（如膝上型电脑、笔记本电脑、手持式电脑以及个人数字助理PDA等）与蜂窝移动电话用无线电链路连接起来，使计算机与通信密切结合,使人们能够随时随地进行数据信息交换与传输。蓝牙不仅可以应用于家庭网络，小范围办公,而且对个人数据通信也是非常重要的。（1）底层硬件模块底层硬件模块包括无线射频(RF)、基带(Baseband,BB)和链路管理(LinkManager，LM)3层。（2）中间协议层中间协议层包括逻辑链路控制与自适应协议(L2CAP)、服务发现协议(SDP)、射频串口仿真协议(RadioFrequencyRFCOMM)和电话控制协议(TCS)4项，L2CAP主要完成数据拆装,协议复用等功能，是其他上层协议实现的基础。2.蓝牙架构（3）高层应用框架高层应用框架位于蓝牙协议栈的最上部。其中较典型的应用模式有拨号网络(dialupnetworking)、耳机(headset)、局域网访问(LANaccess)、文件传输(filetransfer)等。（1）无线单元蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dBm基础上的。（2）链路控制单元链路控制单元由基带部分来实现。（3）链路管理和软件功能单元链路管理(LM)和软件功能单元包括链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其他一些协议。3.蓝牙功能模块第4单元无线传感器网络任务四UWB（1）UWB技术介绍

UWB枝术凭借其超宽的信号带宽、较低的发射功耗以及高数据传输速率等特点,被认为是最有发展前景的无线电技术之一。超宽带无线通信应用大体上可以分为两类，一类是短距离高速应用，另一类中长距离(几十米以上)低速率应用。1.UWB的概念（2）UWB的特点①超宽带带来了全新的通信方式及频谱管理模式；②抗多径能力强；③定位精确；④保密性强；⑤超高速、超大容量、抗截获性好、低功耗；⑥系统结构简单，成本低，易数字化。（3）UWB的架构UWB系统的基本模型主要由发射部分、无线信道和接收部分构成。（2）信号的选择UWB信号的形式主要有两种:跳时(TH)信号和直接序列(DS)信号。（3）抗干扰技术UWB采用的是频谱重叠技术，容易对其他同频系统产生干扰。（4）调制、接收技术2.UWB与物联网结合的关键技术（1）规则与标准UWB一项革命性的新技术,需要制定各种规则与标准来保证UWB系统与目前运行系统之间的兼容性和不同厂商UWB产品之间的兼容性。（5）信道特性UWB不同于窄带无线通信,它在调制、编码、功率控制、天线设计等方面有着许多特殊性。（6）集成电路的开发UWB系统的带宽比窄带系统高出了几十倍，实现UWB宽带集成电路和高速非线性器件方面，器件的宽带特性是其技术瓶颈所在，它们的开发成功与否是UWB技术得以发展和应用的关键因素。2.UWB与物联网结合的关键技术第5单元传输网络层任务一短距离有线通信技术（1）RS-232C接口RS-232C接口标准是一种非常广泛使用的标准,它广泛应用在数据通信、自动化、仪器仪表等领域，也是物联网中常用的一种接口及通信方式。（2）RS-422A、RS-423及RS-485接口①RS-422ARS422A标准是一种以平衡方式传输的标准。②RS-423ARS-423A标准是非平衡方式传输的，即以单线来传输信号，规定信号的参考电平为地。③RS-485RS-485接口标准是一种平衡传输方式的串行通信接口标准,1.数据终端间的通信及接口特性通用串行总线(Univeral

SerialBus,USB)是一种串行技术规范，USB并不完全是一个串行接口，而是一种串行总线。USB具有以下特点。（1）使用方便（2）USB的传输速率高USB支撑3种信道速率,即1.5Mbit/s的低速、12Mbit/s的全速,以及480Mbit/s以上的高速。（3）功耗低、性能稳定当USB外设处于待机状态时,它会自动启动省电模式来降低功耗。当激活时,会自动恢复原来状态，因此USB外设的功耗较低。（4）操作系统的支持性与灵活性2.USB串行总线CAN总线在国外已有很多方面的应用，CAN总线已被广泛地应用于汽车、火车、轮船、机器人、智能楼字、机械制造、数控机床、各种机械设备、交通管理、传感器、自动化仪表等领域。同时也成为物联网中广泛应用的感知控制层的通信总线。CAN总线属于总线式串行通信网络，与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的性能、可靠性、实时性和灵活性。其传输速率最高可以达到1Mbit/s(40m),直接传输距离最远可以达到10km(传输速率在5kbit/s以下)。3.CAN工业总线第5单元传输网络层任务二物联网通信技术蓝牙技术具有（1）蓝牙技术具有功耗低的特点。由于蓝牙在链路管理器中有功耗管理功能，因此可以根据工作状况对功耗进行有效的管理。（2）蓝牙作为一种短距离无线通信技术,蓝牙具有通信速率高的特点。（3）工作频段不受限制（4）可靠性高（5）蓝牙通信典型的通信距离为10m，但它是一种通信距离随功率而变的通信技术。（6）可灵活组网、自动搜索；蓝牙系统支持两种通信模式，即点对点和点对多点的通信模式。（7）成本低廉和技术成熟（8）应用范围广1.蓝牙技术红外线(Infrared)是一种波长范围在750nm至lmm频谱范围之间的电磁，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人眼看不到的光线，红外通信具有以下特点：（1）红外通信具有极强的保密性（2）避免了常规无线电放之间的相互千扰。（3）波长较短,频率较高,因此其带宽较宽,可以承载高速数据的传输。（4）红外通信设备结构简单,成本低,耗电少,能进行高速数据通信。（5）红外通信设备比无线电波通信设备适宜，简单得多，依靠低成本的红外发射器与接收器就能进行高速数据通信.2.红外通信技术超宽带无线通信系统的主要性能特点及技术优势表现在以下几个方面。(1)系统结构和硬件结构简单(2)具有较好的隐蔽性及较高的处理增益。(3)多径分辨能力强。(4)传输速率高。(5)空间传输容量大。(7)便于多功能一体化。3.超宽带无线通信技术第5单元传输网络层任务三三网融合（1）什么是三网融合三网融合是指通过技术改造将电信网、互联网和广播电视网络技术相互融合，使得三大系统相互融合，让它们的高层应用业务进行融合，目的是能够在同一个网络上同时开展语音、数据和视频等多种不同业务。1.什么是三网融合（2）三网融合的表现形式三网融合已经在我们生活中有了很多应用，其中，手机电视、VoIP、下一代广播电视网等几个方面是比较为大家所熟知的。（3）三网融合的优点三网融合之后，带来的不仅是用户对多业务需求的满足，还有对网络资源节省。甚至将引起人们生活方式的改变。（1）国外现状各国也早都意识到各大不同运营商独立进行的网络建设造成的资源资金的浪费和网络的重复性搭建，也不利于信息业的长远发展，进行网络融合不仅可以节约资源，避免资源浪费，也可以满足人们日益增长的对于多种业务的不断增长的要求。2.三网融合的研究现状和发展趋势（2）国内现状我国是提出“三网融合”的国家,政府对这方面十分关注，正是由于意识到各不同运营商独立进行的网络建设造成的资源资金的浪费这一事实，着眼于信息的长远发展，我国提出了“三网融合”这一技术概念。（3）发展趋势三网融合的应用无处不在，范围涉及家居、交通、工业、农业、商业、政府工作、军事化等各个方面，必定能够得到良好的发展。（1）数字通信技术具有统一的数据流模式是三大网络之间能够进行业务融合的前提条件。（2）大容量光纤通信技术三网融合的目的是为了更好地提供各种业务。（3）IP技术三网融合要对网络资源进行综合调度和管理，不仅需要将不同种类型的业务数据格式统一成数字信号，在传输过程中还需要各种网络之间具有统一的规则和传输协议。IP技术满足了这种需求。3.三网融合的技术条件第6单元中间件技术任务一中间件（2）中间件的含义从中间件的定义可以看出，中间件是一类软件，它不仅实现互连，而且还实现应用之间的相互访问、操作。中间件是基于分布式处理的软件，网络通信是中间件的另外一个非常重要的功能，中间件用于网络体系的应用层中各应用成分之间，以实现跨网络的协同工作，并允许各应用成分向下涉及的“系统结构、操作系统、通信协议、数据库和其他应用服务”各不相同。1.中间件的概念（1）中间件的定义中间件是一种独立的系统软件,分布式应用软件凭借这种软件在不同技术平台共享资源。中间件位于客户机/服务器的操作系统之上，用来管理计算机资源和网络通信。依据中间件在系统中所发挥的作用和采用的技术不同,主要可分为：（1）数据访问中间件（2）远程过程调用中间件（3）面向对象中间件（4）基于事件的中间件（5）面向消息的中间件（6）对象请求代理中间件（7）事务处理中间件2.中间件的分类第6单元中间件技术任务二感知控制层的中间件（2）无线传感器中间件的分类无线传感器网络（WSN）分布式处理分为单节点控制和网络级分布式控制两个层面，这里根据这一观点结合WSN中间件的底层编程范式，将现有WSN中间件分为虚拟机、基于数据库、基于元组空间、事件驱动和自适应中间件5类。基于数据库和自适应中间件通常采用耦合的同步通信范式；元组空间和事件驱动中间件通常基于比较灵活的去耦合的异步通信范式。1.无线传感器网络中间件（1）无线传感器中间件的特点中间件来满足无线传感器网络的如下需求：①性能与资源消耗之间的平衡；②无人干涉操作；③提供合适的QoS机制；④数据融合；⑤可扩展性与鲁棒性；⑥系统服务。（1）RF1D中间件的定义RFID中间件的一个严格的定义为：处于RFID读写设备与后端应用之间的程序，提供了对不同数据采集设备的硬件管理，对来自这些设备的数据进行过滤、分组、计数、存储等处理，并为后端的企业应用程序提供符合要求的数据。2.RFID中间件（2）RFID中间件的功能大部分的RFID中间件提供了以下几个功能。①对读写器或数据采集设备的管理；②数据处理；③事件数据报告生成与发送；④访问安全控制；⑤提供符合标准的接口；⑥集中统一的管理界面；⑦负载均衡第6单元中间件技术任务三云计算及物联网中间件

(1)云计算的概念面向云计算的中间件简称云计算中间件，其主要任务是对云计算涉及的各类网络信源进行有效管理，并为云计算应用提供高效、可信的开发、部著和运行的支撑环境。(2)云计算的两个视角从系统角度看，云计算把分布在网络上的各种资源，包括基础设施、平台、应用软件等信息资源整合在一起，聚集到资源池中加以集中管理，并以虚拟化的有偿方式发布和提供给使用者。1.云计算中间件合从用户角度看，云计算使用户不再关心如何根据自己的业务需求去购买服务器、软件和解决方案,而只需关心如何通过互联网来获取由云端提供的能够满足自己需要的各种信息资源服务。（3）云计算中间件①云计算的体系结构；②云计算中间件主要研究热点物联网是通过感知设备按照约定的协议把各种“物”与网络连接起来进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。物联网与云计算是密切相关的,从网络的方面来看,物联网可以说是普适计算（或移动计算）和云计算的融合，或者说，物联网是一种泛在化的或移动的云计算。因此云计算中间件的所有关键技术原则上也应该是物联网中间件的关键技术，物联网涉及感知、互连互通和智能处理与应用这三大核心功能,这三大功能都涉及了中间件技术。2.物联网云计算中间件第7单元云计算与大数据任务一云计算基础（1）云计算的起源云计算不是现今才出现的概念,云计算的思想可以追溯到20世纪60年代,经过半个世纪的发展才形成了如今的概念与技术,它才以全新的面貌展现在世人面前,为人们提供便捷、康价的计算资源。①效用计算与网络技术催生了云计算；②远程服务加快了云计算的发展；③早期的“网络云或云”与现在的“云”的异同。1.云计算的起源与定义（2）云计算的定义云计算是一种基于网络的分布式计算,它可以按需提供给用户可扩展和可计量的计算资源。（3）云计算的技术创新

①集群化的冗余与故障转移；②网格计算；③虚拟化；④云使能技术。（1）云。云是指一个独特的计算环境,它可以按需提供给用户可扩展和可计量的计算资源。（2）计算资源。计算资源是指一个与计算有关的物理或虚拟的实体,它可以是硬件(如服务器或网络)，也可以是虚拟服务器或软件。2.云计算基本术语（3）云用户与云提供者提供基于云计算资源的一方称为云提供者，使用基于云的计算资源的一方称为云用户。（4）可扩展性（5）云服务。云服务是指任何可以通过远程访问的计算资源。（6）云端用户。云端用户是一个临时的运行角色,由访问云服务的软件承担此功能。（1）角色与边界（2）云提供者（3）云用户（4）云服务拥有者（5）云资源管理者（6）组织边界（7）信任边界3.云相关的概念（1）云计算的6大特性：①按需使用；②泛在接入；③多租户与资源池；④弹性；⑤可计量使用；⑥可恢复性。（2）云计算的特点①超大规模；②虚拟化；③高可靠性；④通用性；⑤高可扩展性；⑥按需服务⑦极其廉价；⑧潜在的危险性。4.云计算的特性与特点（1）基础设施即服务(IaaS)：是一种自我包含的计算资源,由以基础设施为中心的计算资源组成,可以通过云服务接口和工具访问、管理这些资源。（2）平台即服务(PaaS)：是预先定义好的“就绪可用”(Ready-to-Use)的环境,一般由已部署好的和已配置好的计算资源组成。5.云交付模型（3）软件即服务(SaaS)：通常将软件定位为共享的云服务,作为“产品”或通用的工具提供服务。模型一般是一个可重用的云服务,对大多数云用户可用。（4）云部署模型云部署模型表示的是某种特定的环境类型,主要是以所有权、大小和访问方式来分类的。常见的云部署有公有云、社区云、私有云和混合云。第7单元云计算与大数据任务二大数据基础（1）大数据的发展（2）大数据的概念大数据是现有数据库管理工具和传统数据处理应用很难处理的大型、复杂的数据集,大数据的挑战包括采集、存储、搜索、共享、传输、分析和可视化等。1.大数据的发展与概念（3）大数据的特点①数据产生的方式不同；②数据采集的密度不同；③数据的来源不同；④数据量大且结构种类多样；⑤大数据的应用领域（1）数据查询分析计算系统（2）批处理系统（3）流式计算系统（4）选代计算系统（5）图计算系统（6）内存计算系统2.典型的大数据处理系统（1）数据抽取与集成现有的数据抽取和集成的方法有三种：①基于物化或ETL方法的引擎；②基于联邦数据库或中间件方法的引擎；③基于数据流方法的引擎。（2）数据分析（3）数据解释3.大数据处理的基本流程第8单元物联网定位技术任务一GPS定位技术（1）GPS