《物联网工程设计与管理》课件-项目三：网络层技术-通信技术与组网方案

INTERNETOFTHINGS物联网的项目规划与实施蓝牙和Wi-Fi通信导入蓝牙连接耳机蓝牙连接音箱Wi-Fi上网它们是如何实现通信的呢？掌握蓝牙、Wi-Fi通信技术概念概念认知理解二者工作原理（频段、连接流程）技术认知熟悉典型应用场景与技术异同应用认知知识目标明晰对物联网项目传输的价值趋势认知区分场景中蓝牙与Wi-Fi应用逻辑案例解析能力分析二者在物联网项目传输的作用方案设计能力规划智能设备互联方案融合创新能力能力目标蓝牙通信01设备之间的连接蓝牙是一种短距离无线通信技术数据传输蓝牙通信01低功耗低成本方便快捷蓝牙的工作原理02无线电波传输使用特定的频率进行通信（2.4GHz频段）设备之间通过配对建立连接进行数据的传输蓝牙的应用场景03蓝牙耳机蓝牙音箱音频领域蓝牙的应用场景03智能家居蓝牙连接控制智能灯泡蓝牙连接控制智能门锁蓝牙的应用场景03医疗设备汽车电子Wi-Fi通信04无线局域网技术让设备在一定范围内接入互联网Wi-Fi的特点高速稳定支持大量数据的传输Wi-Fi的工作原理05通过无线接入点（AP）将设备连接到网络搜索附近的Wi-Fi信号输入密码与AP建立连接连接成功，进行上网等操作Wi-Fi的应用场景06家庭学校办公室Wi-Fi的应用场景06上网浏览信息观看视频Wi-Fi的应用场景06商业领域提升用户体验蓝牙和Wi-Fi的比较07相同点都属于无线通信技术不同点传输距离传输速度功耗蓝牙和Wi-Fi的比较07Wi-Fi蓝牙VS短距离低功耗设备连接较大范围内的高速数据传输在物联网项目开发中的作用08将各种设备连接起来，实现数据的采集和传输>Wi-Fi连接的传感器将采集到的数据上传到服务器服务器进行分析处理案例分析09蓝牙连接的智能设备实现自动化控制智能照明系统根据人员的进出自动开关灯案例分析09Wi-Fi网络高速上网服务方便数据传输和共享课程小结为生活和工作带来极大便利蓝牙和Wi-Fi通信的原理蓝牙和Wi-Fi通信的特点蓝牙和Wi-Fi通信的应用场景蓝牙和Wi-Fi通信在物联网项目开发中的作用ZigBee和LoRa通信INTERNETOFTHINGS物联网的项目规划与实施导入传感器和设备稳定的数据传输低功耗长距离通信ZigBee和LoRa通信技术掌握ZigBee、LoRa通信技术概念概念认知理解二者工作原理（频段、组网、调制方式）技术认知熟悉典型应用场景与技术异同应用认知知识目标明晰对物联网大数据采集的价值趋势认知区分场景中ZigBee与LoRa应用逻辑案例解析能力分析二者在物联网数据采集传输的作用方案设计能力规划物联网设备通信方案融合创新能力能力目标ZigBee通信01低功耗低速率近距离无线通信技术适用于物联网中的短距离通信场景ZigBee的工作原理02ZigBee工作在2.4GHz频段采用IEEE802.15.4标准协议自组织网络相互连接和通信设备之间自动寻找最佳通信路径具有较强的自愈能力ZigBee的工作原理02智能家居系统实现多个智能设备之间的互联互通智能灯泡智能插座ZigBee的应用场景03智能家居工业自动化智能农业ZigBee的应用场景03智能家居设备远程控制自动化管理ZigBee的应用场景03工业自动化传感器数据采集设备的监控ZigBee的应用场景03智能农业对农田环境参数的监测灌溉系统的控制LoRa通信04长距离、低功耗的无线通信技术功耗要求严格传输距离较远LoRa的工作原理05LoRa采用扩频调制技术在低功耗的情况下实现远距离的通信工作在不同的频段有较强的抗干扰能力LoRa的工作原理05智能城市水表、电表远程抄表系统实现数据的长距离传输不需要频繁更换电池LoRa应用场景06智能城市智能水务智能物流LoRa应用场景06路灯控制环境监测智能城市LoRa应用场景06智能水务实现水表、水压数据的远程采集智能物流对货物的位置和状态进行跟踪ZigBee和LoRa的比较07相同点都具有低功耗的特点不同点通信距离传输速率网络容量ZigBee和LoRa的比较07LoRaZigBeeVS短距离设备数量较多长距离对功耗要求高在物联网项目开发中的作用08为物联网设备提供可靠的通信连接将传感器数据传输到数据中心进行分析和处理在大数据处理中的作用08农业领域实时采集土壤湿度实时采集温度为农业生产决策提供依据案例分析09智能工厂ZigBee实现车间内设备的短距离通信和控制LoRa技术工厂周边环境监测设备的数据传输提高整个系统的性能和可靠性课程小结为物联网发展提供重要的支持ZigBee和LoRa通信技术的原理ZigBee和LoRa通信技术的特点ZigBee和LoRa通信技术的应用场景二者在物联网项目开发中的作用在物联网有各自的优势和适用范围TCP/IP网络组网INTERNETOFTHINGS物联网的项目规划与实施导入相互通信共享数据离不开TCP/IP网络知识目标掌握TCP/IP网络模型四层结构体系架构认知了解IP地址与子网掩码的作用及关系寻址规则认知了解路由器与交换机的功能及区别设备协同认知了解网络拓扑结构的特点与应用场景场景适配认知了解IP地址分配策略及组网步骤落地实操认知能够根据需求规划网络拓扑结构并分配IP地址网络规划能力能够配置路由器和交换机设备配置能力能够进行网络测试及故障排查网络排障能力能力目标TCP/IP网络概述01TCP/IP模型分四层应用层传输层网络层网络接口层TCP/IP计算机之间一组用于实现计算机网络通信的协议族数据传输通信IP地址与子网掩码02主机地址网络地址在网络中标识设备的唯一标识符家庭住址IP地址确定该网络中的主机范围192.168.1.0>IP地址

255.255.255.0>子网掩码路由器与交换机03路由器连接不同网络的设备

IP地址选择最佳路径转发数据包交换机同一网络内连接多台设备实现数据的快速交换组网步骤04规划网络拓扑结构根据实际需求选择合适的拓扑结构分配IP地址确保每个设备都有唯一的IP地址星型总线型树形配置路由器和交换机设置相关参数进行网络测试检查网络是否正常运行路由表VLAN网络拓扑结构选择05一个中心节点为核心所有设备连接一条总线层次结构管理和维护整个网络瘫痪成本较低故障诊断困难适用于大型网络的分级管理星型拓扑结构总线型拓扑结构树形拓扑结构IP地址分配策略06IP地址分配采用静态分配和动态分配两种方式>静态分配服务器等需要固定IP地址的设备动态分配便于管理大量的客户端设备合理规划地址范围，避免地址冲突考虑网络的扩展性，预留一定的IP地址空间路由器和交换机配置07设置接口IP地址交换机的配置路由器的配置配置路由协议VLAN的划分端口设置正确配置路由器和交换机，可以实现网络的分段、隔离和流量控制，提高网络性能和安全性案例分析08星型拓扑结构一台核心交换机连接多台接入交换机，服务器和办公电脑连接不同的交换机IP地址采用动态分配方式，通过路由器连接到互联网配置过程中合理划分了VLAN，提高了网络的安全性和管理效率网络运行稳定企业的日常办公和数据传输需求网络故障排查与解决08各种故障网络连接中断IP地址冲突通过查看路由器和交换机的日志来查找故障原因>ping命令检测网络连通性重新配置设备更换故障硬件课程小结TCP/IP网络概述路由器与交换机网络拓扑结构选择IP地址与子网掩码组网步骤IP地址分配策略路由器和交换机配置案例分析网络故障排查与解决组网是一个复杂而又关键的工作，需要综合考虑各种因素，合理规划和配置网络设备WLAN组网INTERNETOFTHINGS物联网的项目规划与实施导入办公室家庭商场知识目标掌握WLAN的组成部分及工作原理原理认知了解WLAN组网模式模式认知了解WLAN组网步骤流程认知设备与安全认知了解WLAN设备选择与安装要点、无线信号优化方法及安全设置与管理能够选择合适的WLAN组网模式、设备并进行安装配置方案设计能力能够进行WLAN网络测试、信号优化及安全设置与管理风险防控能力能力目标WLAN概述01WLANWLAN优点利用无线通信技术在有限范围内建立的计算机网络安装便捷使用灵活无线局域网可移动性强WLAN的组成部分02无线网络的核心设备连接到WLAN的终端设备可以对多个AP进行集中管理和控制发射和接收有线网络的连接无线接入点（AP）无线客户端无线控制器WLAN的工作原理03是基于IEEE802.11标准协议>WLAN工作原理客户端和AP无线信道进行数据传输，AP再将数据转发到有线网络或其他无线客户端采用了多种技术来保障数据的可靠性和安全性数据传输过程中>扫描周围的无线信号可用的APCSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）机制WLAN组网模式04基础架构模式其中AP连接到有线网络，为客户端提供无线接入服务点对点模式用于两个无线客户端之间直接通信，无需AP无线分布式系统（WDS）模式可实现多个AP之间的无线桥接，扩展无线网络的覆盖范围企业和家庭网络WLAN组网步骤05需求分析网络覆盖范围应用需求用户数量WLAN组网步骤05选择合适设备AP交换机无线控制器（如需要）WLAN组网步骤05设备安装和配置SSID（无线网络名称）信道加密方式WLAN组网步骤05网络测试检查信号强度数据传输速率覆盖范围设备选择与安装要点06AP的性能、覆盖范围、支持的用户数等因素>在设备选择时选择信号覆盖良好、避免干扰的地方>对于安装位置注意设备的散热和供电问题>微波炉蓝牙无线信号的优化07合理选择信道可以避免信号干扰不重叠信道天线方向的调整可以改善信号的覆盖范围和强度发射功率信道选择天线方向无线信号增强器等设备来扩展信号覆盖范围案例分析08面积为500平方米，100名员工需要同时使用无线网络安装了多个AP无线控制器进行集中管理基础架构模式选用了高性能的AP，支持双频段（2.4GHz和5GHz）>设备选择安装配置信号优化办公室内的全面无线覆盖，员工能够流畅地进行办公应用和数据传输安全设置与管理09常见的安全设置设置强密码启用加密技术隐藏SSID定期更新设备固件，防范安全漏洞访问控制列表（ACL）限制特定设备的接入加强对网络的监控和管理，及时发现和处理安全事件课程小结WLAN概述WLAN的工作原理WLAN组网步骤WLAN的组成部分WLAN组网模式设备选择与安装要点无线信号的优化案例分析安全设置与管理WLAN组网为我们提供了便捷的无线接入方式，但也需要我们认真规划和配置FTTx光接入组网INTERNETOFTHINGS物联网的项目规划与实施导入高速稳定FTTx光接入组网技术知识目标掌握FTTx的定义、类型及特点基础认知了解FTTx网络架构组成及各部分功能架构认知了解FTTx技术原理和组网模式原理认知了解FTTx组网步骤及ODN设计要点实操认知能够根据需求进行FTTx网络规划和设备选型方案设计能力能够参与FTTx光纤铺设、ODN建设及设备安装调试工程实施能力能力目标FTTx概述01FTTx不同的位置“FiberToThex”的缩写即光纤到x家庭（FTTH）大楼（FTTB）路边（FTTC）光纤通信的接入网技术通过光纤将信号传输到用户端高带宽低损耗抗干扰能力强FTTx网络架构02位于局端连接OLT和ONU的光纤分配网络位于用户端，提供各种接口光纤分光器以太网口电话口光线路终端（OLT）光分配网络（ODN）光网络单元（ONU）上级网络的连接和对ONU的管理核心FTTx技术原理03在OLT和ONU之间采用点到多点的拓扑结构ODN中分光器将光信号分路到多个ONU光的全反射特性，光纤中传输光信号FTTx技术的原理光信号频率光信号波长FTTx技术原理03FTTH中ONU直接安装在用户家中>不同的FTTx类型在ODN的覆盖范围和ONU的位置上有所不同FTTH中ONU直接安装在用户家中FTTB中ONU安装在大楼内>FTTx组网模式04PONFTTx有多种组网模式，常见的有PON（无源光网络）和AON（有源光网络）EPON（以太网无源光网络）GPON（吉比特无源光网络）目前应用最广泛的FTTx组网模式成本低、维护简单，因为它采用无源器件，减少了故障点>PON的优点FTTx组网模式04在ODN中使用有源设备一些对传输距离和带宽要求较高的场景AON光放大器FTTx光接入组网步骤05网络规划OLT的位置根据用户分布和业务需求ODN的拓扑结构分光比FTTx光接入组网步骤05设备选型OLT光纤铺设和ODN建设光缆敷设ONU光纤分光器安装设备安装和调试FTTx光接入组网步骤05业务开通和运维管理OLT和ONU安装相应位置参数配置测试为用户提供网络服务监控维护ODN设计与建设06分光比的选择用户数量光纤的损耗预算，确保光信号在传输过程中的质量光纤的路由分光器的位置分光比的选择严格按照施工规范进行，保证光纤的连接质量和可靠性带宽需求设备安装与调试07选择合适的位置，保证设备的散热和供电>OLT和ONU安装注意光纤的连接，确保连接牢固、无损耗>在安装过程中设备安装与调试07设备调试不同的业务需求互联网接入、语音通信等，进行相应的配置参数配置业务开通测试对光信号质量和业务性能进行测试误码仪光功率计使用专业的测试工具课程小结FTTx概述FTTx技术原理FTTx光接入组网步骤FTTx网络架构FTTx组网模式ODN设计与建设设备安装与调试为物联网项目开发提供了高速可靠的网络基础LoRa低功耗广域网组网INTERNETOFTHINGS物联网的项目规划与实施导入远距离传输功耗低LoRa低功耗广域网知识目标掌握LoRa技术的定义与特点及工作频段基础认知了解LoRa网络架构组成及各部分功能架构认知了解LoRa组网原理和组网特点原理认知了解LoRa组网步骤及设备部署要点实操认知能够根据应用场景进行LoRa网络规划和设备选型方案设计能力能够完成LoRa网关与终端节点的安装配置及网络测试实施与调试能力能力目标LoRa技术概述01LoRa扩频调制技术长距离低功耗在低功耗的情况下实现远距离的通信适用于各种物联网应用场景>LoRa技术工作在不同频段智能城市智能农业工业物联网LoRa网络架构02各种物联网设备接收终端节点发送的数据，并将其转发到服务器为用户提供应用服务终端节点网关服务器传感器智能仪表采集数据处理存储分析LoRa组网原理03长距离传输抵抗干扰终端节点直接与网关进行通信扩频技术LoRa组网采用星型拓扑结构LoRa组网原理03终端节点调整发射功率和扩频因子适应不同的距离和环境要求网关汇聚多个终端节点的数据进行初步处理后转发给服务器LoRa低功耗广域网组网特点04低功耗终端节点采用低功耗设计，电池使用寿命长远距离传输在城市环境中实现数公里甚至十几公里的传输距离无法频繁更换电池的场景大容量一个网关可以支持大量的终端节点连接抗干扰能力强在复杂的电磁环境中仍能保持稳定的通信大规模物联网应用的需求LoRa组网步骤05规划网络布局终端节点的分布和数量网关的位置进行设备选型网关设备服务器LoRa组网步骤05设备安装和配置终端节点安装相应位置配置其参数通信频率发射功率实现与终端节点和服务器的通信>网关进行相应的配置LoRa组网步骤05网络测试覆盖范围信号质量数据传输成功率网关安装与配置06位置较高视野开阔确保良好的信号接收和覆盖范围网关安装与配置06

IP地址网关地址工厂的智能设备可以实时上传运行数据设置网络参数防止非法访问和数据泄露>对网关安全设置设置访问密码、加密通信等方式来保障网关的安全>终端节点部署与管理07终端节点的部署部署过程中实际需求进行合理分布，确保能够准确采集到所需数据环境因素对信号的影响（如避免障碍物遮挡等）状态的监测参数的调整固件的更新远程管理平台对终端节点进行集中管理案例分析08大型农场土壤湿度传感器气象站采集到的数据实时传输到网关，网关再将数据转发到服务器>LoRa组网终端节点对数据进行分析，为农民提供灌溉、施肥等决策依据>农业管理系统案例分析08组网过程中终端节点的布局网关和服务器配置和测试实现了农场的智能化管理提高了农业生产效率降低了人力成本和能源消耗课程小结LoRa技术概述LoRa组网原理LoRa组网步骤LoRa网络架构LoRa组网特点网关安装与配置终端节点部署与管理IP地址与子网掩码移动通信网络及NB-IoT低功耗广域网组网INTERNETOFTHINGS物联网的项目规划与实施导入通信获取信息NB-IoT低功耗广域网移动通信网络概述011G2G提供模拟语音通信数字语音和短信业务4G提升了数据传输速度3G移动互联网的初步体验5G高速率、低时延、大连接移动通信网络概述01移动通信网络无线信号数据的传输和通信基站终端设备核心网特点与优势02虚拟现实（VR）增强现实（AR）流畅播放新的技术架构和频谱资源远程医疗、自动驾驶等对实时性要求高的应用成为可能>低时延特性海量的物联网设备连接>大连接能力NB-IoT低功耗广域网概述03NB-IoT低功耗广覆盖大连接低成本专为物联网设计的窄带通信技术授权频段，能够提供可靠的通信服务功耗要求严格数据传输量较小分布范围广智能水表、智能燃气表、智能井盖等NB-IoT网络架构与组网原理04终端设备通过无线信号与基站通信基站将数据传输到核心网终端设备基站应用服务器核心网进行数据处理后转发到应用服务器NB-IoT网络架构与组网原理04NB-IoT组网原理低功耗广覆盖蜂窝网络技术优化的物理层和协议栈设计减少通信带宽降低发射功率增加重传次数信号穿透能力和覆盖范围降低了设备的功耗融合应用05智能城市高速传输通道低功耗连接和管理融合应用05工业互联网领域高速数据传输运行状态和环境参数更高效、更智能01应用场景和设备分布确定基站的布局和数量02NB-IoT终端设备和模组，以及与之兼容的基站和核心网设备03终端设备安装在相应位置，并配置其参数，如通信频率、工作模式等04检查网络的覆盖质量、信号强度、数据传输成功率等指标05实际需求开发相应的物联网应用，并将其部署到应用服务器上NB-IoT低功耗广域网组网步骤06规划网络覆盖设备选型设备安装和配置网络测试应用开发和部署案例分析07供水系统NB-IoT技术远程抄表和管理水表数据的自动采集和实时上传>安装NB-IoT水表查看水表读数监测用水情况案例分析07规划了基站覆盖，选择了合适的水表设备和通信模组>在组网过程中系统运行稳定可靠，大大提高了水务管理的效率和智能化水平>经过测试和优化课程小结移动通信网络的发展历程和5G的特点优势NB-IoT低功耗广域网的组网原理和应用移动通信网络和NB-IoT物联网项目开发提供了广泛的数据来源和传输通道>物联网网络层的安全防护概述、安全威胁、安全策略INTERNETOFTHINGS物联网的项目规划与实施导入生活便捷同时也面临安全风险>智能家居系统被黑客入侵智能交通设施受恶意攻击知识目标了解物联网网络层安全防护的重要性概念认知掌握物联网网络层的安全威胁威胁认知了解物联网网络层的安全策略策略认知能够实施身份认证和访问控制策略安全防护能力能够应用数据加密技术数据加密能力制定设备安全管理和应急响应机制网络隔离与监测能力能力目标物联网网络层安全防护概述01负责数据传输与交换网络层安全无保障攻击者窃取、篡改或破坏数据物联网系统无法正常运行用户生命财产安全造成威胁感知层网络层应用层物联网网络层的安全威胁02数据泄露风险1设备数量众多传输数据量大攻击者通过网络漏洞窃取敏感数据物联网网络层的安全威胁02网络攻击2DDoS攻击（分布式拒绝服务攻击）网络瘫痪影响设备通信物联网网络层的安全威胁02设备劫持3攻击者控制物联网设备将其作为攻击其他目标的跳板物联网网络层的安全威胁02虚假数据注入4攻击者向网络中注入虚假数据干扰系统的正常决策物联网网络层的安全威胁02无线通信安全5蓝牙wifi无线通信技术被破解，数据传输不安全物联网网络层的安全策略03身份认证和访问控制合法的设备和用户能够接入网络和访问数据数据加密对传输和存储数据进行加密，防止数据被窃取或篡改网络隔离将不同安全级别网络区域进行隔离，减少攻击面密码数字证书生物识别物联网网络层的安全策略03安全监测与预警实时监测网络状态，及时发现并预警安全事件设备安全管理定期更新设备固件，修复安全漏洞，提高设备的安全性应急响应机制制定应急响应预案，发生安全事件时能够迅速采取措施身份认证和访问控制的实施04基于角色的访问控制（RBAC）模型根据用户角色和职责分配相应权限身份认证和访问控制的实施04智能工厂管理员拥有最高权限可以对设备进行全面管理只操作与其工作相关的设备普通工人密码指纹数据加密技术的应用05对称加密非对称加密速度快大量数据的加密AES算法安全性高密钥交换和数字签名RSA算法密钥交换数据加密技术的应用05根据实际需求选择合适的加密算法>数据传输对称加密算法非对称加密算法网络隔离与安全监测的方法06网络隔离>虚拟专用网络（VPN）防火墙确保数据传输的安全性公共网络上建立安全的专用通道过滤非法的网络流量阻止外部攻击网络隔离与安全监测的方法06安全监测>入侵检测系统（IDS）入侵防御系统（IPS）实时监测网络活动，发现异常行为并及时进行处理设备安全管理与应急响应机制07设备安全管理>定期安全评估与漏洞扫描及时发现并修复安全漏洞加强对设备供应商的管理确保设备在出厂时就具备安全性能设备安全管理与应急响应机制07应急响应机制>通过定期演练，提高应急响应能力明确