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1、2020-11-16,#,物聯網技術,第,8,章,物聯網規(guī)劃設計與構建,物聯網技術,第,1,章 概論,2020-11-16,#,物聯網技術,課件,第,8,章 物聯網,規(guī)劃設計與建設,2024年11月9日,電子工業(yè)出版社 劉化君 劉傳清編著,物聯網技術,教材配套課件,8,物聯網技術課件第8章 物聯網規(guī)劃設計與建設2023,1,2024年11月9日,8.1,物聯網設計基礎,8.1.1,物聯網規(guī)劃設計的原則,8.1.2,物聯網規(guī)劃設計的步驟,8.2,物聯網的構建,8.2.1,物聯網應用系統規(guī)劃,8.2.2,物聯網應用系統設計,8.2.3,物聯網系統集成,8.3,物聯網應用系統設計示例,8.3.1,智

2、能家居物聯網系統應用示例,8.3.2,工業(yè)智能控制系統應用示例,8.4,傳感網的廣域互聯,8.4.1,傳感網廣域互聯的方式,8.4.2,基于,IPv6,的互聯接入,第,8,章 物聯網規(guī)劃設計與構建,2023年9月29日 8.1 物聯網設計基礎8.3 物聯網應,2,2024年11月9日,8.1 物聯網設計基礎,由物聯網的英文名,Internet of Things,可知，物聯網就是物物互聯的信息網絡。這樣表述有兩層含義：一是物聯網的核心承載網絡是互聯網；二是物聯網的客戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，并能進行數據交換和通信。這里的,“,物,”,要滿足以下條件才能夠被納入,“,物聯網,”,的范

3、圍：有相應信息的接收器和發(fā)送器；要有數據傳輸通路；有一定的存儲功能；有,CPU,；有操作系統；有專門的應用程序；遵循物聯網的通信協議；在網絡中有可被識別的惟一編號。,2023年9月29日8.1 物聯網設計基礎由物聯網的英文名,3,2024年11月9日,8.1.,1,物聯網規(guī)劃設計的原則,1.,實用性和先進性原則,2.,安全性原則,3.,標準化、開放性和可擴展性原則,4.,可靠性與可用性原則,2023年9月29日8.1.1 物聯網規(guī)劃設計的原則1.實用,4,2024年11月9日,8.1.,2,物聯網規(guī)劃設計的步驟,1.,用戶需求調查與分析,2.,網絡系統初步設計,3,物聯網系統詳細設計,4,物聯

4、網系統詳細設計,5,系統測試和試運行,2023年9月29日8.1.2 物聯網規(guī)劃設計的步驟1.用戶,5,8.2 物聯網的構建,2024年11月9日,目前看來，可以把物聯網看作是以電子標簽、傳感器等感知設施和,EPC,碼為基礎，建立在計算機互聯網基礎上的物物相聯網絡，傳感網是其最復雜的一個組成部分。一個應用系統可能有幾個到幾萬、上百萬不等的感知節(jié)點，應用環(huán)境除了室內外，還包括在不同溫度、濕度、電磁干擾下的戶外環(huán)境，因此，末梢感知節(jié)點采集控制設備、接入層技術是物聯網的關鍵和難點。,8.2 物聯網的構建2023年9月29日目前看來，可以把物,6,8.2.1 物聯網應用系統規(guī)劃,2024年11月9日,

5、物聯網技術和產業(yè)的發(fā)展將引發(fā)新一輪信息技術革命和產業(yè)革命，是信息產業(yè)領域未來競爭的制高點和產業(yè)升級的核心驅動力。隨著信息采集與智能計算技術的迅速發(fā)展和互聯網與移動通信網的廣泛應用，大規(guī)模發(fā)展物聯網及相關產業(yè)的時機日趨成熟，我國早在十多年前就開始了物聯網相關領域的研究，技術和標準與國際基本同步?，F階段，其應用主要為傳感網，可在以下各領域構建物聯網系統。,8.2.1 物聯網應用系統規(guī)劃2023年9月29日物聯網技,7,2024年11月9日,1.,經濟領域的物聯網系統,經濟領域物聯網系統主要是以提高生產效率、改善管理和節(jié)能減排為目的應用系統，包括智能工業(yè)、智能農業(yè)、智能物流和智能電網等。,（,1,）

6、智能工業(yè),1,）工業(yè)智能控制系統。,2,）智能裝備產品。,（,2,）智能農業(yè),1,）數字大棚物聯網系統推廣平臺。,2,）農業(yè)服務、管理和遠程監(jiān)測平臺。,（,3,）智能物流,1,）危險品運輸車輛智能調度及監(jiān)控系統。,2,）集裝箱智能物流調度系統及平臺。,3,）食品及藥品追溯系統。,（,4,）智能電網,1,）電網電力設施智能監(jiān)測網絡及平臺,2,）智能化遠程抄表系統及網絡。,2023年9月29日1.經濟領域的物聯網系統,8,2024年11月9日,2.,公共管理領域的物聯網系統,公共管理領域物聯網主要是以提高公共管理水平為目的應用系統，這可圍繞市政基礎設施建設管理、重大突發(fā)事件響應、重點區(qū)域環(huán)境監(jiān)測等

7、，建設城市智能交通、智能公共安全、智能環(huán)保和智能災害防控等物聯網系統。,（,1,）城市智能交通,1,）交通流量與違規(guī)監(jiān)測網絡及平臺。,2,）智能停車系統。,（,2,）智能公共安全,1,）城市公共安全平臺,2,）重要基礎設施安全防護平臺。,（,3,）智能環(huán)保,1,）水環(huán)境監(jiān)測物聯網系統及預警平臺。,2,）生態(tài)城市大氣環(huán)境智能監(jiān)測平臺。,3,）重點排污企業(yè)智能化遠程監(jiān)控平臺,.,（,4,）智能災害防控,1,）水文智能監(jiān)測及洪災預警平臺。,2,）氣象災害監(jiān)測和預警系統。,3,）地質災害監(jiān)測預警與防控系統。,2023年9月29日2.公共管理領域的物聯網系統,9,2024年11月9日,3.,公眾服務領域

8、的物聯網系統,公眾服務領域物聯網主要以提高人民生活水平為目的構建應用系統，可以物聯網與,TD,SCDMA,等,3G,網絡融合應用為突破口，建設譬如智能醫(yī)護、智能家居等應用系統。,（,1,）智能醫(yī)護,1,）個人健康實時服務平臺。通過建設個人實時健康監(jiān)測和服務平臺，提升對老年市民、離退休干部等實時醫(yī)療醫(yī)護服務水平。,2,）智能重癥監(jiān)護病房平臺。通過建設重癥監(jiān)護病房智能系統，對病人生理參數進行實時監(jiān)測和分析，能夠降低醫(yī)療費用，提高衛(wèi)生資源的使用效益。,（,2,）智能家居,1,）智能小區(qū)：在住宅小區(qū)引入物聯網技術，建設聯入城市公共安全平臺的小區(qū)安防系統以及基于通信網絡的家庭環(huán)境監(jiān)控、智能安防系統、電子

9、支付等智能控制平臺，可實現小區(qū)、家居智能化。,2,）基于物聯網的節(jié)能建筑：在政府機關、科研院校和商業(yè)區(qū)寫字樓鋪設物聯網，實時收集水、電等資源使用信息，根據人員活動情況自動調節(jié)空調、電燈和水源等，達到節(jié)能減排的目的。,2023年9月29日3.公眾服務領域的物聯網系統,10,8.2.2 物聯網應用系統設計,2024年11月9日,對于近距離無線通信，,IEEE 802.15,委員會制訂了,3,種不同的無線個人局域網,(WPAN),標準。其中，,IEEE 802.15.3,標準是高速率的,WPAN,標準，適合于多媒體應用，有較高的網絡服務質量（,QoS,）保證；,IEEE 802.15.1,標準即藍牙

10、技術，具有中等速率，適合于蜂窩電話和,PDA,等的通信，其,QoS,機制適合于話音業(yè)務。,IEEE 802.15.4,標準和,ZigBee,技術完全融合，專為低速率、低功耗的無線互聯應用而設計，對數據速率和,QoS,的要求不高。目前，對于小范圍內的物品、設備聯網，,ZigBee,技術以其復雜度低、功耗低、數據速率低及成本低等特點在傳感網應用系統中引起了越來越多的關注；尤其在控制系統中，,ZigBee,自組網技術已經成為傳感網的核心技術。,8.2.2 物聯網應用系統設計2023年9月29日對于近距,11,2024年11月9日,基于,ZigBee,技術的傳感網,在消費性電子設備中嵌入,ZigBee

11、,芯片后，可實現信息家用電器設備的無線互聯。譬如，利用,ZigBee,技術可較容易地實現相機或者攝像機的自拍、窗戶遠距離開關控制、室內照明系統的遙控，以及窗簾的自動調整等。尤其是當在手機或者,PDA,中嵌入,ZigBee,芯片后，可以用來控制電視開關、調節(jié)空調溫度及開啟微波爐等。基于,ZigBee,技術的個人身份卡能夠代替家居和辦公室的門禁卡，記錄所有進出大門的個人信息，若附加個人電子指紋技術后，可實現更加安全的門禁系統。嵌入,ZigBee,芯片的信用卡可以較方便地實現無線提款和移動購物，商品的詳細信息也能通過,ZigBee,向用戶廣播。,把,ZigBee,技術與傳感器結合起來，就可形成傳感網

12、。一般，傳感網由感知節(jié)點、匯聚（,Sink,）節(jié)點、網關節(jié)點三種節(jié)點構成。感知節(jié)點、匯聚節(jié)點完成數據采集和多跳中繼傳輸。網關節(jié)點具有雙重功能，一是充當網絡協調器，負責網絡的自動建立和維護、數據匯聚；二是作為監(jiān)測網絡與監(jiān)控中心的接口，實現接入互聯網、局域網，與監(jiān)控中心交換傳遞數據?；?ZigBee,技術的傳感網由應用層、網絡層、介質接入控制層和物理層組成。,2023年9月29日基于ZigBee技術的傳感網,12,2024年11月9日,2.,傳感網軟硬件系統設計,圖,8-1,傳感網系統組成示意圖,（,1,）基于,ZigBee,技術的傳感網的組成,對于基于,ZigBee,技術的傳感網，不同的具體應

13、用，傳感網節(jié)點的組成有所不同。通常，就一項具體應用而言，感知節(jié)點、感知對象和觀察者是傳感網的,3,個基本要素。一個傳感網系統組成示意圖如圖,8-1,所示。,2023年9月29日2.傳感網軟硬件系統設計圖 8-1 傳感,13,2024年11月9日,（,2,）網絡節(jié)點的硬件設計,1,）感知節(jié)點硬件結構?；?ZigBee,技術的感知節(jié)點硬件結構框圖如,8-2,所示。由該圖可以看出，感知節(jié)點主要由傳感器模塊和無線發(fā)送,/,接收模塊組成。在實際應用中，譬如對溫度和濕度測量的模擬信號需要經過一個多路選擇通道控制，依次送入微處理器后由微處理器進行校正編碼，然后傳送到基于,ZigBee,技術的收發(fā)端。,圖,

14、8-2,感知節(jié)點硬件結構框圖,2023年9月29日（2）網絡節(jié)點的硬件設計1）感知節(jié)點硬件,14,2024年11月9日,2,）網關節(jié)點硬件結構。,圖,8-3,網關節(jié)點硬件結構框圖,2023年9月29日2）網關節(jié)點硬件結構。圖 8-3 網關節(jié),15,2024年11月9日,（,3,）軟件設計,ZigBee,網絡屬于無線自組網絡，有全功能節(jié)點,(FFD),和半功能節(jié)點,(RFD),兩種設備類型。,RFD,一般作為終端感知節(jié)點，,FFD,可以作為協調器或路由匯聚節(jié)點。因此，軟件設計包括,RFD,程序和,FFD,程序兩部分，且均包括初始化程序、發(fā)射程序和接收程序、協議棧配置、組網方式配置程序以及各處理層

15、設置程序。初始化程序主要是對,CC2430,、,USAR,串口、協議棧、,LCD,等進行初始化；發(fā)射程序將所采集的數據通過,CC2430,調制并通過,DMA,直接送至射頻輸出；接收程序完成數據的接收并進行顯示、遠傳及返回信息處理；,PHY,、,MAC,、應用層、網絡層程序設置數據的底層、上層的處理和傳輸方式。,2023年9月29日（3）軟件設計,16,8.2.3 物聯網系統集成,2024年11月9日,系統的意思是,“,體系、制度、體制、秩序、規(guī)律和方法,”,。集成的意思是,“,成為整體、組合、綜合及一體化,”,，它表示了將單個元件組裝成一臺或一種結構的過程。例如將大量的晶體管組裝成一個,“,集

16、成,”,電路。集成也表示有某種規(guī)則的相互作用形式而聯結的部件組合體，即有組織的整體。例如，將軟件的多個功能模塊組合成,“,一體化,”,系統，使整體系統從一個程序到另一個程序能共享命令和數據流。集成以有機結合、協調工作、提高效率、創(chuàng)造效益為目的，將各個部分組合成具有全新功能、高效和統一的有機整體。,8.2.3 物聯網系統集成2023年9月29日系統的意思是,17,2024年11月9日,1.,物聯網系統集成的目的,物聯網系統集成的主要目的就是用硬件設備和軟件系統將網絡各部分連接起來，不僅實現網絡的物理連接，還要求能實現用戶的相應應用需求，也就是應用方案。因此，物聯網系統集成不僅涉及到技術，也涉及到企業(yè)管理、工程技術等方面的內容。目前，物聯網系統,集成技術可劃分為兩個域：一個是接口域，即路由網關，另一個是物聯網的服務域。服務域的作用主要是為路由網關提供一個統一訪問物聯網的界面，簡化兩者的集成難度，更重要的是，通過服務界面能有效控制和提高物聯網的服務質量，保證兩者集成后的可用性。,2023年9月29日1.物聯網系統集成的目的物聯網系統集成,18,2024年11月9日,2.,物聯網系統集成技術,