物联网传输层技术

《物联网传输层技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物联网传输层技术（53页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、物联网概论物联网概论物联网传输层技术物联网传输层技术物联网概论物联网概论23.3 协议与标准协议与标准3.2 无线通信传输层无线通信传输层3.1 有线通信传输层有线通信传输层3.3.1 IEEE 802.15.4（ZigBee）3.3.2 IEEE 802.11b（WiFi）3.3.3 IEEE 802.16（WiMAX）3.3.4 ISO（Bluetooth）3.2.1 长距离无线通信3.2.2 短距离无线通信3.1.1 三网融合3.1.2 现场总线物联网概论物联网概论第第3章章 物联网传输层物联网传输层 v传输层主要分：传输层主要分：有线通信有线通信 无线通信无线通信v两种通信方式对物联网

2、产业来说处于同等重要、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。例如，工业化和信息化互相补充的作用。例如，工业化和信息化“两化两化融合融合”业务中大部分还是有线通信，智能楼宇等业务中大部分还是有线通信，智能楼宇等领域也还是以有线通信为主。领域也还是以有线通信为主。v有线通信将来会成为物联网产业发展的主要支撑，有线通信将来会成为物联网产业发展的主要支撑，但无线通信技术也是不可或缺的。但无线通信技术也是不可或缺的。3物联网概论物联网概论3.1 有线通信传输层有线通信传输层 v有线通信技术可分为：有线通信技术可分为：中、长距离（中、长距离（WANWAN）的广域网络（包括）的广域网络（

3、包括PSTNPSTN、ADSLADSL和和HFCHFC数字电视数字电视CableCable等）等）短距离的现场总线（短距离的现场总线（Field BusField Bus，也包括，也包括PLCPLC电电力线载波等技术）力线载波等技术）4物联网概论物联网概论3.1.1 三网融合三网融合v现有的电信网、有线电视网和计算机网是物联网现有的电信网、有线电视网和计算机网是物联网业务可以利用的中、长距离有线网络。还有一些业务可以利用的中、长距离有线网络。还有一些和这三大网络规模相当的未公开的覆盖全国的专和这三大网络规模相当的未公开的覆盖全国的专网，如公安系统的专网，据说国家电网的专网比网，如公安系统的专网

4、，据说国家电网的专网比有线电视网规模还要大。有线电视网规模还要大。v 三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。图像等综合多媒体的通信业务。5物联网概论物联网概论3.1.1 三网融合三网融合基本概述基本概述v 三网融合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它并不三网融合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合

5、。其表现为技术上趋一，而主要是指高层业务应用的融合。其表现为技术上趋向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协协议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向人类提供多样议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向人类提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。三大网络通过技术行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等

6、综合多媒体的通改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。这就是所谓的三网融合。信业务。这就是所谓的三网融合。6物联网概论物联网概论3.1.1 三网融合三网融合结合点结合点v 三网融合，在概念上从不同角度和层次上分析，可以涉及到技术融合、三网融合，在概念上从不同角度和层次上分析，可以涉及到技术融合、业务融合、行业融合、终端融合及网络融合。目前更主要的是应用层业务融合、行业融合、终端融合及网络融合。目前更主要的是应用层次上互相使用统一的通信协议。次上互相使用统一的通信协议。IP优化光网络就是新一代电信网的优化光网络就是新一代电信网的基础，是我们所说的三网融合的结合点。基础，是我们所

7、说的三网融合的结合点。数字技术的迅速发展和全面采用，使电话、数据和图像信号都可以通过数字技术的迅速发展和全面采用，使电话、数据和图像信号都可以通过统一的编码进行传输和交换，所有业务在网络中都将成为统一的统一的编码进行传输和交换，所有业务在网络中都将成为统一的“0”0”或或“1”1”的比特流。的比特流。光通信技术的发展，为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输光通信技术的发展，为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输高质量，成为三网业务的理想平台。高质量，成为三网业务的理想平台。软件技术的发展使得三大网络及其终端都通过软件变更，最终支持各种软件技术的发展使得三大网络及其终端都通过软件变更

8、，最终支持各种用户所需的特性、功能和业务。用户所需的特性、功能和业务。最重要的是统一的最重要的是统一的TCP/IPTCP/IP协议的普遍采用，将使得各种以协议的普遍采用，将使得各种以IPIP为基础的业为基础的业务都能在不同的网上实现互通。人类首次具有统一的为三大网都能接受务都能在不同的网上实现互通。人类首次具有统一的为三大网都能接受的通信协议，从技术上为三网融合奠定了最坚实的基础。的通信协议，从技术上为三网融合奠定了最坚实的基础。7物联网概论物联网概论3.1.1 三网融合三网融合发展发展v 如果按传统的办法处理三网融合将是一个长期而艰巨的过程，如何绕如果按传统的办法处理三网融合将是一个长期而艰

9、巨的过程，如何绕过传统的三网来达到融合的目的，那就是寻找通信体制革命的这条路，过传统的三网来达到融合的目的，那就是寻找通信体制革命的这条路，我们必须把握技术的发展趋势，结合我国实际情况，选择我们自己的我们必须把握技术的发展趋势，结合我国实际情况，选择我们自己的发展道路。发展道路。v 我们的实际情况是数据通信与发达国家相比起步晚，传统的数据通信我们的实际情况是数据通信与发达国家相比起步晚，传统的数据通信业务规模不大，比起发达国家的多协议、多业务的包袱要小得多，因业务规模不大，比起发达国家的多协议、多业务的包袱要小得多，因此，可以尽快转向以此，可以尽快转向以IP为基础的新体制，在光缆上采用为基础的

10、新体制，在光缆上采用IP优化光网优化光网络，建设宽带络，建设宽带IP网，加速我国网，加速我国Internet网的发展，使之与我国传统网的发展，使之与我国传统的通信网长期并存，既节省开支又充分利用现有的网络资源。的通信网长期并存，既节省开支又充分利用现有的网络资源。v 2010年年1月月13日国务院总理温日国务院总理温 家宝主持召开国务院常务会议，决家宝主持召开国务院常务会议，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合。定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合。8物联网概论物联网概论3.1.1 三网融合三网融合v 有线广域网在物联网应用中的一个劣势就是众所周知的有线广域网在物联网应用中的

11、一个劣势就是众所周知的IPIP地址不够的问题，在地址不够的问题，在IPv6IPv6未全面实施之前，这个问题将制未全面实施之前，这个问题将制约有线网在物联网业务中的使用。约有线网在物联网业务中的使用。v 而无线广域网可以通过发而无线广域网可以通过发SIMSIM卡（电话卡（电话IDID号码）的方式解号码）的方式解决每个智能物件对应一个决每个智能物件对应一个IDID（号码）的问题。尽管如此，（号码）的问题。尽管如此，中国电信、歌华有线等以有线网络为主的营运商也都有宏中国电信、歌华有线等以有线网络为主的营运商也都有宏大的物联网业务计划，例如在智能家庭网关（大的物联网业务计划，例如在智能家庭网关（Hom

12、e Home GatewayGateway）领域，歌华有线凭借机顶盒的部署基础占据一）领域，歌华有线凭借机顶盒的部署基础占据一定优势。定优势。9物联网概论物联网概论3.1.2 3.1.2 现场总线现场总线FieldBus10物联网概论物联网概论概念概念vIEC61158IEC61158标准定义标准定义,现场总线现场总线是指安装在制造或是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线置之间数字式、串行、多点通信的数据总线.总线上的数据输入设备包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀门等，传输其位置状态、参数值等数据

13、；总线上的输出数据用于驱动信号灯、接触器、开关、阀门等；11物联网概论物联网概论总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的控制网络接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的控制网络物联网概论物联网概论产生的背景产生的背景v在计算机数据传输中，长期使用低数据速率和点在计算机数据传输中，长期使用低数据速率和点对点的数据传输标准。对点的数据传输标准。v在工业控制或生产自动化领域中使用大量的传感在工业控制或生产自动化领域中使用大量的传感器、执行器和控制器，器、执行器和控制器，若若采用星形拓扑结构，安采用星形

14、拓扑结构，安装成本和装成本和介质介质造价高。造价高。v采用流行的采用流行的LANLAN组件组件和环和环形、总线型拓扑结构，其形、总线型拓扑结构，其硬件和软件对应的系统造价高。硬件和软件对应的系统造价高。v需要设计一种造价低、而又能经受工业现场环境需要设计一种造价低、而又能经受工业现场环境的通信系统。的通信系统。物联网概论物联网概论减少了接线与安装减少了接线与安装物联网概论物联网概论现场总线控制系统现场总线控制系统v是建立在现场总线技术基础上的网络结构是建立在现场总线技术基础上的网络结构扁平化，具有开放性、可互操作性、常规扁平化，具有开放性、可互操作性、常规控制功能彻底分散、有统一的控制策略组控

15、制功能彻底分散、有统一的控制策略组态方法的新一代的分散型控制系统。态方法的新一代的分散型控制系统。物联网概论物联网概论技术特点技术特点v 开放性开放性。现场总线的开放性有几层含义。一是指相关标准的一致性和公开性。一致开放的标准有利于不同厂家设备之间的互连与替换。二是系统集成的透明性和开放性，用户进行系统设计、集成和重构的能力大大提高。三是产品竞争的公正性和公开性，用户可按自己的需要和评价，选用不同供应商的产品组成大小随意的系统。v 交互性交互性。现场总线设备的交互性有几层含义。一是指上层网络与现场设备之间具有相互沟通的能力。二是指现场设备之间具有相互沟通能力，也就是具有互操作性。三是指不同厂家

16、的同类设备可以相互替换，也就是具有互换性16物联网概论物联网概论技术特点技术特点v 自治性自治性。由于智能仪表将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能下载到现场设备中完成，因此一台单独的现场设备即具有自动控制的基本功能，可以随时诊断自己的运行状况，实现功能的自治。v 适应性适应性。安装在工业生产第一线的现场总线是专为恶劣环境而设计的，对现场环境具有很强的适应性。具有防电、防磁、防潮和较强的抗干扰能力，可满足本质安全防爆要求，可支持多种通信介质，如双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等。物联网概论物联网概论现场总线与其他通信技术的区别现场总线与其他通信技术的区别v现场总线与现场总线与

17、RS232、RS485 RS232、RS485只能代表通信的物理介质层和链路层，如果实现数据的双向访问，就必须自己编写通信应用和程序 现场总线技术是以ISO/OSI模型为基础的，具有完整的软件支持。v现场总线与计算机网络现场总线与计算机网络 现场总线是一种传输速率低、实时控制网络。是一种传输速率低、实时控制网络。短帧传送，计算机网络是一种实时性不高、高速信息网络。是一种实时性不高、高速信息网络。物联网概论物联网概论现场总线协议参考模型现场总线协议参考模型v为使不同厂家的智能仪表接入统一系统进行互连为使不同厂家的智能仪表接入统一系统进行互连操作，国际标准化组织操作，国际标准化组织ISO于于197

18、8年建立了一年建立了一个个“开放系统互连开放系统互连”的技术委员会。起草了的技术委员会。起草了“开开放系统互连基本参考模型放系统互连基本参考模型”（Open System Interconnection）的建议草案。）的建议草案。1983年正年正式成为国际标准（式成为国际标准（ISO7498）。）。1986年又对年又对该标准进行了进一步的完善和补充。该标准进行了进一步的完善和补充。物联网概论物联网概论OSI 参考模型参考模型物联网概论物联网概论现场总线系统是企业的底层网络现场总线系统是企业的底层网络局域网NT 服务器Internet监控工作站其它工作站现场总线接口差压变送器调节阀差压变送器 差

19、压变送器温度变送器企业管理层（数据网络）过程监控层（数据网络）现场控制层（控制网络）现场总线网段物联网概论物联网概论发展历史发展历史v 1984年美国年美国Inter公司提出一种计算机分布式控制系统公司提出一种计算机分布式控制系统-位总线位总线（BITBUS）v 80年代中期，美国年代中期，美国Rosemount 公司开发了一种可寻址的远程传感公司开发了一种可寻址的远程传感器（器（HART）通信协议）通信协议v 1985年由年由Honeywell和和Bailey等大公司发起，等大公司发起，成立了成立了World FIP制定了制定了FIP协议。协议。v 1987年，以年，以Siemens，Ros

20、emount，横河横河等几家著名公司为首等几家著名公司为首也成立了一个专门委员会也成立了一个专门委员会 互操作系统协议（互操作系统协议（ISP）并制定了并制定了PROFIBUS协议。协议。v 后来美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准后来美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准IEC/ISA SP50。v 两个现场总线集团：两个现场总线集团：ISP集团、集团、WorldFIP集团。集团。v 1994年，两大集团宣布合并，融合成现场总线基金会（年，两大集团宣布合并，融合成现场总线基金会（Fieldbus Foundation）简称）简称FF。22物联网概论物联网概论现场总线组织现场总线组织物联网概论物

21、联网概论现场总线标准现场总线标准v 制定现场总线标准的国际标准化组织制定现场总线标准的国际标准化组织v IEC/TC65IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信国际标准化工作的负责测量和控制系统数据通信国际标准化工作的SC65C/WG6SC65C/WG6，是最先开始现场总线标准化工作的组织。，是最先开始现场总线标准化工作的组织。v 20002000年初宣布，年初宣布，IECIEC现场总线国际标准子集有八种：现场总线国际标准子集有八种：v 最早成为国际标准的是最早成为国际标准的是CANCAN，它属于，它属于ISOISO标准：标准：ISO11898ISO11898物联网概论物联网概论技术优点技术

22、优点v 节省硬件数量与投资节省硬件数量与投资v 节省安装费用节省安装费用v 节省维护开销节省维护开销v 用户具有高度的系统集成主动权用户具有高度的系统集成主动权v 系统的系统的实时性实时性与与可靠性可靠性25快速实时响应能力的要求快速实时响应能力的要求 传输速率传输速率不高于不高于1Mbps1Mbps 响应时间响应时间为为0.010.010.5s0.5s 具有处理具有处理随机事件的能随机事件的能力力 硬件严格筛选；硬件严格筛选；软件简单易用；软件简单易用；在线快速排除故障；在线快速排除故障；独立的局部数据库；独立的局部数据库；容错技术和冗余技术容错技术和冗余技术物联网概论物联网概论网络拓扑结构

23、网络拓扑结构v 环形拓扑结构环形拓扑结构v 星形拓扑结构星形拓扑结构v 总线型拓扑结构总线型拓扑结构v 树型拓扑结构树型拓扑结构26物联网概论物联网概论现场总线的分类现场总线的分类v目前国际上有目前国际上有4040多种现场总线，但没有任何一种多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的 大小可分为大小可分为4 4类：类：v传感器总线传感器总线：信息量小、响应快、位传输：信息量小、响应快、位传输v设备总线：设备总线：可靠性高、响应快、字节传输可靠性高、响应快、字节传输v控制总线：控制总线：信息量大、可靠性高、信息传输信息量大、可

24、靠性高、信息传输v信息总线：信息总线：信息量大、集成度高、文件传输信息量大、集成度高、文件传输27物联网概论物联网概论物联网概论物联网概论常用现场总线常用现场总线v现场总线是现场总线是FCSFCS的核心。目前，世界上出现了多种的核心。目前，世界上出现了多种现场总线的企业或国家标准。这些现场总线技术现场总线的企业或国家标准。这些现场总线技术各具特点，已经逐渐形成自己的产品系列，并占各具特点，已经逐渐形成自己的产品系列，并占有相当大的市场份额。由于技术和商业利益的原有相当大的市场份额。由于技术和商业利益的原因，尚没有统一。以下就是目前流行的几种著名因，尚没有统一。以下就是目前流行的几种著名的现场总

25、线。的现场总线。物联网概论物联网概论CANv CAN（Control Area Network，ISO11898），由德国），由德国Bosch公司推出、最早用于汽车内部监测部件与控制部件公司推出、最早用于汽车内部监测部件与控制部件的数据通信网络。现在已经逐步应用到其它控制领域。的数据通信网络。现在已经逐步应用到其它控制领域。CAN协议采用了协议采用了OSI底层的物理层、数据链路层和高层的底层的物理层、数据链路层和高层的应用层，信号传输介质为双绞线。最高通信速率为应用层，信号传输介质为双绞线。最高通信速率为1Mbps（通信距离（通信距离40m），最远通信距离可达），最远通信距离可达10km（通信

26、速率（通信速率为为5kbps），节点总数可达），节点总数可达110个。个。v CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输的时间短，受干扰的概率低，每帧信息均采个，因而传输的时间短，受干扰的概率低，每帧信息均采用循环冗余校验用循环冗余校验CRC，通信误码率极低。，通信误码率极低。CAN节点在错节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，这时故障节误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，这时故障节点与总线脱离，使其它节点的通信不受影响。点与总线脱离，使其它节点的通信不受影响。30物联网概论物联网概论Lon Worksv Lon

27、Works（Local Operating Network的缩写）。由美的缩写）。由美国国 Echelon公司研制、公司研制、1990年正式公布。采用了年正式公布。采用了ISO/OSI模型中完整的七层通信协议，其最高通信速率为模型中完整的七层通信协议，其最高通信速率为1.25mbps（通信距离不超过（通信距离不超过130m），最远通信距离为），最远通信距离为27km（通信速率为（通信速率为78kbps），节点总数可达），节点总数可达32000个。个。网络的传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、射频、网络的传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等。红外线、电力线等。v Lon

28、 Works的信号传输采用可变长帧结构。每帧的有效字的信号传输采用可变长帧结构。每帧的有效字节可由节可由0288个。个。Lon Works所采用的所采用的Lon Talk通信协通信协议被封装在称之为议被封装在称之为Neuron的神经元芯片中。的神经元芯片中。物联网概论物联网概论PROFIBUSv PROFIBUS是是(Process Field Bus的缩写的缩写)。它是德国国。它是德国国家标准家标准 DIN 19245和欧洲标准和欧洲标准 EN 50170所规定的现场总所规定的现场总线标准。线标准。PROFIBUS由三个兼容部分组成，即由三个兼容部分组成，即PROFIBUSDP、PROFIB

29、USPA和和 PROFIBUSFMS。最高通信速率为。最高通信速率为12Mbps（通信距离不超过（通信距离不超过100m），最大通信距离为），最大通信距离为 1200m（通信速率为（通信速率为9.6kbps）。如）。如果采用中继器可延长至果采用中继器可延长至10km，其传输介质可以是双绞线，其传输介质可以是双绞线或光缆。每个网络可挂或光缆。每个网络可挂32个节点，如带中继器，最多可挂个节点，如带中继器，最多可挂127个节点。个节点。v PROFIBUS采用定长或可变长帧结构，定长帧一般为采用定长或可变长帧结构，定长帧一般为8字字节，可变长帧每帧的有效字节数为节，可变长帧每帧的有效字节数为l24

30、4个。近年来，多个。近年来，多家公司联合开发家公司联合开发PROFIBUS通信系统的专用集成电路芯片通信系统的专用集成电路芯片物联网概论物联网概论Fieldbus Foundationv 现场总线基金会现场总线基金会(Fieldbus Foundation,FF)(Fieldbus Foundation,FF)是国际公认是国际公认的、惟一不属于某企业的、非商业化的国际标准化组织。的、惟一不属于某企业的、非商业化的国际标准化组织。其宗旨是制定单一的国际现场总线标准。其宗旨是制定单一的国际现场总线标准。v FFFF总线以总线以OSIOSI参考模型为基础，取其物理层、链路层和应参考模型为基础，取其物

31、理层、链路层和应用层为用层为FFFF通信模型的相应层次，并在此基础上增加了用户通信模型的相应层次，并在此基础上增加了用户层。层。FFFF总线分为低速现场总线和高速现场总线两种通信速总线分为低速现场总线和高速现场总线两种通信速率。低速现场总线率。低速现场总线H1H1的传输速率为的传输速率为31.25kbps31.25kbps，高速现场，高速现场总线总线HSEHSE的传输速率为的传输速率为100Mbps100Mbps，H1H1支持总线供电和本质安支持总线供电和本质安全特性，最大通信距离为全特性，最大通信距离为1900m1900m（如果加中继器可延长至（如果加中继器可延长至9500m9500m，最多

32、可直接连接，最多可直接连接3232个节点（非总线供电）、个节点（非总线供电）、1313个个节点（总线供电）、节点（总线供电）、6 6个节点（本质安全要求）。个节点（本质安全要求）。物联网概论物联网概论v如果加中继器最多可连接如果加中继器最多可连接240240个节点。通信介质为个节点。通信介质为双绞线、光缆或无线电。双绞线、光缆或无线电。vFFFF采用可变长帧结构，每帧的有效字节数为采用可变长帧结构，每帧的有效字节数为 02510251个。目前已经有个。目前已经有 SmarSmar、FujiFuji、NationalNational、SemiconductorSemiconductor、Siem

33、ensSiemens、YokogawaYokogawa等等1212家公家公司可以提供司可以提供FFFF的通信芯片。的通信芯片。v目前，全世界已有目前，全世界已有120120多个用户和制造商成为现场多个用户和制造商成为现场总线基金会的成员。基金会董事会囊括了世界上总线基金会的成员。基金会董事会囊括了世界上最主要的自动化设备供应商。基金会成员所生产最主要的自动化设备供应商。基金会成员所生产的自动化设备占世界市场的的自动化设备占世界市场的9090以上。以上。物联网概论物联网概论HARTv 可寻址远程传感器数据通路（可寻址远程传感器数据通路（Highway Addressable Highway Ad

34、dressable Remote TransducerRemote Transducer），最早由），最早由RosemountRosemount公司开发。参考公司开发。参考了了ISO/OSIISO/OSI参考模型的物理层、数据链路层和应用层。采参考模型的物理层、数据链路层和应用层。采用基于用基于Bell 202Bell 202通信标准的频移键控通信标准的频移键控FSKFSK技术。通信速率技术。通信速率为为1200bps1200bps，单台设备的最大通信距离为，单台设备的最大通信距离为3000m3000m，多台设备，多台设备互连的最大通信距离为互连的最大通信距离为1500m 1500m，通信介质

35、为双绞线，最大，通信介质为双绞线，最大节点数为节点数为1515个。个。v HARTHART采用可变长帧结构，每帧最长为采用可变长帧结构，每帧最长为2525个字节，寻址范围个字节，寻址范围为为0 01515。当地址为。当地址为0 0时，处于时，处于420mA420mA与数字通信兼容状态与数字通信兼容状态。而当地址为。而当地址为l15l15时，则处于全数字状态时，则处于全数字状态。物联网概论物联网概论WorldFIPv 世界工厂仪表协议世界工厂仪表协议World Factory Instrument ProtocolWorld Factory Instrument Protocol的缩写。采纳了的

36、缩写。采纳了IECIEC物理层国际标准（物理层国际标准（IEC6ll58IEC6ll582 2），是），是欧洲现场总线标准欧洲现场总线标准EN50170-3EN50170-3。v WorldFIPWorldFIP协议按照协议按照OSIOSI参考模型定义了物理层、数据链路参考模型定义了物理层、数据链路层和应用层。层和应用层。WorldFIPWorldFIP采用有调度的总线访问控制，通信采用有调度的总线访问控制，通信速率分别为速率分别为31.35kbps31.35kbps、1Mbps1Mbps、2.5Mbps2.5Mbps，对应的最大通，对应的最大通信距离分别为信距离分别为5000m5000m、1

37、000m1000m、500m 500m，其通信介质为双绞，其通信介质为双绞线。如果采用光纤，其最大通信距离可达线。如果采用光纤，其最大通信距离可达40km40km。每段现场。每段现场总线的最大节点数为总线的最大节点数为3232个，使用分线盒可连接个，使用分线盒可连接256256个节点个节点。整个网络最多可以使用。整个网络最多可以使用3 3个中继器，连接个中继器，连接4 4个网段。个网段。v WorldFIPWorldFIP采用可变长帧结构，每帧的最大字节数为采用可变长帧结构，每帧的最大字节数为256256个个。适合于包括。适合于包括TCPTCPIPIP在内的各种类型的协议数据单元。在内的各种类

38、型的协议数据单元。WorldFIPWorldFIP可以提供各种专用通信芯片。可以提供各种专用通信芯片。现场总线的特点和应用范围现场总线的特点和应用范围现场总线现场总线特特 点点应应 用用Profibus-DP传输速率传输速率 9.6-12Kbps支持支持Profibus-DP总线的智能电气设备、总线的智能电气设备、PLC等等，适用于过程顺序控制和过程参数的监控，适用于过程顺序控制和过程参数的监控传输距离传输距离 1001200m传输介质传输介质 双绞线或光缆双绞线或光缆FFFF传输速率传输速率 31.25Kbps现场总线仪表，执行机构等过程参数的监控现场总线仪表，执行机构等过程参数的监控传输距

39、离传输距离 1900m传输介质传输介质 双绞线或光缆双绞线或光缆CANCAN传输速率传输速率 5500Kbps汽车内部的电子装置控制，大型仪表的数据采集汽车内部的电子装置控制，大型仪表的数据采集和控制和控制传输距离传输距离 40-500m传输介质传输介质 两芯电缆两芯电缆WorldFIPWorldFIP传输速率传输速率 31.252500Kbps可应用于连续或断续过程的自动控制可应用于连续或断续过程的自动控制传输距离传输距离 5005000m传输介质传输介质 双绞线或光缆双绞线或光缆DeviceNetDeviceNet传输速率传输速率 125、250、500Kbps适用于电器设备和控制设备的设

40、备级网络控制，适用于电器设备和控制设备的设备级网络控制，以及过程控制和顺序控制设备等以及过程控制和顺序控制设备等传输距离传输距离 100500m传输介质传输介质 五芯电缆五芯电缆InterbusInterbus传输速率传输速率 500K12Mbps车间设备和车间设备和PLCPLC网络控制网络控制传输距离传输距离 100m传输介质传输介质 同轴电缆或者光缆同轴电缆或者光缆ControlNetControlNet传输速率传输速率 5Mbps车间级网络控制和车间级网络控制和PLCPLC网络控制网络控制传输距离传输距离 100400m传输介质传输介质 双绞线双绞线LonWorksLonWorks传输速

41、率传输速率 781250Kbps由于智能神经元节点技术和电力载波技术，可广由于智能神经元节点技术和电力载波技术，可广泛应用于电力系统和楼宇自动化泛应用于电力系统和楼宇自动化传输距离传输距离 1302700m传输介质传输介质 双绞线或电力线双绞线或电力线8种现场总线的特点和应用范围种现场总线的特点和应用范围物联网概论物联网概论现场总线应用现场总线应用v 现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设备间需要数据现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设备间需要数据通信的场合都需要它通信的场合都需要它 连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造纸，过程自动化仪表；火车、汽车、轮船、机器人、数控机床；智能传

42、感器 楼宇自控、仓储；智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络）农、林、水利、养殖等v 其技术与产品在工业控制计算机、测控板卡、仪器仪表、其技术与产品在工业控制计算机、测控板卡、仪器仪表、系统集成、应用系统等领域都有良好的发展前景系统集成、应用系统等领域都有良好的发展前景物联网概论物联网概论403.3 协议与标准协议与标准3.2 无线通信传输层无线通信传输层3.1 有线通信传输层有线通信传输层3.3.1 IEEE 802.15.4（ZigBee）3.3.2 IEEE 802.11b（WiFi）3.3.3 IEEE 802.16（WiMAX）3.3.4 ISO（Bluetooth）3.3.5 数

43、据标准3.2.1 长距离无线通信3.2.2 短距离无线通信3.1.1 三网融合3.1.2 现场总线物联网概论物联网概论3.2 无线通信传输层无线通信传输层v无线通信也可分为无线通信也可分为 长距离的无线广域网（长距离的无线广域网（WWANWWAN）中、短距离的无线局域网（中、短距离的无线局域网（WLANWLAN）超短距离的超短距离的WPANWPAN（无线个人网，（无线个人网，Wireless Wireless Personal Area NetworksPersonal Area Networks）v传感网主要由传感网主要由WLAN或或WPAN技术作为支撑，技术作为支撑，结合传感器。结合传感器

44、。“传感器传感器”和和“传感网传感网”二合一的二合一的RFID的传输部分也是属于的传输部分也是属于WPAN或或WLAN。41物联网概论物联网概论3.2.1长距离无线通信长距离无线通信v无线通信发展：无线通信发展：1G1G：19951995年问世的第一代模拟制式手机只能进行语音通话；年问世的第一代模拟制式手机只能进行语音通话；2G2G：19961996到到19971997年出现的第二代年出现的第二代GSMGSM、TDMATDMA等数字制式手机便增加等数字制式手机便增加了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页；了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页；2.5G2.5G：基于：基于2G2G与与3G3G之

45、间的过渡类型。比之间的过渡类型。比2G2G在速度、带宽上有所提在速度、带宽上有所提高。可使现有高。可使现有GSMGSM网络轻易地实现与高速数据分组的简便接入。网络轻易地实现与高速数据分组的简便接入。3G3G：第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、提升，它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良电子商务

46、等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。好兼容性。42物联网概论物联网概论3.2.1长距离无线通信长距离无线通信vGSM：全名为：全名为：Global System for Mobile CommunicationsGlobal System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，中文为全球移动通讯系统，俗称俗称 全球通全球通，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部其开发目的是让全球各地可以共

47、同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。我国于手机就能行遍全球。我国于2020世纪世纪9090年代初引进采用此项技术标准，此前一直是年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSMGSM技术（技术（20012001年年1212月月3131日我国关闭了模拟移动日我国关闭了模拟移动网络）。目前，中国移动、中国联通各拥有一个网络）。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSMGSM网，为世界最大的移动通信网网，为世界最大的移动通信网络。络。GSMGSM系统包括系统包括 GSM 900GSM 900：900MHz900MHz、GS

48、M1800GSM1800：1800MHz 1800MHz 及及 GSM1900GSM1900：1900MHz1900MHz等等几个频段几个频段 。GSMGSM（全球移动通信系统）是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的（全球移动通信系统）是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。数字移动电话系统。GSMGSM使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术（话技术（TDMATDMA、GSMGSM和和CDMACDMA）中使用最为广泛的一种。）中使用最为广泛的一种。GSMGSM将资料数字化，并将数将资料数字化，并将数据进行压缩，然后

49、与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个用据进行压缩，然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个用户数据流都有各自的时隙。户数据流都有各自的时隙。GSMGSM实际上是欧洲的无线电话标准，据实际上是欧洲的无线电话标准，据GSM GSM MoUMoU联合联合委员会报道，委员会报道，GSMGSM在全球有在全球有1212亿的用户，并且用户遍布亿的用户，并且用户遍布120120多个国家。因为许多多个国家。因为许多GSMGSM网络操作员与其他国外操作员有漫游协议，因此当用户到其他国家之后，仍然可网络操作员与其他国外操作员有漫游协议，因此当用户到其他国家之后，仍然可以继续使用他们的

50、移动电话。以继续使用他们的移动电话。43物联网概论物联网概论3.2.1长距离无线通信长距离无线通信vCDMA：是是码分多址码分多址的英文缩写的英文缩写(CodeCode Division Multiple Division Multiple AccessAccess)，它是在，它是在数字技术数字技术的分支的分支-扩频通信技术上发扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMACDMA技术技术的原理是基于的原理是基于扩频扩频技术，即将需传送的具有一定信号技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽信息数据，用一个带宽带宽远大于信号带宽

51、的高速伪远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。44物联网概论物联网概论3.2.1长距离无线通信长距离无线通信vTD-SCDMA：全称全称TimeDivision-SynchronousCDMATimeDivision-SynchronousCDMA，该

52、标准是由我国大唐电信，该标准是由我国大唐电信公司提出的公司提出的3G3G标准。该标准将智能无线、同步标准。该标准将智能无线、同步CDMACDMA和软件无线电和软件无线电等当今国际领先技术融于其中。由于中国国内庞大的市场，该标等当今国际领先技术融于其中。由于中国国内庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持都宣布可以支持TD-SCDMATD-SCDMA标准，对于中国通信事业实为一大机遇。标准，对于中国通信事业实为一大机遇。由于由于3G3G商用需要相当浩大的工程，所牵扯的层面多且复杂，要从商用需要相

53、当浩大的工程，所牵扯的层面多且复杂，要从目前的目前的2G2G迈向迈向3G3G不可能一下就衔接得上，因而不可能一下就衔接得上，因而2.5G2.5G的手机就应运的手机就应运而生，目前已经进行商业应用的而生，目前已经进行商业应用的2.5G2.5G移动通信技术可以认为是从移动通信技术可以认为是从2G2G迈向迈向3G3G的衔接性技术，同时也就衍生了的衔接性技术，同时也就衍生了HSCSDHSCSD、WAPWAP、EDGEEDGE、蓝、蓝牙牙(BluetootBluetoot)、EPOCEPOC等技术都是等技术都是2.5G2.5G技术。技术。45物联网概论物联网概论3.2.1长距离无线通信长距离无线通信vW

54、CDMA：即即WidebandCDMAWidebandCDMA，意为宽频分码多重存取，是由，意为宽频分码多重存取，是由GSMGSM网网发展出来的发展出来的3G3G技术规范，其支持者主要是以技术规范，其支持者主要是以GSMGSM系统为系统为主的欧洲厂商，包括欧美的爱立信、诺基亚、朗讯、主的欧洲厂商，包括欧美的爱立信、诺基亚、朗讯、北电以及日本的北电以及日本的NTTNTT、富士通、夏普等厂商。这套系统、富士通、夏普等厂商。这套系统能够架设在现有的能够架设在现有的GSMGSM网络上，对于系统提供商而言可网络上，对于系统提供商而言可以较方便地过渡，而以较方便地过渡，而GSMGSM系统相当普及的亚洲对这

55、套新系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度会比较高。因此，技术的接受度会比较高。因此，W-CDMAW-CDMA具有先天的市具有先天的市场优势。目前场优势。目前W-CDMAW-CDMA手机已有多种产品面世，但国内手机已有多种产品面世，但国内还没有完善的还没有完善的3G3G网络可以应用。网络可以应用。46物联网概论物联网概论3.2.1长距离无线通信长距离无线通信vGPRS：是通用分组无线业务是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)(General Packet Radio Service)的简称，它是的简称，它是GSMGSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。

56、移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成它经常被描述成“2.5G”2.5G”，也，也就是说这项技术位于第二代（就是说这项技术位于第二代（2G2G）和第三代（）和第三代（3G3G）移动通讯技术之间。）移动通讯技术之间。它通过利用它通过利用GSMGSM网络中未使用的网络中未使用的TDMATDMA信道，提供中速的数据传递。信道，提供中速的数据传递。GPRSGPRS突突破了破了GSMGSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对对现有的基站系统进行部分改造来实

57、现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS(General Packet GPRS(General Packet Radio Service)Radio Service)是一种以全球手机系统（是一种以全球手机系统（GSMGSM）为基础的数据传输技术，）为基础的数据传输技术，可说是可说是GSMGSM的延续。的延续。GPRSGPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（PacketPacket）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计）式来传输，因此使用者所负

58、担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRSGPRS的传输速率可提升至的传输速率可提升至5656甚至甚至114Kbps114Kbps。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。如此，使用者既可联机上网，参加视所以连接及传输都会更方便容易。如此，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上（讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上（VRNVRN）的使用者，甚至可）的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连接

59、以无需通过拨号上网，而持续与网络连接47物联网概论物联网概论3.2.2短距离无线通信短距离无线通信v蓝牙：蓝牙：蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m10m之内）的无线电技术。能在包括移动之内）的无线电技术。能在包括移动电话、电话、PDAPDA、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。、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。蓝牙的标准是蓝牙的标准是IEEE802.15IEEE802.15，工作在，工作在2.4GHz 2.4GHz 频带，带宽为频带，带宽为1Mb/s1Mb/s。“蓝牙蓝牙”（BluetoothB

60、luetooth）原是一位在）原是一位在1010世纪统一丹麦的国王，他将当时的瑞典、芬世纪统一丹麦的国王，他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频（面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频（FHFH，Frequency HoppingFrequency Hopping）和时分多）和时分多址（址（TDMATDMA，Time Time DivesionMuliDivesionMuliaccessaccess）等先进技术，在近距离内最廉价地将几）等

61、先进技术，在近距离内最廉价地将几台数字化设备（各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字台数字化设备（各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统，如数字照相机、数字摄像机等，甚至各种家用电器、自动化设备）呈数据系统，如数字照相机、数字摄像机等，甚至各种家用电器、自动化设备）呈网状链接起来。蓝牙技术将是网络中各种外围设备接口的统一桥梁，它消除了设网状链接起来。蓝牙技术将是网络中各种外围设备接口的统一桥梁，它消除了设备之间的连线，取而代之以无线连接。备之间的连线，取而代之以无线连接。蓝牙是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去蓝牙是一种

62、短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1 1兆字节。以往红外线接口的传输兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。免除了。48物联网概论物联网概论3.2.2短距离无线通信短距离无线通信vWiFi：俗称俗称 无线宽带，无线

63、宽带，IEEE 802.11b IEEE 802.11b 的别称。是由一个名为的别称。是由一个名为“无线以无线以太网相容联盟太网相容联盟”（Wireless Ethernet Compatibility Alliance,Wireless Ethernet Compatibility Alliance,WECAWECA）的组织所发布的业界术语，中文译为）的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证无线相容认证”。它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。随著技术的发展，以及接入的无线电信号。随著技术的发展

64、，以及IEEE 802.11a IEEE 802.11a 及及IEEE IEEE 802.11g802.11g等标准的出现，现在等标准的出现，现在IEEE 802.11 IEEE 802.11 这个标准已被统称作这个标准已被统称作Wi-FiWi-Fi。从应用层面来说，要使用。从应用层面来说，要使用Wi-FiWi-Fi，用户首先要有，用户首先要有 Wi-Fi Wi-Fi 兼兼容的用户端装置。容的用户端装置。Wi-Fi(Wireless Fidelity)Wi-Fi(Wireless Fidelity)，无线保真技术与，无线保真技术与蓝牙蓝牙技术一样，同技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离

65、无线技术。该技术使用的是属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的是2.4GHz2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。其目附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。其目前可使用的标准有两个，分别是前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11aIEEE802.11a和和IEEE802.11bIEEE802.11b。该。该技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。49物联网概论物联网概论3.2.2短距离无线通信短距离无线通信vWiMAX：全称为全称为Worldwide Interoperability for M

66、icrowave Access,Worldwide Interoperability for Microwave Access,即即全球微波互联接入。全球微波互联接入。WiMAXWiMAX的另一个名字是的另一个名字是802.16802.16。WiMAXWiMAX是一项是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达传输距离最远可达50km50km。WiMAXWiMAX还具有还具有QoSQoS保障、传输速率高、业保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。务丰富多样等优点。WiMAXWiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的技术发展方向的OFDM/OFDMAOFDM/OFDMA、AASAAS、MIMOMIMO等先进技术，随着技术标等先进技术，随着技术标准的发展，准的发展，WiMAXWiMAX将逐步实现宽带业务的移动化，而将逐步实现宽带业务的移动化，而3G3G则将实现移则将实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度将会越来越高。动业务的宽带化，两种网络的融合程度将