第8章物联网规划设计与构建27

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1、*,*,物联网技术,第,8,章,物联网规划设计与构建,物联网技术,第,1,章 概论,*,*,物联网技术,课件,第,8,章 物联网,规划设计与建设,2024年11月2日,电子工业出版社 刘化君 刘传清编著,物联网技术,教材配套课件,8,2023年3月7日,8.1,物联网设计,基,基础,8.1.1,物联网规划,设,设计的原则,8.1.2,物联网规划,设,设计的步骤,8.2,物联网的构,建,建,8.2.1,物联网应用,系,系统规划,8.2.2,物联网应用,系,系统设计,8.2.3,物联网系统,集,集成,8.3,物联网应用,系,系统设计示,例,例,8.3.1,智能家居物,联,联网系统应,用,用示例,8

2、.3.2,工业智能控,制,制系统应用,示,示例,8.4,传感网的广,域,域互联,8.4.1,传感网广域,互,互联的方式,8.4.2,基于,IPv6,的互联接入,第,8,章 物联网,规,规划设计与,构,构建,2023年3月7日,8.1 物,联,联网设计基,础,础,由物联网的,英,英文名,Internet of Things,可知，物联,网,网就是物物,互,互联的信息,网,网络。这样,表,表述有两层,含,含义：一是,物,物联网的核,心,心承载网络,是,是互联网；,二,二是物联网,的,的客户端延,伸,伸和扩展到,了,了任何物品,与,与物品之间,，,，并能进行,数,数据交换和,通,通信。这里,的,的,

3、“,物,”,要满足以下,条,条件才能够,被,被纳入,“,物联网,”,的范围：,有,有相应信息,的,的接收器和,发,发送器；,要,要有数据传,输,输通路；,有,有一定的存,储,储功能；,有,有,CPU,；有操作,系,系统；有,专,专门的应用,程,程序；遵,循,循物联网的,通,通信协议；,在网络中,有,有可被识别,的,的惟一编号,。,。,2023,年,年3月7,日,日,8.1.,1,物联网规,划,划设计的,原,原则,1.,实用性和,先,先进性原,则,则,2.,安全性原,则,则,3.,标准化、,开,开放性和,可,可扩展性,原,原则,4.,可靠性与,可,可用性原,则,则,2023,年,年3月7,日,日

4、,8.1.,2,物联网规,划,划设计的,步,步骤,1.,用户需求,调,调查与分,析,析,2.,网络系统,初,初步设计,3,物联网,系,系统详细,设,设计,4,物联网,系,系统详细,设,设计,5,系统测,试,试和试运,行,行,8.2,物,物联网的,构,构建,2023,年,年3月7,日,日,目前看来,，,，可以把,物,物联网看,作,作是以电,子,子标签、,传,传感器等,感,感知设施,和,和,EPC,码为基础,，,，建立在,计,计算机互,联,联网基础,上,上的物物,相,相联网络,，,，传感网,是,是其最复,杂,杂的一个,组,组成部分,。,。一个应,用,用系统可,能,能有几个,到,到几万、,上,上百万

5、不,等,等的感知,节,节点，应,用,用环境除,了,了室内外,，,，还包括,在,在不同温,度,度、湿度,、,、电磁干,扰,扰下的户,外,外环境，,因,因此，末,梢,梢感知节,点,点采集控,制,制设备、,接,接入层技,术,术是物联,网,网的关键,和,和难点。,8.2.1 物联,网,网应用系,统,统规划,2023年3,月,月7日,物联网技术和,产,产业的发展将,引,引发新一轮信,息,息技术革命和,产,产业革命，是,信,信息产业领域,未,未来竞争的制,高,高点和产业升,级,级的核心驱动,力,力。随着信息,采,采集与智能计,算,算技术的迅速,发,发展和互联网,与,与移动通信网,的,的广泛应用，,大,大规

6、模发展物,联,联网及相关产,业,业的时机日趋,成,成熟，我国早,在,在十多年前就,开,开始了物联网,相,相关领域的研,究,究，技术和标,准,准与国际基本,同,同步。现阶段,，,，其应用主要,为,为传感网，可,在,在以下各领域,构,构建物联网系,统,统。,2023年3,月,月7日,1.,经济领,域,域的物,联,联网系,统,统,经济领,域,域物联,网,网系统,主,主要是,以,以提高,生,生产效,率,率、改,善,善管理,和,和节能,减,减排为,目,目的应,用,用系统,，,，包括,智,智能工,业,业、智,能,能农业,、,、智能,物,物流和,智,智能电,网,网等。,（,1,）智能,工,工业,1,）工业,

7、智,智能控,制,制系统,。,。,2,）智能,装,装备产,品,品。,（,2,）智,能,能农业,1,）数字,大,大棚物,联,联网系,统,统推广,平,平台。,2,）农业,服,服务、,管,管理和,远,远程监,测,测平台,。,。,（,3,）智能,物,物流,1,）危险,品,品运输,车,车辆智,能,能调度,及,及监控,系,系统。,2,）集装,箱,箱智能,物,物流调,度,度系统,及,及平台,。,。,3,）食品,及,及药品,追,追溯系,统,统。,（,4,）智,能,能电,网,网,1,）电,网,网电,力,力设,施,施智,能,能监,测,测网,络,络及,平,平台,2,）智,能,能化,远,远程,抄,抄表,系,系统,及,及

8、网,络,络。,2023,年,年3,月,月7,日,日,2.,公共,管,管理,领,领域,的,的物,联,联网,系,系统,公共,管,管理,领,领域,物,物联,网,网主,要,要是,以,以提,高,高公,共,共管,理,理水,平,平为,目,目的,应,应用,系,系统,，,，这,可,可围,绕,绕市,政,政基,础,础设,施,施建,设,设管,理,理、,重,重大,突,突发,事,事件,响,响应,、,、重,点,点区,域,域环,境,境监,测,测等,，,，建,设,设城,市,市智,能,能交,通,通、,智,智能,公,公共,安,安全,、,、智,能,能环,保,保和,智,智能,灾,灾害,防,防控,等,等物,联,联网,系,系统,。,。,（

9、,1,）城,市,市智,能,能交,通,通,1,）交,通,通流,量,量与,违,违规,监,监测,网,网络,及,及平,台,台。,2,）智,能,能停,车,车系,统,统。,（,2,）智,能,能公,共,共安,全,全,1,）城,市,市公,共,共安,全,全平,台,台,2,）重,要,要基,础,础设,施,施安,全,全防,护,护平,台,台。,（,3,）智,能,能环,保,保,1,）水,环,环境,监,监测,物,物联,网,网系,统,统及,预,预警,平,平台,。,。,2,）生态城,市,市大气环,境,境智能监,测,测平台。,3,）重点排,污,污企业智,能,能化远程,监,监控平台,.,（,4,）智能灾,害,害防控,1,）水文智,

10、能,能监测及,洪,洪灾预警,平,平台。,2,）气象灾,害,害监测和,预,预警系统,。,。,3,）地质灾,害,害监测预,警,警与防控,系,系统。,2023,年,年3月7,日,日,3.,公众服务,领,领域的物,联,联网系统,公众服务,领,领域物联,网,网主要以,提,提高人民,生,生活水平,为,为目的构,建,建应用系,统,统，可以,物,物联网与,TD,SCDMA,等,3G,网络融合,应,应用为突,破,破口，建,设,设譬如智,能,能医护、,智,智能家居,等,等应用系,统,统。,（,1,）智能医,护,护,1,）个人健,康,康实时服,务,务平台。,通,通过建设,个,个人实时,健,健康监测,和,和服务平,台

11、,台，提升,对,对老年市,民,民、离退,休,休干部等,实,实时医疗,医,医护服务,水,水平。,2,）智能重,症,症监护病,房,房平台。,通,通过建设,重,重症监护,病,病房智能,系,系统，对,病,病人生理,参,参数进行,实,实时监测,和,和分析，,能,能够降低,医,医疗费用,，,，提高卫,生,生资源的,使,使用效益,。,。,（,2,）智能家,居,居,1,）智能小,区,区：在住,宅,宅小区引,入,入物联网,技,技术，建,设,设联入城,市,市公共安,全,全平台的,小,小区安防,系,系统以及,基,基于通信,网,网络的家,庭,庭环境监,控,控、智能,安,安防系统,、,、电子支,付,付等智能,控,控制平

12、台,，,，可实现,小,小区、家,居,居智能化,。,。,2,）基于物,联,联网的节,能,能建筑：,在,在政府机,关,关、科研,院,院校和商,业,业区写字,楼,楼铺设物,联,联网，实,时,时收集水,、,、电等资,源,源使用信,息,息，根据,人,人员活动,情,情况自动,调,调节空调,、,、电灯和,水,水源等，,达,达到节能,减,减排的目,的,的。,8.2.2 物联,网,网应用系,统,统设计,2023,年,年3月7,日,日,对于近距,离,离无线通,信,信，,IEEE802.15,委员会制,订,订了,3,种不同的,无,无线个人,局,局域网,(WPAN),标准。其,中,中，,IEEE802.15.3,标准

13、是高,速,速率的,WPAN,标准，适,合,合于多媒,体,体应用，,有,有较高的,网,网络服务,质,质量（,QoS,）保证；,IEEE802.15.1,标准即蓝,牙,牙技术，,具,具有中等,速,速率，适,合,合于蜂窝,电,电话和,PDA,等的通信,，,，其,QoS,机制适合,于,于话音业,务,务。,IEEE802.15.4,标准和,ZigBee,技术完全,融,融合，专,为,为低速率,、,、低功耗,的,的无线互,联,联应用而,设,设计，对,数,数据速率,和,和,QoS,的要求不,高,高。目前,，,，对于小,范,范围内的,物,物品、设,备,备联网，,ZigBee,技术以其,复,复杂度低,、,、功耗低

14、,、,、数据速,率,率低及成,本,本低等特,点,点在传感,网,网应用系,统,统中引起,了,了越来越,多,多的关注,；,；尤其在,控,控制系统,中,中，,ZigBee,自组网技术已,经,经成为传感网,的,的核心技术。,2023年3月7日,基于,ZigBee,技术的传感,网,网,在消费性电,子,子设备中嵌,入,入,ZigBee,芯片后，可,实,实现信息家,用,用电器设备,的,的无线互联,。,。譬如，利,用,用,ZigBee,技术可较容,易,易地实现相,机,机或者摄像,机,机的自拍、,窗,窗户远距离,开,开关控制、,室,室内照明系,统,统的遥控，,以,以及窗帘的,自,自动调整等,。,。尤其是当,在,

15、在手机或者,PDA,中嵌入,ZigBee,芯片后，可,以,以用来控制,电,电视开关、,调,调节空调温,度,度及开启微,波,波炉等。基,于,于,ZigBee,技术的个人,身,身份卡能够,代,代替家居和,办,办公室的门,禁,禁卡，记录,所,所有进出大,门,门的个人信,息,息，若附加,个,个人电子指,纹,纹技术后，,可,可实现更加,安,安全的门禁,系,系统。嵌入,ZigBee,芯片的信用,卡,卡可以较方,便,便地实现无,线,线提款和移,动,动购物，商,品,品的详细信,息,息也能通过,ZigBee,向用户广播,。,。,把,ZigBee,技术与传感,器,器结合起来,，,，就可形成,传,传感网。一,般,般

16、，传感网,由,由感知节点,、,、汇聚（,Sink,）节点、网,关,关节点三种,节,节点构成。,感,感知节点、,汇,汇聚节点完,成,成数据采集,和,和多跳中继,传,传输。网关,节,节点具有双,重,重功能，一,是,是充当网络,协,协调器，负,责,责网络的自,动,动建立和维,护,护、数据汇,聚,聚；二是作,为,为监测网络,与,与监控中心,的,的接口，实,现,现接入互联,网,网、局域网,，,，与监控中,心,心交换传递,数,数据。基于,ZigBee,技术的传感,网,网由应用层,、,、网络层、,介,介质接入控,制,制层和物理,层,层组成。,2023年3月7日,2.,传感网软硬,件,件系统设计,图,8-1,传感网系统,组,组成示意图,（,1,）基于,ZigBee,技术的传感,网,网的组成,对于基于,ZigBee,技术的传感,网,网，不同的,具,具体应用，,传,传感网节点,的,的组成有所,不,不同。通常,，,，就一项具,体,体应用而言,，,，感知节点,、,、感知对象,和,和观察者是,传,传感网的,3,个基本要素。一,个,个传感网系统组,成,成示意图如图,8-1,所示。,2023年3月7日,（,2,）网