01-单元1认识物联网工程.ppt

1.2 物联网工程关键技术 IBM对智慧地球的3I描述是“更透彻的感知、更全面的互联和更深入的智能”，对应了物联网感知、传输和应用3个层面。而这3个“更”则对应着3个方面技术的应用和技术的进步：感知技术、传输技术、应用层支撑技术。其中与物联网起源密切相关的两类感知技术为射频识别（RFID）技术和无线传感网（WSN）技术。 1.2 物联网工程关键技术 1.2.1 物联网架构关键技术 物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层，如图1-6所示。 感知层由各种传感器以及传感器网关构成，主要功能是识别物体，采集信息。 网络层由各种企业和事业单位网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。 应用层是物联网和用户（包括人、组织和其它系统）的接口。 图1-6 物联网感知层、网络层、应用层架构示意图 1.2 物联网工程关键技术 1.2.2无线传感网关键技术 无线传感器网络是一种由独立分布的节点以及网关构成的传感器网络。安放在不同地点的传感器节点不断采集着外界的物理信息，如温度、声音、震动等。相互独立的节点之间通过无线网络进行通信。无线传感器网络的每个节点都能够进行采集，数据的简单处理，还能接收来自其他节点的数据，并最终将数据发送到网关。工程师可以从网关获取数据，查看历史数据记录或进行分析。通常，一个典型的无线传感器网络节点的硬件结构包括：传感器接口、ADC、微处理器、电源以及无线收发装置。 无线传感网必须重点考虑网络选择，拓扑结构，功耗以及兼容性。 1.2 物联网工程关键技术 1.2.2无线传感网关键技术 1.无线网络的选择 挑选无线网络时，带宽、传输距离以及功耗是三个主要考虑因素。 ZigBee已被证明是最适合用于无线传感器网络的无线技术，它拥有250kbps的带宽，传输距离可达1km以上，并且功耗更小，采用普通AA电池就能够支持设备在高达数年的时间内连续工作。 2.网络协议 无线传感器网络一般是由在空间分布的和独立的网络节点组成的。节点包含有传感器来监控节点的物理或环境条件，如温度、声音、震动、压力、运动或污染物等。每个节点通常带有无线电收发器或其他无线设备通信设备以通过网络把传感数据传输给数据库和其他用户。这样，无线传感器网络可以用于数据收集、目标跟踪以及报警监控等。 国际电气和电子工程师联合会(IEEE)的1451工作组(IEEE1451)建立了一个智能传感器即插即用(plug-and-play)的标准，使所有符合标准的传感器能和其它仪器和系统一起工作。 1.2 物联网工程关键技术 1.2.2无线传感网关键技术 3.网络拓扑 星形是最简单的网络拓扑结构，每一个节点都拥有一条直接通向网关的通道，然而其传输距离有限。采用树形拓扑能够解决这个问题，添加路由节点后，远处的节点上的数据能够通过路由节点传输到网关。然而树形拓扑仍然存在可靠性的问题，一旦路由节点产生问题，所有由这个节点通向网关的通路将被切断。所以，对于可靠性要求很高的无线网络，建议选择网状拓扑结构。 图1-7 传感网常用网络拓扑结构示意图 1.2 物联网工程关键技术 1.2.2无线传感网关键技术 4.系统功耗 无线传感器网络通常被放置在室外，无法进行长距离的布线，这就牵涉到两个问题，一是信号的传输，二是设备的供电。信号传输问题可以通过选择无线网络解决，设备供电问题，则必须考虑外部电源，例如电池或小型发电设备。由于电池所能供应的电量有限，为了满足设备长时间使用的要求，必须严格控制无线传感器网络节点的能耗。所以用户一方面应选用ZigBee技术保证无线收发器的低功耗，同时，在保证处理器性能的前提下，还应选择带有休眠功能并且工作能耗尽可能低的处理器。 5.兼容性 无线传感器网络能够帮助工程师完成远程数据的采集以及后续数据的分析、显示以及发布等功能。在一些工业应用中，更有可能将无线传感器网络连接到多样的工业现场设备，进行协同工作。在这些情况下，无线传感器网络必须具备良好的兼容性，实现与各种现场设备的快速连接。 1.2 物联网工程关键技术 1.2.3射频识别关键技术 RFID是射频识别技术Radio Frequency Identification的缩写，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号，通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，并通过所传递的信息进行识别的技术。 1.射频识别技术发展历史 1940-1950年，雷达的改进和应用催生了射频识别技术。 1950-1960年，早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 1960-1970年，射频识别技术理论得到了发展，开始一些应用尝试。 1970-1980年，射频识别技术与产品研发处于一个大