物联网工程应用——基于人工智能经典案例 课件 第二章 物联网体系标准与协议架构.pptx

物联网工程应用信息科学与工程学院电子与通信系黄如副教授

2引言物联网体系标准与协议架构在当今快速发展的技术时代，智能物联网已经成为连接物理世界与数字世界的重要桥梁。随着智能设备和传感器的普及，物联网的应用场景变得越来越广泛，从智能家居到工业自动化，从健康监测到智慧城市，智能物联网正在深刻改变着我们的工作和生活方式。为了实现这些多样化应用，一个统一、高效、可靠的物联网体系标准与协议架构至关重要。本章将重点关注智能物联网的体系标准与协议架构，深入探讨近场无线通信技术标准及协议，包括Bluetooth、高速WPAN、ZigBee、WLAN和高速WMAN，分析它们在智能物联网环境中的角色和适用场景。此外，本章还将详细介绍物联网体系架构的三个关键层级：感知层、网络层和应用层，以及它们如何共同工作以实现智能物联网的互操作性。进一步地，本章将探讨智能物联网的架构和应用，包括物联网智能架构、物联网专家系统和物联网工程应用。这些内容将为读者提供一个全面的视角，了解如何利用智能物联网技术来构建更智能、更互联的系统和服务。

32物联网体系标准与协议架构近场无线通信技术概述无线通信技术分类近场无线通信技术传输距离较短，通常在几米到几百米之间。适用于设备间的短距离通信。主要技术：Bluetooth、高速WPAN、ZigBee、WLAN、高速WMAN。远距离无线通信技术传输距离较长，通常覆盖几公里到几十公里。适用于广域网通信，如蜂窝网络、卫星通信等。

42Bluetooth标准介绍物联网体系标准与协议架构Bluetooth技术特征工作频段全球通用使用2.4GHzISM频段，全球范围内无需许可，解决了蜂窝移动电话的“国界”障碍。设备可以快速有哪些信誉好的足球投注网站并建立连接，通过控制软件进行数据传输。兼容性和抗干扰能力强独立于操作系统，兼容性好，支持多种操作系统。采用跳频技术，有效避免ISM频带的干扰源，抗干扰能力强。传输距离较短典型传输距离为10米，增大射频功率后可扩展至100米。在有效范围内保证传输速度不受影响。低功耗支持多种低功耗模式，包括激活、呼吸、保持和休眠模式，适用于电池供电设备。

52Bluetooth低功耗协议栈物联网体系标准与协议架构蓝牙低功耗协议栈结构物理层（PHY）工作频率：2.4GHz，传输速率：1Mb/s，采用自适应跳频技术（GFSK）减小干扰和信号衰减。链路层（LL）控制设备状态，包括就绪、广播、扫描、发起、连接等状态。广播状态：设备在没有连接的情况下对外传输数据。扫描状态：设备监听广播数据。发起状态：设备对广播发出回应，请求加入网络。连接状态：设备进入连接状态，充当主机或从机。主机控制接口层（HCI）控制层与主机层之间的桥梁，负责通信与交互。逻辑链路控制和适配协议层（L2CAP）提供数据封装和逻辑上的端到端传输。

62Bluetooth低功耗协议栈物联网体系标准与协议架构蓝牙低功耗协议栈结构物理层（PHY）工作频率：2.4GHz，传输速率：1Mb/s，采用自适应跳频技术（GFSK）减小干扰和信号衰减。链路层（LL）控制设备状态，包括就绪、广播、扫描、发起、连接等状态。广播状态：设备在没有连接的情况下对外传输数据。扫描状态：设备监听广播数据。发起状态：设备对广播发出回应，请求加入网络。连接状态：设备进入连接状态，充当主机或从机。主机控制接口层（HCI）控制层与主机层之间的桥梁，负责通信与交互。逻辑链路控制和适配协议层（L2CAP）提供数据封装和逻辑上的端到端传输。

2高速WPAN标准介绍物联网体系标准与协议架构7高速WPAN特点高速率支持高达55Mb/s的数据传输速率，适用于多媒体应用，如高质量影像和声音传输。短距离最优通信距离小于10米，适合家庭和办公环境。QoS支持提供服务质量（QoS）保障，确保多媒体业务的流畅性。低功耗先进的功率管理功能，延长设备电池寿命。超宽带（UWB）技术简介频带宽使用3.1GHz～10.6GHz频段，带宽可达500MHz～7.5GHz，远大于传统无线通信技术。低功耗采用低占空比脉冲，功耗极低，系统耗电量仅为传统无线通信设备的几百分之一到几十分之一。高传输速率在短距离内可实现几百Mb/s的传输速率。多径分辨率高采用窄脉冲技术，抗多径干扰能力强，适用于复杂环境。

2ZigBee标准介绍物联网体系标准与协议架构8ZigBee技术特征工作频段灵活支持2.4GHz（全球）、868MHz（欧洲）、915MHz（美国）频段，均为免执照频段。低速率数据传输速率较低：20kb/s（868MHz）、40kb/s（915MHz）、250kb/s（2.4GHz）。低功耗支持休眠模式，两节5号电池可供电6个月以上，适用于长时间运行的设备。通信范围有限典型通信距离为10～75米，适合家庭和办公室环境。低成本协议简单，硬件成本低，支持8位