*,*,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),第,8,章,物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與構(gòu)建,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),第,1,章 概論,*,*,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),課件,第,8,章 物聯(lián)網(wǎng),規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè),2024年10月28日,電子工業(yè)出版社 劉化君 劉傳清編著,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),教材配套課件,8,2024年10月28日,8.1,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ),8.1.1,物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的原則,8.1.2,物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的步驟,8.2,物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建,8.2.1,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃,8.2.2,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),8.2.3,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成,8.3,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例,智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用示例,工業(yè)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用示例,8.4,傳感網(wǎng)的廣域互聯(lián),8.4.1,傳感網(wǎng)廣域互聯(lián)的方式,8.4.2,基于,IPv6,的互聯(lián)接入,第,8,章 物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與構(gòu)建,2024年10月28日,8.1 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ),由物聯(lián)網(wǎng)的英文名,Internet of Things,可知，物聯(lián)網(wǎng)就是物物互聯(lián)的信息網(wǎng)絡(luò)。這樣表述有兩層含義：一是物聯(lián)網(wǎng)的核心承載網(wǎng)絡(luò)是互聯(lián)網(wǎng)；二是物聯(lián)網(wǎng)的客戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信。這里的,“,物,”,要滿足以下條件才能夠被納入,“,物聯(lián)網(wǎng),”,的范圍：有相應(yīng)信息的接收器和發(fā)送器；要有數(shù)據(jù)傳輸通路；有一定的存儲(chǔ)功能；有,CPU,；有操作系統(tǒng)；有專門的應(yīng)用程序；遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；在網(wǎng)絡(luò)中有可被識(shí)別的惟一編號(hào)。,2024年10月28日,8.1.,1,物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的原則,1.,實(shí)用性和先進(jìn)性原則,2.,安全性原則,3.,標(biāo)準(zhǔn)化、開放性和可擴(kuò)展性原則,4.,可靠性與可用性原則,2024年10月28日,8.1.,2,物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的步驟,1.,用戶需求調(diào)查與分析,2.,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì),3,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì),4,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì),5,系統(tǒng)測(cè)試和試運(yùn)行,8.2 物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建,2024年10月28日,目前看來(lái)，可以把物聯(lián)網(wǎng)看作是以電子標(biāo)簽、傳感器等感知設(shè)施和,EPC,碼為基礎(chǔ)，建立在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的物物相聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，傳感網(wǎng)是其最復(fù)雜的一個(gè)組成部分。一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)可能有幾個(gè)到幾萬(wàn)、上百萬(wàn)不等的感知節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用環(huán)境除了室內(nèi)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(diǎn)采集控制設(shè)備、接入層技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵和難點(diǎn)。,8.2.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃,2024年10月28日,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將引發(fā)新一輪信息技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命，是信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心驅(qū)動(dòng)力。隨著信息采集與智能計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，大規(guī)模發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的時(shí)機(jī)日趨成熟，我國(guó)早在十多年前就開始了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的研究，技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際基本同步?，F(xiàn)階段，其應(yīng)用主要為傳感網(wǎng)，可在以下各領(lǐng)域構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。,2024年10月28日,1.,經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要是以提高生產(chǎn)效率、改善管理和節(jié)能減排為目的應(yīng)用系統(tǒng)，包括智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流和智能電網(wǎng)等。,（,1,）智能工業(yè),1,）工業(yè)智能控制系統(tǒng)。,2,）智能裝備產(chǎn)品。,（,2,）智能農(nóng)業(yè),1,）數(shù)字大棚物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)推廣平臺(tái)。,2,）農(nóng)業(yè)服務(wù)、管理和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)。,（,3,）智能物流,1,）危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛智能調(diào)度及監(jiān)控系統(tǒng)。,2,）集裝箱智能物流調(diào)度系統(tǒng)及平臺(tái)。,3,）食品及藥品追溯系統(tǒng)。,（,4,）智能電網(wǎng),1,）電網(wǎng)電力設(shè)施智能監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)及平臺(tái),2,）智能化遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)。,2024年10月28日,2.,公共管理領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),公共管理領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)主要是以提高公共管理水平為目的應(yīng)用系統(tǒng)，這可圍繞市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理、重大突發(fā)事件響應(yīng)、重點(diǎn)區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)等，建設(shè)城市智能交通、智能公共安全、智能環(huán)保和智能災(zāi)害防控等物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。,（,1,）城市智能交通,1,）交通流量與違規(guī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)及平臺(tái)。,2,）智能停車系統(tǒng)。,（,2,）智能公共安全,1,）城市公共安全平臺(tái),2,）重要基礎(chǔ)設(shè)施安全防護(hù)平臺(tái)。,（,3,）智能環(huán)保,1,）水環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及預(yù)警平臺(tái)。,2,）生態(tài)城市大氣環(huán)境智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)。,3,）重點(diǎn)排污企業(yè)智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái),.,（,4,）智能災(zāi)害防控,1,）水文智能監(jiān)測(cè)及洪災(zāi)預(yù)警平臺(tái)。,2,）氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)。,3,）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與防控系統(tǒng)。,2024年10月28日,3.,公眾服務(wù)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),公眾服務(wù)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)主要以提高人民生活水平為目的構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，可以物聯(lián)網(wǎng)與,TD,SCDMA,等,3G,網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)用為突破口，建設(shè)譬如智能醫(yī)護(hù)、智能家居等應(yīng)用系統(tǒng)。,（,1,）智能醫(yī)護(hù),1,）個(gè)人健康實(shí)時(shí)服務(wù)平臺(tái)。通過建設(shè)個(gè)人實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)和服務(wù)平臺(tái)，提升對(duì)老年市民、離退休干部等實(shí)時(shí)醫(yī)療醫(yī)護(hù)服務(wù)水平。,2,）智能重癥監(jiān)護(hù)病房平臺(tái)。通過建設(shè)重癥監(jiān)護(hù)病房智能系統(tǒng)，對(duì)病人生理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，能夠降低醫(yī)療費(fèi)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(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)聯(lián)入城市公共安全平臺(tái)的小區(qū)安防系統(tǒng)以及基于通信網(wǎng)絡(luò)的家庭環(huán)境監(jiān)控、智能安防系統(tǒng)、電子支付等智能控制平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)小區(qū)、家居智能化。,2,）基于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能建筑：在政府機(jī)關(guān)、科研院校和商業(yè)區(qū)寫字樓鋪設(shè)物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)收集水、電等資源使用信息，根據(jù)人員活動(dòng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)、電燈和水源等，達(dá)到節(jié)能減排的目的。,物,物聯(lián)網(wǎng),應(yīng),應(yīng)用系,統(tǒng),統(tǒng)設(shè)計(jì),2022,年,年12月31,日,日,對(duì)于,近,近距,離,離無(wú),線,線通,信,信，,IEEE802.15,委員,會(huì),會(huì)制,訂,訂了,3,種不,同,同的,無(wú),無(wú)線,個(gè),個(gè)人,局,局域,網(wǎng),網(wǎng),(WPAN),標(biāo)準(zhǔn),。,。其,中,中，標(biāo)準(zhǔn),是,是高,速,速率,的,的,WPAN,標(biāo)準(zhǔn),，,，適,合,合于,多,多媒,體,體應(yīng),用,用，,有,有較,高,高的,網(wǎng),網(wǎng)絡(luò),服,服務(wù),質(zhì),質(zhì)量,（,（,QoS,）保,證,證；標(biāo)準(zhǔn),即,即藍(lán),牙,牙技,術(shù),術(shù)，,具,具有,中,中等,速,速率,，,，適,合,合于,蜂,蜂窩,電,電話,和,和,PDA,等的,通,通信,，,，,其,其,QoS,機(jī)制,適,適合,于,于話,音,音業(yè),務(wù),務(wù)。標(biāo)準(zhǔn),和,和,ZigBee,技術(shù)完,全,全融合,，,，專為,低,低速率,、,、低功,耗,耗的無(wú),線,線互聯(lián),應(yīng),應(yīng)用而,設(shè),設(shè)計(jì)，,對(duì),對(duì)數(shù)據(jù),速,速率和,QoS,的要求,不,不高。,目,目前，,對(duì),對(duì)于小,范,范圍內(nèi),的,的物品,、,、設(shè)備,聯(lián),聯(lián)網(wǎng)，,ZigBee,技術(shù)以,其,其復(fù)雜,度,度低、,功,功耗低,、,、數(shù)據(jù),速,速率低,及,及成本,低,低等特,點(diǎn),點(diǎn)在傳,感,感網(wǎng)應(yīng),用,用系統(tǒng),中,中引起,了,了越來(lái),越,越多的,關(guān),關(guān)注；,尤,尤其在,控,控制系,統(tǒng),統(tǒng)中，,ZigBee,自組網(wǎng),技,技術(shù)已,經(jīng),經(jīng)成為,傳,傳感網(wǎng),的,的核心,技,技術(shù)。,2022年12月31日,基于,ZigBee,技術(shù)的,傳,傳感網(wǎng),在消費(fèi),性,性電子,設(shè),設(shè)備中,嵌,嵌入,ZigBee,芯片后,，,，可實(shí),現(xiàn),現(xiàn)信息,家,家用電,器,器設(shè)備,的,的無(wú)線,互,互聯(lián)。,譬,譬如，,利,利用,ZigBee,技術(shù)可,較,較容易,地,地實(shí)現(xiàn),相,相機(jī)或,者,者攝像,機(jī),機(jī)的自,拍,拍、窗,戶,戶遠(yuǎn)距,離,離開關(guān),控,控制、,室,室內(nèi)照,明,明系統(tǒng),的,的遙控,，,，以及,窗,窗簾的,自,自動(dòng)調(diào),整,整等。,尤,尤其是,當(dāng),當(dāng)在手,機(jī),機(jī)或者,PDA,中嵌入,ZigBee,芯片后,，,，可以,用,用來(lái)控,制,制電視,開,開關(guān)、,調(diào),調(diào)節(jié)空,調(diào),調(diào)溫度,及,及開啟,微,微波爐,等,等?；?于,于,ZigBee,技術(shù)的,個(gè),個(gè)人身,份,份卡能,夠,夠代替,家,家居和,辦,辦公室,的,的門禁,卡,卡，記,錄,錄所有,進(jìn),進(jìn)出大,門,門的個(gè),人,人信息,，,，若附,加,加個(gè)人,電,電子指,紋,紋技術(shù),后,后，可,實(shí),實(shí)現(xiàn)更,加,加安全,的,的門禁,系,系統(tǒng)。,嵌,嵌入,ZigBee,芯片的,信,信用卡,可,可以較,方,方便地,實(shí),實(shí)現(xiàn)無(wú),線,線提款,和,和移動(dòng),購(gòu),購(gòu)物，,商,商品的,詳,詳細(xì)信,息,息也能,通,通過,ZigBee,向用戶廣播,。,。,把,ZigBee,技術(shù)與傳感,器,器結(jié)合起來(lái),，,，就可形成,傳,傳感網(wǎng)。一,般,般，傳感網(wǎng),由,由感知節(jié)點(diǎn),、,、匯聚（,Sink,）節(jié)點(diǎn)、網(wǎng),關(guān),關(guān)節(jié)點(diǎn)三種,節(jié),節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。,感,感知節(jié)點(diǎn)、,匯,匯聚節(jié)點(diǎn)完,成,成數(shù)據(jù)采集,和,和多跳中繼,傳,傳輸。網(wǎng)關(guān),節(jié),節(jié)點(diǎn)具有雙,重,重功能，一,是,是充當(dāng)網(wǎng)絡(luò),協(xié),協(xié)調(diào)器，負(fù),責(zé),責(zé)網(wǎng)絡(luò)的自,動(dòng),動(dòng)建立和維,護(hù),護(hù)、數(shù)據(jù)匯,聚,聚；二是作,為,為監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),與,與監(jiān)控中心,的,的接口，實(shí),現(xiàn),現(xiàn)接入互聯(lián),網(wǎng),網(wǎng)、局域網(wǎng),，,，與監(jiān)控中,心,心交換傳遞,數(shù),數(shù)據(jù)。基于,ZigBee,技術(shù)的傳感,網(wǎng),網(wǎng)由應(yīng)用層,、,、網(wǎng)絡(luò)層、,介,介質(zhì)接入控,制,制層和物理,層,層組成。,2022年12月31,日,日,2.,傳感網(wǎng)軟硬,件,件系統(tǒng)設(shè)計(jì),圖,8-1,傳感網(wǎng)系統(tǒng),組,組成示意圖,（,1,）基于,ZigBee,技術(shù)的傳感,網(wǎng),網(wǎng)的組成,對(duì)于基于,ZigBee,技術(shù)的傳感,網(wǎng),網(wǎng)，不同的,具,具體應(yīng)用，,傳,傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn),的,的組成有所,不,不同。通常,，,，就一項(xiàng)具,體,體應(yīng)用而言,，,，感知節(jié)點(diǎn),、,、感知對(duì)象,和,和觀察者是,傳,傳感網(wǎng)的,3,個(gè)基本要素,。,。一個(gè)傳感,網(wǎng),網(wǎng)系統(tǒng)組成,示,示意圖如圖,8-1,所示。,2022年12月31,日,日,（,2,）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),的,的硬件設(shè)計(jì),1,）感知節(jié),點(diǎn),點(diǎn)硬件結(jié),構(gòu),構(gòu)?；?ZigBee,技術(shù)的感,知,知節(jié)點(diǎn)硬,件,件結(jié)構(gòu)框,圖,圖如,8-2,所示。由,該,該圖可以,看,看出，感,知,知節(jié)點(diǎn)主,要,要由傳感,器,器模塊和,無(wú),無(wú)線發(fā)送,/,接收模塊,組,組成。在,實(shí),實(shí)際應(yīng)用,中,中，譬如,對(duì),對(duì)溫度和,濕,濕度測(cè)量,的,的模擬信,號(hào),號(hào)需要經(jīng),過,過一個(gè)多,路,路選擇通,道,道控制，,依,依次送入,微,微處理器,后,后由微處,理,理器進(jìn)行,校,校正編碼,，,，然后傳,送,送到基于,ZigBee,技術(shù)的收,發(fā),發(fā)端。,圖,8-2,感知節(jié)點(diǎn),硬,硬件結(jié)構(gòu),框,框圖,2022,年,年12月31日,2,）網(wǎng)關(guān)節(jié),點(diǎn),點(diǎn)硬件結(jié),構(gòu),構(gòu)。,圖,8-3,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),硬,硬件結(jié)構(gòu),框,框圖,2022,年,年12,月,月31,日,日,（,3,）,軟,軟,件,件,設(shè),設(shè),計(jì),計(jì),ZigBee,網(wǎng),絡(luò),絡(luò),屬,屬,于,于,無(wú),無(wú),線,線,自,自,組,組,網(wǎng),網(wǎng),絡(luò),絡(luò),，,，,有,有,全,全,功,功,能,能,節(jié),節(jié),點(diǎn),點(diǎn),(FFD),和,半,半,功,功,能,能,節(jié),節(jié),點(diǎn),點(diǎn),(RFD),兩,種,種,設(shè),設(shè),備,備,類,類,型,型,。,。,RFD,一,般,般,作,作,為,為,終,終,端,端,感,感,知,知,節(jié),節(jié),點(diǎn),點(diǎn),，,，,FFD,可,以,以,作,作,為,為,協(xié),協(xié),調(diào),調(diào),器,器,或,或,路,路,由,由,匯,匯,聚,聚,節(jié),節(jié),點(diǎn),點(diǎn),。,。,因,因,此,此,，,，,軟,軟,件,件,設(shè),設(shè),計(jì),計(jì),包,包,括,括,RFD,程,序,序,和,和,FFD,程,序,序,兩,兩,部,部,分,分,，,，,且,且,均,均,包,包,括,括,初,初,始,始,化,化,程,程,序,序,、,、,發(fā),發(fā),射,射,程,程,序,序,和,和,接,接,收,收,程,程,序,序,、,、,協(xié),協(xié),議,議,棧,棧,配,配,置,置,、,、,組,組,網(wǎng),網(wǎng),方,方,式,式,配,配,置,置,程,程,序,序,以,以,及,及,各,各,處,處,理,理,層,層,設(shè),設(shè),置,置,程,程,序,序,。,。,初,初,始,始,化,化,程,程,序,序,主,主,要,要,是,是,對(duì),對(duì),CC2430,、,USAR,串口、,協(xié),協(xié)議棧,、,、,LCD,等進(jìn)行,初,初始化,；,；發(fā)射,程,程序?qū)?所,所采集,的,的數(shù)據(jù),通,通過,CC2430,調(diào)制并,通,通過,DMA,直接送,至,至射頻,輸,輸出；,接,接收程,序,序完成,數(shù),數(shù)據(jù)的,接,接收并,進(jìn),進(jìn)行顯,示,示、遠(yuǎn),傳,傳及返,回,回信息,處,處理；,PHY,、,MA