走出物联网教学四无困境课件

精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远走出物联网教学四无困走出物联网教学四无困境境2024/7/25精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远课程内容课程内容n n第一部分：当前国内高校物联网教学现状第一部分：当前国内高校物联网教学现状第一部分：当前国内高校物联网教学现状第一部分：当前国内高校物联网教学现状n n第二部分：无线网络技术引领第二部分：无线网络技术引领“物联网时代物联网时代”n n第三部分：第三部分：USNUSN网络与网络与RFIDRFIDn n第四部分：物联网技术政、产、学、研第四部分：物联网技术政、产、学、研n n第五部分：物联网第五部分：物联网/传感网解决方案解析传感网解决方案解析2精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远全国高校物联网教学现状全国高校物联网教学现状n n教什么？n n拿什么教？n n怎样教？n n无师资n n无教材n n无设备n n无明确的就业岗位3精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远校企合作校企合作4精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远国产化物联网教学设备的发展国产化物联网教学设备的发展 结合全球大型企业结合全球大型企业“大学计划大学计划”n n美国美国TITI公司已经与国内无线龙公司签署战略同盟，同时指定为中国公司已经与国内无线龙公司签署战略同盟，同时指定为中国设计中心与大学计划合作伙伴，让国际领先的物联网技术和大学计设计中心与大学计划合作伙伴，让国际领先的物联网技术和大学计划全面融入高校物联网专业建设。划全面融入高校物联网专业建设。5精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远完整教学资源体系完整教学资源体系 教学设备和教材一体化教学设备和教材一体化6精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远国产化物联网教学的发展国产化物联网教学的发展全面培训物联网设备使用骨干教师全面培训物联网设备使用骨干教师n n20102010年年1111月起，月起，在无锡和西安同在无锡和西安同时举办物联网骨时举办物联网骨干教师培训班；干教师培训班；n n培训高校掌握和培训高校掌握和使用国产教学设使用国产教学设备；备；n n20112011年预计在年预计在全国全国1212个城市个城市举办骨干教师培举办骨干教师培训班；训班；n n高校实验室人才高校实验室人才培养是国产化教培养是国产化教学实验设备快速学实验设备快速推广的关键；推广的关键；7精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网专业毕业生就业方向物联网专业毕业生就业方向n n生产制造、测试工程师生产制造、测试工程师n n市场、技术服务工程师市场、技术服务工程师n n产品、项目开发工程师产品、项目开发工程师n n企业级核心技术研发工程师企业级核心技术研发工程师n n国家级核心、基础技术科研人才国家级核心、基础技术科研人才n n传感层：电子、通讯、嵌入式传感层：电子、通讯、嵌入式/单片机、自动化等；单片机、自动化等；n n网络通信层：计算机网络、信息网络通信层：计算机网络、信息/通信工程、移动通信、卫星通信等；通信工程、移动通信、卫星通信等；n n应用层：软件工程、计算机科学与应用等；应用层：软件工程、计算机科学与应用等；8精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远我们期待更多的高校通过校企合作我们期待更多的高校通过校企合作 走出高校物联网教学四无困境走出高校物联网教学四无困境9精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远课程内容课程内容n n第一部分：当前国内高校物联网教学现状第一部分：当前国内高校物联网教学现状n n第二部分：无线网络技术引领第二部分：无线网络技术引领“物联网时代物联网时代”n n第三部分：第三部分：USNUSN网络与网络与RFIDRFIDn n第四部分：物联网技术政、产、学、研第四部分：物联网技术政、产、学、研n n第五部分：物联网第五部分：物联网/传感网解决方案解析传感网解决方案解析10精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远第一部分：无线网络技术引领第一部分：无线网络技术引领“物联网时代物联网时代”11精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远性能比较性能比较12精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远回顾无线网络技术关键是什么？回顾无线网络技术关键是什么？n n网络通讯协议无线网络技术灵魂n n芯片组无线网络技术肉身13精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远短距离无线通讯芯片短距离无线通讯芯片n n单芯片无线收发机单芯片无线收发机nRF905nRF905、nRF2401nRF2401、CC1100CC1100、CC2420CC2420、CC2500CC2500、CC2520CC2520、MJ2440MJ2440n n无线单片机（无线单片机（SoCSoC）nRF9E5nRF9E5、nRF24E1nRF24E1、nRF24L01nRF24L01、CC1010CC1010、CC1110CC1110、CC2430/1(CC2430/1(较稳定较稳定)、CC2510CC2510、CC2530/1CC2530/1、MC13224(ARM7)MC13224(ARM7)、ZIC2410(ZIC2410(音频音频)、EM250EM250、GS1010/1011(WiFI)GS1010/1011(WiFI)14精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远无线网状网络无线网状网络 网络协议网络协议n n首先是对无线网状网络的理解。n n然后讨论如何比较不同网状网络？安全性、可靠性、电源管理、可扩展性、数据移动和成本。安全性、可靠性、电源管理、可扩展性、数据移动和成本。n n最后评价不同标准的无线网状网络。WirelessHARTWirelessHART、6LoWPAN6LoWPAN、DigiMeshDigiMesh、ZigBeeZigBee15精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远基本的网络拓扑基本的网络拓扑16精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远无线网状网络无线网状网络 网络协议网络协议n n首先是对无线网状网络的理解。n n然后讨论如何比较不同网状网络？安全性、可靠性、电源管理、可扩展性、数据移动和成本。安全性、可靠性、电源管理、可扩展性、数据移动和成本。n n最后评价不同标准的无线网状网络。WirelessHARTWirelessHART、6LoWPAN6LoWPAN、DigiMeshDigiMesh、ZigBeeZigBee17精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远不同网状网络比较一不同网状网络比较一 安全性安全性Security.Security.n n第一是加密第一是加密保护信息本身。现代加密至少一保护信息本身。现代加密至少一个算法（个算法（128128位密钥）位密钥）AES128AES128。n n其次是身份验证。用户（或节点）是谁，这通常其次是身份验证。用户（或节点）是谁，这通常是处理密钥交换和认证证书。是处理密钥交换和认证证书。n n最后是授权。批准与有正确的密钥或证书相关联。最后是授权。批准与有正确的密钥或证书相关联。且需要分配密钥匙、授权和相关的其他因素缓解且需要分配密钥匙、授权和相关的其他因素缓解认证机制。认证机制。18精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远不同网状网络比较二不同网状网络比较二 可靠性可靠性Reliability.Reliability.无线网状网络的可靠性必须评估以下几点：无线网状网络的可靠性必须评估以下几点：n nFrequency agility Frequency agility 调频。调频。调频。调频。这是发现、适应及对抗网络周围潜在干扰这是发现、适应及对抗网络周围潜在干扰的最好办法。的最好办法。n nMessage loss potential Message loss potential 信息传输可靠性。信息从不同的路径在网信息传输可靠性。信息从不同的路径在网络传输，网络必须非常小心，以确保信息不会丢失，同时要确保通讯络传输，网络必须非常小心，以确保信息不会丢失，同时要确保通讯路径的可靠性。路径的可靠性。n nAdaptability Adaptability 弹性和适应性。网络必须具有很强的弹性和快速改变弹性和适应性。网络必须具有很强的弹性和快速改变能力，以适应路由节点和其他节点的故障，同时还要防止丢失的信息。能力，以适应路由节点和其他节点的故障，同时还要防止丢失的信息。如果这些情况发生，网络需要最有效的方法迅速的排除这些故障。如果这些情况发生，网络需要最有效的方法迅速的排除这些故障。n nSingle points of failure Single points of failure 单点故障。简单地说，明确网络中是否存单点故障。简单地说，明确网络中是否存在单一故障点，故障的原因是什么，以及如何即时处理和恢复？在单一故障点，故障的原因是什么，以及如何即时处理和恢复？19精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远不同网状网络比较三不同网状网络比较三 电源管理电源管理Power Management.Power Management.n n最常见的问题是无线传感器网络用户要求多久的电池寿命？最常见的问题是无线传感器网络用户要求多久的电池寿命？n n电源管理是在分析网络结构、终端节点、路由器和网络协调器的前提电源管理是在分析网络结构、终端节点、路由器和网络协调器的前提下，进行有效管理。最重要的是如何使终端节点更省电，使路由器也下，进行有效管理。最重要的是如何使终端节点更省电，使路由器也更省电。同时关注电池供电的路由器睡眠架构的灵活性。更省电。同时关注电池供电的路由器睡眠架构的灵活性。n n协调器通常总是供电。所以，在节点可以休眠的背景下，我们主要看协调器通常总是供电。所以，在节点可以休眠的背景下，我们主要看他们的平均功耗是多少。这是在评估最佳组合，包括：如何唤醒，唤他们的平均功耗是多少。这是在评估最佳组合，包括：如何唤醒，唤醒的间隔，总的发射时间和总的接收时间。醒的间隔，总的发射时间和总的接收时间。n n由于最消耗功率的过程是无线收发，因此重要的是要保持这个无线收由于最消耗功率的过程是无线收发，因此重要的是要保持这个无线收发的时间缩短到最低限度。发的时间缩短到最低限度。20精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远不同网状网络比较四不同网状网络比较四 网络扩展性网络扩展性Scalability.Scalability.n n网络最大有多少节点就会失效？至少在实际层面，所有的网络都有最网络最大有多少节点就会失效？至少在实际层面，所有的网络都有最大的物理极限，但我们网络的实际设计总是要小得多。大的物理极限，但我们网络的实际设计总是要小得多。n n网络可扩展性很大程度决定于网络数据的类型和数据量。网络流量可网络可扩展性很大程度决定于网络数据的类型和数据量。网络流量可以分为三类，正常数据，突发数据和流数据。正常数据是周期性的，以分为三类，正常数据，突发数据和流数据。正常数据是周期性的，突发数据是不经常的和缓慢的，而流数据是不变化的，是一个很大的突发数据是不经常的和缓慢的，而流数据是不变化的，是一个很大的常量。常量。n n一个网络可以很大，前提是网络不会拥挤，网络有足够带宽。休眠的一个网络可以很大，前提是网络不会拥挤，网络有足够带宽。休眠的网络可以传输一定数据量，并能够使用各种数据流。网络可以传输一定数据量，并能够使用各种数据流。21精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远不同网状网络比较五不同网状网络比较五 数据移动数据移动Data Movement.n n数据传输速率n n延迟n n数据包大小n n分包n n传输距离22精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远不同网状网络比较六不同网状网络比较六 网络成本网络成本Cost.n n成本的衡量标准是单个节点成本以及网络维护的代价。往成本的衡量标准是单个节点成本以及网络维护的代价。往往是网络维护的成本往是网络维护的成本 很难量化，而网络部署成本往往被遗很难量化，而网络部署成本往往被遗忘。最容易量化的只是每个节点收发器系统的实际采购成忘。最容易量化的只是每个节点收发器系统的实际采购成本。本。n n比较困难评估的是电池供电的休眠节点成本。网络节点，比较困难评估的是电池供电的休眠节点成本。网络节点，特别是低功耗网络的成本，很大程度取决于每个节点的性特别是低功耗网络的成本，很大程度取决于每个节点的性能，高质量的无线节点，可以实际上降低网络成本。能，高质量的无线节点，可以实际上降低网络成本。23精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远无线网状网络无线网状网络 网络协议网络协议n n首先是对无线网状网络的理解。n n然后讨论如何比较不同网状网络？安全性、可靠性、电源管理、可扩展性、数据移动和成本。安全性、可靠性、电源管理、可扩展性、数据移动和成本。n n最后评价不同标准的无线网状网络。WirelessHARTWirelessHART、6LoWPAN6LoWPAN、DigiMeshDigiMesh、ZigBeeZigBee24精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络结构：点对多点网络结构：点对多点n n使用同样频率，也可以使用同样频率，也可以跳频；数据都通过中心跳频；数据都通过中心节点交换。节点交换。n n优点：没有路由，简单优点：没有路由，简单实用。实用。n n缺点，网络容量小，通缺点，网络容量小，通讯比较拥挤。讯比较拥挤。25精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络结构网络结构：WirelessHART网络拓扑26精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络结构网络结构：6LoWPAN27精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络结构网络结构：DigiMesh28精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远网络结构网络结构：ZigBee29精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远不同网状网络的比较不同网状网络的比较30精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远ZigBee无线传感网络无线传感网络ZigBee Wireless Sensor Network31精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远ZigBee特征特征n n可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个能，信息在整个ZigBeeZigBee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。息传输的可靠性。n nZigBeeZigBee的媒体接入控制层（的媒体接入控制层（MACMAC层）采用层）采用talk-when-readytalk-when-ready的碰撞避免机制。的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。高系统信息传输的可靠性。n n时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。都非常短。通常时延都在通常时延都在1515毫秒至毫秒至3030毫秒之间毫秒之间。n n网络容量大：可支持达网络容量大：可支持达6500065000个节点。个节点。n n安全：安全：ZigBeeZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的加密算法采用通用的AES-AES-128128。高保密性：。高保密性：6464位出厂编号和支持位出厂编号和支持AES-128AES-128加密。加密。32精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远ZigBee特征特征n n数据传输速率低：只有数据传输速率低：只有10k10k字节字节/秒到秒到250k250k字节字节/秒秒，专注于低传输应用。，专注于低传输应用。n n功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通5 5号干电池可使用号干电池可使用6 6个月到个月到2 2年年，免去了充电或，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是者频繁更换电池的麻烦。这也是ZigBeeZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。的支持者所一直引以为豪的独特优势。n n成本低：因为成本低：因为ZigBeeZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。且数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。且ZigBeeZigBee协协议免收专利费。议免收专利费。n n优良网络拓扑能力：优良网络拓扑能力：ZigBeeZigBee具有星、树和网状网络结构的能力具有星、树和网状网络结构的能力。ZigBeeZigBee设备实际上具设备实际上具有无线网路自愈能力，能简单地覆盖广阔围。有无线网路自愈能力，能简单地覆盖广阔围。n n有效范围大：有效覆盖范围有效范围大：有效覆盖范围10107575米之间米之间(通过功放可在低功耗条件实现通过功放可在低功耗条件实现10001000米以上通米以上通信距离信距离)，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通家庭或办公室环境。普通家庭或办公室环境。n n工作频段灵活：使用的频段分别为工作频段灵活：使用的频段分别为2.4GHz(2.4GHz(全球全球)、868MHz(868MHz(欧洲欧洲)及及915MHz(915MHz(美国美国)，均，均为免执照频段。为免执照频段。n nZigBeeZigBee技术和技术和RFIDRFID技术在技术在20042004年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。今后若干年，将是大最新技术中的两个。今后若干年，将是ZigBeeZigBee技术飞速发展的时期。技术飞速发展的时期。ZigBeeZigBee已成为已成为事实上的无线传感网通信技术标准。事实上的无线传感网通信技术标准。33精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远ZigBee版本比较版本比较34精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远ZigBeePRO 高可靠网络的三大改进高可靠网络的三大改进n n为了实现商业和工业级的高可靠网络，为了实现商业和工业级的高可靠网络，ZIGBEEPROZIGBEEPRO网络在自组织，自管理和提高网络可靠性上，进行了网络在自组织，自管理和提高网络可靠性上，进行了三个重要改进：三个重要改进：n n自动跳频自动跳频（frequencyagilityfrequencyagility）n n非对称高频链路质量处理（非对称高频链路质量处理（AsymmetricAsymmetriclinklink handlinghandling）n nPANPAN号码自动识别冲突解决方案号码自动识别冲突解决方案（PANPANIDconflictIDconflictresolutionresolution）35精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远ZigBee 2007 PRO 主要改进主要改进n nZigBeeZigBee规格的演进，从规格的演进，从ZigBee1.0ZigBee1.0、ZigBee2006ZigBee2006及目前的及目前的ZigBeeZigBee2007Pro2007Pro，并非原本的规格设计有问题，迫使，并非原本的规格设计有问题，迫使ZigBeeZigBee联盟改锦规格，联盟改锦规格，相反也正是相反也正是ZigBeeZigBee应用越来越广泛，使原本的设计必需在不同的应应用越来越广泛，使原本的设计必需在不同的应用方面进行调整和适应，如用方面进行调整和适应，如ZigBeeZigBee联盟目前积极推广的市场联盟目前积极推广的市场n n如家庭自动化如家庭自动化(HomeAutomation)(HomeAutomation)、n n商业大楼自动化商业大楼自动化(BuildingAutomation)(BuildingAutomation)n n自动读表系统自动读表系统(AutomaticMeterReading)(AutomaticMeterReading)n n多种应用的差异极大，使得新版的多种应用的差异极大，使得新版的ZigBeeProZigBeePro必须进行功能上的调整，必须进行功能上的调整，如在如在ZigBeeProZigBeePro中移除中移除CSKIPCSKIP位置配置位置配置(AddressAssignment)(AddressAssignment)、数状、数状路由路由(TreeRouting)(TreeRouting)等等20062006版的功能；新增的功能则包括随机位址分版的功能；新增的功能则包括随机位址分配配(StochasticAddressAssignment)(StochasticAddressAssignment)、多对一、多对一/源节点路由源节点路由(Manyto(ManytoOneRouting/SourceRouting)OneRouting/SourceRouting)、组播、组播(Multicast)(Multicast)、频率捷变、频率捷变(FrequencyAgility)(FrequencyAgility)、分割、分割/重组重组(Fragmentation/Re-assembly)(Fragmentation/Re-assembly)及标准及标准和高安全模式和高安全模式(StandardandHighSecurityModes)(StandardandHighSecurityModes)等。等。36精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远二、二、ZigBee 芯片芯片n n单芯片无线收发机：单芯片无线收发机：CC2420CC2420、CC2520CC2520、MJ2440MJ2440 n n无线单片机（无线单片机（SoCSoC）：）：CC2430/2431CC2430/2431、CC2530/2531CC2530/2531、MC13224MC13224、ZIC2410ZIC2410、EM250EM25037精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远项目目 CC2430 CC2430 CC2530 CC2530 MC13224MC13224引脚 48 40 99封装 QLP48 QFN40 LGA电压 2.0V 3.6V 2.0V 3.6V 2.0V 3.6V大小 7x7mm 6mm 6mm 9.5mm 9.5mm微控制器 增强型C8051 增强型C8051 ARM7TDMI-SFlash 32/64/128KB 32/64/128/256KB 128KBRAM 8 KB SRAM,4 KB Data 8KB 96KB,80K ROM段频 2.4G 2.4G 2.4G支持标准 ZigBee04/06/SimpliciTI ZigBee07/PRO/RF4CE/SimpliciTI（电子产品遥控）ZigBee07/PRO/RF4CE软件平台 IAR IAR IAR射频RF CC2420 CC2520 MC13224接收灵敏度-90dBm-97dBm-96dBm(DCD模式)-100dBm(NCD模式)38精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远项目目 CC2430 CC2430 CC2530 CC2530 MC13224MC13224输出功率 0(最小为-3)dBm 4.5(最小-8，最大10)dBm-30至4dBm自带传感器 温度 温度 温度功耗 RX：27mA RX：24mA RX：22mA TX：25mA TX：29mA TX：29 mA低功耗 掉电：0.9uA 掉电：1uA 掉电：0.8uA 挂起：0.6uA 挂起：0.4uA 挂起：0.3uA抗干扰 CSMA/CA CSMA/CA CSMA/CADMA 支持 支持 支持RSSI/LQI 支持 支持 支持AES处理器 有 有 有I/O 21个 21个 64个定时/计数器 4(2个16位、2个8位)4(2个16位、2个8位)4(16位)串口 2个 2个 2个(2M)802.15.4定时器 有 有 有ADC 8-14位 7-12位 12位39精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远ZigBee无线传感网络开发无线传感网络开发n nZigBee无线传感器网络开发和产品应用化，与普通单片机开发流程是大致相同的，只要具备对单片机和C语言的开发能力，即可开始我们的物联网设计之旅。40精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远Wi-Fi（802.11）无线个域网解决方）无线个域网解决方案案 GS1010/141精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远n n无线协议：无线协议：IEEE802.11b/gIEEE802.11b/g兼容兼容。n n天线端口：天线端口：平衡电阻平衡电阻100100欧姆。欧姆。n n电源：电源：1.8V1.8V的供电电压的供电电压。n n实时时钟控制器实时时钟控制器/看门狗定时器：直接工作看门狗定时器：直接工作电池电压电池电压1.23.6V1.23.6V。32khz32khz时钟振荡器，时钟振荡器，可编程事件报警定时器。可编程事件报警定时器。n n封装：封装：1010毫米毫米x10 x10毫米毫米x0.85x0.85毫米，毫米，102102针的双列针的双列QFNQFN封装封装。n n工业适用温度：工业适用温度：0 07070。n n扩展温度：扩展温度：-4085C-4085C。n nROHSROHS（环保认证）：符合（环保认证）：符合。n n软件：软件：固件驱动，固件驱动，嵌入式设备驱动程序嵌入式设备驱动程序,嵌入式实时操作系统（嵌入式实时操作系统（RTOSRTOS），应用层接），应用层接口软件，应用参考软件口软件，应用参考软件。n n安全机制（安全机制（802.11i802.11i）：共享密钥身份验证）：共享密钥身份验证（WPA2-PSKWPA2-PSK），），AESAES硬件加密硬件加密。n n标准：标准：802.11i/k/e/d802.11i/k/e/d，IEEE1588IEEE1588。GS1010芯片参数芯片参数42精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远功能与优点功能与优点n n高度集成的无线高度集成的无线SoCSoC设计，减少分开设备实现系统功能的成本以及降设计，减少分开设备实现系统功能的成本以及降低应用设计的复杂性低应用设计的复杂性。n n超小型的外形设计减少整体占用空间超小型的外形设计减少整体占用空间。n n降低在网络实施和管理中的总体成本（降低在网络实施和管理中的总体成本（TCOTCO）。n n与现有的支持与现有的支持802.11b/G802.11b/G的基础设施无缝集成，利用的基础设施无缝集成，利用802.11802.11的安全性，的安全性，可管理性，易使用性和服务质量可管理性，易使用性和服务质量。n n提供企业级的安全性和可靠性传感器网络提供企业级的安全性和可靠性传感器网络。n n优化电池供电的应用优化电池供电的应用-非常低的功率消耗以实现多年的电池寿命非常低的功率消耗以实现多年的电池寿命。n nIEEE1588IEEE1588为网络提供高精度的同步时钟。为网络提供高精度的同步时钟。n n定位，轨迹追踪和资产监测（通过时差定位，轨迹追踪和资产监测（通过时差TDOATDOA和接收信号强度和接收信号强度RSSIRSSI指指示）示）。n n灵活配置多个灵活配置多个I/OI/O接口，系统设计更容易整合。接口，系统设计更容易整合。n n固件驱动，设备驱动程序，参考应用软件，应用接口软件，及软件开固件驱动，设备驱动程序，参考应用软件，应用接口软件，及软件开发包等减少客户产品开发时间的应用软件，使产品更快的上市。发包等减少客户产品开发时间的应用软件，使产品更快的上市。43精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远44精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远GS1010/1的开发的开发API 组组API数数描述描述外设26对所有外设进行读、写和控制操作等。包括GS1010上的SPI、UART的、I2C总线、ADC、GPIO、和PWM的I/O。让用户很容易的在外扩展传感器和与外围设备通信。FLASH2支持在FLASH内读取和写入配置参数RTC1读实时时钟。电源管理5可以让设备切换到低功耗状态网络管理和Socket服务窗体底端3执行配置网络，连结网络，或固件更新和传送UDP或TCP数据包。定时器3启动，停止和控制定时器。系统服务包括使能WDT，扫描接入点，WLAN的设置参数等服务IEEE 1588（时间同步）通过设置启动、停止和读IEEE 1588定时器片，可以获得更为精确的时间间隔。45精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远课程内容课程内容n n第一部分：当前国内高校物联网教学现状第一部分：当前国内高校物联网教学现状n n第二部分：无线网络技术引领第二部分：无线网络技术引领“物联网时代物联网时代”n n第三部分：第三部分：USNUSN网络与网络与RFIDRFIDn n第四部分：物联网技术政、产、学、研第四部分：物联网技术政、产、学、研n n第五部分：物联网第五部分：物联网/传感网解决方案解析传感网解决方案解析46精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远USN网络是网络是RFID和传感网的高级阶段和传感网的高级阶段47精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远RFIDRFIDRRadioadioF FrequencyrequencyIDIDentificationentification频率读写距离样板应用LF125khzFew cmAuto-ImmobilizerHF13.56Mhz1m门禁控制UHF900Mhz7m物流wave2.4Ghz10m公路收费主要频段主要频段主要频段主要频段:RFID是什么？RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。RFID其主要核心部件是一个电子标签，直径仅为 2毫米不到，通过相距几厘米到十几米距离内传感器发射的无线电波，可以读取电子标签内储存的信息，识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。48精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远Tag标签Antenna天线天线Reader软件FirmwareCustomersMISHostApplicationSoftware应用软件APITCP/IPPower电源AssetAsset/TagRFID 系统组成结构(block diagram)(block diagram)49精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远INTERROGATOR 读卡器读卡器RESPONSESCOMMANDSTag Physical MemoryAPPLICATIONRESPONSESAPPLICATION应用应用RF TAG 标签标签APPLICATIONCOMMANDSCommand/ResponseUnitPHYSICALINTERROGATORDATAPROTOCOLPROCESSORISO/IEC 15961ISO/IEC 18000EncoderLogical MemoryAIRINTERFACEISO/IEC 15962ISO/IEC 15962 AnnexesLogical Memory MapDecoderTag DriverandMapping RulesApplication Program InterfaceApplication Program InterfaceDEVICECOMMANDSDEVICERESPONSESRFID 系统工作原理和标准50精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远EPCEPC代码：代码：代码：代码：Electronic Product CodeElectronic Product Code Header -Tag version number(标签版本号码）标签版本号码）EPC Manager -Manufacturer ID（厂家身份号码）（厂家身份号码）Object class -Manufacturers product ID（产品号码）（产品号码）Serial Number -Unit ID（产品串行码）（产品串行码）使用使用96 bit 代码代码,EPC代码可以识别代码可以识别2.68亿个公司，每个公司最多亿个公司，每个公司最多1600万个产品号码，万个产品号码，和和 6870亿和单独产品；亿和单独产品；51精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远标签的分类标签的分类LFLFHFHFUHFUHFMicrowaveMicrowave频率范围频率范围频率范围频率范围125-134KHz125-134KHz13.56 MHz13.56 MHz866-915MHz866-915MHz2.45-5.8 GHz2.45-5.8 GHz读写的距离读写的距离读写的距离读写的距离10 cm10 cm1M1M2-15 2-15 米米1 13 3米米市场份额市场份额市场份额市场份额74%74%17%17%6%6%3%3%读取读取读取读取MagneticMagneticMagneticMagneticElectro magneticElectro magneticElectro magneticElectro magnetic目前标准目前标准目前标准目前标准11784/85,1422311784/85,1422318000-3.1,18000-3.1,15693,14443 A,B,15693,14443 A,B,and Cand CEPC G1,G2,EPC G1,G2,18000-618000-618000-418000-4应用应用应用应用Smart Card,Smart Card,Ticketing,animal Ticketing,animal tagging,tagging,Access,LaundryAccess,LaundrySmall item Small item management,management,supply chain,supply chain,Anti-theft,library,Anti-theft,library,transportationtransportationTransportation Transportation vehicle ID,vehicle ID,Access/Security,Access/Security,large item large item management,management,supply chainsupply chainTransportation Transportation vehicle ID(road vehicle ID(road toll),toll),Access/Security,Access/Security,large item large item management,management,supply chainsupply chain52精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远 UHF 标签参数标签参数(EPC only)ReadRateReadorRead/WriteTagCostPrivacySecurityGlobalStandardClass0NA:800reads/secEU:200reads/secReadOnly$24bitpasswordReaderbroadcastsOIDorAnonymousmodeswithreducedthroughputNoClass0+NA:800reads/secEU:200reads/secRead&Write$SeeaboveSeeaboveNoClass1NA:200reads/secEU:50reads/secRead&Write$8bitpasswordReaderbroadcastspartialOIDNoClass1Gen2(UHFGen2)NA:1700reads/secEU:600reads/secRead&Write0.05美元32bitpasswordandconcealedmodeAuthenticationandEncryptionYes53精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远RFID实际应用实际应用54精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远RFID实际用于场景实际用于场景1 集装箱集装箱 BillofLadingMaterialTracking55精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远传输带和生产线监测Read/WriteOperationsHigherAccuracythanBarCode56精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物流底盘标签读取Tote/Box/UnitLevelInventory57精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远传统的传统的 RFID市场市场汽车发动机制动器汽车发动机制动器汽车发动机制动器汽车发动机制动器Access ControlAccess Control门禁控制门禁控制门禁控制门禁控制Animal TrackingAnimal Tracking动物跟踪动物跟踪动物跟踪动物跟踪Automated Vehicle IdAutomated Vehicle Id高速公路和停车场收费高速公路和停车场收费高速公路和停车场收费高速公路和停车场收费58精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远RFID新市场新市场 消费产品包装和供应链消费产品包装和供应链Wal-Mart 超市超市June 03 announcementPallet/Case tagging-Top 100 suppliers Jan 05-Other 30K by end of 064 0亿个亿个EPC标签、每年标签、每年30万直接读卡器万直接读卡器 1800万万 间接读卡器间接读卡器+美国政府已经规定：所有进入美国的轮胎，必需加装EPC标签；所有飞机零件部件，必需加装EPC标签；美国机场行李监控，也全部由条码改用EPC标签；59精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远课程内容课程内容n n第一部分：当前国内高校物联网教学现状第一部分：当前国内高校物联网教学现状n n第二部分：无线网络技术引领第二部分：无线网络技术引领“物联网时代物联网时代”n n第三部分：第三部分：USNUSN网络与网络与RFIDRFIDn n第四部分：物联网技术政、产、学、研第四部分：物联网技术政、产、学、研n n第五部分：物联网第五部分：物联网/传感网解决方案解析传感网解决方案解析60精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网体系构架物联网体系构架61精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网学院物联网学院/专业的需求是什么？专业的需求是什么？n n需要一个完整的，代表了当今世界物联网主流技需要一个完整的，代表了当今世界物联网主流技术的教学体系和构架术的教学体系和构架,相关知识支撑体系和教材支相关知识支撑体系和教材支撑体系；撑体系；n n需要一套兼顾基础，兼顾研究，方便实验和实训，需要一套兼顾基础，兼顾研究，方便实验和实训，涵盖主流物联网，传感网主要国际标准的实验室涵盖主流物联网，传感网主要国际标准的实验室全套设备；全套设备；n n需要平滑衔接原来的嵌入式，单片机，自动控制需要平滑衔接原来的嵌入式，单片机，自动控制等专业基础课程；等专业基础课程；n n需要容易升级和方便跟踪物联网需要容易升级和方便跟踪物联网/传感网最新技术传感网最新技术进展和进行高级研究开发；进展和进行高级研究开发；62精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远 物联网技术高校物联网技术高校 教学体系结构需要解决教什么？教学体系结构需要解决教什么？物联网初级教育物联网技术概论无线传感器网基础RFID技术基础教学设备开发生产企业提供支撑平台包括：教学用物联网实验箱，大型物联网演示系统，物联网开发系统，实验实训系统和教师培训，技术支持物联网高级教育体系高校专家教授编写系列物联网技术专业教材教学大纲、题库实验指导书系统库和考试大纲目前已经规划专业课教材12本传统电子，信息，计算机，通讯，控制课程体系桥接到物联网核心课程教材编写体系高频电路和微波、卫星通讯3G/4G/TD远程网络和基站WIFI/ZIGBEERFID和EPC无线传感网和OS广播电视和光纤网络车载无线网络和汽车电子63精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术教学物联网技术教学 知识体系知识点知识体系知识点 151高频技术基础信号和噪声传输和损耗频率和频道，ISM波段典型的无线收发系统2数字模拟电路3微控制器4无线SOC5无线数字通讯基础多路访问，FDMATDMA，CSMAFHSS单片机和SOC内核单片机C语言编译和调试工具64精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远65物联网技术教学物联网技术教学 知识体系知识点知识体系知识点6106无线传感器传感器技术单片机传感器接口无线传感器系统7无线网络微功耗8简单无线网络9感知层节点设计10无线网络拓扑微功耗无线网络拓扑和路由典型无线网络协议栈解剖麻雀65精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术教学物联网技术教学 知识体系知识点知识体系知识点111511ZIGBEEZIGBEE的物理层和网络拓扑；ZIGBEE的协议栈12无线通讯加密13高频RFID14超高频RFID15无线定位WIFI/ZIGBEE无线定位电子标签国际标准电子标签原理读写器原理和设计；66精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网技术教学物联网技术教学 知识体系知识点知识体系知识点172117标准和协调器IEEE802.11IEEE802.15.4IEEE802.15.118远程网络19M2M网络20多网络路由和互联21数据库和中间件程序设计语言；数据库知识企业级应用系统GSM/GPRS3G网络TD和CDMA多网络融合软件设计编程技术67精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网教学体系组成物联网教学体系组成基础无线学习/开发系统系列基础无线与简单无线网络开发者指南ZigBee无线网络学习/开发系统系列CC2430/2431/2530无线SOCZigBee无线网络协议栈开发者指南Sensors+ZigBee+Ethernet/GPRS/WiFi+Internet传感网/M2M教学/开发系统系列物联网技术概论RFID14443，15693物联网教学/开发/科研系列物联网技术概论无线基础技术入门，无线网络入门，基础无线网络认识和实验；单片机技术衔接C语言编程课程衔接8位单片机教学衔接；大赛，毕业设计，研究开发；全方位掌握传感网基本技术嵌入式ARM9教学衔接，32位微控制器无线传感网技术，M2MWSN网络核心技术开发教学RFID标签，读卡器门禁，公交，身份识别等开发，实验，教学物联网应用展示系统：智能家居，节能路灯，现代农业，环境监测，智能电网等积木式单元组件结合各行各业应用项目施行工学结合政、产、学、研综合教学68精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网物联网/传感网传感网/M2M综合教学综合教学/开发开发平台平台Sensors+ZigBee+USB/Ethernet/GPRS+Internet传感网/M2M教学/开发系统系列物联网技术概论ZigBee无线网络协议栈开发者指南嵌入式ARM9教学衔接，32位微控制器无线传感网技术，M2MWSN网络核心技术开发教学69精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远70精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远HF RFID系统系统8051处理器和HF读卡协议处理NXP读卡芯片HF天线接口电缆到网关LED/复位按键13.56MHZ天线RF读卡芯片RFID14443，15693物联网教学/开发/科研系列物联网技术概论RFID标签，读卡器门禁，公交，身份识别等开发，实验，教学71精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远HF 主要功能主要功能n n读写国内常用的两个RFID标准（非接触智能卡）ISO标准：ISO14443，ISO15693n n兼容国内广泛使用的PhilipsMIFARE和I.CODE无源HF标签；n nISO15693读写距离较远（10CM)，而ISO14443读写距离稍近(1-2CM)，但应用较广泛。n n工作频率在13.56MHZ；n n到标签最大通讯速率424K/S；72精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远ZigBee无线传感网络系统无线传感网络系统ZigBee无线网络学习/开发系统系列CC2430/2431/2530无线SOCZigBee无线网络协议栈开发者指南8位单片机教学衔接；ZigBee网络，WSN；大赛，毕业设计，研究开发；全方位掌握传感网基本技术73精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远物联网物联网/传感网核心技术之高频通讯模传感网核心技术之高频通讯模组与节点组与节点74精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远基础无线学习基础无线学习/开发系列开发系列n n对于刚刚接触无线网络的学生，使用基础无线系统可以从复习单片机对于刚刚接触无线网络的学生，使用基础无线系统可以从复习单片机技术，单片机技术，单片机C C语言技术开始，从软件和无线基础两方面，入门物联语言技术开始，从软件和无线基础两方面，入门物联网和传感网技术；网和传感网技术；n n同时，可以通过自己熟悉的同时，可以通过自己熟悉的KEILKEIL，IARIAR编译调试开发环境，进行知识编译调试开发环境，进行知识无缝连接，以渐近方式，完成有线到无线的过渡；无缝连接，以渐近方式，完成有线到无线的过渡；75精彩展示精彩展示精彩展示精彩展示路漫漫其悠远路漫漫其悠远按照物联网三层结构按照物联网三层结构 规划专业课程和培养目标规划专业课程和培养目标n n传感层：无线节点核心协议栈软件传感层：无线节点核心协议栈软件设计，设计，RFIDRFID无源有源标签设计技无源有源标签设计技术掌握，低功耗无线设计；术掌握，低功耗无线设计；n n网络层：多种网络网关设计，网络层：多种网络网关设计，RFIDRFID读卡器设计，掌握主流无线读卡器设计，掌握主流无线标准，路由算法掌握，网络监视和标准，路由算法掌握，网络监视和数据库设计；数据库