第章物联网规划设计与构建

*,*,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10月28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,8,2024年10月28日,8.1,物联网设计基础,8.1.1,物联网规划设计的原则,8.1.2,物联网规划设计的步骤,8.2,物联网的构建,8.2.1,物联网应用系统规划,8.2.2,物联网应用系统设计,8.2.3,物联网系统集成,8.3,物联网应用系统设计示例,智能家居物联网系统应用示例,工业智能控制系统应用示例,8.4,传感网的广域互联,8.4.1,传感网广域互联的方式,8.4.2,基于,IPv6,的互联接入,第,8,章 物联网规划设计与构建,2024年10月28日,8.1 物联网设计基础,由物联网的英文名,Internet of Things,可知，物联网就是物物互联的信息网络。这样表述有两层含义：一是物联网的核心承载网络是互联网；二是物联网的客户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，并能进行数据交换和通信。这里的,“,物,”,要满足以下条件才能够被纳入,“,物联网,”,的范围：有相应信息的接收器和发送器；要有数据传输通路；有一定的存储功能；有,CPU,；有操作系统；有专门的应用程序；遵循物联网的通信协议；在网络中有可被识别的惟一编号。,2024年10月28日,8.1.,1,物联网规划设计的原则,1.,实用性和先进性原则,2.,安全性原则,3.,标准化、开放性和可扩展性原则,4.,可靠性与可用性原则,2024年10月28日,8.1.,2,物联网规划设计的步骤,1.,用户需求调查与分析,2.,网络系统初步设计,3,物联网系统详细设计,4,物联网系统详细设计,5,系统测试和试运行,8.2 物联网的构建,2024年10月28日,目前看来，可以把物联网看作是以电子标签、传感器等感知设施和,EPC,码为基础，建立在计算机互联网基础上的物物相联网络，传感网是其最复杂的一个组成部分。一个应用系统可能有几个到几万、上百万不等的感知节点，应用环境除了室内外，还包括在不同温度、湿度、电磁干扰下的户外环境，因此，末梢感知节点采集控制设备、接入层技术是物联网的关键和难点。,8.2.1 物联网应用系统规划,2024年10月28日,物联网技术和产业的发展将引发新一轮信息技术革命和产业革命，是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。随着信息采集与智能计算技术的迅速发展和互联网与移动通信网的广泛应用，大规模发展物联网及相关产业的时机日趋成熟，我国早在十多年前就开始了物联网相关领域的研究，技术和标准与国际基本同步。现阶段，其应用主要为传感网，可在以下各领域构建物联网系统。,2024年10月28日,1.,经济领域的物联网系统,经济领域物联网系统主要是以提高生产效率、改善管理和节能减排为目的应用系统，包括智能工业、智能农业、智能物流和智能电网等。,（,1,）智能工业,1,）工业智能控制系统。,2,）智能装备产品。,（,2,）智能农业,1,）数字大棚物联网系统推广平台。,2,）农业服务、管理和远程监测平台。,（,3,）智能物流,1,）危险品运输车辆智能调度及监控系统。,2,）集装箱智能物流调度系统及平台。,3,）食品及药品追溯系统。,（,4,）智能电网,1,）电网电力设施智能监测网络及平台,2,）智能化远程抄表系统及网络。,2024年10月28日,2.,公共管理领域的物联网系统,公共管理领域物联网主要是以提高公共管理水平为目的应用系统，这可围绕市政基础设施建设管理、重大突发事件响应、重点区域环境监测等，建设城市智能交通、智能公共安全、智能环保和智能灾害防控等物联网系统。,（,1,）城市智能交通,1,）交通流量与违规监测网络及平台。,2,）智能停车系统。,（,2,）智能公共安全,1,）城市公共安全平台,2,）重要基础设施安全防护平台。,（,3,）智能环保,1,）水环境监测物联网系统及预警平台。,2,）生态城市大气环境智能监测平台。,3,）重点排污企业智能化远程监控平台,.,（,4,）智能灾害防控,1,）水文智能监测及洪灾预警平台。,2,）气象灾害监测和预警系统。,3,）地质灾害监测预警与防控系统。,2024年10月28日,3.,公众服务领域的物联网系统,公众服务领域物联网主要以提高人民生活水平为目的构建应用系统，可以物联网与,TD,SCDMA,等,3G,网络融合应用为突破口，建设譬如智能医护、智能家居等应用系统。,（,1,）智能医护,1,）个人健康实时服务平台。通过建设个人实时健康监测和服务平台，提升对老年市民、离退休干部等实时医疗医护服务水平。,2,）智能重症监护病房平台。通过建设重症监护病房智能系统，对病人生理参数进行实时监测和分析，能够降低医疗费用，提高卫生资源的使用效益。,（,2,）智能家居,1,）智能小区：在住宅小区引入物联网技术，建设联入城市公共安全平台的小区安防系统以及基于通信网络的家庭环境监控、智能安防系统、电子支付等智能控制平台，可实现小区、家居智能化。,2,）基于物联网的节能建筑：在政府机关、科研院校和商业区写字楼铺设物联网，实时收集水、电等资源使用信息，根据人员活动情况自动调节空调、电灯和水源等，达到节能减排的目的。,物,物联网,应,应用系,统,统设计,2022,年,年12月31,日,日,对于,近,近距,离,离无,线,线通,信,信，,IEEE802.15,委员,会,会制,订,订了,3,种不,同,同的,无,无线,个,个人,局,局域,网,网,(WPAN),标准,。,。其,中,中，标准,是,是高,速,速率,的,的,WPAN,标准,，,，适,合,合于,多,多媒,体,体应,用,用，,有,有较,高,高的,网,网络,服,服务,质,质量,（,（,QoS,）保,证,证；标准,即,即蓝,牙,牙技,术,术，,具,具有,中,中等,速,速率,，,，适,合,合于,蜂,蜂窝,电,电话,和,和,PDA,等的,通,通信,，,，,其,其,QoS,机制,适,适合,于,于话,音,音业,务,务。标准,和,和,ZigBee,技术完,全,全融合,，,，专为,低,低速率,、,、低功,耗,耗的无,线,线互联,应,应用而,设,设计，,对,对数据,速,速率和,QoS,的要求,不,不高。,目,目前，,对,对于小,范,范围内,的,的物品,、,、设备,联,联网，,ZigBee,技术以,其,其复杂,度,度低、,功,功耗低,、,、数据,速,速率低,及,及成本,低,低等特,点,点在传,感,感网应,用,用系统,中,中引起,了,了越来,越,越多的,关,关注；,尤,尤其在,控,控制系,统,统中，,ZigBee,自组网,技,技术已,经,经成为,传,传感网,的,的核心,技,技术。,2022年12月31日,基于,ZigBee,技术的,传,传感网,在消费,性,性电子,设,设备中,嵌,嵌入,ZigBee,芯片后,，,，可实,现,现信息,家,家用电,器,器设备,的,的无线,互,互联。,譬,譬如，,利,利用,ZigBee,技术可,较,较容易,地,地实现,相,相机或,者,者摄像,机,机的自,拍,拍、窗,户,户远距,离,离开关,控,控制、,室,室内照,明,明系统,的,的遥控,，,，以及,窗,窗帘的,自,自动调,整,整等。,尤,尤其是,当,当在手,机,机或者,PDA,中嵌入,ZigBee,芯片后,，,，可以,用,用来控,制,制电视,开,开关、,调,调节空,调,调温度,及,及开启,微,微波炉,等,等。基,于,于,ZigBee,技术的,个,个人身,份,份卡能,够,够代替,家,家居和,办,办公室,的,的门禁,卡,卡，记,录,录所有,进,进出大,门,门的个,人,人信息,，,，若附,加,加个人,电,电子指,纹,纹技术,后,后，可,实,实现更,加,加安全,的,的门禁,系,系统。,嵌,嵌入,ZigBee,芯片的,信,信用卡,可,可以较,方,方便地,实,实现无,线,线提款,和,和移动,购,购物，,商,商品的,详,详细信,息,息也能,通,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，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。,2022年12月31,日,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,。,。一个传感,网,网系统组成,示,示意图如图,8-1,所示。,2022年12月31,日,日,（,2,）网络节点,的,的硬件设计,1,）感知节,点,点硬件结,构,构。基于,ZigBee,技术的感,知,知节点硬,件,件结构框,图,图如,8-2,所示。由,该,该图可以,看,看出，感,知,知节点主,要,要由传感,器,器模块和,无,无线发送,/,接收模块,组,组成。在,实,实际应用,中,中，譬如,对,对温度和,湿,湿度测量,的,的模拟信,号,号需要经,过,过一个多,路,路选择通,道,道控制，,依,依次送入,微,微处理器,后,后由微处,理,理器进行,校,校正编码,，,，然后传,送,送到基于,ZigBee,技术的收,发,发端。,图,8-2,感知节点,硬,硬件结构,框,框图,2022,年,年12月31日,2,）网关节,点,点硬件结,构,构。,图,8-3,网关节点,硬,硬件结构,框,框图,2022,年,年12,月,月31,日,日,（,3,）,软,软,件,件,设,设,计,计,ZigBee,网,络,络,属,属,于,于,无,无,线,线,自,自,组,组,网,网,络,络,，,，,有,有,全,全,功,功,能,能,节,节,点,点,(FFD),和,半,半,功,功,能,能,节,节,点,点,(RFD),两,种,种,设,设,备,备,类,类,型,型,。,。,RFD,一,般,般,作,作,为,为,终,终,端,端,感,感,知,知,节,节,点,点,，,，,FFD,可,以,以,作,作,为,为,协,协,调,调,器,器,或,或,路,路,由,由,汇,汇,聚,聚,节,节,点,点,。,。,因,因,此,此,，,，,软,软,件,件,设,设,计,计,包,包,括,括,RFD,程,序,序,和,和,FFD,程,序,序,两,两,部,部,分,分,，,，,且,且,均,均,包,包,括,括,初,初,始,始,化,化,程,程,序,序,、,、,发,发,射,射,程,程,序,序,和,和,接,接,收,收,程,程,序,序,、,、,协,协,议,议,栈,栈,配,配,置,置,、,、,组,组,网,网,方,方,式,式,配,配,置,置,程,程,序,序,以,以,及,及,各,各,处,处,理,理,层,层,设,设,置,置,程,程,序,序,。,。,初,初,始,始,化,化,程,程,序,序,主,主,要,要,是,是,对,对,CC2430,、,USAR,串口、,协,协议栈,、,、,LCD,等进行,初,初始化,；,；发射,程,程序将,所,所采集,的,的数据,通,通过,CC2430,调制并,通,通过,DMA,直接送,至,至射频,输,输出；,接,接收程,序,序完成,数,数据的,接,接收并,进,进行显,示,示、远,传,传及返,回,回信息,处,处理；,PHY,、,MA