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11月3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,8,2023,年,年3,月,月7,日,日,8.1,物联,网,网设,计,计基,础,础,8.1.1,物联,网,网规,划,划设,计,计的,原,原则,8.1.2,物联,网,网规,划,划设,计,计的,步,步骤,8.2,物联,网,网的,构,构建,8.2.1,物联,网,网应,用,用系,统,统规,划,划,8.2.2,物联,网,网应,用,用系,统,统设,计,计,8.2.3,物联,网,网系,统,统集,成,成,8.3,物联,网,网应,用,用系,统,统设,计,计示,例,例,8.3.1,智能,家,家居,物,物联,网,网系,统,统应,用,用示,例,例,8.3.2,工业,智,智能,控,控制,系,系统,应,应用,示,示例,8.4,传感,网,网的,广,广域,互,互联,8.4.1,传感,网,网广,域,域互,联,联的,方,方式,8.4.2,基于,IPv6,的互,联,联接,入,入,第,8,章,物,物联,网,网规,划,划设,计,计与,构,构建,2023年3月7日,8.1 物联网,设,设计基础,由物联网的英文,名,名,Internet of Things,可知，物联网就,是,是物物互联的信,息,息网络。这样表,述,述有两层含义：,一,一是物联网的核,心,心承载网络是互,联,联网；二是物联,网,网的客户端延伸,和,和扩展到了任何,物,物品与物品之间,，,，并能进行数据,交,交换和通信。这,里,里的,“,物,”,要满足以下条件,才,才能够被纳入,“,物联网,”,的范围：有相,应,应信息的接收器,和,和发送器；要,有,有数据传输通路,；,；有一定的存,储,储功能；有,CPU,；有操作系统,；,；有专门的应,用,用程序；遵循,物,物联网的通信协,议,议；在网络中,有,有可被识别的惟,一,一编号。,2023年3月7日,8.1.,1,物联网规划设计,的,的原则,1.,实用性和先进性,原,原则,2.,安全性原则,3.,标准化、开放性,和,和可扩展性原则,4.,可靠性与可用性,原,原则,2023年3,月,月7日,8.1.,2,物联网,规,规划设,计,计的步,骤,骤,1.,用户需,求,求调查,与,与分析,2.,网络系,统,统初步,设,设计,3,物联,网,网系统,详,详细设,计,计,4,物联,网,网系统,详,详细设,计,计,5,系统,测,测试和,试,试运行,8.2,物,物联,网,网的构,建,建,2023年3,月,月7日,目前看,来,来，可,以,以把物,联,联网看,作,作是以,电,电子标,签,签、传,感,感器等,感,感知设,施,施和,EPC,码为基,础,础，建,立,立在计,算,算机互,联,联网基,础,础上的,物,物物相,联,联网络,，,，传感,网,网是其,最,最复杂,的,的一个,组,组成部,分,分。一,个,个应用,系,系统可,能,能有几,个,个到几,万,万、上,百,百万不,等,等的感,知,知节点,，,，应用,环,环境除,了,了室内,外,外，还,包,包括在,不,不同温,度,度、湿,度,度、电,磁,磁干扰,下,下的户,外,外环境,，,，因此,，,，末梢,感,感知节,点,点采集,控,控制设,备,备、接,入,入层技,术,术是物,联,联网的,关,关键和,难,难点。,8.2.1,物,物联,网,网应,用,用系,统,统规,划,划,2023,年,年3,月,月7,日,日,物联,网,网技,术,术和,产,产业,的,的发,展,展将,引,引发,新,新一,轮,轮信,息,息技,术,术革,命,命和,产,产业,革,革命,，,，是,信,信息,产,产业,领,领域,未,未来,竞,竞争,的,的制,高,高点,和,和产,业,业升,级,级的,核,核心,驱,驱动,力,力。,随,随着,信,信息,采,采集,与,与智,能,能计,算,算技,术,术的,迅,迅速,发,发展,和,和互,联,联网,与,与移,动,动通,信,信网,的,的广,泛,泛应,用,用，,大,大规,模,模发,展,展物,联,联网,及,及相,关,关产,业,业的,时,时机,日,日趋,成,成熟,，,，我,国,国早,在,在十,多,多年,前,前就,开,开始,了,了物,联,联网,相,相关,领,领域,的,的研,究,究，,技,技术,和,和标,准,准与,国,国际,基,基本,同,同步,。,。现,阶,阶段,，,，其,应,应用,主,主要,为,为传,感,感网,，,，可,在,在以,下,下各,领,领域,构,构建,物,物联,网,网系,统,统。,2023,年,年3,月,月7,日,日,1.,经济,领,领域,的,的物,联,联网,系,系统,经济,领,领域,物,物联,网,网系,统,统主,要,要是,以,以提,高,高生,产,产效,率,率、,改,改善,管,管理,和,和节,能,能减,排,排为,目,目的,应,应用,系,系统,，,，包,括,括智,能,能工,业,业、,智,智能,农,农业,、,、智,能,能物,流,流和,智,智能,电,电网,等,等。,（,1,）智,能,能工,业,业,1,）工,业,业智,能,能控,制,制系,统,统。,2,）智,能,能装,备,备产,品,品。,（,2,）,智,智能,农,农业,1,）数,字,字大,棚,棚物,联,联网,系,系统,推,推广,平,平台,。,。,2,）农,业,业服,务,务、,管,管理,和,和远,程,程监,测,测平,台,台。,（,3,）智,能,能物,流,流,1,）危,险,险品,运,运输,车,车辆,智,智能,调,调度,及,及监,控,控系,统,统。,2,）集,装,装箱,智,智能,物,物流,调,调度,系,系统,及,及平,台,台。,3,）食,品,品及,药,药品,追,追溯,系,系统,。,。,（,4,）智,能,能电,网,网,1,）电,网,网电,力,力设,施,施智,能,能监,测,测网,络,络及,平,平台,2,）智,能,能化,远,远程,抄,抄表,系,系统,及,及网,络,络。,2023年3月7日,2.,公共管理领,域,域的物联网,系,系统,公共管理领,域,域物联网主,要,要是以提高,公,公共管理水,平,平为目的应,用,用系统，这,可,可围绕市政,基,基础设施建,设,设管理、重,大,大突发事件,响,响应、重点,区,区域环境监,测,测等，建设,城,城市智能交,通,通、智能公,共,共安全、智,能,能环保和智,能,能灾害防控,等,等物联网系,统,统。,（,1,）城市智能,交,交通,1,）交通流量,与,与违规监测,网,网络及平台,。,。,2,）智能停车,系,系统。,（,2,）智能公共,安,安全,1,）城市公共,安,安全平台,2,）重要基础,设,设施安全防,护,护平台。,（,3,）智能环保,1,）水环境监,测,测物联网系,统,统及预警平,台,台。,2,）生态城市,大,大气环境智,能,能监测平台,。,。,3,）重点排污,企,企业智能化,远,远程监控平,台,台,.,（,4,）智能灾害,防,防控,1,）水文智能,监,监测及洪灾,预,预警平台。,2,）气象灾害,监,监测和预警,系,系统。,3,）地质灾害,监,监测预警与,防,防控系统。,2023年3月7日,3.,公众服务领,域,域的物联网,系,系统,公众服务领,域,域物联网主,要,要以提高人,民,民生活水平,为,为目的构建,应,应用系统，,可,可以物联网,与,与,TD,SCDMA,等,3G,网络融合应,用,用为突破口,，,，建设譬如,智,智能医护、,智,智能家居等,应,应用系统。,（,1,）智能医护,1,）个人健康,实,实时服务平,台,台。通过建,设,设个人实时,健,健康监测和,服,服务平台，,提,提升对老年,市,市民、离退,休,休干部等实,时,时医疗医护,服,服务水平。,2,）智能重症,监,监护病房平,台,台。通过建,设,设重症监护,病,病房智能系,统,统，对病人,生,生理参数进,行,行实时监测,和,和分析，能,够,够降低医疗,费,费用，提高,卫,卫生资源的,使,使用效益。,（,2,）智能家居,1,）智能小区,：,：在住宅小,区,区引入物联,网,网技术，建,设,设联入城市,公,公共安全平,台,台的小区安,防,防系统以及,基,基于通信网,络,络的家庭环,境,境监控、智,能,能安防系统,、,、电子支付,等,等智能控制,平,平台，可实,现,现小区、家,居,居智能化。,2,）基于物联,网,网的节能建,筑,筑：在政府,机,机关、科研,院,院校和商业,区,区写字楼铺,设,设物联网，,实,实时收集水,、,、电等资源,使,使用信息，,根,根据人员活,动,动情况自动,调,调节空调、,电,电灯和水源,等,等，达到节,能,能减排的目,的,的。,8.2.2,物,物联网应,用,用系统设计,2023年3月7日,对于近距离无线,通,通信，,IEEE 802.15,委员会制订了,3,种不同的无线个,人,人局域网,(WPAN),标准。其中，,IEEE 802.15.3,标准是高速率的,WPAN,标准，适合于多,媒,媒体应用，有较,高,高的网络服务质,量,量（,QoS,）保证；,IEEE 802.15.1,标准即蓝牙技术,，,，具有中等速率,，,，适合于蜂窝电,话,话和,PDA,等的通信，其,QoS,机制适合于话音,业,业务。,IEEE 802.15.4,标准和,ZigBee,技术完全融合，,专,专为低速率、低,功,功耗的无线互联,应,应用而设计，对,数,数据速率和,QoS,的要求不高。目,前,前，对于小范围,内,内的物品、设备,联,联网，,ZigBee,技术以其复杂度,低,低、功耗低、数,据,据速率低及成本,低,低等特点在传感,网,网应用系统中引,起,起了越来越多的,关,关注；尤其在控,制,制系统中，,ZigBee,自组网技术已经,成,成为传感网的核,心,心技术。,2023年3月7日,基于,ZigBee,技术的传感网,在消费性电子设,备,备中嵌入,ZigBee,芯片后，可实现,信,信息家用电器设,备,备的无线互联。,譬,譬如，利用,ZigBee,技术可较容易地,实,实现相机或者摄,像,像机的自拍、窗,户,户远距离开关控,制,制、室内照明系,统,统的遥控，以及,窗,窗帘的自动调整,等,等。尤其是当在,手,手机或者,PDA,中嵌入,ZigBee,芯片后，可以用,来,来控制电视开关,、,、调节空调温度,及,及开启微波炉等,。,。基于,ZigBee,技术的个人身份,卡,卡能够代替家居,和,和办公室的门禁,卡,卡，记录所有进,出,出大门的个人信,息,息，若附加个人,电,电子指纹技术后,，,，可实现更加安,全,全的门禁系统。,嵌,嵌入,ZigBee,芯片的信用卡可,以,以较方便地实现,无,无线提款和移动,购,购物，商品的详,细,细信息也能通过,ZigBee,向用户广播。,把,ZigBee,技术与传感器结,合,合起来，就可形,成,成传感网。一般,，,，传感网由感知,节,节点、汇聚（,Sink,）节点、网关节,点,点三种节点构成,。,。感知节点、汇,聚,聚节点完成数据,采,采集和多跳中继,传,传输。网关节点,具,具有双重功能，,一,一是充当网络协,调,调器，负责网络,的,的自动建立和维,护,护、数据汇聚；,二,二是作为监测网,络,络与监控中心的,接,接口，实现接入,互,互联网、局域网,，,，与监控中心交,换,换传递数据。基,于,于,ZigBee,技术的传感网由,应,应用层、网络层,、,、介质接入控制,层,层和物理层组成,。,。,2023年3,月,月7日,2.,传感网软硬件,系,系统设计,图,8-1,传感网系统组,成,成示意图,（,1,）基于,ZigBee,技术的传感网,的,的组成,对于基于,ZigBee,技术的传感网,，,，不同的具体,应,应用，传感网,节,节点的组成有,所,所不同。通常,，,，就一项具体,应,应用而言，感,知,知节点、感知,对,对象和观察者,是,是传感网的,3,个基本要素。,一,一个传感网系,统,统组成示意图,如,如图,8-1,所示。,2023年3,月,月7日,（,2,）网络节点的,硬,硬件设计,