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1、Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论信息信息与与智能科智能科学学导论第第6章章物联网导论物联网导论天津科技大学天津科技大学1Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论主要内容主要内容物联网概述物联网概述感知层相关技术感知层相关技术网络层相关技术网络层相关技术物联网应用案例物联网应用案例2Tianjin University of Sci
2、ence&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.1物联网概述物联网概述早期人们通过按照类别堆放物品进行物品管早期人们通过按照类别堆放物品进行物品管理，物品的标签往往是物品的名字。理，物品的标签往往是物品的名字。20世纪世纪40年代，人们发明了条形码技术，该技术将年代，人们发明了条形码技术，该技术将宽度不等的多个黑条和白条，按照一定的编宽度不等的多个黑条和白条，按照一定的编码规则排列，由于黑条和白条的光线反射率码规则排列，由于黑条和白条的光线反射率不一样，这些黑条和白条就组成了一定的数不一样，这些黑条和白条就组成了一定的
3、数据信息。据信息。Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.1物联网概述物联网概述6.1.1物联网的定义物联网的定义：物联网是指物物相连的互联网，它具体有两层物联网是指物物相连的互联网，它具体有两层含义：一是物联网的核心和基础仍然是互联网，含义：一是物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；二是用是在互联网基础上延伸和扩展的网络；二是用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。行信息交
4、换和通信。4Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.1.2物联网的体系结构物联网的体系结构物联网涉及通信、微电子、计算机技术和网络物联网涉及通信、微电子、计算机技术和网络等诸多技术领域，人们总结抽象出感知层、网等诸多技术领域，人们总结抽象出感知层、网络层和应用层的三层体系结构络层和应用层的三层体系结构。l感知层感知层l网络层网络层l应用层应用层5Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基
5、础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.2感知层相关技术感知层相关技术感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。感知层的相关技术包括无线射频识别技术、二感知层的相关技术包括无线射频识别技术、二维条形码、传感器技术、定位技术等。维条形码、传感器技术、定位技术等。7Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公
6、共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.2.1无线射频识别技术无线射频识别技术无线射频识别（无线射频识别（RFID）技术的基本理论是电磁理）技术的基本理论是电磁理论，利用射频信号和空间耦合传输特效，实现对被论，利用射频信号和空间耦合传输特效，实现对被识别物体的自动识别，是一种非接触的自动识别技识别物体的自动识别，是一种非接触的自动识别技术。术。无线射频识别系统通常包含传送器、接收器、微处无线射频识别系统通常包含传送器、接收器、微处理器、天线、标签理器、天线、标签5个部分。个部分。8Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人
7、工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.2.1无线射频识别技术无线射频识别技术Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.2.2二维条形码二维条形码堆叠式二维条形码的编码原理建立在一维条形码的基堆叠式二维条形码的编码原理建立在一维条形码的基础上，将一维条形码的高度变窄，再根据需要堆叠成础上，将一维条形码的高度变窄，再根据需要堆叠成多行多行。堆叠式二维条形码在编码设计、检查原理、识。堆叠式二维条形码在编码设计、检查原理、识读方式
8、等方面都继承了一维条形码的特点。读方式等方面都继承了一维条形码的特点。10Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.2.2二维条形码二维条形码矩阵式二维条形码是以矩阵的形式组成的，矩阵式二维条形码是以矩阵的形式组成的，在矩阵相应的元素位置上，用点的出现表示在矩阵相应的元素位置上，用点的出现表示二进制的二进制的“1”，不出现表示二进制的，不出现表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义。，点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义。其中，点可以是方点、圆点或
9、其他形状的点。其中，点可以是方点、圆点或其他形状的点。Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.2.3传感器技术传感器技术传感器一般由敏感元件、转换元件和基本电路传感器一般由敏感元件、转换元件和基本电路（即信号调理与转换电路）三部分组成。敏感（即信号调理与转换电路）三部分组成。敏感元件感受被测量信息，转换元件将响应的被测元件感受被测量信息，转换元件将响应的被测量信息转换成电参量，基本电路将电参量接入量信息转换成电参量，基本电路将电参量接入电路中并转换成电量信息，传
10、递给信息系统。电路中并转换成电量信息，传递给信息系统。12Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.2.4定位技术定位技术无线定位系统由无线信号发射站和无线信号接无线定位系统由无线信号发射站和无线信号接收站两部分组成，无线信号接收站通过测量无收站两部分组成，无线信号接收站通过测量无线信号发射站发出的信号参数（如信号强度、线信号发射站发出的信号参数（如信号强度、信号传输的时延），并调用定位算法来进行位信号传输的时延），并调用定位算法来进行位置的计算。置的计算。13T
11、ianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论无线定位系统主要包括无线定位系统主要包括l卫星定位系统卫星定位系统l蜂窝基站定位系统蜂窝基站定位系统l无线局域网定位系统无线局域网定位系统14Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论卫星定位系统卫星定位系统卫星定位系统通过卫星采集到观测点的经纬卫星定位系统通过卫星采集到观测点的经纬度和高度，从而实现导
12、航、定位、授时等功度和高度，从而实现导航、定位、授时等功能。卫星定位系统由能。卫星定位系统由3个部分构成，地面监个部分构成，地面监控部分（由主控站、地面天线、监测站和通控部分（由主控站、地面天线、监测站和通信辅助系统等组成）、空间部分（卫星）、信辅助系统等组成）、空间部分（卫星）、用户部分（主要由地面接收机和卫星天线组用户部分（主要由地面接收机和卫星天线组成）。成）。Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论Tianjin University of Science&
13、Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论蜂窝基站定位系统蜂窝基站定位系统蜂窝基站定位系统实质上是利用运营商蜂窝基蜂窝基站定位系统实质上是利用运营商蜂窝基站实现终端位置的无线定位。站实现终端位置的无线定位。Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.3网络层相关技术网络层相关技术网络层主要用于实现感知层各类信息的交换，是物联网络层主要用于实现感知层各类信息的交换，是物联网络层主要用于实现感知层各类信
14、息的交换，是物联网络层主要用于实现感知层各类信息的交换，是物联网信息传输的基石，其关键技术包括因特网、移动通网信息传输的基石，其关键技术包括因特网、移动通网信息传输的基石，其关键技术包括因特网、移动通网信息传输的基石，其关键技术包括因特网、移动通信、云计算和信、云计算和信、云计算和信、云计算和ZigBeeZigBee技术。技术。技术。技术。18Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.3.1移动通信系统移动通信系统物联网结合各个行业、各个领域制订不同的应用系统，物
15、联网结合各个行业、各个领域制订不同的应用系统，物联网结合各个行业、各个领域制订不同的应用系统，物联网结合各个行业、各个领域制订不同的应用系统，每个应用系统都离不开各个部门之间、地区之间、行每个应用系统都离不开各个部门之间、地区之间、行每个应用系统都离不开各个部门之间、地区之间、行每个应用系统都离不开各个部门之间、地区之间、行业之间的信息交换，网络是物联网信息交换的基础，业之间的信息交换，网络是物联网信息交换的基础，业之间的信息交换，网络是物联网信息交换的基础，业之间的信息交换，网络是物联网信息交换的基础，移动通信网络的加入极大地丰富了物联网在各个方面移动通信网络的加入极大地丰富了物联网在各个方
16、面移动通信网络的加入极大地丰富了物联网在各个方面移动通信网络的加入极大地丰富了物联网在各个方面的应用。的应用。的应用。的应用。19Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论移动通信系统用于为公众提供移动语音和数据通移动通信系统用于为公众提供移动语音和数据通信服务，为了提高通信资源的使用效率，它通过信服务，为了提高通信资源的使用效率，它通过数量众多的类似蜂窝形状的区域构成全系统服务数量众多的类似蜂窝形状的区域构成全系统服务的覆盖区，基站为蜂窝的中心。的覆盖区，基站为蜂窝
17、的中心。Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论移动通信系统的特征可以将其分为移动通信系统的特征可以将其分为移动通信系统的特征可以将其分为移动通信系统的特征可以将其分为第一代移动通信系统（第一代移动通信系统（第一代移动通信系统（第一代移动通信系统（1G1G）第二代移动通信系统（第二代移动通信系统（第二代移动通信系统（第二代移动通信系统（2G2G）第三代移动通信系统（第三代移动通信系统（第三代移动通信系统（第三代移动通信系统（3G3G）第四代移动通信系统（第四代移动通
18、信系统（第四代移动通信系统（第四代移动通信系统（4G4G）第五代移动通信系统（第五代移动通信系统（第五代移动通信系统（第五代移动通信系统（5G5G）216.3.1移动通信系统移动通信系统Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.3.2ZigBeeZigBeeZigBee的特点主要包括以下几点：的特点主要包括以下几点：的特点主要包括以下几点：的特点主要包括以下几点：l低功耗。低功耗。低功耗。低功耗。ZigBeeZigBee在低耗电待机模式下，在低耗电待机模式下，在低
19、耗电待机模式下，在低耗电待机模式下，2 2节节节节5 5号电池号电池号电池号电池可支持可支持可支持可支持1 1个节点工作个节点工作个节点工作个节点工作6 62424个月，甚至更长时间，相个月，甚至更长时间，相个月，甚至更长时间，相个月，甚至更长时间，相同条件下，蓝牙能工作数周，同条件下，蓝牙能工作数周，同条件下，蓝牙能工作数周，同条件下，蓝牙能工作数周，Wi-FiWi-Fi节点能工作数节点能工作数节点能工作数节点能工作数小时。小时。小时。小时。l低成本。低成本。低成本。低成本。ZigBeeZigBee通过大幅简化协议标准，降低了对通过大幅简化协议标准，降低了对通过大幅简化协议标准，降低了对通过
20、大幅简化协议标准，降低了对通信控制器的要求，芯片成本降低，只相当于蓝牙通信控制器的要求，芯片成本降低，只相当于蓝牙通信控制器的要求，芯片成本降低，只相当于蓝牙通信控制器的要求，芯片成本降低，只相当于蓝牙的的的的1/101/10左右，并且左右，并且左右，并且左右，并且ZigBeeZigBee的协议是免专利费的。的协议是免专利费的。的协议是免专利费的。的协议是免专利费的。22Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论l低速率。低速率。ZigBee工作在工作在20250kb
21、it/s的较低速的较低速率，分别提供率，分别提供250kbit/s（2.4GHz）、）、40kbit/s（915MHz）和）和20kbit/s（868MHz）的）的原始数据吞吐率，满足了低速率传输数据的应原始数据吞吐率，满足了低速率传输数据的应用需求。用需求。l近距离。近距离。ZigBee两个相邻节点的传输范围一般两个相邻节点的传输范围一般为为10100m，在增加射频发射功率后，可增加，在增加射频发射功率后，可增加到到13km，如果通过路由和节点通信的接力，如果通过路由和节点通信的接力，传输距离可以更远。传输距离可以更远。l响应延时短。响应延时短。ZigBee的响应速度较快，一般从的响应速度较
22、快，一般从睡眠转入工作状态只需睡眠转入工作状态只需15ms，节点接入网络只，节点接入网络只需需30ms，网络反应速度快。，网络反应速度快。Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论l网络容量大。网络容量大。ZigBee可采用星形、树形和网可采用星形、树形和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理最多一个主节点可管理254个子节点，同时个子节点，同时主节点还可以由上一层网络节点管理，最多主节点还可以由上一层网
23、络节点管理，最多可组成可组成65000个节点的大型网络。个节点的大型网络。l高度安全性。高度安全性。ZigBee提供了三级安全模式，提供了三级安全模式，包括无安全设定、接入控制列表设定和高级包括无安全设定、接入控制列表设定和高级加密标准的设定。加密标准的设定。Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.3.2ZigBeeZigBee的主要优势在于该类型的电子产品可以连网，的主要优势在于该类型的电子产品可以连网，同时还具有可互操作、高可靠及高安全等特性。同时还具有可互
24、操作、高可靠及高安全等特性。ZigBee可以用于消费类电子设备、智能家居（控制照可以用于消费类电子设备、智能家居（控制照明、煤气表报警等）、电子玩具、医护（监视器和传明、煤气表报警等）、电子玩具、医护（监视器和传感器）、智能交通、农业自动化等多个领域。感器）、智能交通、农业自动化等多个领域。25Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.4物联网应用案例物联网应用案例物联网广泛应用于智能家居、智能医疗、智能物联网广泛应用于智能家居、智能医疗、智能交通、智能环保、智能
25、电网、智能物流、智慧交通、智能环保、智能电网、智能物流、智慧城市。城市。26Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.4.1智能家居智能家居智能家居是利用先进的计算机技术、网络通信技术、智能家居是利用先进的计算机技术、网络通信技术、智能家居是利用先进的计算机技术、网络通信技术、智能家居是利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术、物联网技术，依照人综合布线技术、自动控制技术、物联网技术，依照人综合布线技术、自动控制技术、物联网技术，依照人综合布
26、线技术、自动控制技术、物联网技术，依照人体工程学原理，融合个性需求，将家居生活有关的各体工程学原理，融合个性需求，将家居生活有关的各体工程学原理，融合个性需求，将家居生活有关的各体工程学原理，融合个性需求，将家居生活有关的各个子系统连接起来的家居设施。通过智能家居，可以个子系统连接起来的家居设施。通过智能家居，可以个子系统连接起来的家居设施。通过智能家居，可以个子系统连接起来的家居设施。通过智能家居，可以智能控制和管理热水器、空调、洗衣机、冰箱、电视、智能控制和管理热水器、空调、洗衣机、冰箱、电视、智能控制和管理热水器、空调、洗衣机、冰箱、电视、智能控制和管理热水器、空调、洗衣机、冰箱、电视、
27、灯光等各种家居设备，构建高效的家居管理系统，提灯光等各种家居设备，构建高效的家居管理系统，提灯光等各种家居设备，构建高效的家居管理系统，提灯光等各种家居设备，构建高效的家居管理系统，提升家居的安全性、便利性、舒适性，创造节能环保的升家居的安全性、便利性、舒适性，创造节能环保的升家居的安全性、便利性、舒适性，创造节能环保的升家居的安全性、便利性、舒适性，创造节能环保的居住环境。居住环境。居住环境。居住环境。27Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论Tianjin U
28、niversity of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论6.4.2智能交通智能交通智能交通系统（智能交通系统（智能交通系统（智能交通系统（IntelligentTransportationSystemIntelligentTransportationSystem，ITSITS）是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电）是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电）是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电）是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运子传感技术、控
29、制技术及计算机技术等有效地集成运子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统，它是未来交通系统的发展方向。输管理系统，它是未来交通系统的发展方向。输管理系统，它是未来
30、交通系统的发展方向。输管理系统，它是未来交通系统的发展方向。29Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息信息与与智能科智能科学学导论智能交通系统包括：智能交通系统包括：先进交通信息系统先进交通信息系统先进交通管理系统先进交通管理系统先进公共交通系统先进公共交通系统先进车辆控制系统先进车辆控制系统电子收费系统电子收费系统紧急救援系统紧急救援系统31