物联网规划设计与构建(27张)课件

1、物联网技术课件第8章物联网规划设计与建设2022年7月28日2022年7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82022年7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8.3.1智能家居物联网系统应用示例8.3.2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2022年7月28日8.1 物联网

2、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。2022年7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2022年7月2

3、8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2022年7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2022年7月28日物联网技术和产业的发展将引发新一轮信息

4、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。2022年7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

5、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。2022年7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

6、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。2022年7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TDSCDMA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

7、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。8.2.2 物联网应用系统设计2022年7月28日对于近距离无线通信，IEEE 802.15委员会制订了3 种不同的无线个人局域网(WPAN)标准。其中，IEEE 802.1

8、5.3标准是高速率的WPAN标准，适合于多媒体应用，有较高的网络服务质量（QoS）保证；IEEE 802.15.1标准即蓝牙技术，具有中等速率，适合于蜂窝电话和PDA等的通信， 其QoS机制适合于话音业务。IEEE 802.15.4标准和ZigBee技术完全融合，专为低速率、低功耗的无线互联应用而设计，对数据速率和QoS的要求不高。目前，对于小范围内的物品、设备联网，ZigBee 技术以其复杂度低、功耗低、数据速率低及成本低等特点在传感网应用系统中引起了越来越多的关注；尤其在控制系统中，ZigBee自组网技术已经成为传感网的核心技术。2022年7月28日基于ZigBee技术的传感网在消费性电子

9、设备中嵌入ZigBee芯片后，可实现信息家用电器设备的无线互联。譬如，利用ZigBee 技术可较容易地实现相机或者摄像机的自拍、窗户远距离开关控制、室内照明系统的遥控，以及窗帘的自动调整等。尤其是当在手机或者PDA中嵌入ZigBee芯片后，可以用来控制电视开关、调节空调温度及开启微波炉等。基于ZigBee技术的个人身份卡能够代替家居和办公室的门禁卡，记录所有进出大门的个人信息，若附加个人电子指纹技术后，可实现更加安全的门禁系统。嵌入ZigBee芯片的信用卡可以较方便地实现无线提款和移动购物，商品的详细信息也能通过ZigBee向用户广播。把ZigBee技术与传感器结合起来，就可形成传感网。一般，

10、传感网由感知节点、汇聚（Sink）节点、网关节点三种节点构成。感知节点、汇聚节点完成数据采集和多跳中继传输。网关节点具有双重功能，一是充当网络协调器，负责网络的自动建立和维护、数据汇聚；二是作为监测网络与监控中心的接口，实现接入互联网、局域网，与监控中心交换传递数据。基于ZigBee技术的传感网由应用层、网络层、介质接入控制层和物理层组成。2022年7月28日2.传感网软硬件系统设计图 8-1 传感网系统组成示意图（1）基于ZigBee技术的传感网的组成对于基于ZigBee技术的传感网，不同的具体应用，传感网节点的组成有所不同。通常，就一项具体应用而言，感知节点、感知对象和观察者是传感网的3个

11、基本要素。一个传感网系统组成示意图如图8-1所示。2022年7月28日（2）网络节点的硬件设计1）感知节点硬件结构。基于ZigBee技术的感知节点硬件结构框图如8-2所示。由该图可以看出，感知节点主要由传感器模块和无线发送/接收模块组成。在实际应用中，譬如对温度和湿度测量的模拟信号需要经过一个多路选择通道控制，依次送入微处理器后由微处理器进行校正编码，然后传送到基于ZigBee技术的收发端。图 8-2 感知节点硬件结构框图2022年7月28日2）网关节点硬件结构。图 8-3 网关节点硬件结构框图2022年7月28日（3）软件设计ZigBee网络属于无线自组网络，有全功能节点(FFD)和半功能节

12、点(RFD) 两种设备类型。RFD一般作为终端感知节点，FFD可以作为协调器或路由汇聚节点。因此，软件设计包括RFD程序和FFD程序两部分，且均包括初始化程序、发射程序和接收程序、协议栈配置、组网方式配置程序以及各处理层设置程序。初始化程序主要是对CC2430、USAR串口、协议栈、LCD等进行初始化；发射程序将所采集的数据通过CC2430调制并通过DMA直接送至射频输出；接收程序完成数据的接收并进行显示、远传及返回信息处理；PHY、MAC、应用层、网络层程序设置数据的底层、上层的处理和传输方式。8.2.3 物联网系统集成2022年7月28日系统的意思是“体系、制度、体制、秩序、规律和方法”。

13、集成的意思是“成为整体、组合、综合及一体化”，它表示了将单个元件组装成一台或一种结构的过程。例如将大量的晶体管组装成一个“集成”电路。集成也表示有某种规则的相互作用形式而联结的部件组合体，即有组织的整体。例如，将软件的多个功能模块组合成“一体化”系统，使整体系统从一个程序到另一个程序能共享命令和数据流。集成以有机结合、协调工作、提高效率、创造效益为目的，将各个部分组合成具有全新功能、高效和统一的有机整体。2022年7月28日1. 物联网系统集成的目的物联网系统集成的主要目的就是用硬件设备和软件系统将网络各部分连接起来，不仅实现网络的物理连接，还要求能实现用户的相应应用需求，也就是应用方案。因此

14、，物联网系统集成不仅涉及到技术，也涉及到企业管理、工程技术等方面的内容。目前，物联网系统集成技术可划分为两个域：一个是接口域，即路由网关，另一个是物联网的服务域。服务域的作用主要是为路由网关提供一个统一访问物联网的界面，简化两者的集成难度，更重要的是，通过服务界面能有效控制和提高物联网的服务质量，保证两者集成后的可用性。2022年7月28日2.物联网系统集成技术物联网系统集成技术包括两个方面：一是应用优化技术；二是多物联网应用系统的中间件平台技术。应用优化技术主要是面向具体应用，进行功能集成、网络集成、软硬件操作界面集成，以优化应用解决方案。多物联网应用的中间件平台技术主要是针对物联网不同应用

15、需求和共性底层平台软件的特点，研究、设计系列中间件产品及标准，以满足物联网在混合组网、异构环境下的高效运行，形成完整的物联网软件系统架构。2022年7月28日3.物联网系统集成的主要内容（1）物联网软硬件产品、技术集成物联网软硬件集成不仅是各种网络软硬件产品的组合，更是一种产品与技术的融合。无论是传感器还是感知节点的元器件，无论是控制器还是自动化软件，本身都需要进行单元的集成，能上的融合，而执行机构、传感单元和控制系统之间的更高层次的集成，则需要先进适用、开放稳定的工业通信段来实现。（2）物联网应用服务集成从应用角度看，物联网是一种与实际环境交互的网络，能够通过安装在微小感知节点上的各种传感器

16、、标签等从真实环境中获取相关数据，然后通过自组织的无线传感网将数据传送到计算能力更强的通用计算机互联网上进行处理。物联网应用服务集成就是指在物联网基础应用平台上，应用系统开发商或网络系统集成商为用户开发或用户自行开发的通用或专用应用系统。2022年7月28日4.物联网系统集成步骤8.3 物联网应用系统设计示例2022年7月28日物联网是面向应用的、贴近客观物理世界的网络系统，它的产生、发展与应用密切相关联。就传感网而言，经过不同领域研究人员多年来的努力，已经在军事领域、精细农业、安全监控、环保监测、建筑领域、医疗监护、工业监控、智能交通、物流管理、自由空间探索、智能家居等领域得到了充分的肯定和

17、初步应用。传感网、RFID 技术是物联网目前应用研究的热点，两者相结合组成物联网可以较低的成本应用于物流和供应链管理、生产制造和装配，以及安防等领域。在此仅以两个具体应用案例简单介绍物联网应用系统的设计与组建。2022年7月28日8.3.1 智能家居物联网系统应用示例2022年7月28日8.3.2 工业智能控制系统应用示例小结与进一步学习建议2022年7月28日物联网是在互联网基础之上，利用射频识别、感知技术、无线通信技术、计算机技术等，构造一个覆盖世界上万事万物的实物信息网络。与其说物联网是一个网络，不如说是一个应用业务集合体，将千姿百态的各种业务网络组成一个信息网络。因此，本章首先介绍了规

18、划设计物联网的一些基本原则和设计方法步骤；然后就物联网应用系统规划、设计、系统集成方法进行了讨论，并给出了物联网在经济领域、公共管理领域和公众服务领域的具体应用系统，以及相应地物联网应用系统设计示例；最后讨论了传感网广域互联的技术和基于IPv6的互联接入方式。讨论与思考2022年7月28日1.规划设计物联网一般应遵循哪些基本原则，为什么？2.物联网系统集成主要包含哪些内容，关键步骤有哪些？3.简述一个RFID系统基本组成部分，并简述其工作原理。4.设计一个基于ZigBee技术的智能家居网络系统。5.针对某个具体应用，如环境监测，试设计一个简单的构建传感网技术方案。6.上网查询最新资料，结合物联

19、网工程实际，撰写一份物联网技术学习总结报告。2022年7月28日本章到此结束欢迎使用物联网技术教材 电子工业出版社 刘化君 刘传清 编著Thank you 1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代。3、命运给你一个比别人低的起点是想告诉你，让你用你的一生去奋斗出一个绝地反击的故事，所以有什么理由不努力!4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟无言。缘来尽量要惜，缘尽就放。人生本来就空

20、，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃!5、心情就像衣服，脏了就拿去洗洗，晒晒，阳光自然就会蔓延开来。阳光那么好，何必自寻烦恼，过好每一个当下，一万个美丽的未来抵不过一个温暖的现在。6、无论你正遭遇着什么，你都要从落魄中站起来重振旗鼓，要继续保持热忱，要继续保持微笑，就像从未受伤过一样。7、生命的美丽，永远展现在她的进取之中;就像大树的美丽，是展现在它负势向上高耸入云的蓬勃生机中;像雄鹰的美丽，是展现在它搏风击雨如苍天之魂的翱翔中;像江河的美丽，是展现在它波涛汹涌一泻千里的奔流中。8、有些事，不可避免地发生，阴晴圆缺皆有规律，我们只能坦然地接受;有些

21、事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改变它的轨迹。9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。10、有些事想开了，你就会明白，在世上，你就是你，你痛痛你自己，你累累你自己，就算有人同情你，那又怎样，最后收拾残局的还是要靠你自己。11、人生的某些障碍，你是逃不掉的。与其费尽周折绕过去，不如勇敢地攀登，或许这会铸就你人生的高点。12、有些压力总是得自己扛过去，说出来就成了充满负能量的抱怨。寻求安慰也无济于事，还徒增了别人的烦恼。13

22、、认识到我们的所见所闻都是假象，认识到此生都是虚幻，我们才能真正认识到佛法的真相。钱多了会压死你，你承受得了吗?带，带不走，放，放不下。时时刻刻发悲心，饶益众生为他人。14、梦想总是跑在我的前面。努力追寻它们，为了那一瞬间的同步，这就是动人的生命奇迹。15、懒惰不会让你一下子跌倒，但会在不知不觉中减少你的收获;勤奋也不会让你一夜成功，但会在不知不觉中积累你的成果。人生需要挑战，更需要坚持和勤奋!16、人生在世：可以缺钱，但不能缺德;可以失言，但不能失信;可以倒下，但不能跪下;可以求名，但不能盗名;可以低落，但不能堕落;可以放松，但不能放纵;可以虚荣，但不能虚伪;可以平凡，但不能平庸;可以浪漫，

23、但不能浪荡;可以生气，但不能生事。17、人生没有笔直路，当你感到迷茫、失落时，找几部这种充满正能量的电影，坐下来静静欣赏，去发现生命中真正重要的东西。18、在人生的舞台上，当有人愿意在台下陪你度过无数个没有未来的夜时，你就更想展现精彩绝伦的自己。但愿每个被努力支撑的灵魂能吸引更多的人同行。1、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚持运动。人最失败的，莫过于对自己不负责任，连答应自己的事都办不到，又何必抱怨这个世界都和你作对？人生的道理很简单，你想要什么，就去付出足够的努力。2、时间是最公平的，活一天就拥有24小时，差别只是珍惜。你若不相信努力和时光，时光一定第一个辜负你。有梦想就

24、立刻行动，因为现在过的每一天，都是余生中最年轻的一天。3、无论正在经历什么，都请不要轻言放弃，因为从来没有一种坚持会被辜负。谁的人生不是荆棘前行，生活从来不会一蹴而就，也不会永远安稳，只要努力，就能做独一无二平凡可贵的自己。4、努力本就是年轻人应有的状态，是件充实且美好的事，可一旦有了表演的成分，就会显得廉价，努力，不该是为了朋友圈多获得几个赞，不该是每次长篇赘述后的自我感动，它是一件平凡而自然而然的事，最佳的努力不过是：但行好事，莫问前程。愿努力，成就更好的你！5、付出努力却没能实现的梦想，爱了很久却没能在一起的人，活得用力却平淡寂寞的青春，遗憾是每一次小的挫折，它磨去最初柔软的心智、让我们

25、懂得累积时间的力量；那些孤独沉寂的时光，让我们学会守候内心的平和与坚定。那些脆弱的不完美，都会在努力和坚持下，改变模样。6、人生中总会有一段艰难的路，需要自己独自走完，没人帮助，没人陪伴，不必畏惧，昂头走过去就是了，经历所有的挫折与磨难，你会发现，自己远比想象中要强大得多。多走弯路，才会找到捷径，经历也是人生，修炼一颗强大的内心，做更好的自己！7、“一定要成功”这种内在的推动力是我们生命中最神奇最有趣的东西。一个人要做成大事，绝不能缺少这种力量，因为这种力量能够驱动人不停地提高自己的能力。一个人只有先在心里肯定自己，相信自己，才能成就自己！8、人生的旅途中，最清晰的脚印，往往印在最泥泞的路上，所以，别畏惧暂时的困顿，即使无人鼓掌，也要全情投入，优雅坚持。真正改变命运的，并不是等来的机遇，而是我们的态度。9、这世上没有所谓的天才