物联网相关网络技术课件

P1物联网相关网络技术P1物联网相关网络技术赋予万物生命：物联网向我们走来赋予万物生命：物联网向我们走来前言前言前言在路上，也许你的需要买一些东西，只要你的手机就可以支付账单了。。。

前言在路上，也许你的需要买一些东西，只要你的手机就可以支付账前言当你出门的时候，你不需要带车钥匙，用你的身份证或者你的银行卡就可以开车门了，也许简单一点，用你的指纹就开动了座驾。最关键的是在路上的时候，已经有车载终端的为你提醒今天走哪一条路不堵车。。。

晚上回来，你吃饭完，要去溜溜你的狗，也许昨天你没有带它出去，会有信息提醒你，这个狗今天需要的多远的距离比较适合“狗狗”

身体情况。前言当你出门的时候，你不需要带车钥匙，用你的身份证或者你的银前言这一切在将来都在慢慢变成现实，实现这些的就是：物联网全球物联网应用增长态势明显，万物互联时代开启。前言这一切在将来都在慢慢变成现实，实现这些的就是：物联网全球

物联网简介

1.1.1物联网一、物联网的定义物联网的英文名称是“InternetofThings”，它的概念最早是在1999年，由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出的。它是指利用产品电子代码EPC、射频识别技术，通过网络（当时网络的概念还仅限于通过互联网），实现在任何的时候，任何地点对任何物品识别和管理，即物品的互联互通。物联网是在互联网、传感网等概念上衍生出来的一种满足人们更多需求的新型网络。从电子信息技术角度来说，物联网是计算机、网络与传感器技术及软件的综合技术。物联网简介

1.1.1物联网物联网是在互联网、国际电信联盟(ITU)的定义物联网主要解决物品到物品(ThingtoThing，T2T)，人到物品(HumantoThing，H2T)，人到人(HumantoHuman，H2H)之间的互联。”这里与传统互联网不同的是，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，H2H是指人之间不依赖于个人电脑而进行的互连。物联网

国际电信联盟(ITU)的定义物联网主要解决物品到物品(Th中国政府工作报告的定义物联网是通过传感设备按照约定的协议，把各种网络连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

1.1.1物联网

中国政府工作报告的定义物联网是通过传感设备按照约定的协议，把物联网与互联网相比，有如下主要特征海量信息：接入设备繁杂：网络架构繁杂：网络管理自治：智能物物互联：物理安全威胁：能量获取多样：设备制造的小型微型化物联网与互联网相比，有如下主要特征海量信息：物联网（中国移动定义的物联网的体系结构）物联网的体系结构物联网（中国移动定义的物联网的体系结构）物联网的体系结构网络技术网络技术5.3.2计算机网络的分类按网络覆盖范围进行分类：5.3.2计算机网络的分类按网络覆盖范围进行分类：互联网、物联网与接入互联网——物联网的传输通信保障互联网、物联网与接入互联网——物联网的传输通信保障1.2互联网、物联网与接入1.2互联网、物联网与接入从端系统接入的角度看互联网的结构

从端系统接入的角度看互联网的结构

从端系统接入的角度看物联网的结构

17从端系统接入的角度看物联网的结构

17从网络数据采集与传输内容的角度看互联网与物联网的区别与联系从网络数据采集与传输内容的角度看互联网与物联网的区别与联系1.2.3互联网、物联网与接入技术（1）互联网主要是实行人与人之间的信息交互与共享，因此在互联网端结点之间传输的文本文件、语音文件、视频文件都是由人输入的，即使是通过扫描和文字识别OCR技术输入的文字或图形、图像文件，也都是在人的控制之下完成的。（2）物联网的端系统采用的是传感器、RFID，因此物联网感知的数据是传感器主动感知或者是RFID读写器自动读出的。由此可见，在网络端系统数据采集方式上，互联网与物联网是有区别的。物联网与互联网在数据采集、传输内容上的区别：1.2.3互联网、物联网与接入技术（1）互联网主要是实行人与计算机网络发展的三条主线计算机网络发展的三条主线互联网的形成与发展

起源于ARPANET集中式和非集中式

拓扑构型分布式网络的拓扑构型互联网的形成与发展

起源于ARPANET集中式和非集中式技术的基本设计思路网络中没有一个中心控制节点，联网计算机独立地完成数据接收、转发、接收的功能发送数据的主机预先将待发送的数据封装成多个短的、有固定格式的分组如何发送主机与接收主机之间没有直接连接的通信线路，那么分组就需要通过中间节点“”，这种中间转发节点就是目前广泛使用的路由器每个路由器可以根据链路状态与分组的源地址、目的地址，通过路由选择算法为每个分组选择合适的传输路径当目的主机接收到属于一个报文的所有分组之后，再将分组中多个短的数据字段组合起来，还原成发送主机发送的报文技术的基本设计思路网络中没有一个中心控制节点，联网计算机独立ARPANET设计思想通信子网结构与分组交换原理示意图存储转发ARPANET设计思想通信子网结构与分组交换原理示意图存储转5.2.3NSFNET对互联网发展的影响从ARPANET到Internet的发展过程5.2.3NSFNET对互联网发展的影响从ARPANET互联网的形成互联网是一个全球范围的信息资源网，接入互联网的主机可以是信息服务的提供者，也可以是信息服务的使用者传统的互联网应用主要有E-mail、TELNET、FTP、BBS与Web互联网的全球性与开放性，使人们愿意在互联网上发布和获取信息，浏览器、搜索引擎、IPTV、IP电话等P2P技术的产生，对互联网的发展产生重要的作用，使互联网中的信息更丰富、使用更方便互联网的形成互联网是一个全球范围的信息资源网，接入互联网的主互联网的高速发展与信息高速公路的建设20世纪90年代，世界经济的发展带动了信息产业的发展，信息技术与网络应用已成为衡量21世纪综合国力与企业竞争力的重要标准1993年9月美国公布了国家信息基础设施（NII）建设计划，NII被形象地称为信息高速公路各国政府开始认识到信息产业发展对经济发展的重要作用，开始制定信息高速公路建设计划1995年2月全球信息基础设施委员会成立，目的是推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与应用互联网的高速发展与信息高速公路的建设20世纪90年代，世界经广域网与三网融合技术的发展1.广域网技术发展的背景广域网建设投资很大，管理困难，通常由电信运营商负责组建、运营与维护，因此广域网是一种公共数据网络。广域网需要保证数据交换的服务质量（QoS），因此广域网研究的重点是宽带核心交换技术。互联网的广泛应用推动电信网技术的高速发展，电信运营商的服务业务也从以语音服务为主逐步向数据业务方向发展。广域网与三网融合技术的发展1.广域网技术发展的背景三网融合“三网融合”实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输网技术的融合、业务的融合三网融合“三网融合”实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输互联网中边缘部分与核心交换部分结构示意图互联网中边缘部分与核心交换部分结构示意图IP网络：从IPv4到IPv6互联网的核心技术是TCP/IP协议，它的网络层使用的是IP协议核心交换网中所示的所有路由器都必须支持IP协议，因此互联网核心交换网也称为IP网络其他的通信网络，如移动通信网不使用IP协议，因此将不支持IP协议的网络称为非IP网络由于IP网络与非IP网络的网络层协议不同，属于异构的网络，异构网络的互联需要通过具有协议变换功能的网关（gateway）来实现IP网络：从IPv4到IPv6互联网的核心技术是TCP/IP从IPv4到IPv6IP协议共出现过6个版本，正式形成国际标准、被采用的是IPv4与IPv6协议IPv4协议是在1981年制定的，地址长度为32位2011年2月3日最后5块IPv4地址被分配给全球5大区域互联网注册机构之后，IPv4地址全部分配完毕IPv6协议具有地址空间大，能够自动配置地址，安全性与服务质量好的优点从IPv4向IPv6的过渡已经是大势所趋31从IPv4到IPv6IP协议共出现过6个版本，正式形成国际标接入技术

接入技术类型接入技术

接入技术类型接入技术分类

33接入技术有线接入电话交换网接入有线电视网接入光纤接入局域网接入电力线接入无线局域网接入无线自组网接入无线城域网接入移动通信网接入无线接入接入技术分类

33接入技术有线接入电话交换网接入有线电视网接ADSL接入技术ADSL可以在现有的用户电话线上通过传统的电话交换网，以不干扰传统模拟电话业务为前提，同时能够提供宽带互联网接入服务ADSL接入技术ADSL可以在现有的用户电话线上通过传统的电HFC接入技术HFC技术用光纤取代有线电视网络中干线同轴电缆光纤接到居民小区的光纤节点之后，小区内部接入用户家庭仍然使用同轴电缆，形成了光纤与同轴电缆混合使用的传输网络在保证正常电视节目播放与交互式视频点播VOD节目服务的同时，为家庭用户计算机接入互联网提供服务HFC接入技术HFC技术用光纤取代有线电视网络中干线同轴电缆HFC结构示意图光纤到路边（FTTC）光纤到小区（FTTZ）光纤到大楼（FTTB）光纤到办公室（FTTO）光纤到户（FTTH）HFC结构示意图光纤到路边（FTTC）Mbit/s1101000,1室外固定行走车辆室内固定/桌面行走移动性UMTSW-LAN

IEEE802.11a

HyperLAN2蓝牙GSM,IS-95,D-AMPSWBB-LAN广域网（WAN）-覆盖面局域网（LAN）-热点–高速个人局域网（PAN）-连接性，替代缆线需要新的频率分配无线接入：不同技术的操作范围Mbit/s1101000,1室固定行走车辆室固定/行走移动802.16无线宽带城域网结构38802.16无线宽带城域网结构38无线城市、WiFi接入点标志与应用情景39无线城市、WiFi接入点标志与应用情景395.5.7电力线接入技术电力线通信PLC（PowerLineCommunication）5.5.7电力线接入技术电力线通信PLC（PowerL智能家居中的PLC网络结构示意图智能家居中的PLC网络结构示意图无线网络标准WWANWMANWLANWPAN传输范围0.011010.11001000数据传输率（Mbps）无线网络标准WWANWMANWLANWPAN传0.01101IEEE802工作组UWBZigbeeIEEE802工作组UWBZigbee无线网络标准的比较无线网络标准的比较无线网络标准101001,00010,000101001,00010,000100,000BandwidthkbpsGSM802.11a/gGPRSEDGE20002003-42005Bluetooth3GHiperLAN/2Bluetooth2.0RangeMeters802.11bZigBeeWiMediaBluetooth1.5无线网络标准101001,00010,000101001,0ZigBeeZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。又称紫蜂协议，来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。ZigBeeZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技ZigBee联盟ZigBee联盟是由全球多家知名科技公司而组成，通过开放的专业标准，致力推动及研发可靠,有效,及低功率的无线智能网络和监控产品。ZigBee联盟现有的理事公司包括BMGroup,Ember公司,飞思卡尔半导体,Honeywell,三菱电机,摩托罗拉,飞利浦,三星电子,西门子,及德州仪器，华为等。ZigBee联盟ZigBee联盟是由全球多家知名科技公司ZigBee/802.15.4协议结构物理层MAC层网络层应用层IEEE802.15.4定义ZigBee联盟定义ZigBee协议栈ZigBee/802.15.4协议结构物理层MAC层网络层ZigBee网络应用PERSONALHEALTHCAREZigBeeLOWDATA-RATERADIODEVICESHOMEAUTOMATIONCONSUMERELECTRONICSTVVCRDVD/CDRemotecontrolsecurityHVAClightingclosuresPC&PERIPHERALSconsoles

portableseducationalTOYS&GAMESINDUSTRIAL&COMMERCIALmonitorssensorsautomationcontrolmousekeyboardjoystickmonitorsdiagnosticssensorsZigBee网络应用PERSONALHEALTHCARIEEE802.15.4基础802.15.4是为轻量级无线网络设计的一个简单的数据包传输协议。信道接入方法采用CSMA-CA机制（CarrierSenseMultipleAccesswithcollisionavoidance

）和可选的时隙（timeslotting）机制。消息确认机制和可选的信标帧结构。多层次安全机制（AES-128加密）能够在电池供电的情况下长时间运行。IEEE802.15.4基础802.15.4是为轻量级无线IEEE802.15.4设备类型802.15.4中将设备分为两类：全功能设备：fullfunctiondevice(FFD)简化功能设备：reducedfunctiondevice(RFD)FFD能够在网络中承担三种角色普通设备协调器（或路由器）PAN协调器RFD在网络中只能承担一种角色：普通设备IEEE802.15.4设备类型802.15.4中将设备分FFDvsRFD全功能设备(FFD)可以用来构建任意拓扑结构的网络能够担任网络协调器既能与RFD通信，也能与其它FFD通信简化功能设备(RFD)只能用来构建星型网络无法担任网络协调器只能与FFD进行通信实现起来非常简单，适合于能量和资源受限的设备FFDvsRFD全功能设备(FFD)设备地址每个无线个域网（WPAN）至少需要包含一个FFD（担任PAN协调器）。每个独立的个域网将选定一个唯一的PANID（16位）。网络中的每个设备，其自身都携带一个64位的全球唯一地址：IEEEMAC扩展地址，也称为长地址，该地址可用于个域网内的直接通信。当设备成功入网后，将会被分配一个16位的短地址。16位短地址只能保证在个域网内部是唯一的，所以在使用16位短地址通信时需要结合16位的个域网网络标识符才有意义。设备地址每个无线个域网（WPAN）至少需要包含一个FFD（担ZigBee网络拓扑结构星型网型树型协调器路由器终端设备ZigBee网络拓扑结构星型网型树型协调器路由器终端设备星型拓扑结构全功能设备(FFD)简化功能设备(RFD)数据流主/从关系网络协调器星型拓扑结构全功能设备(FFD)简化功能设备(RFD)数据流网络实例FFDRFDRFDRFDFFDFFDRFDFFDRFDRFDRFDFFDFFDRFDPAN协调器网络实例FFDRFDRFDRFDFFDFFDRFDFFDRFZigbee芯片主要ZigBee芯片提供商（2.4GHZ）有：

TI（德州仪器）/CHIPCON（已被TI收购）

EMBER(ST意法半导体)

JENNIC(捷力)

FREESCALE（飞思卡尔）

MICROCHIP（微芯）ZigBee技术提供方式有三种：

(1)ZigBeeRF+MCU

TI的CC2420/2530+MSP430 FREESCLAE的MC13XX+GT60MICROCHIP的MJ2440+PICMCU：(2)单芯片集成SOC

TI的CC2430/2530(8051内核)Freescale的MC1321XEMBER的EM250(3)单芯片内置ZIGBEE协议栈＋外挂芯片

JENNIC的SOC+EEPROM EMBER的260+MCUZigbee芯片主要ZigBee芯片提供商（2.4GHZ）有CC2530芯片TI09年推出的，在CC2430的基础上做了一些改进，缓存加大了，存储容量最大支持到256K，CC2530的通信距离可以达到400m。CC2530的主要特点：高性能和低功耗的8051微控制器核。集成符合IEEE802．15．4标准的2．4GHz的RF无线电收发机。在休眠模式时仅1μA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统在待机模式时少于0.4μA的流耗，外部的中断能唤醒系统优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。硬件支持CSMA／CA功能。较宽的电压范围(2．0～3．6V)。数字化的RSSI／LQI支持和强大的DMA功能。具有电池监测和温度感测功能。集成了14位模数转换的ADC。集成AES安全协处理器。带有2个强大的支持几组协议的USART，以及2个常规的16位计时器和2个8位计时器。强大和灵活的开发工具CC2530芯片TI09年推出的，在CC2430的基础上做硬件连接图硬件连接图Z-Stack协议栈

TI公司开发的Z-Stack是ZigBee协议栈，并且经过了ZigBee联盟的认可而为全球众多开发商所广泛采用。TI公司的Z-Stack协议栈装载在一个基于IAR开发环境的工程里。Z-Stack采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，当各层初始化之后，系统进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒系统，开始进入中断处理事件，结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件。这种软件构架可以极大地降级系统的功耗。Z-Stack协议栈

TI公司开发的Z-Stack是ZigBNB-IOT介绍

NarrowBandInternetofThings

(窄带蜂窝物联网)NB-IOT介绍

NarrowBandInternet物联网相关网络技术目前⼤众消费市场⽇趋饱和，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新的盈利增长点。据市场调研机构预测，未来5-10年物联网连接数和市场规模将发⽣⼤规模井喷式发展。物联网市场潜⼒巨⼤，即将进⼊⼤规模井喷式发展目前⼤众消费市场⽇趋饱和，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新LPWA（LowPowerWideArea，低功耗广覆盖）类业务：物联网世界存在⼤量的传感类、控制类连接需求，这些连接速率要求很低，但对功耗和成本⾮常敏感，且分布很广、海量，现有3G/4G技术从成本上⽆法满⾜需求；目前2G虽然已在承担⼀部分对功耗要求相对不⾼的业务需求，但明显还有⼤量需求⽆法满⾜，也不是长期发展的⽅案。物联网业务种类繁多，难以⽤单⼀技术满⾜LPWA（LowPowerWideArea，低功耗广覆注：使⽤5Wh电池，2G终端待机⼤概2个⽉左右LPWA类业务连接是全球产业关注的重要市场，也是公司⾯向⼤连接战略应当考虑满⾜的场景之⼀，但现有2G/3G/4G网络难以承担这类业务。中国移动现有网络难以承担LPWA的重任注：使⽤5Wh电池，2G终端待机⼤概2个⽉左右LPWA类业LPWA开启低功率广覆盖物联网市场，NBIoT具备技术比较优势1m100m10kmBluetoothZigBee…（短距覆盖）WiFi（短距覆盖）UMTS/LTE（高成本覆盖）GSMLPWA（低功率广覆盖）

覆盖100bps100kbps100Mbps速率移动物联网技术的不同定位高安全性高可靠性高速率低功耗高频谱效率大覆盖低成本低时延短距通信（WiFi等）NBIOT私有技术（LoRa等）NBIoT相对短距通信/私有技术优势明显技术制式网络定位国际标准NBIOT可与现蜂窝网融合演进的低成本电信级的高可靠性、高安全性广域物联网技术私有技术LoRa需独立建网、无执照波段的高风险局域网物联技术Sigfox不适配国内无执照波段、由Sigfox建网与运营商合作的高成本高风险物联网技术LPWA开启低功率广覆盖物联网市场，NBIoT具备技术比较物联网相关网络技术NB-IOT四大优势，专门定位“低频、小包、时延不敏感”物联网业务20dB

增益5$

模组成本

10年电池寿命50K连接数每小区广覆盖窄带功率谱密度提升重传次数：16次编码增益简化射频硬件简化协议降低成本减小基带复杂度简化协议,芯片功耗低功放效率高发射/接收时间短频谱效率高小包数据发送特征终端极低激活比低功耗大连接低成本NB-IOT四大优势，专门定位“低频、小包、时延不敏感”物联NBIoT标准立项，2016年6月冻结3GPPR13联合提出NBM2M提出NBOFDMA提出NBLTENB-IOT工作组NBCIOT报告发起者NB-IOT2016.6冻结2015.92015.52014.52014.72015.7融合入融合入2017年为NB-IOT的元年NBIoT标准立项，2016年6月冻结3GPPR13联合NB-IOT技术定义；FDD-LTE与TD-LTE的对比NB-IOT技术定义：目前，仅FDDLTE系统支持NB-IoT技术，TD-LTE系统不支持NB-IoT技术。NB-IoT是在基于FDDLTE技术上改造而来的，物理层设计大部分沿用LTE系统技术，如上行采用SC-FDMA，下行采用OFDM。高层协议设计沿用LTE协议，针对其小数据包、低功耗和大连接特性进行功能增强。核心网部分基于S1接口连接，支持独立部署和升级部署两种方式。结论：NB-IOT可以理解为一种简化版的FDDLTE技术；优点：NB-IoT在覆盖、功耗、成本、连接数等⽅⾯性能最优，最符合LPWA类业务需求;缺点：NB-IoT⽆法满⾜对移动性及速率要求较⾼、数据量⼤、需要语⾳业务的应⽤需求，可考虑eMTC、Cat1等候选技术;TDD-LTE与FDD-LTE主要对比:TDD-LTE与FDD-LTE技术在用户应用层面是一样的，应用场景一样；区别在于调度资源的方式不同；用户感知上，上行速率比现网TD-LTE快（5M带宽下，FDD是TDD的2倍左右）；下行速率比现网TD-LTE慢（5M带宽下，FDD是TDD的约1/3）;技术体制TD-LTELTEFDD主要技术差异双工方式TDDFDD频段F\E\D900M带宽10/20M（上下行共用频段）2*5/2*10M(上下行分开)子帧上下行配置无线帧中多种子帧上下行配置方式无线帧全部上行或者下行配置调度周期随上下行配置方式不同而不同，最小1ms1msNB-IOT技术定义；FDD-LTE与TD-LTE的对比NBNB-IOT组网框架Device-to-CloudNB-IOT组网框架Device-to-Cloud国内外运营商对NB-IoT的频段的划分：全球大多数运营商使用900MHz频段，有些运营商部署在800MHz频段。中国联通的NB-IoT部署在900MHz、1800MHz频段，目前只有900MHz可以试验。中国移动将会获得FDD牌照，并且允许重耕现有的900MHz、1800MHz频段。中国电信的NB-IoT部署在800MHz频段，频率只有5MHz。国内外运营商对NB-IoT的频段的划分：全球大多数运营商使用NB-IOT智能抄表智能抄表的需求基本诉求：低成本(海量规模)低功耗(水表/气表，5年)深度覆盖(安装位置诉求)7am9pm业务诉求：上报频次增加(阶梯收费、大数据分析诉求)监控告警(故障发现)

实时上报(故障诊断)基于NB-IOT抄表的优势和价值

面向未来的技术（垂直行业也都预期2G网络都将于2018至2020年退网）低成本(南方电网考虑用4G替代2G模块，每个表成本高超过100元)一张网一个技术(当前因为2G覆盖问题，技术碎片化)

安装维护方便水务/燃气/电力企业运营商稳定的收入，低的投入（存量网演进投入小，5年到10年持续的收入贡献）

成熟的产业(复用当前成熟的智能抄表产业链)现网MBB用户体验影响小NB-IOT智能抄表智能抄表的需求基本诉求：7am9pm业务智能抄表大量水表多步计量要求智能抄表系统XGPRSShortRange要求性价比高的智能抄表系统NB-IOT打造智能水务系统NB-IOTControllerServerNB-IOTeNB

深度覆盖(20+dBgainvsGSM)

低功耗、低成本

智能数据管理智能水表智能气表智能抄表大量水表多步计量要求智能抄表系统XGPRSShort智能停车NB-IOT使停车更加智能当前停车方案的挑战C-IoT控制器M2M业务管理平台

快速问题处理

整个城市一张网，便于维护和管理

低功耗，长寿命

与物业分离，更易寻址安装基于智能停车的车间器

工作温度:-40°C~+70°C尺寸

：直径:90mm;高:80mm材质:：铝制材质每辆车下面的车间器网关收集信息并反馈给基站APP收索车位信息复杂的问题处理高成本（设备，安装等）大电池容量多网络组网马路边地下室智能停车NB-IOT使停车更加智能当前停车方案的挑战快速问车检器智能停车P空车位AvailableLotsP1停车场0574P2停车场0435P3停车场0545P4停车场04564.5G网络智能停车服务器业务管理平台管理员可以实时看到停车场当前各个车位使用状态123引导屏车主在各级引导屏看到停车场车位使用情况手机APP车主在APP上查看停车场车位使用情况车位占用/空闲车位占用/空闲管理员4NB-IOT智能停车系统交互界面1.停车场查询查询附近/目的地的停车场信息进口出口出口出入引导：分支路口引指示各分支路口剩余车位数分支路口方向APP支付车检器智能停车P空车位P1停车场宠物跟踪

NB-IOT实现位置追踪等简洁应用APP查看/通知老人跟踪与健康信息上报宠物环定期上报位置信息低成本，可扩展商业模式业务平台畜牧业动物保护终端成本低信息简洁应用面广

老人健康自动跟踪上报

市场空间大连接包月$3$20增值服务

自动告警推送

健康报告、服务推送

咨询建议…

基础费用

构建用户基数和群体宠物跟踪NB-IOT实现位置追踪等简洁应用APP查看/其他应用智能水箱智能垃圾桶智能灯柱智能自行车智能拉杆箱ofo与中国电信和华为达成NB-IOT合作摩拜与四川移动、华为达成战略合作其他应用智能水箱智能垃圾桶智能灯柱智能自行车智能拉杆箱ofo物联网相关网络技术P80物联网相关网络技术P1物联网相关网络技术赋予万物生命：物联网向我们走来赋予万物生命：物联网向我们走来前言前言前言在路上，也许你的需要买一些东西，只要你的手机就可以支付账单了。。。

前言在路上，也许你的需要买一些东西，只要你的手机就可以支付账前言当你出门的时候，你不需要带车钥匙，用你的身份证或者你的银行卡就可以开车门了，也许简单一点，用你的指纹就开动了座驾。最关键的是在路上的时候，已经有车载终端的为你提醒今天走哪一条路不堵车。。。

晚上回来，你吃饭完，要去溜溜你的狗，也许昨天你没有带它出去，会有信息提醒你，这个狗今天需要的多远的距离比较适合“狗狗”

身体情况。前言当你出门的时候，你不需要带车钥匙，用你的身份证或者你的银前言这一切在将来都在慢慢变成现实，实现这些的就是：物联网全球物联网应用增长态势明显，万物互联时代开启。前言这一切在将来都在慢慢变成现实，实现这些的就是：物联网全球

物联网简介

1.1.1物联网一、物联网的定义物联网的英文名称是“InternetofThings”，它的概念最早是在1999年，由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出的。它是指利用产品电子代码EPC、射频识别技术，通过网络（当时网络的概念还仅限于通过互联网），实现在任何的时候，任何地点对任何物品识别和管理，即物品的互联互通。物联网是在互联网、传感网等概念上衍生出来的一种满足人们更多需求的新型网络。从电子信息技术角度来说，物联网是计算机、网络与传感器技术及软件的综合技术。物联网简介

1.1.1物联网物联网是在互联网、国际电信联盟(ITU)的定义物联网主要解决物品到物品(ThingtoThing，T2T)，人到物品(HumantoThing，H2T)，人到人(HumantoHuman，H2H)之间的互联。”这里与传统互联网不同的是，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，H2H是指人之间不依赖于个人电脑而进行的互连。物联网

国际电信联盟(ITU)的定义物联网主要解决物品到物品(Th中国政府工作报告的定义物联网是通过传感设备按照约定的协议，把各种网络连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

1.1.1物联网

中国政府工作报告的定义物联网是通过传感设备按照约定的协议，把物联网与互联网相比，有如下主要特征海量信息：接入设备繁杂：网络架构繁杂：网络管理自治：智能物物互联：物理安全威胁：能量获取多样：设备制造的小型微型化物联网与互联网相比，有如下主要特征海量信息：物联网（中国移动定义的物联网的体系结构）物联网的体系结构物联网（中国移动定义的物联网的体系结构）物联网的体系结构网络技术网络技术5.3.2计算机网络的分类按网络覆盖范围进行分类：5.3.2计算机网络的分类按网络覆盖范围进行分类：互联网、物联网与接入互联网——物联网的传输通信保障互联网、物联网与接入互联网——物联网的传输通信保障1.2互联网、物联网与接入1.2互联网、物联网与接入从端系统接入的角度看互联网的结构

从端系统接入的角度看互联网的结构

从端系统接入的角度看物联网的结构

96从端系统接入的角度看物联网的结构

17从网络数据采集与传输内容的角度看互联网与物联网的区别与联系从网络数据采集与传输内容的角度看互联网与物联网的区别与联系1.2.3互联网、物联网与接入技术（1）互联网主要是实行人与人之间的信息交互与共享，因此在互联网端结点之间传输的文本文件、语音文件、视频文件都是由人输入的，即使是通过扫描和文字识别OCR技术输入的文字或图形、图像文件，也都是在人的控制之下完成的。（2）物联网的端系统采用的是传感器、RFID，因此物联网感知的数据是传感器主动感知或者是RFID读写器自动读出的。由此可见，在网络端系统数据采集方式上，互联网与物联网是有区别的。物联网与互联网在数据采集、传输内容上的区别：1.2.3互联网、物联网与接入技术（1）互联网主要是实行人与计算机网络发展的三条主线计算机网络发展的三条主线互联网的形成与发展

起源于ARPANET集中式和非集中式

拓扑构型分布式网络的拓扑构型互联网的形成与发展

起源于ARPANET集中式和非集中式技术的基本设计思路网络中没有一个中心控制节点，联网计算机独立地完成数据接收、转发、接收的功能发送数据的主机预先将待发送的数据封装成多个短的、有固定格式的分组如何发送主机与接收主机之间没有直接连接的通信线路，那么分组就需要通过中间节点“”，这种中间转发节点就是目前广泛使用的路由器每个路由器可以根据链路状态与分组的源地址、目的地址，通过路由选择算法为每个分组选择合适的传输路径当目的主机接收到属于一个报文的所有分组之后，再将分组中多个短的数据字段组合起来，还原成发送主机发送的报文技术的基本设计思路网络中没有一个中心控制节点，联网计算机独立ARPANET设计思想通信子网结构与分组交换原理示意图存储转发ARPANET设计思想通信子网结构与分组交换原理示意图存储转5.2.3NSFNET对互联网发展的影响从ARPANET到Internet的发展过程5.2.3NSFNET对互联网发展的影响从ARPANET互联网的形成互联网是一个全球范围的信息资源网，接入互联网的主机可以是信息服务的提供者，也可以是信息服务的使用者传统的互联网应用主要有E-mail、TELNET、FTP、BBS与Web互联网的全球性与开放性，使人们愿意在互联网上发布和获取信息，浏览器、搜索引擎、IPTV、IP电话等P2P技术的产生，对互联网的发展产生重要的作用，使互联网中的信息更丰富、使用更方便互联网的形成互联网是一个全球范围的信息资源网，接入互联网的主互联网的高速发展与信息高速公路的建设20世纪90年代，世界经济的发展带动了信息产业的发展，信息技术与网络应用已成为衡量21世纪综合国力与企业竞争力的重要标准1993年9月美国公布了国家信息基础设施（NII）建设计划，NII被形象地称为信息高速公路各国政府开始认识到信息产业发展对经济发展的重要作用，开始制定信息高速公路建设计划1995年2月全球信息基础设施委员会成立，目的是推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与应用互联网的高速发展与信息高速公路的建设20世纪90年代，世界经广域网与三网融合技术的发展1.广域网技术发展的背景广域网建设投资很大，管理困难，通常由电信运营商负责组建、运营与维护，因此广域网是一种公共数据网络。广域网需要保证数据交换的服务质量（QoS），因此广域网研究的重点是宽带核心交换技术。互联网的广泛应用推动电信网技术的高速发展，电信运营商的服务业务也从以语音服务为主逐步向数据业务方向发展。广域网与三网融合技术的发展1.广域网技术发展的背景三网融合“三网融合”实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输网技术的融合、业务的融合三网融合“三网融合”实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输互联网中边缘部分与核心交换部分结构示意图互联网中边缘部分与核心交换部分结构示意图IP网络：从IPv4到IPv6互联网的核心技术是TCP/IP协议，它的网络层使用的是IP协议核心交换网中所示的所有路由器都必须支持IP协议，因此互联网核心交换网也称为IP网络其他的通信网络，如移动通信网不使用IP协议，因此将不支持IP协议的网络称为非IP网络由于IP网络与非IP网络的网络层协议不同，属于异构的网络，异构网络的互联需要通过具有协议变换功能的网关（gateway）来实现IP网络：从IPv4到IPv6互联网的核心技术是TCP/IP从IPv4到IPv6IP协议共出现过6个版本，正式形成国际标准、被采用的是IPv4与IPv6协议IPv4协议是在1981年制定的，地址长度为32位2011年2月3日最后5块IPv4地址被分配给全球5大区域互联网注册机构之后，IPv4地址全部分配完毕IPv6协议具有地址空间大，能够自动配置地址，安全性与服务质量好的优点从IPv4向IPv6的过渡已经是大势所趋110从IPv4到IPv6IP协议共出现过6个版本，正式形成国际标接入技术

接入技术类型接入技术

接入技术类型接入技术分类

112接入技术有线接入电话交换网接入有线电视网接入光纤接入局域网接入电力线接入无线局域网接入无线自组网接入无线城域网接入移动通信网接入无线接入接入技术分类

33接入技术有线接入电话交换网接入有线电视网接ADSL接入技术ADSL可以在现有的用户电话线上通过传统的电话交换网，以不干扰传统模拟电话业务为前提，同时能够提供宽带互联网接入服务ADSL接入技术ADSL可以在现有的用户电话线上通过传统的电HFC接入技术HFC技术用光纤取代有线电视网络中干线同轴电缆光纤接到居民小区的光纤节点之后，小区内部接入用户家庭仍然使用同轴电缆，形成了光纤与同轴电缆混合使用的传输网络在保证正常电视节目播放与交互式视频点播VOD节目服务的同时，为家庭用户计算机接入互联网提供服务HFC接入技术HFC技术用光纤取代有线电视网络中干线同轴电缆HFC结构示意图光纤到路边（FTTC）光纤到小区（FTTZ）光纤到大楼（FTTB）光纤到办公室（FTTO）光纤到户（FTTH）HFC结构示意图光纤到路边（FTTC）Mbit/s1101000,1室外固定行走车辆室内固定/桌面行走移动性UMTSW-LAN

IEEE802.11a

HyperLAN2蓝牙GSM,IS-95,D-AMPSWBB-LAN广域网（WAN）-覆盖面局域网（LAN）-热点–高速个人局域网（PAN）-连接性，替代缆线需要新的频率分配无线接入：不同技术的操作范围Mbit/s1101000,1室固定行走车辆室固定/行走移动802.16无线宽带城域网结构117802.16无线宽带城域网结构38无线城市、WiFi接入点标志与应用情景118无线城市、WiFi接入点标志与应用情景395.5.7电力线接入技术电力线通信PLC（PowerLineCommunication）5.5.7电力线接入技术电力线通信PLC（PowerL智能家居中的PLC网络结构示意图智能家居中的PLC网络结构示意图无线网络标准WWANWMANWLANWPAN传输范围0.011010.11001000数据传输率（Mbps）无线网络标准WWANWMANWLANWPAN传0.01101IEEE802工作组UWBZigbeeIEEE802工作组UWBZigbee无线网络标准的比较无线网络标准的比较无线网络标准101001,00010,000101001,00010,000100,000BandwidthkbpsGSM802.11a/gGPRSEDGE20002003-42005Bluetooth3GHiperLAN/2Bluetooth2.0RangeMeters802.11bZigBeeWiMediaBluetooth1.5无线网络标准101001,00010,000101001,0ZigBeeZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。又称紫蜂协议，来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。ZigBeeZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技ZigBee联盟ZigBee联盟是由全球多家知名科技公司而组成，通过开放的专业标准，致力推动及研发可靠,有效,及低功率的无线智能网络和监控产品。ZigBee联盟现有的理事公司包括BMGroup,Ember公司,飞思卡尔半导体,Honeywell,三菱电机,摩托罗拉,飞利浦,三星电子,西门子,及德州仪器，华为等。ZigBee联盟ZigBee联盟是由全球多家知名科技公司ZigBee/802.15.4协议结构物理层MAC层网络层应用层IEEE802.15.4定义ZigBee联盟定义ZigBee协议栈ZigBee/802.15.4协议结构物理层MAC层网络层ZigBee网络应用PERSONALHEALTHCAREZigBeeLOWDATA-RATERADIODEVICESHOMEAUTOMATIONCONSUMERELECTRONICSTVVCRDVD/CDRemotecontrolsecurityHVAClightingclosuresPC&PERIPHERALSconsoles

portableseducationalTOYS&GAMESINDUSTRIAL&COMMERCIALmonitorssensorsautomationcontrolmousekeyboardjoystickmonitorsdiagnosticssensorsZigBee网络应用PERSONALHEALTHCARIEEE802.15.4基础802.15.4是为轻量级无线网络设计的一个简单的数据包传输协议。信道接入方法采用CSMA-CA机制（CarrierSenseMultipleAccesswithcollisionavoidance

）和可选的时隙（timeslotting）机制。消息确认机制和可选的信标帧结构。多层次安全机制（AES-128加密）能够在电池供电的情况下长时间运行。IEEE802.15.4基础802.15.4是为轻量级无线IEEE802.15.4设备类型802.15.4中将设备分为两类：全功能设备：fullfunctiondevice(FFD)简化功能设备：reducedfunctiondevice(RFD)FFD能够在网络中承担三种角色普通设备协调器（或路由器）PAN协调器RFD在网络中只能承担一种角色：普通设备IEEE802.15.4设备类型802.15.4中将设备分FFDvsRFD全功能设备(FFD)可以用来构建任意拓扑结构的网络能够担任网络协调器既能与RFD通信，也能与其它FFD通信简化功能设备(RFD)只能用来构建星型网络无法担任网络协调器只能与FFD进行通信实现起来非常简单，适合于能量和资源受限的设备FFDvsRFD全功能设备(FFD)设备地址每个无线个域网（WPAN）至少需要包含一个FFD（担任PAN协调器）。每个独立的个域网将选定一个唯一的PANID（16位）。网络中的每个设备，其自身都携带一个64位的全球唯一地址：IEEEMAC扩展地址，也称为长地址，该地址可用于个域网内的直接通信。当设备成功入网后，将会被分配一个16位的短地址。16位短地址只能保证在个域网内部是唯一的，所以在使用16位短地址通信时需要结合16位的个域网网络标识符才有意义。设备地址每个无线个域网（WPAN）至少需要包含一个FFD（担ZigBee网络拓扑结构星型网型树型协调器路由器终端设备ZigBee网络拓扑结构星型网型树型协调器路由器终端设备星型拓扑结构全功能设备(FFD)简化功能设备(RFD)数据流主/从关系网络协调器星型拓扑结构全功能设备(FFD)简化功能设备(RFD)数据流网络实例FFDRFDRFDRFDFFDFFDRFDFFDRFDRFDRFDFFDFFDRFDPAN协调器网络实例FFDRFDRFDRFDFFDFFDRFDFFDRFZigbee芯片主要ZigBee芯片提供商（2.4GHZ）有：

TI（德州仪器）/CHIPCON（已被TI收购）

EMBER(ST意法半导体)

JENNIC(捷力)

FREESCALE（飞思卡尔）

MICROCHIP（微芯）ZigBee技术提供方式有三种：

(1)ZigBeeRF+MCU

TI的CC2420/2530+MSP430 FREESCLAE的MC13XX+GT60MICROCHIP的MJ2440+PICMCU：(2)单芯片集成SOC

TI的CC2430/2530(8051内核)Freescale的MC1321XEMBER的EM250(3)单芯片内置ZIGBEE协议栈＋外挂芯片

JENNIC的SOC+EEPROM EMBER的260+MCUZigbee芯片主要ZigBee芯片提供商（2.4GHZ）有CC2530芯片TI09年推出的，在CC2430的基础上做了一些改进，缓存加大了，存储容量最大支持到256K，CC2530的通信距离可以达到400m。CC2530的主要特点：高性能和低功耗的8051微控制器核。集成符合IEEE802．15．4标准的2．4GHz的RF无线电收发机。在休眠模式时仅1μA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统在待机模式时少于0.4μA的流耗，外部的中断能唤醒系统优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。硬件支持CSMA／CA功能。较宽的电压范围(2．0～3．6V)。数字化的RSSI／LQI支持和强大的DMA功能。具有电池监测和温度感测功能。集成了14位模数转换的ADC。集成AES安全协处理器。带有2个强大的支持几组协议的USART，以及2个常规的16位计时器和2个8位计时器。强大和灵活的开发工具CC2530芯片TI09年推出的，在CC2430的基础上做硬件连接图硬件连接图Z-Stack协议栈

TI公司开发的Z-Stack是ZigBee协议栈，并且经过了ZigBee联盟的认可而为全球众多开发商所广泛采用。TI公司的Z-Stack协议栈装载在一个基于IAR开发环境的工程里。Z-Stack采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，当各层初始化之后，系统进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒系统，开始进入中断处理事件，结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件。这种软件构架可以极大地降级系统的功耗。Z-Stack协议栈

TI公司开发的Z-Stack是ZigBNB-IOT介绍

NarrowBandInternetofThings

(窄带蜂窝物联网)NB-IOT介绍

NarrowBandInternet物联网相关网络技术目前⼤众消费市场⽇趋饱和，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新的盈利增长点。据市场调研机构预测，未来5-10年物联网连接数和市场规模将发⽣⼤规模井喷式发展。物联网市场潜⼒巨⼤，即将进⼊⼤规模井喷式发展目前⼤众消费市场⽇趋饱和，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新LPWA（LowPowerWideArea，低功耗广覆盖）类业务：物联网世界存在⼤量的传感类、控制类连接需求，这些连接速率要求很低，但对功耗和成本⾮常敏感，且分布很广、海量，现有3G/4G技术从成本上⽆法满⾜需求；目前2G虽然已在承担⼀部分对功耗要求相对不⾼的业务需求，但明显还有⼤量需求⽆法满⾜，也不是长期发展的⽅案。物联网业务种类繁多，难以⽤单⼀技术满⾜LPWA（LowPowerWideArea，低功耗广覆注：使⽤5Wh电池，2G终端待机⼤概2个⽉左右LPWA类业务连接是全球产业关注的重要市场，也是公司⾯向⼤连接战略应当考虑满⾜的场景之⼀，但现有2G/3G/4G网络难以承担这类业务。中国移动现有网络难以承担LPWA的重任注：使⽤5Wh电池，2G终端待机⼤概2个⽉左右LPWA类业LPWA开启低功率广覆盖物联网市场，NBIoT具备技术比较优势1m100m10kmBluetoothZigBee…（短距覆盖）WiFi（短距覆盖）UMTS/LTE（高成本覆盖）GSMLPWA（低功率广覆盖）

覆盖100bps100kbps100Mbps速率移动物联网技术的不同定位高安全性高可靠性高速率低功耗高频谱效率大覆盖低成本低时延短距通信（WiFi等）NBIOT私有技术（LoRa等）NBIoT相对短距通信/私有技术优势明显技术制式网络定位国际标准NBIOT可与现蜂窝网融合演进的低成本电信级的高可靠性、高安全性广域物联网技术私有技术LoRa需独立建网、无执照波段的高风险局域网物联技术Sigfox不适配国内无执照波段、由Sigfox建网与运营商合作的高成本高风险物联网技术LPWA开启低功率广覆盖物联网市场，NBIoT具备技术比较物联网相关网络技术NB-IOT四大优势，专门定位“低频、小包、时延不敏感”物联网业务20dB

增益5$

模组成本

10年电池寿命50K连接数每小区广覆盖窄带功率谱密度提升重传次数：16次编码增益简化射频硬件简化协议降低成本减小基带复杂度简化协议,芯片功耗低功放效率高发射/接收时间短频谱效率高小包数据发送特征终端极低激活比低功耗大连接低成本NB-IOT四大优势，专门定位“低频、小包、时延不敏感”物联NBIoT标准立项，2016年6月冻结3GPPR13联合提出NBM2M提出NBOFDMA提出NBLTENB-IOT工作组NBCIOT报告发起者NB-IOT2016.6冻结2015.92015.52014.52014.72015.7融合入融合入2017年为NB-IOT的元年NBIoT标准立项，2016年6月冻结3GPPR13联合NB-IOT技术定义；FDD-LTE与TD-LTE的对比NB-IOT技术定义：目前，仅FDDLTE系统支持NB-IoT技术，TD-LTE系统不支持NB-IoT技术。NB-IoT是在基于FDDLTE技术上改造而来的，物理层设计大部分沿用LTE系统技术，如上行采用SC-FDMA，下行采用OFDM。高层协议设计沿