物联网概论 课件 模块3、4 通过智慧农业认识物联网感知技术、通过智能家居认识物联网通信技术

模块3通过智慧农业认识物联网感知技术目录CONTENTS1智慧农业2传感器33S技术4视频监控技术5嵌入式系统技术01PARTONE智慧农业思维导图学习目标了解传感器的分类和工作原理掌握常用传感器的作用和基本构成掌握无线传感器网络系统的组成和各组成部分的作用了解无线传感器网络的关键技术了解3S技术含义与应用掌握嵌入式微处理器结构组成知识目标能够依据不同的工作任务的特点选取常用传感器能够识读传感器电路原理图和技术手册能根据嵌入式微处理器的分类，结合需要对微处理器进行选型能根据视频监控的组成部分，结合实际需求对视频监控设备进行安装掌握STM32开发环境的搭建和开发环境调试方法技能目标掌握基于嵌入式技术和传感器技术的物联网系统的软硬件调试和开发能力，洞察物联网技术发展方向具备在物联网系统及其应用方面进行综合研究、规划和集成的能力；具备常用传感器应用、管理与维护的能力，具有安全素质、实践能力、创新创业精神素质目标情景导入智能灌溉、环境监测气象监测、大数据平台……“未来的农业”什么是智慧农业？智慧农业概述智慧农业是将物联网技术运用到传统农业中去，充分应用现代信息技术成果，以信息和知识为生产要素，通过互联网、物联网、云计算、大数据、智能装备等现代信息技术与农业深度跨界融合，实现农业生产全过程的信息感知、定量决策、智能控制、精准投入和工厂化生产的全新农业生产方式与农业可视化远程诊断、远程控制、灾害预警等智能管理，是农业信息化发展从数字化到网络化再到智能化的高级阶段。

智慧农业概述智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联网、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策；智慧农业能够有效改善农业生态环境，将农田、畜牧养殖场、水产养殖基地等生产单位和周边的生态环境视为整体，并通过对其物质交换和能量循环关系进行系统、精密运算，保障农业生产的生态环境在可承受范围内；智慧农业能够显著提高农业生产经营效率；智慧农业能够彻底转变农业生产者、消费者观念和组织体系结构。智慧农业主要内容精准农业：一种基于信息和知识管理的现代农业生产系统。精准农业采用高新技术与现代农业技术结合，对农业生产环境进行精准监测分析，对农资、农作实施精确定时、定位、定量控制，可最大限度地提高农业生产力，是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径，其包括：括智慧设施农业、智慧大田种植、智慧畜禽养殖、智慧水产养殖等应用；智能农机装备：指装备有中央处理器（CPU）和各种传感器或无线通信系统的现代化农机装备，其特点是加装在农业机械或农业装备上的微型计算机对传感器传回的各种信号进行逻辑运算、传导、传递，进而在动态作业环境下发出适宜指令驱动农业机械完成正确的动作，由此实现农业生产和管理的智能化，智能农机装备又可分为3个类型：智能化动力机械、智能化作业机械和农机智能化管理。智慧农业主要内容智能病虫害防治：智能病虫害防治运用先进的物联网、大数据、人工智能等高新技术，可以实现对病虫害发生情况的实时在线监测，实现对病虫害的在线识别和远程诊断，实现对病虫害发生趋势的提前预测报警，实现对病虫害灾后状况的智能评估分析；农产品智慧物流：农产品因为在运输过程中需要保鲜、冷冻、冷藏等方式存储，因此智能冷链物流是解决农产品高效流通的重要环节。通过将物联网感知层、网络层、智能层的关键技术，与农产品冷链物流的供应链全过程结合，实现冷链全过程的智能化监控、透明化操作，从而保障农产品的质量安全，避免冷链的断链、出现问题责任划分不清等状况，实现全程冷链，使得农产品冷链可以做到智能获取信息、智能传递信息、智能处理信息。智能冷链物流按照农产品的生产、流通、销售的过程又可分为5个环节。智慧农业案例——智慧种植：广东江门市新会陈皮产业园

新会陈皮国家级现代农业产业园创建于2017年9月，区域面积达430km2，其中规划种植基地16km2，加工园区2.7km2。自创建伊始，产业园深挖新会陈皮文化、健康价值，以新会陈皮产业为主导产业，科学规划“一轴、两带、三基地、四中心、五园区”的发展布局，不断加快陈皮第一、二、三产业融合发展，努力创建“大基地+大加工+大科技+大融合+大服务”发展的特色农业产业园。智慧农业案例——智慧养殖：广东清远鸡养殖基地

鸡场在集约化、规模化、精细化、科学化养殖的同时，需要建立智慧养殖的技术体系。清远鸡智慧养殖（见图3-2）运用无线射频识别、传感器、4G、Wi-Fi无线通信、远程视频监控等物联网技术，对鸡场养殖环境进行自动监测与调控，对肉鸡个体进行标识与监控；应用Web技术、网络技术，对养殖过程进行精细管理，实现精细饲养、疾病防治、饲料和药品采购检测等养殖环节的统一管理，降低劳动强度、节省人力物力、减少疾病损失、提升产品质量。智慧养殖可以构建标准化的物联网鸡场，改进集约化养鸡生产流程，显著提升生产管理效率，让各级管理人员及时获得准确信息以及智能化管理，实现生产集约化、养殖过程规范化、生产管理数字化。拓展知识——未来农业的八大“黑科技”1、农业机器人2、垂直农业3、太空农业4、太空育种5、激光除草、除虫技术6、超智能农业生产系统7、液氮冷藏技术8、3D打印农业02PARTTWO传感器技术智慧农业中各种信息的采集使用各种传感器。传感器同时也应用于人们日常生活各个方面，电子炉灶、自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、热风取暖器、风干器、报警器、电风扇、游戏机、电子驱蚊器、洗衣机、洗碗机、照像机、电冰箱、电视机、手机等、医用方面得到了广泛的应用，例如：红外测温仪、压强传感器（血压）和电学传感器（心电图）等。

2.1传感器技术导入

汽车——是传感器俱乐部：温度、空气流量、压力、转速、位移、水位、曲轴、防抱死制动系统（ABS）、爆震、里程表等多种传感器。

汽车中使用传感器里程表传感器：

机油压力传感器倒车雷达传感器

能够感受规定的被测量并按一定规律和精度转换成可用输出信号的器件或装置。

它是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

输入量是物理量、化学量和生物量。

输出量主要是电量。（电量最便于传输、转换、处理及显示）

输入输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足测控系统的应用要求。

传感器定义传感器应用场合（领域）不同，叫法不同。过程控制：变送器。（标准化的传感器）射线检测：发送器、接收器。探头。

传感器组成传感器发展趋势向高精度方向发展向高可靠性、宽温度范围发展向微型化发展向模糊识别方向发展向智能型传感器发展

传感器分类传感器的基本特征传感器的静态特性：①测量范围：传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称之为传感器的测量范围。②量程：传感器测量范围的上限值与下限值之间的代数差称为量程。③精度：指测量结果的可靠程度，是测量中各种误差的综合反映。工程技术中为简化传感器精度表示方法，引入精度等级概念。④线性度：指传感器的输出量与输入量的关系曲线偏离理想直线的程度。⑤灵敏度：传感器在稳态下输出量变化与输入量变化的比值。⑥分辨率（Resolution）：指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量，反映传感器能够分辨被测量微小变化的能力。传感器的静态特性(二)：⑦迟滞（Hysteresis）：也叫回程误差，是指在相同测量条件下，对应于同一大小的输入信号，传感器正（输入量由小增大）、反（输入量由大减小）行程的输出信号大小不相等的现象。迟滞特性表明传感器正、反行程期间输入-输出特性曲线不重合的程度。⑧重复性（Repeatability）：表示传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时所得输入输出特性曲线一致的程度。⑨漂移：指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。产生漂移的原因主要有两个：一是传感器自身结构参数发生变化，如零点漂移（简称零漂）；二是在测试过程中周围环境（如温度、湿度、压力等）发生变化，最常见的是温度漂移（简称温漂）。

传感器的基本特征传感器的动态特性：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。①在采用阶跃输入研究传感器的时域动态特性时，常用延迟时间、上升时间、响应时间、超调量等来表征传感器的动态特性。②在采用正弦输入研究传感器的频域动态特性时，常用幅频特性和相频特性来描述传感器的动态特性。

传感器工作原理应变电阻式传感器：应变是物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。①应变电阻式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩等的作用下发生形变，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的电阻应变片，引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过测量电路变成电压输出。输出的电压大小反映了被测物理量的大小。常用的电阻应变片有两种：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。光电传感器光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件3部分组成。（1）光电效应：光电传感器进行非电量检测的理论基础是光电效应，即物体吸收到光子能量后产生的电效应。光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三大类。①外光电效应：指在光的照射下，材料中的电子逸出表面的现象，又称为光电子发射效应。光电管及光电倍增管均属这一类。②内光电效应：指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象，又称为光电导效应。光敏电阻即属此类。③光生伏特效应：利用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电动势的现象，又称为阻挡层光电效应。光电池和光电晶体管均属于这一类。光电传感器分类光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。根据传感器的传输过程一般由3部分构成：发送器、接收器和检测电路。根据光电传感器的外形可以分为槽型光电传感器和对射型光电传感器。槽型光电传感器是把一个光发射器（又称发光器）和一个光接收器（又称收光器）面对面地装在一个槽的两侧，如图3-6所示。光发射器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能接收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽型开关的检测距离因为受传感器整体结构的限制一般只有几厘米。（3）光电传感器工作方式超声波传感器超声波传感器（见图3-9）是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透能力很大，尤其是在不透明的固体中。半导体传感器半导体传感器（SemiconductorTransducer）是指利用半导体材料的各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。所采用的半导体材料多数是硅以及Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族元素化合物。半导体传感器种类繁多，它利用近百种物理效应和材料的特性，具有类似于人的眼、耳、鼻、舌、皮肤等多种感官功能。半导体传感器的工作原理半导体传感器是利用半导体易受外界条件影响这一特性制成的传感器。根据检测对象，半导体传感器可分为物理传感器（检测对象为光、温度、磁、压力、湿度等）、化学传感器（检测对象为气体分子、离子、有机分子等）、生物传感器（检测对象为生物活性物质）。半导体传感器是一种新型半导体器件，它能够实现电、光、温度、声、位移、压力等物理量的相互转换，并且易于实现集成化、多功能化，更满足计算机的要求，所以被广泛应用于自动化检测系统中。由于实际的被测量大多数是非电量，因而传感器的主要工作就是将非电信号转换成电信号。半导体传感器的优点是灵敏度高、响应速度快、体积小、质量轻，便于集成化、智能化，能使检测、转换一体化。半导体传感器的分类常用的半导体传感器有气敏传感器、磁敏传感器、热敏二极管、热敏三极管和各种半导体集成传感器。①气敏传感器：用半导体气敏元件组成的传感器为气敏传感器，主要用于天然气、煤气、石油化工等工业领域的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。②磁敏传感器：它是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的传感器，一般被用来检测磁场的存在、变化、方向，磁场的强弱以及可引起的磁场变化的物理量。③温敏传感器：它利用某些材料或元件的物理特性与温度有关的这一性质，将温度的变化转化为电量的变化。常见的有热电偶、热敏电阻、热敏二极管和热敏晶体管等，常用来红外线测温等。④集成传感器：常见的集成传感器有开关型集成霍尔传感器、集成温度传感器、集成湿度传感器、集成压力传感器和集成加速度传感器。生物传感器生物传感器（Biosensor）是利用生物活性物质与电化学或其他传感器结合而形成的新型探测器件。生物传感器中最关键的部件是生物活性物质，它可以是生物酸、抗体、生物膜或者活细胞等。生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成：以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。转换部分是把生物活性表达的信号转变为电信号的物理或化学换能器（传感器）。生物传感器原理生物传感器的结构一般是在基础传感器（如电化学装置）上再耦合一个生物敏感膜（称为感受器或敏感元件）。生物敏感膜紧贴在探头表面上，再用一种半渗透膜与被测溶液隔开。当被测溶液中的成分透过半透膜有选择地附着于敏感物质上时，形成复合体，随之进行生化和电化学反应，产生普通电化学装置能感知的O2、H2、+4NH、CO2等或光、声等信号，并通过信号转换元件转换为电信号。生物传感器特点①操作简单，需用样品少，能短时间内完成测定。一般不需进行样品的预处理，它利用本身具备的优异选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体，测定时常不需另加其他试剂，使测定过程简便迅速，容易实现自动分析。②可进入生物体内，进行活体分析。③对被检测物质具有极好的选择性，噪声低。④经固定化处理后，可保持长期生物活性，传感器可反复使用。⑤传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪，因而便于推广普及。无线传感器网络无线传感器网络是由大量的、静止或移动的传感器节点，以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是以协作的方式感知、采集、处理和传输在网络覆盖区域内被感知对象的信息，并把这些信息发送给用户。无线传感器网络的任务是利用传感器节点监测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳的方式将数据发送到汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而实现对目标区域的监测。无线传感器网络特点（1）硬件资源有限。（2）电源容量有限。（3）无中心。（3）无中心。（5）多跳（Multi-hop）路由。（6）动态拓扑。（7）节点数量众多，分布密集。（8）传输能力的有限性。（9）安全性的问题。无线传感器网络体系结构无线传感器网络系统通常包括传感器节点（SensorNode）、汇聚节点（SinkNode）和管理节点，无线传感器网络系统架构如图3-12所示。大（2）电源容量有限。无线传感器网络的关键技术（1）网络通信协议（2）核心支撑技术（3）自组织管理（4）开发与应用03PARTTHREE3S技术033S技术及其应用

“3S”技术是遥感（RemoteSensing，RS）、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）、地理信息系统（GeographicalInformationSystem，GIS）这3种技术名词中最后一个单词字母的统称。3S以计算机技术为主要技术支撑，用于采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地理空间分布有关的数据的一门综合的、集成的信息科学的重要组成部分，构成数字地球的基础。3S技术的集成GPS获取的位置信息遥感影像GIS系统完整的卫星对地观测系统

利用现代仪器设备由远处感知、获取被测物体的信息，从而对物体进行探测和识别。广义遥感：利用仪器设备从远处获得被测物体的电磁波辐射特征（光，热），力场特征（重力、磁力）和机械波特征（声，地震），据此识别物体。狭义遥感：主要指从远距离、高空以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的现代化技术系统。遥感（RemoteSensing）技术01遥感的特点（1）探测范围广、采集数据快（2）能动态反映地面事物的变化（3）获取的数据具有综合性航天遥感轨道卫星载人飞船（<500km)航天飞机

（<300km)探空火箭（100-650km)地球同步卫星太阳同步卫星长寿命(500-1000km)（3600km）短寿命(150-500km)02遥感的分类按平台高度分类

地面遥感高塔（<300m)车船（<30m)观测架（几米）航空遥感飞机气球飘浮气球（<50km）系留气球（<5km）高空飞机（>15km）中空飞机（9-15km）低空飞机（<9km）按平台高度分类-续

被动方式扫描(图像方式)非扫描非图像方式微波辐射计地磁测量仪重力测量仪傅立叶光谱仪其他图像方式(照相机)黑白天然彩色红外彩色红外其他像面扫描电视摄像机固体扫描仪(CCD)物面扫描光机扫描仪固体扫描仪按传感器分类

主动方式

扫描(图像方式)非扫描(非图像方式)微波散射计微波高度计激光光谱仪激光高度计像面扫描（被动型相控阵雷达）物面扫描激光水深计激光测距仪微波辐射计真实孔径雷达合成孔径雷达按传感器分类--续

遥感

按应用空间尺度按研究对象资源遥感全球遥感其他分类

环境遥感区域遥感城市遥感GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统：1973年12月起，美国历经20余年，投资300亿美元，建立起来的服务于全球的卫星导航与定位系统。其从根本上解决了人类在地球及其周围空间的导航及定位问题。全球定位系统GPS空间部分地面控制部分用户设备部分全球定位系统GPS组成组成3.地面接收机2.地面部分：一个主控站，三个注入站，五个监测站空间部分：卫星①全天候；②全球覆盖；③三维定速、定时、高精度；④快速、省时、高效率；⑤应用广泛、多功能。全球定位系统GPS主要特点03GPS技术应用卫星技术的应用主要是为船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航，如：（1）卫星定位系统在道路工程中的应用（2）汽车导航和交通管理中的应用03地理信息系统GIS

地理信息系统（GIS）是对地理空间实体和地理现象的特征要素进行获取、处理、表达、管理、分析、显示和应用的计算机空间或时空信息系统。

GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。完整的地理信息系统主要由5个部分组成，即硬件系统、软件系统、数据、空间分析和人员等。03地理信息系统GIS的组成（1）GIS主要应用于农业和林业领域（2）城市规划和管理是GIS的一个重要应用领域（3）应急响应（4）地学研究与应用分析（5）商业与市场（6）房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析（7）网络分析（8）可视化应用03地理信息系统应用04PARTFOUR视频监控技术视频监控系统也叫闭路电视（ClosedCircuitTelevision，CCTV）监控系统，是通过遥控摄像机及其辅助设备（光源等）直接查看被监视的场地情况，使被监控场地的情况一目了然，便于及时发现、记录和处理异常情况的一种电子系统或网络系统。视频监控系统是安全技术防范系统的重要组成部分，其利用视频探测技术，监视设防区域并实时显示、记录现场图像。04视频监控概述4.1物联网与视频监控1．视频监控在物联网智慧农业的应用2．视频监控在物联网交通监控系统中的应用564.1物联网与视频监控视频监控系统集成了预防、监视、控制取证和管理等功能从逻辑上可分为：前端、传输、控制、记录和显示四部分，如图所示。通常我们所说的终端设备也就是控制、记录和显示2个部分。574.3视频监控系统组成58模拟视频监控系统结构

前端部分由摄像机、镜头、防护罩、安装支架、云台、解码器等组成，主要用于对设防区域进行摄像。

监视设防区域主要体现在：

公共安全区域：门、围墙、道路、停车场、办公区域等

生产装置区域：主要易燃易爆区域和关键设备、人员操作易发生危险行为区域以及人员不方便检测的区域（为生产做辅助）。594.3视频监控前端部分

前端设备由摄像机、镜头、防护罩、安装支架、云台、解码器等组成，主要用于对设防区域进行摄像。4.3视频监控前端设备

视频信号的传输与摄像器件的研究是经典电视发展的两个核心，而带信号的传输一直是主要方式。

高质量的图像传送是电视监控系统应用的关键。它决定监控系统应用的范围、领域、方式。

视频监控传输设备62

目前，在监控系统中用来传输图象信号的介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤，对应的传输设备分别是同轴视频放大器、双绞线视频传输设备和光端机。要组建一个高质量的监控网络，就必须搞清楚这三种主要传输方式的特点和使用环境，以便针对实际工程需要采取合适的传输介质和设备。

视频监控传输介质63

同轴电缆是使用最广泛的视频传输介质，一般用于中短距离的视频信号的传输。同轴电缆的电气特征使得它非常适合传送摄像机到监视器的全视频信号（cctv视频信号是由分布很广的低频信号和高频信号组成的）。

视频电缆一般是选用75Ω的同轴电缆，通常使用的电缆型号为SYV—75—3和SYV—75—5。它们对视频信号的无中继传输距离一般为300-500m，当传输距离更长时，可相应选用SYV—75—7、SYV—75—9或SYV—75—12的粗同轴电缆（在实际工程中，粗缆的无中继传输距离可达1km以上）。

视频监控传输介质同轴电缆1）结构简单、施工方便2）不需要增加其他设备直接传输3）连接至设备端方便64

视频监控传输介质同轴电缆优点

模拟系统的终端设备一般都集中在控制室，并固定安装在相应的机架和操作控制台上。终端一般包括视音频分配放大器、视频切换矩阵、多画面分割器、硬盘录像机、控制键盘和显示器等。

视音频信号的流程是从前端传输过来一般先经视频分配放大器，信号在视频放大分配器中获得补偿放大并分成两路或多路信号给矩阵切换器、录像机及相关设备，最后在监视器上还原成声音与图像信号。视频监控还可以和报警联动，视频安防监控系统联动。

视频监控中心控制设备66视频分配放大器由于前端每个摄像机只能输出一路图像信号有时候不够监控中心设备使用，因此，视频放大分配器的作用就是将一路视频输入信号分配成两路或多路相同的视频输出信号，以保证矩阵切换器、录像机、监视器等设备的需要。

视频监控中心控制设备67矩阵控制器

视频矩阵，最重要的一个功能就是实现对输入视频图像的切换输出。准确概括那就是：将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道显示。一般来讲,一个M×N矩阵：表示它可以同时支持M路图像输入和N路图像输出。这里需要强调的是必须要做到任意，即任意的一个输入和任意的一个输出。69硬盘录像机（DigitalVideoRecorder，简称DVR），即数字视频录像机，相对于传统的模拟视频录像机，采用硬盘录像，故常常被称为硬盘录像机，也被称为DVR。它是一套进行图像存储处理的计算机系统，具有对图像/语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能。磁带录像机PC式录像机嵌入式式录像机

视频监控显示/存储设备05PARTFIVE嵌入式系统1.1.1嵌入式系统定义(5)

二、嵌入式系统的其它定义

1、IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义

嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（Devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。可以看出此定义是从应用上、功能上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。 从本质上来说，嵌入式系统是：

“以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统”。

嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的、隐藏在某种设备中的、计算机软硬件集合体，没有固定的特征形状的计算机系统。嵌入式系统定义

定义：嵌入式系统（EmbeddedSystem）是嵌入式计算机机系统的简称，简单地说，嵌入式系统就是嵌入到目标体系中的专用计算机系统。嵌入性、专用性与计算机系统是嵌入式系统的3个基本要素。

具体地讲，嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。《物联网技术导论(第二版)》73嵌入式系统定义特点：1嵌入式系统通常是面向特定应用的2嵌入式系统须满足环境的要求3嵌入式系统必须满足对象系统的控制要求4嵌入式系统是集计算机技术与各行业应用与一体的集成系统5嵌入式系统具有较长的生命周期6嵌入式系统的软件固化在非易失性存储器中7嵌入式系统的实时性要求8嵌入式系统需专用开发环境和开发工具进行设计《物联网技术导论(第二版)》74嵌入式系统特点嵌入式系统特点概况（1）专用性强。

（2）体积小型化。（3）实时性好。

（4）可裁剪性好。（5）可靠性高。

（6）功耗低。（7）嵌入式系统本身不具备自我开发能力，必须借助通用计算机平台来开发。（8）嵌入式系统通常采用“软硬件协同设计”的方法实现。

主要有以下几个方面的特点（特征）

1、专用性强

2、系统精简（功能单一）

3、操作系统可有可无，内核小、实时性强

4、程序固化在存储器中

5、可靠性高

6、需要专门工具开发和环境

7、与被嵌入设备有机结合，生命周期长嵌入式系统特点嵌入式系统应用

嵌入式系统具有广阔的应用领域，是现代计算机技术改造传统产业、提升多领域技术水平的有力工具。物联网的感知层是嵌入式系统的用武之地。如目前国家安监局目前实施的“紧急避险”六大系统中的“人员定位系统”和“安全监控系统中的有毒有害气体监测”中，使用到大量的人员定位器和有毒有害气体传感器，如：二氧化碳传感器、二氧化硫传感器等。人员定位器是一个典型的嵌入式系统。嵌入式系统与物联网现代物流系统

现代物流系统中嵌入式系统也起到重要的作用。无数的货物都会被贴上RFID标签，贴有这些标签的货物每到一个仓储点中转的时候，就会被自动识别，并被登记入库，这样就极大地提高了货物入库和清点的效率。在上述场景中嵌入式系统起到了至关重要的作用。而上述应用场景中嵌入式系统显示着它们的身影，可以说没有嵌入式技术就没有物联网应用的美好未来。《物联网技术导论(第二版)》79嵌入式系统与物联网应用程序实时操作系统（RTOS）输入输出接口处理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮点运算协处理器DMA电源管理人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标设备驱动程序、HAL、BSP文件系统/图形用户应用程序接口驱动层OS层应用层软件以太网看门狗及复位电路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM内存硬件嵌入式系统组成嵌入式微控制器(MCU，即MicroControllerUnit):又称单片机，将CPU、存储器（少量的RAM、ROM或两者都有）和其它外设封装在同一片集成电路里。常见的有80C51系列单片机等。嵌入式数字信号处理器（DSP）:专门用来对离散时间信号进行极快的处理计算，提高编译效率和执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析、图像处理的分析等领域，DSP正在大量进入嵌入式市场。

嵌入式微处理器（MPU，即MicroProcessorUnit）:它是专用的CPU,不同于通用计算机的CPU。在应用中，一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上，在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。嵌入式处理器分类STM32F系列图解

µC/OS-II：教学免费的、面向中小型嵌入式系统应用。实时、小（几KB）、多任务、可靠。

Vxworks：美国WindRiver（风河）公司于1983年开发，具有可靠、实时、可裁减特性。主要用于网络设备（交换机、路由器）、通信等。

WinCE：它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统，而CE则为CustomerEmbedded的缩写。

Linux/µCLinux：免费、源码开放的操作系统，µclinux面向没有MMU的硬件平台。

PalmOS：Palm公司产品，在PDA、掌上电脑市场占据很大份额，具有开放的操作系统应用程序接口(API)，可让用户灵活方便地定制操作系统嵌入式操作系统谢谢！模块4通过智能家居认识物联网通信技术目录CONTENTS1智能家居2有线接入网3无线接入网4移动通信网络5量子通信思维导图01PARTONE智能家居学习目标了解无线接入技术的特点。了解蓝牙技术和ZigBee技术的优缺点。掌握移动通信技术的基本概念。了解各类物联网通信技术的标准。知识目标能识别与物联网通信技术相关的设备。掌握蓝牙技术、ZigBee技术网络连接方式。能对常用的蓝牙设备进行配置与连接。能搭建基于ZigBee技术的开发环境、创建工程、编写简单代码并使用仿真器对程序进行调试、下载。技能目标能理解物联网通信技术的分类与各种通信技术特点，能根据应用场景选择合适的物联网通信技术。能洞察物联网市场需求及其发展动态，掌握物联网通信技术的发展趋势。掌握各类接入技术在物联网技术方面的应用。素质目标情景导入智能

家居智能家电、网络家居家居管理、家居安全……“智能家居”未来家是什么样子？“智能家居”智能家居概述智能家居：利用先进的计算机、嵌入式系统、综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术、云计算平台将家居生活有关的设施集成连接到一起，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境，为用户提供个性化生活服务。

基本内涵一方面，智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。智能家居系统介绍智能家居主要内容智能家电控制智能遮阳控制智能背景音乐智能灯光控制智能情景控制智能安防管理智能安防管理智能传感管理智能暖通控制智能家电之智能冰箱食品管理功能物联云服务功能冰箱控制系统娱乐功能全屋智能家居全屋智能家居02PARTTWO有线接入网通信网在水平方向上分为用户驻地网、接入网和核心网。图8-1水平方向上接入网在电信网的位置02接入网在通信网中的位置根据距离用户的远近，通信网可以划分为公用网和用户驻地网两部分。公用电信网又可以划分为接入网和核心网。公用网离用户相对较远，物权归通信运营商或内容服务商所有，包含所有属于运营商或服务商的、用于完成用户间通信的机线设备。核心网顾名思义就是通信网络的核心，是数据交换、转发、接续和路由的网络部分。用户驻地网靠近用户，通常是指一栋楼房内完成用户通信和控制功能的用户驻地布线系统，物权属用户所有。在水平方向上，接入网位于用户驻地网和核心网之间，是整个公用网络的边缘部分，是公用网中与用户距离最近的一部分，负责使用有线或无线连接，将广大用户一级一级汇接到核心网中，常被形象地称作通信网的“最后一公里”。

接入网在通信网中的位置数字用户线（DSL）技术在同一电话线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载，使用DSL技术上网并不需要缴付另外的电话费，DSL接入网连接示意图见图8-6。图8-6DSL接入网示意图DSL技术xDSL技术是对多种用户线高速接入技术的统称，其传输速率与传输距离成反比。xDSL包括ADSL、HDSL、VDSL、SDSL、RADSL等等。它们主要的区别体现在信号传输速率和距离的不同，以及上、下行速率对称性的不同这两个方面。xDSL技术对称性传输速率最大传输距离（KM）线对支持POTSHDSL对称最大速率2.3Mbps3.62或3不支持ADSL非对称下行最大速率8196Kbps，上行最大速率896Kbps51支持VDSL对称/不对称下行最大速率52Mbps（非对称），上行最大速率12Mbps（对称）1.51支持XDSL技术ADSL是DSL技术中应用最广的一种，因为ADSL技术可以在一对双绞线上同时传输电话信号和高速数据信号，而且高速数据信号的上、下行速率是非对称的，其上行速率比下行速率小，非常适合大多数住宅用户上网时的下载数据量远大于上载数据量的特点。图8-7ADSL接入网系统结构

ADSL技术ADSL是在现有双绞线上传送高速非对称数字信号的一种新技术，只需在双绞线两侧各装一个ADSL收发机（一种专用的调制解调器，用户端为ATU-R，即用户端猫，局端为ATU-C，也称为DSLAM，即局端猫），即可迅速提供高速数字通道。ADSL接入系统由局端设备和用户端设备组成。用户端设备包括用户ADSLModem即ATU-R用户端收发模块和用户端分离器，局端设备包括在中心机房的ADSLModem，即ATU-C局端收发模块DSL接入多路复用器DSLAM和局端分离器。

ADSL技术1880年，贝尔发明光电话。1960年，梅曼发明第一台红宝石激光器。1966年，高锟博士提出SiO2光纤的可行性，被誉为“世界光纤之父”1970年，美国康宁公司研制出衰减为20dB／km的单模光纤。1976～1977年，光纤损耗降低到4dB/km，半导体激光器的寿命达到106小时，各种通信系统出现。1976年，美国在亚特兰大（Atlanta）进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验，信息速率为45Mbit/s，中继距离为10km。1980年，140Mbit/s光纤通信系统投入商业应用。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。

光纤通信发展由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋海底光缆通信系统于1988年建成。第一条横跨太平洋海底光缆通信系统于1989年建成。1990年，565Mbit/s的光纤通信系统进入商用化阶段，并开始进行波分复用（DWM）的现场实验，陆续制定同步数字系列（SDH）的技术标准。1993年，速率为622Mbit/s以下SDH产品开始商用化。1995年，速率为2.5Gbit/s的SDH产品开始商用化。1996年，10Gbit/s的SDH产品开始商用化。1997年，用于波分复用技术的20Gbit/s和40Gbit/s的SDH产品试验取得重大突破。近年来，密集型波分复用（DWDM）技术取得了较大的进展，美国AT&T实验室等机构已成功地研究了速率为Tbit/s数量级的传输系统。随着数据业务发展和IP技术的应用，光传输逐渐从干线传输普及到城域网、接入网中，并广泛应用。

光纤通信发展数字光纤通信系统由光端机、光缆、中继器和电端机组成。光端机包括光发送机与光接收机两部分，光发送机实现电/光转换，光接收机实现光/电转换。电端机的作用是将低速支路电信号复用成高速信号，然后送往光端机中继器用来对信号放大，增加光信号传输距离

光纤系统光接入网（OpticalAccessNetwork，OAN）就是在接入网中采用光纤作为主要传输媒质的接入技术，泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。光接入网采用树形拓扑、点到多点结构、单纤双向传输。光接入网OAN包含与同一光线路终端（OpticalLineTerminal，OLT）相连的多个光分配网（OpticalDistributionNetwork，ODN）和光网络单元（OpticalNetworkUnit，ONU）。PON网络的ODN是无源的，而AON的ODN是有源的。

光网络系统结构根据接入网中ODN是否含有源设备，OAN又可以划分为无源光网络（PassiveOpticalNetwork，PON）和有源光网络（ActiveOpticalNetwork，AON）。无源光网络（PON）是指在OLT和ONU之间没有任何有源的设备而只使用光纤等无源器件。有源光网络（AON）中，用有源设备或网络系统（如SDH环网）的光分配终端（Opticaldistributionterminal，ODT）代替无源光网络中的ODN，传输距离和容量大大增加

光接入网设备03PARTTHREE无线接入网

无线网络技术丰富多样，根据距离不同，可以组成无线个域网、无线局域网、无线城域网和无线广域网。其中近距离的无线技术是物联网最为活跃的部分，因为物联网被称作是互联网的最后一公里，也称为末梢网络。根据应用的不同，其通信距离可能是几厘米到几百米之间，目前常用的技术主要有蓝牙、ZigBee、UWB、WI-FI等。无线网络技术蓝牙（Bluetooth）是一种短距离（一般10m内）的无线通信技术。利用蓝牙技术能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换，以取代原来所需的有线电缆。图8-23蓝牙耳机和蓝牙模块

蓝牙技术1994年，瑞典爱立信公司移动通信部在一项课题研究中，确定使用无线电射频技术实现移动电话与周围器件之间的低成本、低功耗的无线互连，并将互连的技术规范命名为蓝牙（Bluetooth）。1998年2月，由世界上最有名的5个IT产业公司（爱立信、Intel、IBM、东芝、诺基亚）发起组建“蓝牙特殊利益小组”（SpecialInterestGroup）SIG，小组的任务是制订蓝牙技术标准、如何测试蓝牙产品、协调各国蓝牙技术的使用频段。SIG于1998年5月正式成立，1999年12月，又有4家公司（3Com、微软、摩托罗拉和朗讯）加入SIG。通常把这9个公司称为SIG的倡议者，后来加入的其它成员被称为SIG的响应者。

蓝牙技术由来对蓝牙芯片的基本要求有：（1）在10m范围内实现一点对多点的通信；（2）蓝牙数据传输速率有效值应达到每条信道721k位/秒；（3）使用频段2.4～2.4835GHZ；（4）要求成本低廉，价格与所取代的电缆线基本持平。近期蓝牙的主要目标是取代各种电缆连接，通过统一标准的无线链路网将数字设备连成一个密不可分的整体，方便灵活、低成本、低功耗，像移动通信那样传输语音，像因特网那样传输信息。长远蓝牙的主要目标是占领家用和商用的近距离数据传输市场。

蓝牙技术简介

蓝牙技术指标

蓝牙技术可以实现语音、视频和数据的传输，其最高的通信速率为1Mb/s，采用时分方式的全双工通信，通信距离为10m左右（如果配置功率放大器可以使通信距离达到100m），其特点为：

成本低功耗低、体积小近距离通信安全性蓝牙技术主要特点蓝牙无线接入技术具有规模小、成本低、短距离连接等特点，蓝牙技术主要针对三大类的应用：话音/数据接入、外围设备互连和个人局域网。应用的领域包括：血氧计、血压计、体温计、体重秤、血糖仪、心血管活动监控仪、便携式心电图仪等等，全球大约80%以上的手机都使用了蓝牙技术，车载网的应用、电玩、电脑、手表、运动及健体、保健、汽车工业、家居电器、远程控制、自动化工业等等。蓝牙技术主要应用ZigBee译为“紫蜂”，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。ZigBee技术研究组织是ZigBee联盟（ZigBeeAlliance），协议是IEEE802.15.4标准的WPAN协议。

ZigBee技术ZigBee名称的由来

源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式；蜜蜂通过跳Zig-Zag形状的舞蹈来分享新发现的食物源位置、距离和方向等资讯。2001年

8月ZigBee联盟成立2004年12月1.0标准敲定(ZigBee2004)2005年9月公布1.0标准并提供下载2006年12月进行标准修订，推出1.1版(ZigBee2006)2007年

10月完成再次修订(ZigBee2007/PRO)2000年

12月成立工作小组起IEEE802.15.4标准ZigBee形成与发展20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率。最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式,功耗低；ZigBee模块的初始成本；协议简单，免专利费。基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了AES-128的加密算法；采取了碰撞避免策略。响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms。传输速率低速度快、时延短网络容量大安全、可靠低功耗、低成本特点ZigBee技术特点适用条件BECDA设备成本很低，传输的数据量很小

设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块没有充足的电源支持，只能使用一次性电池频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者很困难用于监测或控制且通信覆盖较大范围的网络ZigBee技术适用条件数字家庭工业领域精准农业医学领域智能交通

ZigBee技术应用领域物理层数据链路层网路层应用层IEEE802.15.4ZigBee联盟

ZigBee协议栈ZigBee协议栈的体系结构

NB-IoT技术窄带物联网（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网（LPWAN）。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。覆盖范围广终端节点功耗低海量连接运营维护成本低

BN-IoT技术特点NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。

NB-IoT网络体系架构智能秒表智能停车

共享单车

NB-IoT应用智能畜牧业

LoRa（LongRangeRadio,远距离无线电）是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，是LPWAN（Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率广域网络）通信技术中的一种，是SEMTECH公司创建的低功耗局域网无线标准。这一方案为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915MHz等。

LoRa技术传输距离：城镇可达2-5Km，郊区可达15Km。工作频率：ISM频段包括433、868、915MHz等。标准：IEEE802.15.4g。调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）能力，SEMTECH公司私有专利技术。容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。电池寿命：长达10年。安全：AES128加密。传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长。LoRa技术特征

LoRaWAN网络架构“UWB”（ultrawideband）是超宽带无线技术的缩写。UWB技术是一种使用1GHz以上带宽的无线通信技术。虽然是无线通信，但其通信速度可以达到几百Mbit/秒以上。

UWB超宽带技术UWB的主要技术特点（1）系统结构的实现比较简单（2）高速的数据传输（3）功耗低（4）安全性高（5）多径分辨能力强（6）定位精确。（7）工程简单、造价便宜UWB技术应用按照通信距离分大体可以分为两类：一类是短距离高速应用，数据传输速率可以达到数百兆比特每秒，主要是构建短距离高速WPAN、家庭无线多媒体网络以及替代高速率短程有线连接，如无线USB和DVD，其典型的通信距离是10m；另一类是中长距离（几十米以上）低速率应用，通常数据传输速率为1Mbit/s，主要应用于无线传感器网络和低速率连接。同时，由于UWB技术可以利用低功耗、低复杂度的收发信机实现高速数据传输，所以UWB技术在近年来得到了迅速发展。它在非常宽的频谱范围内采用低功率脉冲传输数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。基于UWB技术而构建的高速率数据收发机有看广泛的用途。

UWB应用60GHz短距离无线通信技术是指通信载波为60GHz附近频率的无线通信技术

60GHz属于毫米波通信技术，面向PC、数字家电等应用，能够实现设备间数Gbit/s的超高速无线传输。毫米波与较低频段的微波相比，特点是：①可利用的频谱范围宽，信息容量大。②易实现窄波束和高增益的天线，因而分辨率高，抗干扰性好。③穿透等离子体的能力强。④多普勒频移大，测速灵敏度高。60GHz原始数据的最高速度达到25000Mbit/s，而802.11n标准和UWB只能分别实现600Mbit/s和480Mbit/s的传输速度。例如：用802.11n需要近一个小时才能传完的DVD，用60GHz则只需要15s。由于60GHz的无线频点处于大气传播中的衰减峰值，频段不适合长距离通信（大于2km）

60GHz通信无线局域网WLAN是利用无线技术实现快速接入以太网的技术。IEEE802.11制定了无线局域网技术标准。WiFi（WirelessFidelity）是IEEE802.11系列标准的应用，是一个名为“无线以太网相容联盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA，又称“WiFi联盟”）的组织所发布的业界术语。WiFi联盟（WiFiAlliance）旨在全球范围内推行WiFi产品的兼容认证。由于WiFi产品的广泛应用，人们往往把WiFi与WLAN及IEEE802.11标准相混淆，将它们不加区分地等同起来。

WLAN技术概述IEEE802.11是无线网络的协议标准。共同的协议标准是确保不同厂商生产设备实现互通与兼容的基础，到目前为止，IEEE正式发布的无线网络协议标准共有IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n五个标准，五个标准的相关技术比较见表8-4。

标准提出工作频段最大速率覆盖范围IEEE802.111997年2.4GHz2Mbps100米IEEE802.11b1999年2.4GHz11Mbps80至100米IEEE802.11a1999年5GHz54Mbps30米IEEE802.11g2003年2.4GHz108Mbps室内150米，室外500米IEEE802.11n2004年2.4GHz和5GHz600Mbps几公里表8-4IEEE802.11系列标准比较

WLAN技术标准WLAN网络由无线接入点（AccessPoint，AP）、无线工作站（STA）和空中端口组成。AP是WLAN的核心设备，是一种配备有WLAN适配器的网络设备STA是WLAN的用户设备，是一种配备有WLAN适配器的终端设备空中端口是WLAN设备的信道，可以支持单个点对点连接。WLAN网络组成WLAN基本组成常见WLAN网络结构中，一般有一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由其控制。WLAN网络拓扑

WLAN网络拓扑04PARTFOUR移动通信技术1896年，伽利尔摩和波波夫几乎同时实现了人类首次无线电电报通信。

1906年，美国匹兹堡大学教授费森登通过马萨诸塞州一座128米高的无线电塔成功地进行了人类历史上第一次正式无线电广播。

移动通信技术导入

移动通信(MobileCommunication)，是指通信双方或至少有一方处于运动状态的时候进行信息传输和交换的通信方式。

移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。

移动通信技术概述移动通信技术演进移动通信技术具有代际演进的规律

--全球移动通信经过1G、2G、3G、4G和5G五个发展阶段，正从5G向6G演进

--当前各国正在积极推进5G技术应用移动互联网和物联网为5G发展提供广阔发展空间1G2G3G4G1980s1990s2000s2010短信社交应用在线、互动、游戏语音5G虚拟现实、“零”时延感知2020有好强爽悦移动业务交换中心(MSC)移动台(MS)基站(BS)中继传输系统数据库移动通信系统组成用户的移动性。电波传播条件复杂。噪声和干扰严重。系统和网络结构复杂。要求频带利用率高、设备性能好。移动通信的特点移动通信网的覆盖方式包括大区制和小区制。移动通信网的用户多址方式分为：频分多路访问、时分多路访问、空分多址、码分多路访问。

移动通信网中的基本技术模拟制式的移动通信系统1G代表：美国的AMPS、英国的TACS等。FirstPortable

CellularPhone

DynaTAC1983第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多路访问（FDMA）技术。第一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务和自动漫游等。第一代移动通信包括语音在内的全数字化系统代表：泛欧的GSM、美国的DAMPS、IS-95CDMA2G

我国从1995年开始建设GSM网络，到2000年3月全国GSM用户数已突破5000万，并实现了与近60个国家的国际漫游业务。2005年发展到近2.8亿用户，并超过固定电话用户数，成为世界上最大的移动经营网络。第二代移动通信与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统提供了更高的网络容量，改善了话音质量和保密性，并为用户提供无缝的国际漫游。具有保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点。在2G基础上提供增强业务，如WAP代表：GPRS(GSM向WCDMA过渡)、EDGE2004V32.5G第二代移动通信GPRSGPRS属于第二代移动通信中的数据传输技术，是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kb/s。移动多媒体通信系统标准：基于GSM的WCDMA基于IS-95CDMA的CDMA2000

TD-SCDMA（我国提出的标准）提供的业务包括语音、传真、数据、多媒体娱乐和全球无缝漫游等2009CLIQ3G第三代移动通信3G通信业务应用主要表现：（1）高级话音业务、（2）移动接入互联网业务、（3）定位业务、（4）监测和控制业务、（5）移动多媒体业务、（6）金融证券业务、（7）电视媒体广播业务、（8）视频社区业务。真正意义上的高速移动通信系统标准：FDD-LTE，TD-LTE4G第四代移动通信4G的优势极强的信号传播能力；极快的传输速度；极高的智能化水平；极灵活的通信方式；更好的兼容性、提供增值服务、高质量通信、频率效率高等。4G是第四代移动通信技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像且图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术。4G之后的延伸，具有高速率、低延时和大连接特点5G第五代移动通信5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。第五代移动通信技术（5G）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继2G、3G和4G之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。5G网络主要有三大特点：极高的速率，极大的容量，极低的时延。相对4G网络，传输速率提升10～100倍，峰值传输速率达到10Gbit/s，端到端时延达到毫秒级，连接设备密度增加10～100倍，流量密度提升1000倍，频谱效率提升5～10倍，能够在500km/h的速度下保证用户体验。如果说前四代移动通信的发展都是为了解决“人与人之间的连接”那么，5G就是为了解决“人与人、人与物、物与物之间的连接”，这正是万物互联的核心要义。

5G的特点5G典型业务视频会话视频播放移动在线游戏增强现实虚拟现实云桌面实时视频分享无线数据下载云存储高清图片上传智能家居控制OTT消息视频监控车联网安全驾驶05PARTFIVE量子通信量子通信导