1、物联网所用主要通信第1页物联网所用主要通信第2页物物联网通信技网通信技术第一章第一章物物联网所用主要通信技网所用主要通信技术及其及其发展展第二章第二章数据通信基数据通信基础第三章第三章zigbee网网络原理与开原理与开发第四章第四章无无线传感器网感器网络第五章第五章短距离有短距离有线通信技通信技术第六章第六章近距离无近距离无线通信技通信技术物联网所用主要通信第3页物物联网通信技网通信技术第一章第一章物物联网所用主要通信技网所用主要通信技术及其及其发展展赵建立建立山山东科技大学科技大学物联网所用主要通信第4页一、国内外发展现实状况IBM前首席执行官郭士纳提出一个主要观点：计算模式每隔发生一次变革
2、。每一次这么技术变革都引发企业间、产业间甚至国家间竞争格局重大动荡和改变。而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。/10/25物联网所用主要通信第5页一、国内外发展现实状况/10/26物联网所用主要通信第6页一、国内外发展现实状况温家宝：感知中国前，中科院开启传感网研究计划8月7日，温家宝在无锡考查，提议建立传感器中心9月11日，传感器网络标准工作组成立大会暨“感知中国高峰论坛”在北京举行，标志着传感器网络标准工作组正式成立11月，国务院正式同意同意支持无锡建设国家传感网创新示范区随即，无锡感知中国中心在政府和科研机构配合下建立/10/27物联网所用主要通信第7页信息科技发展
3、必定趋势信息科技发展必定趋势成熟传感器技术。如常见无线传感网络（WSN）、RFID、电子标签等。发达网络。已进入信息高速公路时代，能够各种方式接入到网络，如宽带、WiFi、ZigBee等。高速信息处理能力。计算机软件技术迅猛发展，计算机存放能力和计算能力还在深入增强，使得海量信息处理成为可能。技术成熟为物联网提供了现实基础。包含以下几个方面：一、国内外发展现实状况物联网所用主要通信第8页物联网终究是什么物联网终究是什么?它出现又将给我们生活带来怎样改变它出现又将给我们生活带来怎样改变?一、国内外发展现实状况物联网所用主要通信第9页定义：经过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫
4、描器等信息传感设备，按约定协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体智能化识别、定位、跟踪、监控和管理一个网络。一、国内外发展现实状况物联网所用主要通信第10页物物联网定网定义当前主要还有以下几个定义：1）MIT Auto ID Center定义 1999 年，MIT Auto ID Center 给出较早“物联网”定义为：在计算机互联网基础上，利用RFID、无线数据通信等技术,结构一个覆盖世界上万事万物网络(Internet of Things),以实现物品自动识别和信息互联共享。物联网所用主要通信第11页2）ITU-T及定义,国际电信联盟(ITU)公布ITU 互联网汇
5、报：物联网中正式给出了“物联网”概念并对其涵义进行了扩展，指出物联网是互联网应用延伸，“RFID、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术”将是实现物联网四大关键技术。国际电信联盟是联合国一个主要专门机构，也是联合国机构中历史最长一个国际组织。简称“国际电联”、“电联”或“ITU”。国际电联是主管信息通信技术事务联合国机构，负责分配和管理全球无线电频谱与卫星轨道资源，制订全球电信标准，向发展中国家提供电信援助，促进全球电信发展。10月23日，赵厚麟当选国际电信联盟新一任秘书长，成为国际电信联盟150年历史上首位中国籍秘书长。物联网所用主要通信第12页3）EPC定义 EPC 是早期国际上经典物联网概念
6、模型，它本质就是“RFID 技术加互联网”。每一个物品都被赋予一个独一无二EPC 代码，将这个EPC 代码存放在RFID 标签中并贴在物品上，同时将这个代码所对应详细信息和属性存放在互联网上服务器中。当物品从生产到流通各个步骤中被识别并统计时，经过ONS(对象名解析服务)解析可取得物品所属信息服务系统URI(统一资源标识),进而经过网络从EPCIS 中取得其代码所对应信息和属性，以进行物品识别，实现对物流供给链自动追踪管理。物联网所用主要通信第13页4）欧盟定义“物联网”定义为：物联网将是未来互联网不可分割一部分，是一个动态全球网络架构，它具它具备基于一定基于一定标准和互用通信准和互用通信协议
7、自自组织能力。能力。其中物理和虚物理和虚拟“物物”均含有身份标识、物理属性和虚拟特征，并应用智能接口能够无缝链接到信息网络。物联网将含有三方面本本质特征特征：第一，不能简单地将物联网看作今天互联网延伸，物联网建立在特有基础设施上，将是一系列新独立系统。当然，部分基础设施仍要依存于现有互联网；第二，物联网将伴随新业务共同发展；第三，物联网包含各种不一样通信模式。如物与人通信,物与物通信。物联网所用主要通信第14页5）国内定义当前国内较为多见定义为：“物联网，指利用各种信息传感设备，如射频识别装置、红外传感器、全球定位系统、激光扫描等种种装置与互联网结合起来而形成一个巨大网络，其目标就是就是让全部
8、物品都与网全部物品都与网络连接在一起，方便接在一起，方便识别和管和管理。理。物联网应该具备三个特征三个特征：一是全方面感知，即利用各种可用感知伎俩，实现随时即时采集物体动态；二是可靠传递，经过各种信息网络与互联网融合，将感知信息实时准确可靠地传递出去；三是智能处理，利用云计算等智能计算技术对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化控制”。物联网所用主要通信第15页结论综合上述5种物联网定义，可得出物联网是采取各种传感设备，采集各种“物”信息，传输到以互联网为关键信息网络上，以实现全方面感知、信息智能处理、实施对“物”智能控制、完成对应应用。物联网所用主要通信第16页姚建铨院士（中国科学院
9、）：物联网是信息产业发展必定趋势 科学推进物联网和智慧城市建设 物联网产业发展一定要与应用紧一定要与应用紧密结合密结合对物联网认识物联网所用主要通信第17页对物联网认识邬贺铨院士（中国工程院）：物联网不是网络，是应用不是网络，是应用 物联网所用主要通信第18页物物联网框架网框架结构构/10/219物联网所用主要通信第19页感知层是实现物联网全方面感知关键能力是物联网中包含关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破部分关键在于具备更准确、更全方面感知能力，并处理低功耗、小型化和低成本问题广泛覆盖移动通信网络是实现物联网基础设施是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟部分关键在于为物联网
10、应用特征进行优化和改进，形成协同感知网络提供丰富基于物联网应用，是物联网发展根本目标将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用处理方案集关键在于行业融合、信息资源开发利用、低成本高质量处理方案、信息安全保障以及有效商业模式开发物联网应用层物联网网络层物联网感知层物物联网框架网框架结构构/10/220物联网所用主要通信第20页需要腾需要腾“云云”才能驾才能驾“物物”！/10/221物联网所用主要通信第21页物物联网框架网框架结构构传感器条码识别RFID多媒体信息采集定位数据采集有线数据传输短距离通信传输无线数据传输无线传感网络信息汇聚信息协同处理子层信息协同处理中间件传送网关感知控制
11、感知控制层移动通信远程信息传送固定通信互联网广播电视网卫星网传输网网络层SOA海量存放分布数据处理数据库数据挖掘服务支撑智能工业行业应用智能农业智能交通综合合应用用层环境监测网络管理QoS管理信息安全标识解析公共支撑公共支撑图 1.1 物联网框架结构物联网所用主要通信第22页物联网所用主要通信第23页1 物物联网所用主要通信技网所用主要通信技术物联网是实现物理世界、虚拟世界、数字世界与人类社会间交互技术伎俩。物联网通信模式主要分为：“物与物”(Thing-to-thing)，“物与人”(Thing-to-person)和人与人通信。“物与物”通信，主要实现“物”与“物”在没有些人工介入情况下信
12、息交互，如“物”能够监控其它“物”，当发生应急情况，物能够主动采取对应办法。“M2M”技术就是“物与物”通信一个形式。“物与人”通信，主要实现“物”与“人”之间信息交互，如人对“物”远程控制，或者“物”向人主动汇报本身状态信息和感知信息。物联网所用主要通信第24页在物联网中，通信系通信系统主要作用是将信息可靠安全地主要作用是将信息可靠安全地传送到目送到目标地。地。因为物联网含有异构性特点，这就使得物联网所采取通信方式和通信系统也含有异构性和复杂性。在信息传输方面，即使采取是以数据为主通信伎俩，但在承载平台上却采取了不一样模式有线、无线通信方式；在所采取通信协议方面，网络传送层采取了基于IP通信
13、协议，但在感知控制层却采取了各种通信协议，如X.25、基于工业总线接口和协议、ZigBee等。所以，能够说物联网感知控制层通信方式最为复杂。1 物物联网所用主要通信技网所用主要通信技术物联网所用主要通信第25页1）感知控制层通信系统感知控制通信目标是将各种设备传感设备（或数据采集设备以及连同控制设备）所感知信息在较短通信距离内送到信息汇聚系统，并由该系统传送（或互联）到网络传输层，其通信特点是传输距离近，传输方式灵活、多样。感知控制层通信系统所采取技术主要分为短距离有线通信、短距离无线通信和无线传感网络。物联网所用主要通信第26页感知层短距离有线通信系统主要是由各种串行数据通信系统组成，当前采
14、取技术有RS-232/485、USB、CAN工工业总线、及各种串行数据通信系、及各种串行数据通信系统。1）感知控制层通信系统感知层短距离无线通信系统主要由各种低功率、中高频无线数据传输系统组成，当前主要采取蓝牙、牙、红外、低功外、低功率无率无线数数传电台、无台、无线局域网等局域网等技术来完成短距离无线通信任务。无线传感网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一个布署在感知区域内大量微型传感器节点经过无线传输方式形成一个多跳自组织系统。它一个含有网络规模大、自组织、多跳路由、动态拓扑、可靠性高以数据为中心、能量受限通信网络，是“狭义”上物联网，也是物联网关键技术之一。RS
15、-232:Recommend Standard USB:Universal Serial Bus CAN:Controller Area Network物联网所用主要通信第27页2）网络传输层通信系统网络传输层是由数据通信主机（或服务器）、网络交换机、路由器等组成，在数据传送网络支撑下计算机通信系统，其基本结构如图1.3所表示。路由器交换机主机路由器路由器交换机交换机主机主机传送网送网公众固定网PSTN公众移动网GSM/CDMA/TD-SCDMA公 众 数 据 网DDN/ATM/FR其它专用传送网图 1.3 网络传输层通信系统结构物联网所用主要通信第28页网络传输层通信系统中支持计算机通信系统
16、数据传送网可由公众固定网、公众移公众固定网、公众移动通信网、公众数据网及其它通信网、公众数据网及其它专用网用网组成。成。当前公众固定、移动通信网、公众数据网主要有PSTN（Public Switched Telephone Network，公众电话交换网）、GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）、CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）、TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，时分同时码分多址)、D
17、DN（Digital Data Network，数字数据网）、ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）、FR（FRAME-RELAY，帧中继）等，它们为物联网网络层提供了数据传送平台。2）网络传输层通信系统物联网所用主要通信第29页公众通信网和专用传送网组成数据传送平台是物联网网络传输层基础设施，主机、网络交换机及路由器等组成计算机网络系统是物联网网络传输层功效设施，为物联网提供各种信息存放、信息传送、信息处理等各项基础服务，为物联网综合应用层提供了信息承载平台，保障了物联网各专业领域应用。2）网络传输层通信系统物联网所用主要通信第30页2 物物联网通信技网
18、通信技术发展展物联网作为一个新兴信息技术，它是应用现有信息技术、通信技术、自动化控制技术等基础上融合与创新。现阶段对物联网研究，不论从理论方面，还是从实践方面，均处于起步阶段，而物联网通信技术更是如此。就当前而言，尚不能较清楚地看到物联网通信技术发展趋势，但能够从当前研究方向看出端倪。当前，物联网通信技术主要研究方向有以下几个方面物联网所用主要通信第31页物联网扩频通信和频谱分配问题无线通信是利用无线一定频段电磁波来传输信息。理论上，普通情况下，在一定区域范围内，传输信息电磁波频段是不能重合，如重合则会形成电磁波干扰，从而影响通信质量。物联网所用主要通信第32页物联网扩频通信和频谱分配问题采取
19、采取扩频技技术，则能够采取重合频段来传输信息，但这要求扩频所采取PN（Pseudorandom Noise，伪随机序列）码之间要相互正交、或跳频、跳时调度图之间不能相一致（或相同），这就要求研究一个扩频通信技术及规则，使得大量布署以扩频通信为无线传输无线传感器网络之间通信不受到干扰而影响通信质量。另外，还需要研究一个频谱分配技术，在充分利用时分、空分或时分+空分技术基础上利用智能天线技术原理，研究一个合理、有效、成本低廉、体积微小无线通信技术，以满足大量布署无线传感器网络对频谱资源需求。物联网所用主要通信第33页软件无线电 和认知无线电物联网通信物联网感知控制层内终端含有各种接入网络传输通信方
20、式，因为无线通信含有任何地点、任何时间都可接入，并能进行通信特点，所以无无线通信方式是物通信方式是物联网网终端接入网端接入网络层首首选。但伴随终端数量增多，随之而来是需要大量频段资源以满足接入网络需求，另外，无线通信方式也在随通信技术发展而不停进步，所以就需要研究一个能满足物联网不停发展无线通信方式。因为软件无件无线电SDR(Software Defined Radio)含有含有统一硬一硬件平台、多件平台、多样化化软件件调制方式和制方式和传输模式特点，模式特点，所以，它能够满足未来不停发展无线通信模式改变需求，而且成本低廉、升级方便。软件无线电，也称软件定义无线电(Software Defin
21、ed Radio，SDR)是一个无线电广播通信技术，它基于软件定义无线通信协议而非经过硬连线实现。换言之，频带、空中接口协议和功效可经过软件下载和更新来升级，而不用完全更换硬件。物联网所用主要通信第34页软件无线电 和认知无线电物联网通信为了处理无线频段资源担心问题，认知无知无线电(CR：Cognitive Radio)技技术是是处理理该问题一个关一个关键技技术，它能，它能够识别利用率低无利用率低无线频段，并将利用率低下无段，并将利用率低下无线频段段给予回收，予回收，统一一管理、管理、优化分配，以化分配，以处理无理无线频段段资源担心源担心难题。物联网所用主要通信第35页物联网中异构网络融合物联
22、网终端含有多样性，其通信协议多样、数据传送方式多样，而且它们分别接入到不一样通信网络，这就造成了需要大量汇聚中间件系统来转换不一样通信网络接入问题，即形成了接入异构性，尤其在以无线通信方式为首选物联网终端接入中，该问题尤为突出。物联网所用主要通信第36页第一是无无线接入技接入技术异构性，异构性，它们无线传输机制不一样、覆盖范围不一样、能够取得传输速率不一样、提供QoS不一样、面向业务和应用不一样；物联网中异构网络融合第二是组网方式异构性网方式异构性，除了经由基站接入单跳式无线网络以外，还有多跳式无线自组织网和网状网，它们网络控制方式不一样，有依赖于基础设施集中控制，也有灵活分布式协同控制；第三
23、是终端异构性端异构性，因为业务应用多样性以及信息通信技术不停提升，终端已从手机扩展到便携式电脑、各种类型信息终端、娱乐终端、移动办公终端、嵌入式终端等，不一样终端含有不一样接入能力、移动能力和业务能力；第四是频谱资源异构性源异构性，因为不一样频段传输特征不一样，适合用于各种频段无线技术也不一样，而且不一样地域频谱规划方式也有显著区分；第五是运行管理异构性运行管理异构性，不一样运行商基于开发业务以及用户群不一样，将会设计出不一样管理策略和资费策略。物联网所用主要通信第37页因为异构网络相对独立自治，相互间缺乏有效协同机制，造成了系统间干扰、重合覆盖、单一网络业务提供能力有限、频谱资源浪费、业务无
24、缝切换等问题无法处理。“融合”已成为信息通信业发展时尚。它包含三个层次内容：首先是业务融合融合，就是以统一IP网络技术为基础，向用户提供独立于接入方式服务；其次是终端融合端融合，现在多模终端是终端融合雏形，不过伴随新无线接入技术不停出现，为了同时支持各种接入技术，终端会变得越来越复杂，价格也越来越高，更加好方案是采取基于软件无线电终端重配置技术，它能够使得原本功效单一移动终端设备具备了接人不一样无线网络能力；第三是网网络融合融合，包含固定网与移动网融合，关键网与接入网融合、不一样无线接入系统之间融合等。物联网中异构网络融合物联网所用主要通信第38页异构网络融合实现分为两个两个阶段：段：连通通阶
25、段和融合段和融合阶段。段。连通阶段指传感网、RFID网、局域网、广域网等互联互通，实现感知信息和业务信息传送到网络另一端应用服务器进行处理以支持应用服务。融合阶段是指在各种网络连通网络平台上，分布式布署若干信息处理功效单元，依据应用需求而在网络中对传递信息进行搜集、融合和处理，从而使基于感知智能服务实现得更为准确。从该阶段开始，网络将从提供信息交互功效扩展到提供智能信息处理功效及支撑服务，而且传统应用服务器网络架构向可管、可控、可信集中智慧参加网络架构演进。物联网中异构网络融合物联网所用主要通信第39页多通信协议高能效传感器网络无线传感器网络是物联网关键组成部分，但因为无线传感器节点是能量受限
26、，所以在应用上其寿命受到较大限制。其中一个主要原因是通信过程传输单位比特能量消耗比过大，过大原因是通信协议中所增加了过多比特开销，以及收发节点之间相互认证、等候等能量开销，所以需要研究高效研究高效传输通信通信协议，以降低传输单位比特能量开销。另外，不一样类型无线传感器网络使用不一不一样通信通信协议，这就使得各类不一样无线传感器网络接入及配合布署需要协议转换步骤，增加了接入和配合布署难度，同时也增加了节点能量消耗，所以研究各种相互融合多通信协议栈（包）是无线传感网络发展趋势。物联网所用主要通信第40页IP 网络技术物联网网络传输层及感知控制层部分物联网终端采取是IP通信机制，但当前现存IPv4及
27、IPv6两种IP通信方式共存应用，怎样研究两个IP共同应用自动识别与转换技术及应用，以及克服IP通信带来QoS不稳定及安全隐患是IP网络技术深入需要处理问题，能够预见未来IP通信是一个能提供满足各种QoS稳定要求、安全性不停提升IP通信系统。物联网所用主要通信第41页IPv6应用与研究为何要使用和研究IPv6？地址危机IPv4不足QoS和性能问题配置复杂移动性支持不够安全问题骨干路由表膨胀/10/2物联网所用主要通信第42页IPv4和IPv6包头比较3-1IPv4包头可变长度数据填充可选项目标地址源地址首部校验和协议TTL段偏移量标志标识符总长度服务类型首部长度版本20字节32bit/10/2
28、物联网所用主要通信第43页IPv4和IPv6包头比较3-2IPv6包头版本流量类型流标签载荷长度下一报文首部跳数限制源地址目标地址报文首部扩展首部信息数据40字节扩展报头32 bits相当于IPv4中TOS字段，要求使用服务类型指出扩展头位置长度为20位，用于标识同一业务流数据。中间转发路由器对于同一源和目标一个业务流数据采取相同转发行为，来提升转发效率类似于IPv4中TTL，不过跳数上限由上层协议来要求/10/2物联网所用主要通信第44页IPv4和IPv6包头比较3-3版本流量类型流标签载荷长度下一报文首部跳数限制源地址目标地址报文首部扩展首部信息数据数据填充可选项目标地址源地址首部校验和协议TTL段偏移量标志标识符总长度服务类型首部长度版本V6IP地址变成128位V6首部中没有首部长度字段，因为v6首部是固定长度V6首部中没有用于分段和重组字段。V6分段与重组只发生在源端和目标端，中间结点不再进行分段和重组。V6分段和重组用字段位于扩展报头。V6首部中没有校验和，校验依靠上层完成在扩展首部中标识上层协议在扩展首部中还包含加密和身份验证字段/10/2物联网所用主要通信第45页
