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1、教案2013通信專業(yè) 授課類型：課堂講授參考書目：物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論 魏旻 人民郵電 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論 桂小林授課內(nèi)容，教學(xué)方法，及作業(yè)其他見每小節(jié) 第 一 節(jié) 緒 論課 堂 講 授 ： 課 時(shí) 4難 點(diǎn) ： 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 發(fā) 展內(nèi) 容 如 下 ：思 考 題 ： 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 應(yīng) 用 1.1 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 概 念 1.1.1 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 定 義 定 義 ： 物 聯(lián) 網(wǎng) 是 通 過 使 用 射 頻 識 別 （ Radio Frequency Identification， RFID） 、 傳 感 器 、 紅 外 感 應(yīng) 器 、 全 球定 位 系 統(tǒng) 、 激 光 掃 描 器 等 信 息 采 集 設(shè)
2、 備 ， 按 約 定 的 協(xié) 議 ，把 任 何 物 品 與 互 聯(lián) 網(wǎng) 連 接 起 來 ， 進(jìn) 行 信 息 交 換 和 通 訊 ，以 實(shí) 現(xiàn) 智 能 化 識 別 、 定 位 、 跟 蹤 、 監(jiān) 控 和 管 理 的 一 種 網(wǎng)絡(luò) 。 1.1 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 概 念 1.1.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 特 征u全 面 感 知u可 靠 傳 遞u智 能 處 理 1.1.3 “ 物 ” 的 含 義 1.1 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 概 念 1.1.4 物 聯(lián) 網(wǎng) 概 念 辨 析u EPC系 統(tǒng)u 信 息 物 理 系 統(tǒng)u 傳 感 器 網(wǎng) 絡(luò)u M2M技 術(shù) 1.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 起 源 與 發(fā) 展 1.2.1 物 聯(lián)
3、網(wǎng) 的 起 源u 國 際 發(fā) 展 現(xiàn) 狀u 國 內(nèi) 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 1.2.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 發(fā) 展u 物 聯(lián) 網(wǎng) 發(fā) 展 面 臨 的 問 題 1.3 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 應(yīng) 用u 智 能 交 通u 智 能 物 流u 環(huán) 境 監(jiān) 測u 智 能 電 網(wǎng)u 醫(yī) 療 健 康u 智 能 家 居1.4 小 結(jié) 第 二 節(jié) 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu)課 堂 講 授 課 時(shí) ： 4難 點(diǎn) ： 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 與 計(jì) 算機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 體 系 結(jié) 構(gòu) 的 區(qū) 別內(nèi) 容 如 下 ：作 業(yè) ： 復(fù) 習(xí) 計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 相 關(guān) 內(nèi) 容 2.1 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 概 述 2.1.1 意 義 和
4、 功 能 物聯(lián)網(wǎng)的最終目的是建立一個(gè)滿足人們生產(chǎn)、生活以及對資源、信息更高需求的綜合平臺，管理跨組織、跨管理域的各種資源和異構(gòu)設(shè)備，為上層應(yīng)用提供全面的資源共享接口，實(shí)現(xiàn)分布式資源的有效集成，提供各種數(shù)據(jù)的智能計(jì)算、信息的及時(shí)共享以及決策的輔助分析等。 圖 物聯(lián)網(wǎng) 2.1 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 概 述 2.1.2 設(shè) 計(jì) 原 則u 以“用戶為中心”u 時(shí)空性u 互聯(lián)互通u 開放性u 可管理性u 安全性u 魯棒性 2.1 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.1.1 組 成 模 塊 圖 USN結(jié)構(gòu) 2.1 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.1.1 組 成 模 塊 圖 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 2.2 物 聯(lián)
5、 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.2.1 組 成 模 塊u 感知控制層u 數(shù)據(jù)傳輸層u 數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)組織與管理層u 應(yīng)用決策層 數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集 信息的有效傳遞 信息的智能化處理 2.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.2.2 感 知 控 制 層u 傳感技術(shù) 傳感器是將能感受到的及規(guī)定的被測量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。u 標(biāo)識技術(shù)標(biāo)識技術(shù)是通過RFID、條形碼等設(shè)備所感知到的目標(biāo)外在特征信息 來證實(shí)和判斷目標(biāo)本質(zhì)的技術(shù)來。u 定位技術(shù) 定位技術(shù)是測量目標(biāo)的位置參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)等時(shí)空信息的技術(shù)，它利用信息化手段來得知某一用戶或者物體的具體位置。 2.
6、2 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.2.2 感 知 控 制 層 圖 定位技術(shù) 2.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.2.3 數(shù) 據(jù) 傳 輸 層 圖 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)u 短距離通信技術(shù)u 廣域網(wǎng)通信技術(shù) 2.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.2.3 數(shù) 據(jù) 的 動(dòng) 態(tài) 組 織 與 管 理 圖 云計(jì)算架構(gòu) 2.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.2.4 數(shù) 據(jù) 的 動(dòng) 態(tài) 組 織 與 管 理u 智能計(jì)算技術(shù)u 海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)u 服務(wù)計(jì)算 2.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.2.5 應(yīng) 用 決 策u 監(jiān)控型應(yīng)用 圖 基于RFID的物流跟蹤 2.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.2.5 應(yīng) 用
7、決 策u 控制型應(yīng)用 圖 智能交通 2.2 物 聯(lián) 網(wǎng) 體 系 結(jié) 構(gòu) 2.2.5 應(yīng) 用 決 策u 掃描型應(yīng)用 圖 手機(jī)錢包 2.3 物 聯(lián) 網(wǎng) 關(guān) 鍵 技 術(shù) 圖 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 2.4 已 有 架 構(gòu) 2.4.1 無 線 傳 感 網(wǎng) 圖 WSN 2.4 已 有 架 構(gòu) 2.4.1 無 線 傳 感 網(wǎng) 圖 WSN體系結(jié)構(gòu) 2.4 已 有 架 構(gòu) 2.4.2 EPC/UID 圖 EPC的組成 2.4 已 有 架 構(gòu) 2.4.2 EPC/UID 圖 EPC 2.4 已 有 架 構(gòu) 2.4.3 CPS 圖 CPS 2.4 已 有 架 構(gòu) 2.4.4 M2M 圖 M2M 2.5 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 反
8、 饋 與 控 制 2.5.1自 動(dòng) 控 制 的 基 本 原 理 與 方 式 u 自 動(dòng) 控 制 的 概 念 及 應(yīng) 用u反 饋 控 制 原 理u反 饋 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 組 成u自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 控 制 方 式 物聯(lián)網(wǎng)中的“感、智、控”分別構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的測量、比較、執(zhí)行等三大部件，這三大部件又在“聯(lián)”這種網(wǎng)絡(luò)平臺上得以相互作用，形成了“控制系統(tǒng)”，最終實(shí)現(xiàn)了“控”的目的。聯(lián) 魯棒性保安性可信性時(shí)延性 物聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)一定是一個(gè)計(jì)算機(jī)參與的離散控制系統(tǒng)，將離散控制理論的分析方法引入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的分析、研究和設(shè)計(jì)過程中，能夠使這一過程更加科學(xué)、合理，對系統(tǒng)的各種性
9、能將有一個(gè)更準(zhǔn)確的判斷，同時(shí)也便于進(jìn)行仿真分析。 第 三 、 四 章 傳 感 器 及 RFID技 術(shù)課 堂 講 授 ： 課 時(shí) 8重 點(diǎn) 難 點(diǎn) ： 該 章 為 本 書 重 點(diǎn) 之 一 ，主 要 涉 及 二 維 碼 ， RFID等 傳 感 技術(shù)具 體 如 下 ：思 考 題 ： RFID系 統(tǒng) 組 成 ， 生 物 識別 技 術(shù) 與 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 聯(lián) 系 。 3.1 傳 感 器 概 述 3.1.1 傳 感 器 的 功 能 u 物 理 世 界 的 “ 感 覺 器 官 ”u 從 狹 義 角 度 來 看 ， 傳 感 器 是 一 種 將 測 量 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 電 信 號 的 變 換 器u 從 廣
10、義 角 度 來 看 ， 傳 感 器 是 指 在 電 子 檢 測 控 制 設(shè) 備 輸 入 部 分 中 起 檢 測 信 號 作 用 的 器 件 3.1 傳 感 器 概 述 3.1.3 傳 感 器 的 發(fā) 展 趨 勢 u 微型化u 智能化u 多樣化u 網(wǎng)絡(luò)化u 集成化u 新型材料u 高精度、高可靠 3.1 傳 感 器 概 述 3.1.3 傳 感 器 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 u 工業(yè)檢測和自動(dòng)化控制系統(tǒng)u 智能家居u 環(huán)境保護(hù)u 醫(yī)療u 航空航天u 智能機(jī)器人 3.2 傳 感 器 的 分 類 3.2.1 根 據(jù) 測 試 對 象u 溫度傳感器u 濕度傳感器u 壓力傳感器u 位移傳感器u 加速度傳感器 3.2
11、 傳 感 器 的 分 類 3.2.2 根 據(jù) 原 理u 電學(xué)式傳感器u 磁性式傳感器u 電勢型傳感器u 光電式傳感器u 電荷傳感器u 半導(dǎo)體傳感器u 諧振式傳感器u 電化學(xué)式傳感器 3.2 傳 感 器 的 分 類 3.2.3 根 據(jù) 輸 出 信 號u 模擬式傳感器u 數(shù)字式式傳感器 3.2 傳 感 器 的 分 類 3.2.4 根 據(jù) 能 量u 有源傳感器u 無源傳感器 3.2 傳 感 器 的 分 類傳感器分類轉(zhuǎn)換原理傳感器名稱典型應(yīng)用轉(zhuǎn)換形式中間參量 電參數(shù)電阻移動(dòng)電位器角點(diǎn)改變電阻電位器傳感器位移改變電阻絲或片尺寸電阻絲應(yīng)變傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器微應(yīng)變、力、負(fù)荷利用電阻的溫度效應(yīng)熱絲傳感器
12、氣流速度、液體流量電阻溫度傳感器溫度、輻射熱熱敏電阻傳感器溫度電容改變電容的幾何尺寸電容傳感器力、壓力、負(fù)荷、位移改變電容的介電常數(shù)液位、厚度、含水量電感改變磁路幾何尺寸、導(dǎo)磁體位置電感傳感器位移渦流去磁效應(yīng)渦流傳感器位移、厚度、含水量利用壓磁效應(yīng)壓磁傳感器力、壓力改變互感差動(dòng)變壓器位移自整角機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器頻率改變諧振回路中的固有參數(shù)振弦式傳感器壓力、力振筒式傳感器氣壓石英諧振傳感器力、溫度等計(jì)數(shù)利用莫爾條紋光柵大角位移、大直線位移改變互感感應(yīng)同步器利用拾磁信號磁柵數(shù)字利用數(shù)字編號角度編碼器大角位移 電能量電動(dòng)勢溫差電動(dòng)勢熱電偶溫度、電流霍爾效應(yīng)霍爾傳感器磁通、電流電磁感應(yīng)磁電傳感器速度、加速度
13、光電效應(yīng)光電池光照度電荷輻射電離電離室離子計(jì)數(shù)、放射性強(qiáng)度壓電效應(yīng)壓電傳感器動(dòng)態(tài)力、加速度 3.3 傳 感 器 的 技 術(shù) 原 理 3.3.1 電 阻 應(yīng) 變 式 傳 感 器 3.3 傳 感 器 的 技 術(shù) 原 理 3.3.1 電 阻 應(yīng) 變 式 傳 感 器u 應(yīng)變片電阻值u 絕緣電阻u 應(yīng)變片的靈敏系數(shù) u 機(jī)械滯后 u 零漂和蠕變 u 極限 u 橫向效應(yīng) 3.4 常 見 傳 感 器 3.4.1 溫 度 傳 感 器u 按材料分類 圖 熱電偶傳感器圖 熱電阻傳感器 3.4 常 見 傳 感 器 3.4.7 智 能 傳 感 器l 自校準(zhǔn)功能l 自補(bǔ)償功能l 自診斷功能l 數(shù)據(jù)處理功能l 雙向通信功
14、能l 信息存儲(chǔ)和記憶功能 l 數(shù)字信號輸出功能 4.1 條 形 碼 技 術(shù) 4.1.1 一 維 條 形 碼 技 術(shù) 條形碼 (bar code，簡稱條碼)技術(shù)是集條碼理論、光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、條碼印制技術(shù)于一體的一種自動(dòng)識別技術(shù)。 條形碼也叫條碼。它是一種以光電掃描識讀的信息圖形標(biāo)識符。u 條碼 圖 條碼的組成 4.1 條 形 碼 技 術(shù) 4.1.2 二 維 條 形 碼 技 術(shù) 圖 二維碼的分類 4.1 條 形 碼 技 術(shù) 4.1.2 二 維 條 形 碼 技 術(shù)u 信息容量大u 編碼范圍廣u 糾錯(cuò)能力強(qiáng)u 可加密u 壽命長、易打印、成本低u 識讀方便 4.2 RFID技 術(shù)u 快速
15、掃描u 體積小、多樣化u 抗污染、耐久性好u 可重復(fù)使用u 可穿透u 容量大u 安全性高 4.2 RFID技 術(shù) 4.2.1 RFID的 概 念 及 分 類 RFID技術(shù)是無線電廣播技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)的結(jié)合。無線電廣播技術(shù)是一種使用無線電波發(fā)射、傳播和接收語音、圖像、數(shù)字、符號的技術(shù)，而雷達(dá)技術(shù)是一種應(yīng)用無線電波的反射理論的技術(shù)。 圖 RFID 4.2 RFID技 術(shù) 4.2.1 RFID的 概 念 及 分 類RFID系統(tǒng)包含射頻標(biāo)簽(Tag)、讀寫器(Reader)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成 圖 RFID的組成u RFID的組成 4.2 RFID技 術(shù) 4.2.1 RFID的 概 念 及 分 類ISO/
16、IEC、EPC global、Ubiquitous ID Center、AIM global和IP-Xu RFID的分類u RFID的標(biāo)準(zhǔn) 工作頻率標(biāo)簽讀寫方式 藕合原理 4.2 RFID技 術(shù) 4.2.1 RFID的 概 念 及 分 類u RFID的關(guān)鍵問題 標(biāo)準(zhǔn)成本技術(shù)安全 4.2 RFID技 術(shù) 4.2.2 RFID的 核 心 技 術(shù)u RFID標(biāo)簽 圖 低頻標(biāo)簽圖 高頻標(biāo)簽 4.2 RFID技 術(shù) 4.2.2 RFID的 核 心 技 術(shù)u RFID標(biāo)簽 圖 標(biāo)簽分類工作頻率協(xié)議讀寫距離受方向影響芯片價(jià)格數(shù)據(jù)傳輸率普及率1 2 5 kHz I S O1 1 7 8 4 /1 1 7 8
17、5ISO1 8 0 0 0 -2無一般慢大量使用1 3 .5 6 MHz ISO/IEC1 4 4 4 3無一般較慢大量使用ISO/IEC1 5 6 9 3單向全向無低較快大量使用8 6 0 9 3 0 MHz ISO/IEC1 8 0 0 0 -6一般一般讀快寫慢大量使用2 .4 5 GHz ISO/IEC1 8 0 0 1 -3一般較高較快使用較少5 .8 GHz ISO/IEC1 8 0 0 1 -5以上一般較高較快使用一般 4.2 RFID技 術(shù) 4.2.2 RFID的 核 心 技 術(shù)u RFID閱讀器 圖 RFID閱讀器 4.2 RFID技 術(shù) 4.2.2 RFID的 核 心 技 術(shù)
18、u RFID閱讀器 圖 RFID模擬部分的發(fā)送與接受 4.3 定 位 技 術(shù) 4.3.1 衛(wèi) 星 定 位 技 術(shù)u GPS定 位 原 理 圖 4-29 GPS定 位 原 理 示 意 圖 4.3 定 位 技 術(shù) 4.3.1 衛(wèi) 星 定 位 技 術(shù)u GPS的 應(yīng) 用1 定 位 導(dǎo) 航2 勘 察 測 繪3 應(yīng) 急 救 援4 精 確 制 導(dǎo) 第 五 ， 六 章 無 線 傳 感 網(wǎng) 絡(luò)及 通 信 技 術(shù)課 堂 講 授 ： 課 時(shí) 6重 點(diǎn) 難 點(diǎn) ： 該 章 為 本 書 重 點(diǎn) 之 一 ，主 要 涉 及 zigbee技 術(shù) 技 術(shù)具 體 如 下 ：思 考 題 ： zigbee技 術(shù) 的 特 點(diǎn) 。 無
19、線 傳 感 網(wǎng) 絡(luò) 及 通 信 技 術(shù) 的 特 征 。 現(xiàn)代通信技術(shù) 5.1 近 距 離 無 線 通 信 技 術(shù) 5.1.1 Wi-Fi技 術(shù) 5.1.2 藍(lán) 牙 技 術(shù) 5.1.3 ZigBee技 術(shù) 5.1.1 Wi-Fi技 術(shù) Wi-Fi采 用 的 協(xié) 議 標(biāo) 準(zhǔn) u IEEE 802.11b標(biāo) 準(zhǔn) u IEEE 802.11a標(biāo) 準(zhǔn) u IEEE 802.11g標(biāo) 準(zhǔn) u IEEE 802.11n標(biāo) 準(zhǔn) 5.1.1 Wi-Fi技 術(shù) Wi-Fi特 點(diǎn) u 覆 蓋 范 圍 廣 u 傳 輸 速 度 快 u 建 網(wǎng) 成 本 低 ， 使 用 便 捷 u 更 健 康 、 更 安 全 5.1.1
20、Wi-Fi技 術(shù) Wi-Fi組 網(wǎng) 技 術(shù) Wi-Fi應(yīng) 用 前 景 u Ad-hoc模 式 u 接 入 點(diǎn) 模 式 圖5-2 基于接入點(diǎn)模式的Wi-Fi組網(wǎng)示意圖 5.1.2 藍(lán) 牙 技 術(shù) 藍(lán) 牙 協(xié) 議 棧 圖5 -4 基于8 0 2 .1 5版本的藍(lán)牙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)示意圖 5.1.2 藍(lán) 牙 技 術(shù) 藍(lán) 牙 組 網(wǎng) 技 術(shù) 圖5-5 藍(lán)牙組網(wǎng)示意圖 5.1.2 藍(lán) 牙 技 術(shù) 藍(lán) 牙 應(yīng) 用 服 務(wù) 藍(lán) 牙 技 術(shù) 應(yīng) 用 環(huán) 境 應(yīng)用名說明一般訪問（GenericAccess）針對鏈路管理的應(yīng)用服務(wù)發(fā)現(xiàn)（ServiceDiscovery）用于發(fā)現(xiàn)所提供的服務(wù)串行端口（SerialPort
21、）用于代替串行端口電纜一般的對象交換（GenericObjectExchange）為對象移動(dòng)過程定義客戶服務(wù)器關(guān)系LAN訪問（LANAccess）移動(dòng)計(jì)算機(jī)和固定LAN之間的協(xié)議撥號聯(lián)網(wǎng)（Dial-upNetworking）計(jì)算機(jī)通過移動(dòng)電話呼叫 傳真（Fax）傳真機(jī)與移動(dòng)電話建立連接無繩電話（CordlessTelephony）無繩電話與基站間建立連接內(nèi)部通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)（Intercom）數(shù)字步話機(jī)頭戴電話（Headset）允許免提的語音通信對象推送（ObjectPush）提供交換簡單對象的方法文件傳輸（FileTransfer）提供文件傳輸同步（Synchronization）PDA與計(jì)算機(jī)
22、間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步 5.1.3 ZigBee技 術(shù) ZigBee技 術(shù) 的 主 要 特 征 u 功 耗 低 u 較 小 的 傳 輸 范 圍 u 時(shí) 延 短u 網(wǎng) 絡(luò) 容 量 大 u 成 本 低 u 安 全 性 u 可 靠 性 較 高 5.1.3 ZigBee技 術(shù) ZigBee協(xié) 議 標(biāo) 準(zhǔn) 圖5 -6 ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)示意圖 5.1.3 ZigBee技 術(shù) ZigBee組 網(wǎng) 技 術(shù) (a)星型 (b) 網(wǎng)狀 (c) 樹狀圖5 -7 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?5.2 遠(yuǎn) 距 離 無 線 通 信 技 術(shù) 5.2.1 衛(wèi) 星 通 信 技 術(shù) 5.2.2 移 動(dòng) 通 信 技 術(shù) 5.2.3 微 波 通 信 技 術(shù) 5.3 有 線 通 信 技 術(shù) 5.3.1 雙 絞 線5.3.2 光 纖5.3.3 以 太 網(wǎng) 5.4 Internet技 術(shù) 5.4.1 Internet通 信 協(xié) 議5.4.2 Internet接 入 技 術(shù)5.4.3 路 由 算 法
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