物联网相关网络技术
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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
❖国际电信联盟(ITU) 的定义
物联网主要解决物品到物品(Thing to Thing，T2T) ，人到物品(Human to Thing，H2T)，人到人 (Human to Human，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。
W-LAN
IEEE 802.11a HyperLAN2
需要新的 频率分配
局域网（LAN） - 热点 – 高速
W BB- LAN
1
10
100
Mbit/s
❖ 802.16无线宽带城域网结构
❖ 无线城市、WiFi接入点标志与应用情景
•电力线通信PLC（Power Line Communication
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
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。
物联网
❖ 与互联网相比，有如下主要特征
1. 海量信息： 2. 接入设备繁杂： 3. 网络架构繁杂： 4. 网络管理自治： 5. 智能物物互联： 6. 物理安全威胁： 7. 能量获取多样： 8. 设备制造的小型微型化
1.2.3互联网、物联网与接入技术
物联网与互联网在数据采集、传输内容上的区别：
（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。
❖ RFD在网络中只能承担一种角色： ▪ 普通设备
FFD vs RFD
❖ 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
v 光纤到路边（FTTC） v 光纤到小区（FTTZ） v 光纤到大楼（FTTB） v 光纤到办公室（FTTO） v 光纤到户（FTTH）
移动性
车辆
室 外 行走
固定
行走
室 内 固定/
桌面
无线接入：不同技术的操作范围
广域网（WAN） - 覆盖面
个人局域网（PAN） - 连接性，替代缆线
UMTS
蓝牙
0,1
❖ ZigBee 联盟现有的理事公司包括 BM Group, 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/802.15.4协议结构
•ZigBee •协议栈
•应用层 •网络层 •MAC 层 •物理层
❖ 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
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
5.2.3 NSFNET对互联网发展的影响 ❖ 从ARPANET到Internet的发展过程
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
❖ 互联网中边缘部分与核心交换部分结构示意图
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
•ZigBee 联盟定义 •IEEE 802.15.4 定义
ZigBee 网络应用
monitors sensors automation
control
INDUSTRIAL &
COMMERCIAL
CONSUMER ELECTRONIC
S
TV VCR DVD/CD Remote control
monitors diagnostics
物联网相关网络技术
2020年7月20日星期一
赋予万物生命：
物联网向我们走来
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
，用你的指纹就开动了座驾。最关键的是在路上的时候，已经
，会有信息提醒你，这个狗今天需要的多远的距离比较适合
前言
❖ 这一切在将来都在慢慢变成现实，实现这些的就 是：
❖ 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
物联网
用增长态势明显，万物互联时代开启。
物联网简介
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。
❖ 1.1.1物联网 ❖ 一、物联网的定义 ❖ 物联网的英文名称是“Internet of Things”，它的概念最
） 5.5.7 电力线接入技术
❖ 智能家居中的PLC网络结构示意图
无线网络标准
WWAN
传 WMAN 输
范 WLAN
围
WPAN
0.01
0. 1
1
10
数据传输率（Mbps）
100 1000
IEEE 802工作组
UWB
Zigbee
无线网络标准的比较
无线网络标准
Range Meters GSM 10,000
❖ 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IEEE 802.15.4标准的规定。
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。
接入技术
接入技术分类
有线接入 无线接入
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
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
❖ 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
接入技术
❖ 接入技术类型
1,000
GPRS EDGE
3G
2000 2003-4 2005
100
10 10
ZigBee 100
802.11b
802.11a/g
Bluetooth
Bluetooth 2.0 Bluetooth 1.5
1,000
10,000
Hiper LAN/2
WiMedia Bandwidth kbps
100,000
IEEE 802.15.4设备类型
❖ 802.15.4中将设备分为两类： ▪ 全功能设备：full function device (FFD) ▪ 简化功能设备：reduced function device (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
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结构示意图
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
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
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）
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：
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
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
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
ZigBee
❖ ZigBee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。
sensors
PERSONAL HEALTH CARE
ZigBee
LOW DATA-RATE RADIO DEVICES
PC & PERIPHERAL
S
mouse keyboard joystick
consoles portables educational
TOYS & GAMES
HOME AUTOMATION
❖ 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
从IPv4到IPv6
❖ IP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
security HVAC lighting closures
IEEE 802.15.4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（Carrier Sense Multiple Access with collision avoidance ） 和可选的时隙（time slotting）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。
❖ 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
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。
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(Thing to Thing，T2T) ，人到物品(Human to Thing，H2T)，人到人 (Human to Human，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。
W-LAN
IEEE 802.11a HyperLAN2
需要新的 频率分配
局域网（LAN） - 热点 – 高速
W BB- LAN
1
10
100
Mbit/s
❖ 802.16无线宽带城域网结构
❖ 无线城市、WiFi接入点标志与应用情景
•电力线通信PLC（Power Line Communication
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
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。
物联网
❖ 与互联网相比，有如下主要特征
1. 海量信息： 2. 接入设备繁杂： 3. 网络架构繁杂： 4. 网络管理自治： 5. 智能物物互联： 6. 物理安全威胁： 7. 能量获取多样： 8. 设备制造的小型微型化
1.2.3互联网、物联网与接入技术
物联网与互联网在数据采集、传输内容上的区别：
（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。
❖ RFD在网络中只能承担一种角色： ▪ 普通设备
FFD vs RFD
❖ 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
v 光纤到路边（FTTC） v 光纤到小区（FTTZ） v 光纤到大楼（FTTB） v 光纤到办公室（FTTO） v 光纤到户（FTTH）
移动性
车辆
室 外 行走
固定
行走
室 内 固定/
桌面
无线接入：不同技术的操作范围
广域网（WAN） - 覆盖面
个人局域网（PAN） - 连接性，替代缆线
UMTS
蓝牙
0,1
❖ ZigBee 联盟现有的理事公司包括 BM Group, 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/802.15.4协议结构
•ZigBee •协议栈
•应用层 •网络层 •MAC 层 •物理层
❖ 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
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
5.2.3 NSFNET对互联网发展的影响 ❖ 从ARPANET到Internet的发展过程
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
❖ 互联网中边缘部分与核心交换部分结构示意图
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
•ZigBee 联盟定义 •IEEE 802.15.4 定义
ZigBee 网络应用
monitors sensors automation
control
INDUSTRIAL &
COMMERCIAL
CONSUMER ELECTRONIC
S
TV VCR DVD/CD Remote control
monitors diagnostics
物联网相关网络技术
2020年7月20日星期一
赋予万物生命：
物联网向我们走来
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
，用你的指纹就开动了座驾。最关键的是在路上的时候，已经
，会有信息提醒你，这个狗今天需要的多远的距离比较适合
前言
❖ 这一切在将来都在慢慢变成现实，实现这些的就 是：
❖ 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
物联网
用增长态势明显，万物互联时代开启。
物联网简介
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。
❖ 1.1.1物联网 ❖ 一、物联网的定义 ❖ 物联网的英文名称是“Internet of Things”，它的概念最
） 5.5.7 电力线接入技术
❖ 智能家居中的PLC网络结构示意图
无线网络标准
WWAN
传 WMAN 输
范 WLAN
围
WPAN
0.01
0. 1
1
10
数据传输率（Mbps）
100 1000
IEEE 802工作组
UWB
Zigbee
无线网络标准的比较
无线网络标准
Range Meters GSM 10,000
❖ 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IEEE 802.15.4标准的规定。
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。
接入技术
接入技术分类
有线接入 无线接入
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
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
❖ 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
接入技术
❖ 接入技术类型
1,000
GPRS EDGE
3G
2000 2003-4 2005
100
10 10
ZigBee 100
802.11b
802.11a/g
Bluetooth
Bluetooth 2.0 Bluetooth 1.5
1,000
10,000
Hiper LAN/2
WiMedia Bandwidth kbps
100,000
IEEE 802.15.4设备类型
❖ 802.15.4中将设备分为两类： ▪ 全功能设备：full function device (FFD) ▪ 简化功能设备：reduced function device (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
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结构示意图
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
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
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）
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：
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
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
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
ZigBee
❖ ZigBee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。
sensors
PERSONAL HEALTH CARE
ZigBee
LOW DATA-RATE RADIO DEVICES
PC & PERIPHERAL
S
mouse keyboard joystick
consoles portables educational
TOYS & GAMES
HOME AUTOMATION
❖ 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
从IPv4到IPv6
❖ IP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
security HVAC lighting closures
IEEE 802.15.4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（Carrier Sense Multiple Access with collision avoidance ） 和可选的时隙（time slotting）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。
❖ 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
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。