物联网与近距离无线通信技术概述

1.1.3 物联网的发展概况
国际物联网标准制定现状
目前，负责物联网整体架构研究的国际组织有：
（1）ETSI 欧洲电信标准化协会
M2M技术委员会，研究M2M物联网
（2）ITU-T 国际电信联盟
泛在传感网（USN）
（3）ISO/IEC 国际标准化组织/国际电工协会
RFID的标准化研究
1.1.3 物联网的发展概况
实验地点 长橡厂实验楼4楼。
课程安排
考核方式
⒈ 平时成绩占30%：包括平时上课考核、作 业和实验；
⒉ 期终考试占70%：闭卷（或半开卷）考试 ，以笔试为主。
课程安排
参考教程
董健等著. 物联网与短距离无线通信 技术.电子工业出版社.2012.9.1
孙弋 等著.短距离无线通信及组网技术. 西安电子科技大学出版社,2008.3.
物联网与近距离无线通信技 术概述
课程安排
32学时+10学时实验
教学目标 介绍几种典型的短距离无线通
信技术的基本原理、技术特点、通信协议以 及在物联网中的应用。掌握实践应用的基础 知识及应用前沿。
教学安排 理论与实验并重，依托“物联网
工程实验室平台”，开展演示、试验和测试 等实践环节，获得短距离无线通信技术的实 际感受和直接经验。
宽带通信)
1.1.1 物联网的概念与定义
RFID
PC
Biblioteka Baidu
二维码
PC
互联网络
PC
传感
GPS
器
PC
人与人交流 物与物交流 物与人交流
1.1.1 物联网的概念与定义
2、物联网的基本特征 互联网特征：需要联网的“物品”，一
定要能够互联互通形成网络。 识别与通信特征：纳入物联网的“物
品”，一定要具备自动识别与物物通 信的能力。 智能化特征：网络应具有信息智能感 知、智能处理、智能控制的能力。
无线通信（Wireless Communication）,是指利用电磁波 信号在空间传播的特性进行信息交换的一种通信方式，包 括固定体之间的无线通信和移动通信两大部分。
移动通信（Mobile Communication），是指移动体之间的 通信或移动体与固定体之间的通信。移动通信就是在移动 中实现的无线通信，人们常常把二者合称为无线与移动通 信。
1.1.4 物联网的前景展望
欧洲智能系统集成技术平台组织（EPoSS）在《Internet of Things in 2020》中预测，物联网的发展将经历四个阶 段：
➢ 2010年之前以RFID为代表的物联网技术广泛 应用于物流、零售和制药等领域；
➢ 2010—2015年实现物与物之间的互联； ➢ 2015—2020年进入半智能化； ➢ 2020年之后实现全智能化
2012年1月，国家发改委正式立项启动面向农业、林 业、交通、电力等8个重点领域的“国家物联网应用示 范工程”，我国物联网进入应用初级阶段。
1.1.3 物联网的发展概况
我国物联网发展现状
一是产业体系初步形成，但产业化能力不高，尚未形成规模化 产业优势；
二是核心关键技术有待突破，在传感器、芯片、关键设备制造 、智能通信与控制、海量数据处理等核心技术上，与发达国家 存在较大差距；
1.1.3 物联网的发展概况
中国的“感知中国”
2009年8月温家宝在考察无锡高新微纳传感器工程技术 中心时指出，要积极创造条件，在无锡建立中国的传感 网中心——“感知中国”中心。
2010年3月，“加快物联网的研发应用”第一次写入中国 政府工作报告。同时，列入《国家中长期科学与技术发 展规划（2006－2020年）》和“新一代宽带移动无线通 信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。
ht）tp。://baike.baidu.com/view/1316082.htm
1.1.1 物联网的概念与定义
5、几个术语概念的对比
物联网与传感网
传感网是由大量智能传感器组成的信息感知网络，是物联 网的前生，现在是物联网的组成部分。
物联网与互联网
物联网是互联网的延伸和扩展，互联网是物联网的核心和 基础。
由于应用领域的众多，对频谱的划分有多种方式，而今 较为通用的频谱分段法是IEEE建立的，如下表所示。
1.3 射频与微波通信
1.3.2频谱的划分
1.3 射频与微波通信
1.3.3 微波和射频
微波是经常使用的波段，是指频率为300 MHz～3 000 GHz的电磁波，对应的波长为1 m～0.1 mm，分为 分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波4个波段。
射频，没有一个严格的频率范围定义，广义地说， 可以向外辐射电磁信号的频率均可称为射频。
在射频识别中，频率一般选为10 kHz至几GHz。
1.4 近距离无线通信技术概览
什么叫短距离无线通信？ ✓并没有一个严格的定义。 ✓ 一般意义上，只要通信收发双方通过无线电
波传输信息，单跳传输距离限制在较短（通 常最远为数百米）的范围内，就可以称为短 距离无线通信。
④系统和网络结构复杂，它是一个多用户通信系统和网络，必 须使用户之间互不干扰，能协调一致地工作。
⑤要求频带利用率高、设备性能好。
1.2 无线与移动通信概述
无线与移动通信的概念
按用途的不同可以分为 ： ✓公众蜂窝移动通信系统 ✓宽带无线接入系统 ✓无线局域网 ✓无线个域网 ✓无绳电话 ✓集群通信 ✓卫星移动通信
韩国的“U-Korea”战略
重点支持“无所不在的网络”相关的技术研发及科技应 用，希望通过“U-Korea”计划的实施带动国家信息产业 的整体发展。
1.1.3 物联网的发展概况
新加坡“下一代I-Hub”计划
2005年2月，新加坡资讯通信发展局发布名为“下一 代I-Hub”的新计划，标志着该国正式将“U”型网络 构建纳入国家战略。该计划旨在通过一个安全、高 速、无所不在的网络实现下一代的联接。
全面 感知
嵌入式计算
1.1.3 物联网的发展概况
重庆：2010年，成立“国家物联网应用示范基地” 无锡：2009年，成立“国家物联网产业研发基地”
1.1.3 物联网的发展概况
日本的“U-Japan”计划
以人为本，发展无所不在的4U网络。即实现所有人与人 、物与物、人与物之间的连接（Ubiquitous[普及]， Universal[万能]，User-oriented[面向用户]，Unique[独 特]）。
1.1.3 物联网的发展概况
美国的“智慧的地球”
2008年11月，IBM公司总裁彭明盛提出“智慧的地球” （Smart Planet）这一概念，建议新政府投资新一代 的智慧型基础设施，阐明其短期和长期效益。
2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后与美国工商 业领袖举行了一次“圆桌会议”，对此给予了积极的回 应，认为“智慧的地球” 有助于美国的“巧实力”（Smart Power）战略，是继互联网之后国家发展的核心领域 。
1897年,意大利科学家马 可尼发明了无线电波传 输。 随着计算机和半导体的 发展，理论和技术不断 取得进步和突破。 时至今日，已成为人们 日常生活中不可或缺的 通信方式。
22岁的诺贝尔奖物理学家和他的火花 发射机
电报机 定向天线 雷达
无线电话 传真机
1.2 无线与移动通信概述
无线与移动通信的概念
1.1.4 物联网的前景展望
物 联 网 的 广 泛 应 用
1.1.4 物联网的前景展望
物联网发展面临的挑战
虽然物联网具有美好的前景和重大的意义，但 物联网的大规模地应用面临的挑战，至少包括 三个方面:
➢ 一是成本的挑战
➢ 二是安全的挑战 ➢ 三是侵犯隐私的威胁
1.2 无线与移动通信概述
无线通信系统概述
1.2 无线与移动通信概述
无线与移动通信的概念
移动通信的特点： ①移动性，可保持物体在移动状态中的通信。
②电磁波传播条件复杂，因移动体可能在各种环境中运动，电 磁波在传播时会产生反射、折射、绕射、多普勒效应等现象， 产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等效应。
③噪声和干扰严重，在城市环境中的汽车火花噪声、各种工业 噪声，移动用户之间的互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。
RF的本质是射频电流，是一种高频交流电的简 称。
每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流， 大于10000次的称为高频电流，射频就是这样一 种高频电流。
1.3 射频与微波通信
1.3.2频谱的划分
由于电磁波是在全球存在的，所以需要由国际协议来分配频 谱。 频谱的分配是指将频率根据不同的业务加以分配，以避免频 率使用方面的混乱。 负责国际频率分配的世界组织有：国际电信联盟（ITU）、 国际无线电咨询委员会（CCIR）、电子和电气工程师协会 (IEEE)和国际频率登记局（IFRB）等。 我国进行频率分配的组织是工业和信息化部无线电管理局。 1．IEEE划分的频谱
三是标准比较分散、体系还不完善，在国际上面临核心标准的 竞争；
四是物联网应用的规模和领域比较小，没有形成成熟的商业模式 ，应用成本较高； 五是物联网承载大量的国家经济社会活动和战略性资源，因而面 临巨大的安全与隐私保护挑战。
1.1.3 物联网的发展概况
物联网的标准化概况
✓目前，物联网还缺乏统一标准。 ✓标准化的实现将能够整合行业应用，规范新业务 发展，保证物联网产品的互操作性和互联互通。 ✓物联网标准体系的建设与完备，是扩大物联网市 场规模的基础，是物联网产业发展的关键。
我国物联网标准制定现状
（1） 2005年12月，工信部组织成立了电子标签RFID 标准工作组。
（2） 2009年9月，国家标准委在北京“感知中国高峰论 坛”会上成立了传感器网络标准工作组（WGSN）。
（3）2010年2月，中国通信标准化委员会（CCSA） 在北京成立了“泛在网技术工作委员会”。 （4）2010年6月，国家标准委、工信部组织成立了“中 国物联网标准联合工作组”，下设19个专业会员会，开 展国际、国内系列标准体系研究。
1.1.1 物联网的概念与定义
3、物联网的由来
物联网的概念最早由MIT Auto-ID中心Ashton教授于 1999年在研究射频识别技术（RFID）时首先提出。
2005年国际电信联盟（ITU）发布有关物联网的报告 ，正式提出明确的概念：
无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世 界上所有的物体从轮胎到牙刷，从房屋到纸巾 都可以通过因特网主动进行信息交换。
WLAN、蓝牙、ZigBee、自组织网络、NS网络仿 真等
第1章 物联网与近距离无线通信技术概述
主要内容：
1.1 物联网概述 1.2 无线与移动通信概述 1.3 射频与微波通信概述 1.4 近距离无线通信技术概览
引言 科技的时代背景
信息技术三大浪潮 20世纪40-80年代：计算机(PC\嵌入式\大型机) 20世纪90-2000年代：互联网络(LAN\INTERNET) 21世纪：物联网、泛在网(移动计算、无线通信、
1.1.3 物联网的发展概况
欧盟的物联网行动计划
2006年欧盟成了专业工作组，进行RFID技术研究。 2008年发布了《2020年的物联网——未来路线》 2009年欧盟制订了《物联网——欧洲行动计划》。 目前，欧盟已将物联网纳入到预算高达500亿欧元的欧 盟“第七个科技框架计划（2007—2013年）”中。
物联网与泛在网
泛在网是物联网的发展远景，物联网是泛在网的前期。
1.1.2 物联网体系结构
应
专家系统
用
编/解码
智能
层
系统集成
处理
支
撑
层
云计算 人工智能 数据挖掘 分布式处理 虚拟现实
传
光纤互联网
可靠
输 层
卫星 通信
网
移动 通信
网
WLAN 网
短距 离无 线网
传输
感
知
层
射频识别 智能传感 GPS定位 二维码识别 其他标识
按使用频段又可分为： ✓中长波通信（小于1 MHz） ✓短波通信（1～30 MHz） ✓超短波通信（30 MHz～1 GHz） ✓微波通信（1 GHz以上） ✓毫米波通信（几十吉赫） ✓红外光通信 ✓大气激光通信
1.3 射频与微波通信
1.3.1射频的概念
射频（Radio Frequency，RF） 是指可辐射到空间的电磁波频率。 通常所指的频率范围为300 kHz～30 GHz。
射频识别技术，传感器技术，纳米技术，智能 嵌入式技术将达到广泛的应用。
1.1.1 物联网的概念与定义
4、物联网的四大支撑技术 传感技术：微型/智能传感、RFID电子标识 通信技术：宽带通信、短距离无线通信
嵌入式计算技术：嵌入式处理器、操作系 统
云计算技术：基础设施即服务（LaaS）， 平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS