吴功宜_物联网工程导论_第3章：传感器
物联网总结吴功宜版
1、物联网的定义、起源、发展及特点；<1>定义：给物联网下准确定义，尚有困难，一是由于物联网理论体系不明晰，二是涉及学科众多。
概括来讲，定义如下：物联网是在互联网、移动通信网基础上，针对不同应用领域需求，利用具有感知、通信与计算能力的智能物体来自动获取相关信息，且能独立寻址，并将其互联起来，实现全面感知，可靠传输，只能处理，构建人与物、物与物互联的智能信息服务系统。
<2>起源，发展：“物联网”概念产生于20世纪90年代，而真正引起各国政府与产业界的重视是在2005年ITU 发布的互联网研究报告《Internet of Things，IOT》之后。
随后，欧盟，日本，韩国及我国都提出了针对本国的物联网发展规划，提出了诸如“智慧地球”“工业4.0”“I-Japan”《物联网“十二五”发展规划》等众多概念与规划。
目前，物联网已经在传统电网，交通，医疗及物流等领域得到了长足发展，但仍存在标准不统一，理论体系不健全，应用范围太窄，成本高及关注度仍待提高等诸多问题。
物联网的前景是美好的，但还有很多路要走。
<3>特点：一是物联网的智能物体具有感知、通信与计算能力；二是可以提供所有对象在任何时间，任何地点的互联；三是目标为实现物理世界与信息世界的融合。
（网络的异构性，规模的差异性，接入的多样性）2、物联网的三层结构模型应用层：①行业应用层：智能电网，交通，环保，医疗，物流，家居；②管理服务层：数据存储/处理，数据挖掘，智能决策，智能控制。
网络层：①核心交换层：专用IP网+VPN+互联网+移动通信网+异构网=>新一代网络；②汇聚层：LAN,WLAN,电话交换网；③接入层：802.15.4标准，蓝牙/zigbee标准，LAN/WLAN移动通信或者M2M接入，光纤/电话线/电力线接入。
感知层：①感知层：各种传感器，RFID 标签与读写设备，PAN，智能手机，GPS，各种专用机器人。
物联网技术与应用--吴功宜
第一章1.以下关于EPC研究与物联网关系的描述中错误的是（）A．EPC研究是由Auto-ID实验室完成的B．EPC研究描述了物-物互联的物联网的概念。
C．EPC研究的内容是编码体系、EPC射频识别系统与EPC信息网络系统。
D．基于EPC的物联网需要增加的基础设施是DNS与EPCIS信息网络系统。
2.以下关于ITU与《物联网》研究报告的描述中错误的是（）A．从1997-2005年，ITU共发布了5份“ITU Internet Reports”研究报告。
B．1997年9月ITU发布的研究报告是《挑战网络：电信和互联网》C．2001年9月发布的研究报告是《移动互联网时代》D．2005年11月发布的研究报告是《物联网》3.以下关于ITU发布的《物联网》研究报告的描述中错误的是（）A.研究报告中物联网的英文描述是“Internet of Things”B.世界上小到钥匙、手机，大到汽车、楼房都可以嵌入RFID芯片或者传感器芯片C.通过局域网能够实现物与物之间的信息交互，形成无所不在的“物联网”D.RFID、传感器、智能嵌入式技术以及纳米技术将会在物联网中广泛应用4.以下关于智慧地球的描述中错误的是（）A.IT产业下一阶段的任务是将传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁等各种物体中B.智慧地球特别强调物体之间的实时感知能力C.将物联网与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合D.智慧地球=互联网+物联网5.以下哪个不属于IBM提出的六大智慧行动领域（）A．智慧军事B．智慧银行C．智慧电力D．智慧城市6.以下关于欧洲物联网发展的阶段任务的描述中错误的是（）A．第一阶段主要任务：基于RFID技术，实现局部的应用B．第二阶段主要任务：完成传感网与RFID全部产业标准制定，实行部分网络的融合C．第三阶段主要任务：具有可执行指令的RFID标签广泛应用，物体进入半智能化D．第四阶段主要任务：实现人、物、服务与网络的深度融合7.EPoSSL预测物联网发展的第四个阶段的开始时间是（）A. 2010年B．2015年C. 2020年之后D．2050年8.以下关于韩国政府物联网重点发展的四大领域与计划的描述中错误的是（）A.u-City计划，韩国政府与产业龙头携手推动智能城市建设B.UN计划，通过IPv6协议将个人计算机、智能手机、RFID标签、传感器互联起来C.u-IT产业集群计划，通过各地的产业分工，带动地方经济发展D.u-Home计划，推动智能家庭应用的发展9.以下关于我国政府高度重视物联网产业发展的主要原因的描述中错误的是（）A.各国政府都已经制定了物联网各项标准B.希望在新一代信息技术革命中，通过物联网的发展，跻身世界信息技术强国之列C.物联网应用涉及经济与社会的各个方面，关系国家经济命脉与公共安全D.物联网产业会带动规模达到万亿量级相关产业的发展10.以下关于我国发展物联网的有利条件的描述错误的是（）A.发展物联网产业符合我国产业结构调整和转型的需要B.国际上物联网技术与产业的发展尚未起步C.物联网企业在资本市场上收到广泛欢迎，可以得到充足的资金支持D.国内企业的积极参与，各级政府的大力扶植11.以下关于智能物体特征的描述中错误的是（）A.“智能物体”也叫“智能对象”B.“智能物体”是对连接到物联网中的物体的一种抽象C.“智能物体”具有感知、通信和计算能力D.“智能物体”是无生命的，不可以是人12.以下关于智能物体与嵌入式技术关系的描述中错误的是（）A.智能物体的感知、通信与计算能力的大小应该根据物联网应用系统的需求来确定B.智能物体都应该是一种嵌入式电子装备C.嵌入式电子设备可能是功能很复杂的无线传感器节点D.嵌入式系统都要求采用功能很强的微处理器芯片和大容量存储器13.以下关于物联网与互联网的区别的描述中错误的是（）A.物联网是虚拟的B.物联网是将计算机“装到”一切事物中C.物联网实现信息世界与物理世界的融合D.物联网是可反馈、可控制的“闭环”系统14.以下关于物联网关键技术的描述中错误的是（）A.自动感知技术与嵌入式技术B.网络路由与分组技术C.智能数据处理技术与控制技术D.定位技术与信息安全技术15.以下关于智能数据处理技术的描述中错误的是（）A.数据融合B.数据库C.编码体系D.大数据处理16.以下关于物联网产业特点的描述中错误的是（）A.关联性B.带动性C.渗透性D.智能性17.预测到2020年，物联网上物与物互联的通信量和人与人的通信量相比将达到（）A.10:1B.20:1C.30:1D.50:118.以下关于CPS研究的基本特点的描述中错误的是（）A.CPS是云技术的核心技术B.CPS是“人、机、物”深度融合的系统C.CPS是“3C”与物理设备深度融合的系统D.CPS是环境感知、嵌入式计算、网络通信深度融合的系统19.以下关于CPS系统功能的描述中错误的是（）A.“感”是指多感知器协同感知物理世界的状态B.“联”是指连接物理世界与信息世界的各种对象，实现信息交互C.“知”是指通过对感知信息的只能处理，正确、全面地认知物理世界D.“控”是指根据正确的认知，确定控制策略，发出指令控制人的大脑20.以下关于普适计算特点的描述中错误的是（）A.普适计算的重要特征是“无处不在”与“不可见”B.普适计算体现出信息空间与物理空间的融合C.普适计算的核心是“以数据为中心”D.普适计算的重点在于提供面向用户的、统一的、自适应的网络服务第二章1. 以下关于智能物体感知能力与控制能力的描述中错误的是（）A．智能物体在是否需要同时具备感知、控制、执行能力上是有区分的B．应用于桥梁监测的无线传感器网络节点同时具备感知与执行能力C．ETC系统感知节点与执行节点是分开的D．汽车装配线上的智能机器人与机械手感知节点与执行节点是一体的2. 以下关于条码特点的描述中错误的是（）A. 条码用按一定规则排列的、宽度不等的多个黑条和空白来表示一组数据B. 条码分为一维条码与二维条码C. 一维条码一般是垂直方向表达信息D. 一维条码的优点是编码规则简单，条码识读器造价较低3. 以下关于二维条码特点的描述中错误的是（）A．二维条码是在X、Y两个方向存储信息的条形码B．二维条码信息容量大C．二维条码保密与防伪性能好D．二维条码制作成本高4. 以下不属于RFID标签内部结构组成单元的是（）A．RFID芯片B．磁条C．天线D．电路5. 以下关于RFID基本工作原理的描述中错误的是（）A．当导体与电磁场辐射源的距离在1/2波长之内时，导体会受到近场电磁感应的作用B．在近场范围内，电磁场辐射源的近场能量被转移到导体C．导体与辐射源的距离大于1/2波长时，进场效应就消失了D．在自由空间中无线电波向外传播能量的衰减与距离无关6. 以下关于被动式RFID标签工作原理的描述中错误的是（）A．无源RFID标签叫做被动式RFID标签B．无源标签处于标签天线辐射形成的进场范围内，感应电流驱动RFID芯片电路C．芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信息发送给读写器D．读写器将接收到的标签识别信息传送给主机7. 以下关于有源RFID标签的描述中错误的是（）A．有源RFID标签由内部电池提供能量B．有源RFID标签的优点是作用距离远C．有源RFID标签与RFID读写器之间的距离可以达到上百米D．有源RFID标签的使用时间受到读写器电池寿命的限制8. 以下关于只读式RFID标签特点的描述中错误的是（）A．只读标签内容在标签出厂时已经被写入，在读写器识别过程中智能读出不能写入B．一次性编程只读标签的内容在读写器识别过程中写入C．可重复编程只读标签的内容进过擦除后，可以重新编程写入D．可重复编程只读标签在读写器识别过程中智能读出不能写入9. 以下关于微波标签特点的描述中错误的是（）A．中高频RFID标签通常简称为微波标签B．微波标签分为无源标签和有源标签C．有源标签最大工作距离可以超过百米D．高速公路ETC系统使用的是微波标签10. 以下关于EPC-96I型编码标准的描述中错误的是（）A．用来标识编码标准版本的版本号字段长度为6位B．用来标识产品是由哪个厂家生产的域名管理字段长度是28位C．用来标识是哪一类产品的对象分类字段长度是24位D．用来标识每一件产品的序列号字段长度是36位11. 以下关于传感器的描述中错误的是（）A．由敏感元件和转换元件组成的一种检测装置B．能感受到被测量，并将测量量变换成为电信号（电压、电流等）输出C．传感器可以分为物理传感器、化学传感器两大类D．射线传感器属于化学传感器12. 以下关于智能传感器特点的描述中错误的是（）A．自学习、自诊断能力B．移动能力C．复合感知能力D．自补偿能力13. 以下关于无线自组网Ad hoc 特点的描述错误的是（）A．自组织与独立组网B．有中心控制节点C．多跳路由D．动态拓扑14. 以下关于无线传感器网路特点的描述中错误的是（）A．网络规模B．自组织网络C．拓扑结构的动态变化D．以人为中心15. 以下关于位置信息与位置服务基本概念的描述中错误的是（）A．位置信息涵盖空间、时间与路由三要素B．位置信息是各种物联网应用系统能够实现服务功能的基础C．移动互联网、智能手机与GPS技术的应用带动了基于位置的服务的发展D．位置服务两大功能更=是：确定你的位置，提供适合你的服务16. 以下关于GPS 的基本概念的描述中错误的是（）A．GPS卫星新作是由均匀分布在6个轨道平面上的24颗卫星组成的B．GPS接收机能够稳定的接收到4颗以上卫星的信号时便能够测算出自己的海拔高度C．GPS提供导航、定位、授时和短信服务D．我国在2020年前将建成由覆盖全球30多颗卫星组成的中国北斗卫星导航系统17. 以下关于嵌入式技术的描述中错误的是（）A．嵌入式系统是针对特定的需求开发的专用计算机系统B．嵌入式系统使用Unix操作系统C．无线传感器节点与RFID标签节点都是微小型的嵌入式系统D．目前已经有很多种物联网应用系统用户终端实在现有的智能信息设备上开发的18. 以下关于RFID读写器天线与射频模块功能的描述中错误的是（）A．向近场的无源RFID标签发送电磁波，激活电子标签B．接收无源或者有源标签发送的标识信息C．根据应用系统的指令，向可读写标签发送写信息的指令与数据D．协调多标签读写的操作过程，防止和减少“碰撞”现象的发生19. 以下不属于无线传感器节点组成模块的是（）A．传感器B．处理器C．用户接口D．无线通信20.在以下无线传感器节点无线通信模块的四种状态中，耗电最多的是（）A．发送B．接收C．空闲D．休眠第三章1.以下关于物联网网络层基本概念的描述中错误的是（）A.物联网的“网络层”也称为“网络传输层”B.网络层连接感知层与应用层C.物联网网络层要正确、快速传输感知层的数据与控制指令D.物联网网络层要保证数据传输的安全性2.以下关于物联网网络层特点的描述中错误的是（）A.物联网的网络层一般采用的是异构网络互联的结构B.互联两个异构网络的是一种叫做“路由器”的网络设备C.IP网与非IP网互联需要采用协议变换的方法实现D.物联网网络层涉及的重点要放在如何保证网络通信的安全性上3.以下关于VPN特点的描述中错误的是（）A.VPN是指在按IP协议组建的企业专用传输网络中建立虚拟的数据传输通道B.“虚拟”表示通过“隧道”或“虚电路”的方式建立的一种逻辑网络C.“专用”表示VPN可以接入的网络与主机。
物联网导论_第3章_无线传感网
数量增加一倍，性能提升一倍。
• 但是，无线传感器节点性能提升十分缓慢，没有像摩尔 定律的速度发展！ • 为什么没跟上？
硬件 能力
摩尔定律 预测的曲线
传感器节点 发展曲线
2004
时间 6/40
制约传感器性能提升的因素？
• 三个制约因素 • 成本
• 组网节点数量大，必须廉价。
• 体积
• 布置范围大，无法回收，必须微型化。
加州伯克利分校SmartDust项
目：微型化传感器节点
1999年，该校发布了WeC节
点 , 之后，该校又发布了一系 列节点，包括Mica、Mica2、 Mica2Dot，MicaZ Mica2 中科大-Mica2仿制品
Mica2Dot
3/40
传感器技术发展史: “智能尘埃”的具体实现
• 2002年，Mica应用
Location Sensing ID Assignment
WSN Prototype
Data Aggregation 36/40 Compression Event Detection
医疗监控
• 医疗监控
• 传感器：体温、呼吸、血压等 • 可穿戴设备：手环，服装等
• 技术特点
• 佩戴方便，不影响生活 • 24小时连续地采集数据 • 医生远程监控
• 3.2 硬件平台
• 3.3 操作系统＊
• 3.4 组网技术
• 3.5 典型应用
28/40
路由协议
• 路由协议功能
• 描述了网络拓扑结构，创建了路由表 • 执行路由选择和数据包转发功能 • 简言之：决定了数据包走那条路。
29/40
低成功率环境－选路指标
• 指标：期望传输次数(ETX Expected Transmission Count)
物联网概论第三章 物联网技术基础
3.2 MEMS技术
MEMS的基本概念 MEMS技术的特点 MEMS技术的起源 MEMS的制造工艺 MEMS的加工材料 MEMS的分类与应用 MEMS的发展前景
20
3.2.1 MEMS的基本概念
MEMS
Micro Electromechanical System，微机电系统
MEMS是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、 接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。
25
3.2.5 MEMS的加工材料
MEMS技术采用的材料一般可分为衬底材 料和附加材料两类。 目前微机械加工采用的衬底材料以硅为 主。 衬底材料则可以是其他非半导体材料， 包括金属、玻璃、石英、其他晶态绝缘 体、陶瓷、塑料、高聚物以及其他有机 和无机材料。
26
3.2.6 MEMS器件的分类与应用
13
3.1.3 传感器的分类
根据传感 器的用途 划分
压敏和力敏传感器、位置传感器、液面 传感器、能耗传感器、速度传感器、加 速度传感器、辐射传感器、热敏传感器 等。
根据传感 器的原理 划分
振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、 气敏传感器、真空度传感器、生物传感 器等。
14
3.1.3 传感器的分类
38
MEMS的应用领域
（2）医药卫生 应用于生物医学领域的微机电系统, 通常称为生物
10
3.1.2 传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路和辅助电源等组成
11
3.1.2 传感器的组成
敏感元件：直接感受被测量，并输出与 被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输 入，把输入转换成电路参量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本 转换电路（简称转换电路），便可转换 成电量输出。
计算机网络吴功宜（第三版）课后习题解答（第1-4章）
计算机网络吴功宜（第三版）课后习题解答（第1-4章）计算机网络-清华版_吴功宜(第三版)课后习题解答(第1-4 章)第一章计算机网络概论P421. 请参考本章对现代Internet 结构的描述，解释“三网融合”发展的技术背景。
答：基于Web的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教育，以及基于对等结构的P2P网络、3G/4G与移动Internet 的应用，使得Internet 以超常规的速度发展。
“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。
2. 请参考本章对Internet 应用技术发展的描述，解释“物联网”发展技术背景。
答：物联网是在Internet 技术的基础上，利用射频标签、无线传感与光学传感等感知技术自动获取物理世界的各种信息，构建覆盖世界上人与人、人与物、物与物的智能信息系统，促进了物理世界与信息世界的融合。
3. 请参考本章对于城域网技术特点的描述，解释“宽带城域网”发展技术背景。
答：宽带城域网是以IP 为基础，通过计算机网络、广播电视网、电信网的三网融合，形成覆盖城市区域的网络通信平台，以语音、数据、图像、视频传输与大规模的用户接入提供高速与保证质量的服务。
4. 请参考本章对WPAN技术的描述，举出 5 个应用无线个人区域网络技术的例子。
答：家庭网络、安全监控、汽车自动化、消费类家用电器、儿童玩具、医用设备控制、工业控制、无线定位。
5.. 请参考本章对于Internet 核心交换、边缘部分划分方法的描述，举出身边 5 种端系统设备。
答：PDA、智能手机、智能家电、无线传感器节点、RFID 节点、视频监控设备。
7. 长度8B与536B的应用层数据通过传输层时加上了20B的TCP 报头, 通过网络层时加上60B 的IP 分组头，通过数据链路层时加上了18B 的Ethernet 帧头和帧尾。
分别计算两种情况下的数据传输效率。
（知识点在：P33）解：长度为8B的应用层数据的数据传输效率：8/(8+20+60+18) ×100%=8/106×100%=7.55%长度为536B的应用层数据的数据传输效率：536/(536+20+60+18) ×100%=536/634×100%=84.54%8. 计算发送延时与传播延时。
物联网工程导论教学大纲
《物联网工程导论》教学大纲课程编码：课程性质：专业基础课课适用专业：物联网工程专业学分：2学分学时：32学时开设学期：第2学期一、教学目的本课程作为物联网工程专业的基础课，要求学生在了解当今信息化社会的发展的基础上，掌握物联网技术的发展和应用，了解物联网的关键技术，为以后学习物联网关键技术打下基础。
本课程的目的是使学生掌握物联网技术的定义和基本原理及应用，了解物联网技术的发展，了解物联网的关键技术和方法。
本课程的目标：1．了解物联网相关技术基本概念、定义和工程方法；2．掌握感知层、传输层、管理层等应用的典型关键技术；3．熟悉智能交通、智能家居、智能医疗和智能物流等综合应用项目实现方法。
二、重点难点1.重点：本课程的重点是掌握物联网技术的基础理论知识以及在工程应用中采取的典型技术方法。
2.难点：理解物联网时间同步、定位和信号处理的典型算法。
三、教学方法讲授、课堂互动、课堂指导、课后作业和辅导答疑。
四、教学内容第一章物联网概述教学要求：通过本章学习，要求了解物联网的起源和发展，理解物联网的相关概念；掌握物联网的理论基础，掌握物联网的体系结构和主要特点；了解物联网的核心技术和体系标准；了解物联网的应用前景。
教学内容：一、发展的社会背景二、物联网发展的技术背景三、物联网的定义与主要技术特征四、物联网的体系结构五、物联网的关键技术与产业发展第二章RFID与物联网应用教学要求：通过本章学习，掌握目前常用的自动识别技术，了解RFID的历史和现状；掌握RFID的工作原理，RFID系统的构成和工作过程；掌握RFID的技术特点和解决标签冲突的常用方案；理解RFID在物联网中的地位。
教学内容：一、自动识别技术的发展背景二、条形码简介三、磁卡与IC卡应用四、RFID五、RFID应用系统结构与组成六、RFID标签编码标准第三章传感器、智能传感器与无线传感网络技术教学要求：通过本章学习，要求了解传感器发展历史，掌握无线传感器网络的硬件平台，理解无线传感器网络典型操作系统，掌握常用无线组网技术，理解无线传感网的应用。
《物联网工程导论》PPT课件 蔬菜大棚环境监测系统中传感器设备的选型
温室中的空调设备和加湿器工作。
（2）土壤温湿度传感器 监测土壤中的水分和温度，并配合温室
中的灌溉系统及通风设备等为作物提供最适 宜的土壤环境。
（3）光照传感器 随时监测记录太阳光线的强度，与相关
的补光系统、遮阳系统等设备相连，为农作 物生长打造完美的光照环境。
传感器技术的研究与发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。 传感器技术将主要朝着以下几个方向发展：
（1）智能化
（2）微型化
（3）集成化 （4）多样化
3.4 认识传感器的典型静态性能参数
传感器包括静态特性及动态特性。
静态特性是描述输入为不随时间变化的恒定信号时，传感器输出与输入的关系，在实际的传感器应 用中，静态特性往往就能为我们选择提供重要的依据。
除了精准感知、控制与决策管理外，从广泛意义上讲，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、 农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容。
现阶段，智慧农业的应用主要表现在农业生产环境监控、食品安全以及农业电商等领域。
3.1 认识智慧农业 3.1.2 传统农业面临的问题
传统农业生产的物质技术手段比较落后，主要依靠人力、畜力和各种手工工具以及一些简单机械。这 样的生产方式在现代生活中引发一系列问题，主要问题是：
（1）任务内容要求：
1）分析蔬菜大棚监测系统实现的功能； 2）针对实现的功能分析所需传感器的性能要求； 3）根据分析依次选择合适的传感器，并说明理由； 4）利用word等办公软件整理出一个完整的选型方案，并制作PPT辅助进行阐述。
（5）重复性 重复性表示传感器在按同一方向作全量程多次测试时，所得特性不一致性的程度，可以简单的理
计算机网络 吴功宜(第三版)课后习题解答(第1-4章)
计算机网络-清华版_吴功宜(第三版)课后习题解答(第1-4章)第一章计算机网络概论 P421.请参考本章对现代Internet结构的描述，解释“三网融合”发展的技术背景。
答：基于Web的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教育，以及基于对等结构的P2P网络、3G/4G与移动Internet的应用，使得Internet 以超常规的速度发展。
“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。
2.请参考本章对Internet应用技术发展的描述，解释“物联网”发展技术背景。
答：物联网是在Internet技术的基础上，利用射频标签、无线传感与光学传感等感知技术自动获取物理世界的各种信息，构建覆盖世界上人与人、人与物、物与物的智能信息系统，促进了物理世界与信息世界的融合。
3.请参考本章对于城域网技术特点的描述，解释“宽带城域网”发展技术背景。
答：宽带城域网是以IP为基础，通过计算机网络、广播电视网、电信网的三网融合，形成覆盖城市区域的网络通信平台，以语音、数据、图像、视频传输与大规模的用户接入提供高速与保证质量的服务。
4.请参考本章对WPAN技术的描述，举出5个应用无线个人区域网络技术的例子。
答：家庭网络、安全监控、汽车自动化、消费类家用电器、儿童玩具、医用设备控制、工业控制、无线定位。
5..请参考本章对于Internet核心交换、边缘部分划分方法的描述，举出身边5种端系统设备。
答：PDA、智能手机、智能家电、无线传感器节点、RFID节点、视频监控设备。
7.长度8B与536B的应用层数据通过传输层时加上了20B的TCP报头,通过网络层时加上60B的IP分组头，通过数据链路层时加上了18B的Ethernet帧头和帧尾。
分别计算两种情况下的数据传输效率。
（知识点在：P33）解：长度为8B的应用层数据的数据传输效率：8/(8+20+60+18)×100%=8/106×100%=7.55%长度为536B的应用层数据的数据传输效率：536/(536+20+60+18)×100%=536/634×100%=84.54%8.计算发送延时与传播延时。
《物联网导论》第3章
3.5 硬件平台 3.6 操作系统 3.7 无线传感器网络
传感器发展(fāzhǎn)的两条主线是什么？制约因素又有哪些？
共七十二页
3.2传感器技术(jìshù)发展史：两条主线
对无线
传感器
的研究 始于20世
纪90年 代
加州洛杉矶分校LWIN项目
低功耗无线传感节点
加州伯克莱分校SmartDust项目
充电次数可达100万次，且不易(bù yì)受温度，振动等因素的
影响。
设计需求回顾
•低成本与微型化
•低功耗
•灵活性与扩展性
•鲁棒性
无线传感器组成
•传感器 •微处理器
•无线通信芯片(xīn
piàn) •电池
共七十二页
3.5 硬件平台
传感器
有许多传感器可供节点(jié diǎn)平台使用，使用哪种传感器往往由具 体的应用需求以及传感器本身的特点决定
•软件(ruǎn jiàn)节能策略来实现节能
软件节能策略的核心就是尽量使节点在不需要工作的时候进入低功耗模
式，仅在需要工作的时候进入正常状态
共七十二页
大规模长时间部署传感器的设计(shèjì)需求
灵活性与扩展性
•传感器节点被用于各种(ɡè zhǒnɡ)不同的应用中，因此节点硬件和软件的设计必须具有 灵活性和扩展性
共七十二页
生物 传感器 (shēngwù)
共七十二页
桥梁健康 监测系统 (jiànkāng)
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土壤 温湿度传感器 (tǔrǎng)
共七十二页
红外传感器
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压力(yālì)传感器
共七十二页
风向 传感器 (fēngxiàng)
物联网导论(第3章传感器技术)
2 传感器的物理定律
• 守恒定律：主要有能量、动量、电荷量等守恒定律。 • 场定律：运动场、电磁场的感应定律等。其相可作用与物
体在空间的位置及分布状态有关。 如，电容式传感器； 利用电磁感应定律研制的自感、互感、电涡流式传感器。 • 物质定律：它是表示各种物质本身内在性质的定律，如欧 姆定律。通常以这种物质所固有的物理常数给予描述。例 如，压阻、热阻、磁阻、光阻、湿阻等。 • 统计法则 ：它是把微观系统与宏观系统联系起来的物理 法则。这些法则，常常与传感器的工作状态有关，是分析 某些传感器的理论基础。
广泛，如各种观察、瞄准装置、红外探测装置等。
2 传感器的发展趋势
• 发现新效应，开发新材料、新功能 • 多功能集成化与微型化： • 微型传感器的特征是体积微小、重量很轻，
体积、重量仅为传统传感器的几十分之一 甚至几百分之—，其敏感元件的尺寸一般 为微米级。 • 数字化、智能化与网络化 • 研究生物感官，开发仿生传感器
• 重复性误差反映的是校淮数据的离散程度、属随 机误差，因此应根据标准偏差计算。即
• 为各校准点正行程与反行程输出值的标准偏差 中的最大的值；a为置信系数
（4）灵敏度
• 灵敏度是传感器输出量增量与被测输入量 增量之比。线性传感器的灵敏度就是拟合 直线的斜率,即
（5）其他
• 分辨率：分辨率是传感器在规定测量范围内所能检测出的 被测输入量的最小变化量。有时用该值对满量程输入值的 百分比来表示。
3.1 传感器基础
3.1.1 传感器基本概念
• 1 传感器基本概念 • 传感器狭义定义：能把外界非电信息转换成电信号输出的
器件或装置。
• 传感器广义定义：凡是利用一定的物质（物理、化学、生 物等）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转 换，并输出与输入严格—一对应的器件或装置均。
物联网工程导论(吴功宜+教授)20140823
26
区别之六：物联网是可反馈、可控制的“闭环”系统
交通路口信息感知
路况信息
交通量数据
交通路口
.
交通信息提示 牌与指示灯 数据挖掘与智能决策
交通状态数据智能处理
交通路口提示牌显示与指示灯控制信息 汽车 汽车路况与交通诱导信息 交通警察
交警指挥信息
反馈控制信息 交通道路通行控制
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感悟之三：
如果我们对物联网体系结构
物联网工程导论（2012年）
物联网技术与应用（2013年）
解读物联网 （2015年）
7
第二个问题：
导论的定位
8
导论系列丛书写作希望达到的目的：抛砖引玉
初学者— 深入浅出地介绍物联网技术 全貌 低年级学生—了解物联网专业学习的课程 以及相互之间的关系 高年级学生—了解物联网需要进一步研究
的问题 导论教师—深入理解物联网技术内涵与进
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第一个问题：
导论写作的背景
3
工作基础：
计算机网络教学： 1984年开始讲授本科、硕士与博士课程 网络与信息安全科研： 网络与信息系统、网络与信息安全，P2P、Wi-Fi、WSN、 VANET 学科管理： 计算机、自动化、智能科学、信息安全、微电子、电子科学、 电子信息技术、通信工程、物联网工程、光学工程
核 心 交 换 层 网 络 层 专用IP网络 汇 聚 层 接 入 层
新一代网络
互联网 VPN
互联网
ONS 虚拟专网（VPN） 互联网 无线移动通信网 专用无线通信网 ONS
无线个人区域网 无线局域网 无线城域网 局域网 无线移动通信网 无线通信网 电话交换网
802.15.4标准
6LowPAN 标准
蓝牙标准或 ZigBee标准
最新2019-物联网概论第3章 物联网技术基础-PPT课件
3.2 常用传感器
(一)温度传感器
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3.2 常用传感器
(二)湿度传感器
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3.2 常用传感器
(三)电感式传感器
利用电磁感应将被测的物理量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈 的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出， 实现非电量到电量的转换
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3.2 常用传感器
(四)压力传感器
利用传感器件在受外部压力时产生一定的内部结构变形或位移，转化为 电特性的改变，产生相应的电信号，此即压电效应，故亦称压电传感器。
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3.2 常用传感器
(五)光传感器
光敏电阻利用材料电阻率的光敏性来进行光探测。光电传感器则采用光 电元件作为检测元件，它先将被测量的变化转换成光信号的变化，再利用光 电元件将光信号转换成电信号。
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3.1.2 传感器的分类
常将传感器的功能和人类的5大器官相比较： 光敏传感器——视觉 声敏传感器——听觉 气敏传感器——嗅觉 化学传感器——味觉 压敏、温敏、流体传感器——触觉
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3.1.2传感器的分类
按
热敏元件 光敏元件 气敏元件
感
测
元 器
力敏元件 磁敏元件 色敏元件
件
3.1.1传感器的组成与结构
传感器的结构形式
传感器结构取决于其设计思想；而传感器设计的 一个重点是信号选择方式，把所选信号的某方面性能 在结构上具体化，以实现传感器的功能。
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3.1.1传感器的组成与结构
传感器的结构形式 √选择固定信号方式的传感器直接结构 √选择补偿信号方式的传感器补偿结构 √选择差动式信号方式的传感器差动结构 √选择平均信号方式的传感器平均结构 √选择平衡信号方式的传感器闭环结构
物联网工程导论课后习题答案
第1章物联网概论1.简述物联网的定义物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。
2.简述物联网应具备的三个特征（1）全面感知：利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取；（2）可靠传送：通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享；（3）智能处理：利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制。
3.简述信息浪潮15年定律的内容“计算模式每隔15年发生一次变革”被称为“15年周期定律”。
4.请解释以下名词：RFID；EPCRFID：Radio Frequency Identification射频识别。
EPC：Electronic Product Code产品电子代码。
5.物联网的三大推动力分别是什么？政府；企业；教育界与科技界。
6.国家提出的战略性新兴产业领域，主要包括哪七个方面？1）、节能环保产业；2）、新一代信息技术产业；3）、生物产业；4）、高端装备制造产业；5）、新能源产业；6）、新材料产业；7）、新能源汽车产业。
第2章物联网应用案例11.请说出数字城市发展的两个阶段数字化是数字城市发展的第一阶段。
在这一阶段，数字城市实现了无纸化、自动化办公，同时网络基础设施建设完成。
信息化是数字城市发展的第二阶段。
政府信息化、产业信息化、领域信息化和社会信息化发展迅速，各个部门内部形成有效的信息系统。
2.什么是智慧城市？智慧城市是充分利用数字化及相关计算机技术和手段，对城市基础设施与生活发展相关的各方面内容进行全方面的信息化处理和利用，具有对城市地理、资源、生态、环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字网络化管理、服务与决策功能的信息体系。
3.谈谈数字城市与智慧城市的区别一是关注点不同。
《物联网概论》电子教案
网址
[1]吴功宜.物联网工程导论.北京：机械工业出版社，2012
[2]刘云浩.物联网导论.北京：科学出版社，2010
信息学院教案
周次
第15周
课次
第15次课
备注
授课
内容
实验4JavaBean的应用
授课
方式
理论课（）；实验课（√）；实践课（）
教学时数
4
教学目的及要求
目的：练习在JSP中使用JavaBeans
专业方向课（）；
选修课（）
任选课（）；跨系（院）任选课（）
授课方式
课堂讲授（√）；实验课（）
考核方式
考试（√）；考查（）
课程教学
总学时数
32
学分数
2
课时分配
课堂讲授32学时
教材名称
物联网导论(第2版)
作者
刘云浩
出版社及出版时间
科学出版社，2013
指定参考书
物联网工程导论
作者
吴功宜
出版社及出版时间
机械工业出版社，2012
参考资料
或
网址
[1]吴功宜.物联网工程导论.北京：机械工业出版社，2012
[2]刘云浩.物联网导论.北京：科学出版社，2010
信息学院教案
周次
第3周
课次
第3次课
备注
授课
内容
第3章 物联网设备与标识
3.1 嵌入式系统
授课
方式
理论课（√）；实验课（）；实践课（）
教学时数
2
教学目的及要求
掌握嵌入式系统的概念及组成；
难点：Servlet的API。
作业
Servlet的生命周期有哪几个阶段？
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Nankai University
• 基于功能的无线传感器网络结构模型
无线传感器网络监控的区域示意图
无线传感器节点
高层应用 时间同步 传输控制 路由 数据链路 物理层 定位 QoS 网 络 安 全 与 网 络 管 理
能 量 管 理
拓 扑
无线传感器节点内部功能结构
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Nankai University
3.1.4 化学传感器
• 化学传感器可以将化学吸附、电化学反应过程中被测 信号的微小变化转换成电信号的一类传感器 • 按传感方式的不同，可分为： —接触式化学传感器 —非接触式化学传感器 • 按结构形式的不同，可以分为： —分离型化学传感器 —组装一体化化学传感器 • 按检测对象的不同，可以分为： —气体传感器 —离子传感器 —湿度传感器
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Nankai University
3.1.6 传感器性能指标
• 线性度 • 灵敏度 • 分辨率 • 迟滞
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• 重复性 • 漂移 • 测量范围 • 精度
Nankai University
3.2 智能传感器与无线传感器的发展 3.2.1 智能传感器的发展
智能传感器的特点： • 自学习、自诊断与自补偿能力 • 复合感知能力 • 灵活的通信能力 智能传感器的发展为传感器技术的 研究提出了很多富有挑战性的课题
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Nankai Un器是最古老的传感器，指南针是磁传感 器的最早的一种应用 • 磁传感器将磁信号转化成为电信号输出 • 磁电式传感器目前已经被高性能磁敏感材料的 新型磁传感器所替代
微型磁传感器芯片 磁传感器芯片 磁传感器
磁传感器
无线门磁传感器
流量磁传感器
15
25
Nankai University
Ad hoc网络的特点: • 自组织与独立组网 • 无中心 • 多跳路由 • 动态拓扑 • 无线传输的局限与节点能量的限制性 • 网络生存时间的限制
Ad hoc网络的主要应用领域: • 军事领域 • 民用领域
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Nankai University
3.3.2 从无线自组网到无线传感器网络 1. LWIM 与WINS无线传感器网络的研究 • LWIM 与WINS无线传感器节点
（a）LWIM III结点
（b）Rockwell WINS结点
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Nankai University
2. 智能尘埃项目的研究 • 智能尘埃(Smart Dust)项目研究的目标是通过 MEMS技术，实现传感、计算与通信能力的集 成，用智能传感器技术去增强微型机器人的环 境感知与智慧处理能力 • 各种智能尘埃节点
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Nankai University
• 用MEMS技术制造的微型传感器
微型光传感器 微型治疗用隐形眼镜 微型声传感器
微型马达
微型陀螺仪
微型扫描仪
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Nankai University
3.2.3 无线传感器的研究
• UGS的无线传感器外形与应用
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Nankai University
3.3 无线传感器网络 3.3.1 从无线分组网到无线自组网
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Nankai University
3.1.5 生物传感器
• 生物传感器是由生物敏感元件和信号传导器组成 • 生物敏感元件可以是生物体、组织、细胞、酶、核酸或 有机物分子 • 不同的生物元件对于光强度、热量、声强度、压力有不 同的感应特性 生物传感器的分类
分类依据 输出信号方式 分子识别元件 信号转换器 生物传感器类型 生物亲和型生物传感器、代谢型生物传感器与催化性生物传感器 酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞传感器与免疫传感器 电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传 感器、测声型生物传感器
R1
R2
电桥电路
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各种封装的压力传感器
Nankai University
• 不同用途的 力传感器
压力传感器
位移传感器
流速传感器
位置传感器
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Nankai University
（2）温度传感器
（3）声传感器
声波传感器
超声波传感器
次声波传感器
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Nankai University
（4）光传感器 • 图像传感器
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Nankai University
（5）电传感器 • 电传感器可以分为：电阻式、电容式、电感式传感器 • 电阻式传感器利用变阻器将非电量转换成电阻信号的 原理制成的。电阻式传感器主要用于位移、压力、应 变、力矩、气流流速、液面与液体流量等参数的测量 • 电容式是利用改变电容器的几何尺寸或介质参数，来 使电容量变化的原理制成的。电容式传感器主要用于 压力、位移、液面、厚度、水分含量等参数的测量 • 电感式是利用改变电感磁路的几何尺寸或磁体位置， 来使电感或互感量变化的原理制成的，主要用于压力、 位移、力、振动、加速度等参数的测量。
无线监控摄像头
半球车载摄像头
IP网络摄像头
红外夜视摄像头
微型摄像头
小型摄像头
• 光纤传感器
纳米光纤位移传感器
光位移传感器
光纤传感器
光纤传感器
光纤压力传感器
光纤陀螺传感器
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Nankai University
分布式光纤传感系统 • 分布式光纤传感系统利用光纤作为传感敏感元件和传 输信号介质，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变 的变化，实现分布、自动、实时、连续、精确的测量。 • 分布式光纤传感系统应用领域包括： —智能电网的电力电缆表面温度检测、事故点定位 —发电厂和变电站的温度监测、故障点检测和报警 —水库大坝、河堤安全与渗漏监测 —桥梁与高层建筑结构安全性监测 —公路、地铁、隧道地质状况的监测 • 分布光纤温度传感系统可以在易燃、易爆的环境下同 时测量上万个点，可以对每个温度测量点进行实时测 量与定位
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Nankai University
3.2.2 微机电系统对智能传感器发展的影响
微机电系统的基本概念
• 微机电系统（MEMS）是指集微型机构、微型传感器、 微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通 信和电源等于一体的微型器件或系统 • MEMS为传感器微型化、智能化与网络化的实现提供 了技术支持，也为智能传感器应用与产业发展拓展了 新的空间 • MEMS是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉 的新兴学科，它以微电子及机械加工技术为依托，研 究涉及微电子学、机械学、力学、自动控制科学、材 料科学等多个学科
无线传感器
无线通信技术
传感器 Sensor
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Nankai University
3.3.3 无线传感器网络特点与结构
无线传感器网络特点:
• 网络规模
• 自组织网络
• 拓扑结构的动态变化 • 以数据为中心
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Nankai University
无线传感器网络的基本结构 无线传感器网络节点类型: • 传感器节点 • 汇聚节点 • 管理节点
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Nankai University
3.1.3 物理传感器
1. 物理传感器 • 物理传感器的原理是利用力、热、声、 光、电、磁、射线等物理效应，将被测 信号量的微小变化转换成电信号 • 物理传感器可以进一步分为：力传感器、 热传感器、声传感器、光传感器、电传 感器、磁传感器与射线传感器等7类
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Nankai University
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Nankai University
• 常用物理传感器 与化学传感器
力传感器 热传感器 物 理 传 感 器 声传感器 光传感器 电传感器 磁传感器 射线传感器 化学传感器 压力传感器、力矩传感器、速度传感器、加速度传感器、流量传感器、位移 传感器、位置传感器、密度传感器、硬度传感器、黏度传感器 温度传感器、热流传感器、热导率传感器 声压传感器、噪声传感器、超声波传感器、声表面波传感器 可见光传感器、红外线传感器、紫外线传感器、图像传感器、光纤传感器、 分布式光纤传感系统 电流传感器、电压传感器、电场强度传感器 磁场强度传感器、磁通量传感器 X射线传感器、γ射线传感器、β射线传感器、辐射剂量传感器 离子传感器、气体传感器、湿度传感器、生物传感器
Nankai University
《物联网工程导论》
吴功宜 吴英 编著
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Nankai University
第 3章 传感器、传感网与无 线传感器网络技术的 发展
2
Nankai University
传感器基本概念
第 3 章 知 识 点 结 构
传感器的分类
智能传感器技术
无线传感器网络基本概念
基本结构
WeC（1998）
Dot（2000）
Mica（2001）
Mica2（2002）
MicaZ（2003）
Telos（2004）
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Nankai University
• 无线传感器网络技术发展的过程
LWLM Smart Dust 无线传感器网络 WSN
微型智能传感器 微机电技术 MEMS UGS 无线自组网 Ad hoc 无线分组网 PRNET
监测区域 汇聚节点 互联网