物联网核心技术和知识体系共49页
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3
物联网核心技术和知识体系主要内容
• 第一部分为全球物联网技术4大趋势及其 代表性技术的深度分析；附带介绍美国和 国外相关典型最新应用和市场；
• 第二部分为物联网技术教学知识体系的思 考：教什么？如何教？并具体示范其中一 课教学－－“微功耗无线简单网络”；
4
物联网 核心技术/技术趋势研究/最新应用
轻松实现WIFI无线传感器网络
20
无线SOC－GS1010 嵌入软件实现WIFI传感器网络在芯片
21
无线SOC－GS1010 需要完备的软件编译开发平台
• USE UCOS-II 实时操作系统； • KEIL 编译和调试平台； • 加上完备的源代码包和软件资源；
• 无线单片机（无线 SOC）处理器内核 从8位到16位，到 32位到多处理器， 结构越来越复杂；
• 不仅实现了系统在 芯片，而且实现了 无线网络在芯片；
• 我们从分析 GS1010 WI－FI 无线单片机来看这 个技术趋势；
GS1010 WI-FI无线单片机结构
19
无线SOC－GS1010 单芯片实现WIFI传感器网络节点
振动收集供电路由节点示意图
• 荒漠，草原，农 业环境监测，滴 灌，根灌等野外 传感器网，物联 网应用将逐步实 现；
太阳能供电路由节点示意图
植物收集为无线网络 路由器供电， 实现能量收集
无线传无线感器网络 示意图
可以监视野外环境 火灾报警等
9
超高频电子标签（节点）微型化：
推动UHF EPC技术新应用－1
牙刷也上物联网
物联网上的计步器
物联网上血糖仪
物联网上的温度计
8
越来越小的无线网络路由节点 逐步实现微功耗的能量收集运行
• 无线传感器网络 路由节点承担路 由转发任务，必 须要消耗一定功 率，一般设计采 用外加电源供电；
• 但是随着路由节 点功耗和体积下 降，使用最新的 能量收集技术， 作为路由节点供 电可能性逐步加 大；
13
长距离有源电子标签和网络 扩展RFID范围和功能
读卡器和唤醒基站
标签具有网络 和定位功能
读卡器
网络化有源标签
14
长距离有源电子标签和网络： 标签结构性能和软件
UHF 有源标签工作距离： 10 - 2000 m (1.2 mi)
频率：433 MHz 速率：28 kbps 标签容量：数千个 标签具有 multi-hop, sensors, security, IPv6和很多功能
17
WI-FI 网状网实际应用举例：
输液器标签 WIFI SOC GS1010
智慧医院急诊室无线定位系统
802.11S 路由器
1 5
802.11S 路由器－2
2
工作人员标签
3
WIFI SOC GS1010
病人标签
4
WIFI SOC GS1010
6
18
物联网技术趋势研究之三
无线SOC结构越来越复杂
• 超高频电子标签 微型化的主要技 术原因是：
• 1、读卡器输出 功率增加；
• 2、标签芯片灵 敏度提高；
• 标签体积微型化， 将带来一系列新 应用
UHF标签小型化和微型化， 为防伪应用开辟了广阔的天地； 很多体积小，价格敏感的商品
将也很容易实现跟踪和识别
小型药瓶
放心猪肉
名酒酒瓶
目前我们在美国实验室测试， UHF EPC无源标签读写距离
• 我们的观点三：无线网络 通讯中的主流技术；
卫星数据通讯
6
越来越小的无线网络节点和功耗
1
物联网传感层
4
有源433MHZ电子标签 CR2032钮扣电池
直径2.2X3CM 电池工作6年
ZIGBEE传感器网络节点
AA电池X2
5
5X3CM 20-30微安电流
2
电子药丸 特殊微型电池
小于直径2.0X2CM
低轨道 卫星数据通讯
3G/4G电信网络
802.11S WIFI网状网
有源RFID网络
12
低轨道卫星数据通讯， 物联网连接更遥远
• 美国最近发射了第二代 低轨道卫星；
• 卫星接收模块实现了微 型化，容易实现全球集 装箱，交通工具实时跟 踪联网和监控；
新一代低轨道卫星系统
低轨道卫星M2M油管远程监控实例
已经可以达到30－40米 这意味着货物识别将具有 更大准确性，快捷性；
将有更多的商业应用 可以实现
10
超高频电子标签（节点）微型化： 推动UHF EPC技术新应用－2
长距离标签
长距离UHF标签智慧公交系统
UHF微型标签可以在很远的地方 被准确读取
将大大加快智慧商业应用
11
物联网技术趋势研Fra Baidu bibliotek之二 无线网络覆盖范围越来越大
5
物联网核心技术
• 目前公认的概念：物联网 由传感层，网络层，应用 层组成；物联网是一个比 互联网更大的网络
• 我们的观点一：物联网的 本质是网络通讯，（网状 网络）是关键；
• 我们的观点二：物联网核 心技术是无线技术，包括 无线SOC、无线网络标准、 无线通讯的协议栈和其它 相关嵌入式软件，数据库， 中间件等；
上SOC芯片大幅度降价：16位单片机 MSP430G系列，价格下降到0.25美元， 32位M0单片机，价格下降到0.5美元；无 线单片机也下降到接近1美元；而且待机 功耗下降到1微安以下；这样，物联网技 术将以很快的速度，进入家电和消费电子
市场，衍生出全新应用；手持，轻薄，网 络化，微功耗是主要特点和主要卖点；
有源标签电路板
软件协议C语言 代码1万行
编译后执行代码 典型8 - 16KB
典型UHF 有源标签硬件和协议软件
15
长距离有源电子标签和网络 广阔的应用范围和全球市场
16
802.11S WI－FI网状网络 无线网络覆盖范围越来越大
802.11S网络拓扑
802.11S都市无线网络
802.11S车载无线网络
WIFI GS1010传感器网络节点 AA电池X1
4X3CM 电池工作5年
3
无线监控手表 微型电池 3X3CM 平均电流10微安
6
无源EPC电子标签 无需电池 直径1.6X1.6X0.001 CM 总量0.002克
7
越来越小的无线网络终端节点 带来了全新的应用和市场空间
无线网络节点的微型化和微功耗化，加
物联网核心技术和 知识体系
2019年5月11日
1
我们的实训核心
• RFID (HF 和UHF EPC),ZIGBEE, 嵌入式WIFI ,蓝牙，无线定位和 卫星数据通讯系统；
2
物联网技术开发实力
• 技术资源和开发工具，从源 代码到价值数万美元的开发 设备；
• 物联网开发实验室一般都具 有齐备的高频无线测试设备 和仪器和各种开发系统和工 具。附图其中主要物联网设 计需要的高频仪器和设备。
物联网核心技术和知识体系主要内容
• 第一部分为全球物联网技术4大趋势及其 代表性技术的深度分析；附带介绍美国和 国外相关典型最新应用和市场；
• 第二部分为物联网技术教学知识体系的思 考：教什么？如何教？并具体示范其中一 课教学－－“微功耗无线简单网络”；
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物联网 核心技术/技术趋势研究/最新应用
轻松实现WIFI无线传感器网络
20
无线SOC－GS1010 嵌入软件实现WIFI传感器网络在芯片
21
无线SOC－GS1010 需要完备的软件编译开发平台
• USE UCOS-II 实时操作系统； • KEIL 编译和调试平台； • 加上完备的源代码包和软件资源；
• 无线单片机（无线 SOC）处理器内核 从8位到16位，到 32位到多处理器， 结构越来越复杂；
• 不仅实现了系统在 芯片，而且实现了 无线网络在芯片；
• 我们从分析 GS1010 WI－FI 无线单片机来看这 个技术趋势；
GS1010 WI-FI无线单片机结构
19
无线SOC－GS1010 单芯片实现WIFI传感器网络节点
振动收集供电路由节点示意图
• 荒漠，草原，农 业环境监测，滴 灌，根灌等野外 传感器网，物联 网应用将逐步实 现；
太阳能供电路由节点示意图
植物收集为无线网络 路由器供电， 实现能量收集
无线传无线感器网络 示意图
可以监视野外环境 火灾报警等
9
超高频电子标签（节点）微型化：
推动UHF EPC技术新应用－1
牙刷也上物联网
物联网上的计步器
物联网上血糖仪
物联网上的温度计
8
越来越小的无线网络路由节点 逐步实现微功耗的能量收集运行
• 无线传感器网络 路由节点承担路 由转发任务，必 须要消耗一定功 率，一般设计采 用外加电源供电；
• 但是随着路由节 点功耗和体积下 降，使用最新的 能量收集技术， 作为路由节点供 电可能性逐步加 大；
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长距离有源电子标签和网络 扩展RFID范围和功能
读卡器和唤醒基站
标签具有网络 和定位功能
读卡器
网络化有源标签
14
长距离有源电子标签和网络： 标签结构性能和软件
UHF 有源标签工作距离： 10 - 2000 m (1.2 mi)
频率：433 MHz 速率：28 kbps 标签容量：数千个 标签具有 multi-hop, sensors, security, IPv6和很多功能
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WI-FI 网状网实际应用举例：
输液器标签 WIFI SOC GS1010
智慧医院急诊室无线定位系统
802.11S 路由器
1 5
802.11S 路由器－2
2
工作人员标签
3
WIFI SOC GS1010
病人标签
4
WIFI SOC GS1010
6
18
物联网技术趋势研究之三
无线SOC结构越来越复杂
• 超高频电子标签 微型化的主要技 术原因是：
• 1、读卡器输出 功率增加；
• 2、标签芯片灵 敏度提高；
• 标签体积微型化， 将带来一系列新 应用
UHF标签小型化和微型化， 为防伪应用开辟了广阔的天地； 很多体积小，价格敏感的商品
将也很容易实现跟踪和识别
小型药瓶
放心猪肉
名酒酒瓶
目前我们在美国实验室测试， UHF EPC无源标签读写距离
• 我们的观点三：无线网络 通讯中的主流技术；
卫星数据通讯
6
越来越小的无线网络节点和功耗
1
物联网传感层
4
有源433MHZ电子标签 CR2032钮扣电池
直径2.2X3CM 电池工作6年
ZIGBEE传感器网络节点
AA电池X2
5
5X3CM 20-30微安电流
2
电子药丸 特殊微型电池
小于直径2.0X2CM
低轨道 卫星数据通讯
3G/4G电信网络
802.11S WIFI网状网
有源RFID网络
12
低轨道卫星数据通讯， 物联网连接更遥远
• 美国最近发射了第二代 低轨道卫星；
• 卫星接收模块实现了微 型化，容易实现全球集 装箱，交通工具实时跟 踪联网和监控；
新一代低轨道卫星系统
低轨道卫星M2M油管远程监控实例
已经可以达到30－40米 这意味着货物识别将具有 更大准确性，快捷性；
将有更多的商业应用 可以实现
10
超高频电子标签（节点）微型化： 推动UHF EPC技术新应用－2
长距离标签
长距离UHF标签智慧公交系统
UHF微型标签可以在很远的地方 被准确读取
将大大加快智慧商业应用
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物联网技术趋势研Fra Baidu bibliotek之二 无线网络覆盖范围越来越大
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物联网核心技术
• 目前公认的概念：物联网 由传感层，网络层，应用 层组成；物联网是一个比 互联网更大的网络
• 我们的观点一：物联网的 本质是网络通讯，（网状 网络）是关键；
• 我们的观点二：物联网核 心技术是无线技术，包括 无线SOC、无线网络标准、 无线通讯的协议栈和其它 相关嵌入式软件，数据库， 中间件等；
上SOC芯片大幅度降价：16位单片机 MSP430G系列，价格下降到0.25美元， 32位M0单片机，价格下降到0.5美元；无 线单片机也下降到接近1美元；而且待机 功耗下降到1微安以下；这样，物联网技 术将以很快的速度，进入家电和消费电子
市场，衍生出全新应用；手持，轻薄，网 络化，微功耗是主要特点和主要卖点；
有源标签电路板
软件协议C语言 代码1万行
编译后执行代码 典型8 - 16KB
典型UHF 有源标签硬件和协议软件
15
长距离有源电子标签和网络 广阔的应用范围和全球市场
16
802.11S WI－FI网状网络 无线网络覆盖范围越来越大
802.11S网络拓扑
802.11S都市无线网络
802.11S车载无线网络
WIFI GS1010传感器网络节点 AA电池X1
4X3CM 电池工作5年
3
无线监控手表 微型电池 3X3CM 平均电流10微安
6
无源EPC电子标签 无需电池 直径1.6X1.6X0.001 CM 总量0.002克
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越来越小的无线网络终端节点 带来了全新的应用和市场空间
无线网络节点的微型化和微功耗化，加
物联网核心技术和 知识体系
2019年5月11日
1
我们的实训核心
• RFID (HF 和UHF EPC),ZIGBEE, 嵌入式WIFI ,蓝牙，无线定位和 卫星数据通讯系统；
2
物联网技术开发实力
• 技术资源和开发工具，从源 代码到价值数万美元的开发 设备；
• 物联网开发实验室一般都具 有齐备的高频无线测试设备 和仪器和各种开发系统和工 具。附图其中主要物联网设 计需要的高频仪器和设备。