中国电信产品维护经理认证体系培训-物联网技术

物联网技术基础知识1中国电信上海研究院目录2物联网基础概念物联网架构物联网感知层物联网网络层物联网业务层物联网应用物联网产业生态中国电信上海研究院物联网基础概念3物联网是一种全球化的信息服务基础设施，它基于现有和未来演进的通信和信息技术，提供互联物理和虚拟物体的先进服务（ITU-TY.2060）M2M通信指两个以上的多个实体之间不需要直接由人参与通信。M2M应用实现自动化的通信机制和处理机制（ETSITS102689）IOTInternetofThingsM2MMachinetoMachine基础概念的两个变化M2M：MachinetoMachineMachinetoMachine,MantoMachine,MachinetoManM2M=IOTM2M是IOT的一个子集部分观点认为M2M通信不包含MantoMachine广义的M2M可以包含MantoMachine中国电信上海研究院ITU-TTechnicalViewofIoT4中国电信上海研究院物联网两大特征5自动感知机器通信+物体数据采集和远程控制实现传感数据或RFID等标签信息的受控自动化采集实现设备/节点的远程控制物体联网信息交互近域范围内多个节点之间通过近距离通信交互信息广域范围内节点/平台之间通过远距离通信交互信息典型场景典型场景典型场景典型场景典型场景车载信息服务（车辆状况查询/远程开门/一键导航…）水文监控、环保监控、安防监控手机近程和远程控制智能家居设备仓库和图书馆内部资产管理（RFID标签）基于集成在UIM卡的RFID标签的学校和企业内部身份识别应用中国电信上海研究院6Cyber-PhysicalSystemPhysicalSubsystem感知控制CyberSubsystem协作ComputingCommunicationControl(&Probe)如同Internet搭建了人与人交互的框架一样，CPS的长期目标实现人与物理世界的交互。相关概念CPS互联网模式的网络计算模式，主要依赖桌面型计算获取服务与支持；普适计算倡导发展可以广泛部署的微小计算设备，并在此基础上实现透明和智能的计算服务。普适计算的目的是在日常生活的各种环境和场景中广泛部署微型化且具备一定计算能力的普适设备，并与已有的互联网技术结合，实现移动、无缝、透明和泛在的计算支持和服务。中国电信上海研究院相关概念–IoE（万物互联）M2MIOEIOT万物互联物联网机器通信概念演进M2MIoTIoEIOE人、流程、数据、万物联网IOT物体联网M2M设备联网M2M更强调机器设备联网，尤其是广域网络。。IOT关注“物体”和物体产生的数据，以及派生的应用及服务。IOE则更强调物体互联融入到整个信息世界后的整体效果。中国电信上海研究院中国电信上海研究院目录9物联网基础概念物联网架构物联网感知层物联网网络层物联网业务层物联网应用物联网产业生态10IOT参考模型（ITU-TY.2060）中国电信上海研究院一种等价描述物联网四层架构物联网架构分为应用层、业务层、网络层、感知层（终端层）四层。标准组织OneM2M等3GPP等中国电信上海研究院物联网中的不同连接11实现物体之间的连接（发现和互通）通信连接物体连接近域连接广域连接Zigbee有线传感网蓝牙近距有线网WIFI无线传感网广域有线网络广域无线网络通信连接中，近域连接数量〉广域连接数量12物联网应用的复杂性，会导致对于智能如何分布的不同模式选择采集原始数据为目标的应用监控类的应用本地互动控制功能较多的应用物联网的计算和智能分布物联网的计算和智能可以分布在感知节点、网关和集中平台（云平台）等不同单元。边缘节点的两类不同处理模式感知节点网关云平台云计算边缘计算/雾计算/海计算雾计算的本质实际是“就近提供服务”和“分布式智能”两者结合的产物。中国电信上海研究院中国电信上海研究院目录13物联网基础概念物联网架构物联网感知层物联网网络层物联网业务层物联网应用物联网产业生态中国电信上海研究院感知技术-传感器14完成物理空间和信息空间的映射Sensor传感器能感受规定的被测量、并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成Actuator执行器/变送器将控制信号转换成相应动作的设备当前物联网应用的远程操作以Sensor数据采集为主，未来Actuator的控制将增多。作用类型传感器性能评估指标感知范围线性度灵敏度分辨力迟滞特性测量范围和精度的不同，技术复杂性和价格差异巨大传感器技术的突破将深刻影响物联网应用的广度和深度，极大丰富物联网的应用传感器发展趋势微型化、集成化、多样化、智能化感知技术-MEMS传感器15微机电系统微机电系统(MEMS)是指基于集成电路加工工艺，易于大规模生产的，集微结构（如微阀门、悬臂梁等）、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FBARRFfiltersSiliconmicrophonesMEMSTech3-AxisAccelerometer3-AxisMagneticfieldsensorTemperaturesensorProximitysensor…MEMSTech中国电信上海研究院中国电信上海研究院感知技术-位置感知16北斗于2015年3月开始走向全球覆盖（计划2020年实现），定位精度从10米提升至2.5米北斗的优势在于短报文通信能力及自主知识产权北斗的短报文通信能力对于通信运营商的影响：1)北斗定位+移动通信模式2）北斗定位+通信模式综合运用多种技术进行组合定位（例如WiFi定位+基于手机传感器的运动侦测+地磁）精确的室内地图、“基站”位置是辅助实现较高定位效果的重要基础指纹地图的绘制需投入大量精力并进行定期更新手机中的加速度计/陀螺仪/电子罗盘等被用于用户当前实时位置的计算中使用数据挖掘能力将数据转换成更精准的用户轨迹，实现定位的准确和连续(百度)绝对位置（GPS）相对位置（基站定位，WiFi定位等）室外定位室内定位卫星定位、移动网络定位等WiFi/蓝牙/地磁/RFID/Zigbee/光/计算机视觉等信号指纹法识别WiFi信号指纹、地磁信号指纹信标法识别小基站广播ID信号位置信息类型完整的室内定位技术是一套复杂的技术和运营体系卫星定位芯片和通信芯片的合而为一已经成为趋势中国电信上海研究院近距离通信17蓝牙低功耗IP支持手机支持蓝牙4.0中的蓝牙低功耗技术（BLE）在物联网中得到很多应用。蓝牙4.1：BluetoothSmart和BluetoothSmartReady角色可以在一个设备共存。蓝牙4.2(14年底)使得BluetoothSmart传感器通过IPv6/6LoWPAN直接接入互联网蓝牙在物联网的应用将在小规模组网（无大规模数据传输）、间歇式小分包传输、手机互联控制、长电池寿命和成本等方面保持了一定优势。（大规模组网能力较ZigBee弱，覆盖能力较WiFI等终端弱）WiFIWiFi相较蓝牙、ZigBee等技术，功耗较高；一些机构正在进行低功耗WiF技术的研究WiFi快速连接技术802.11ah标准制定：针对中低速物联网需求制定低频段、低功耗的无线局域网技术：(1)低于1GHz频段、容纳节点数更多、覆盖范围广（1公里）、100kbps、较低终端功耗(2)应用场景：传感器和智能抄表、传感器和智能抄表回传链路，以及WiFi覆盖扩展(3)标准估计在15年年底完成，最终批准时间计划在2016年初。可见光利用可见光波段的光作为信息载体，在空气中直接传输光信号的通信方式基于可见光发光二极管(LightEmittingDiode)比荧光灯和白炽灯切换速度快的特点对于遮挡性、抗干扰、安全性等尚未出现重大突破，目前仍未进入商用阶段工作在2.4GHz中国电信上海研究院传感网-综述18集成了传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过各种近距离通信技术互联而成的网络，通过传感器监控不同位置的目标对象状况（比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物）定义发展历程分类第一阶段点对点最简单形态第二阶段点对多点串并口网络第三阶段有线传感网现场总线等第四阶段无线传感网WSN数据传输带宽数据传输方式连接方式窄带传感网检测传感网有线传感网宽带传感网监控传感网无线传感网可以从多种维度进行分类虽然存在“广域传感网络”，但一般的传感网络表现为一种“局域网络”。目前传感网接入移动通信网络的应用场景主要以数据采集为主。传感网和具体的应用场景相关，尚未出现标准和技术统一的趋势。传感网-有线传感网19RS232RS485HARTOtherMODBUSCANBUS串并口网络工业总线光纤传感网多串口卡；距离短：最大传输距离15米；速率慢：最高传输速率20Kbps;传输距离为1200米左右，最高传输速率为10M，一般100米长最大传输速率仅为1M电力抄表系统广泛使用RS485标准。电表中经预留RS485接口，在RS485接口上加入数传设备，远程抄表系统就可以直接读取该电表中的数据而不必人工抄表。应用于电子控制器上的一种通用语言。不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。现场总线标准IEC61158标准，包括用于过程工业及制造业的多种主要现场总线协议,互不兼容多种现场总线并存，各种总线都有其应用的领域，大部分现场总线对实时性和可靠性要求较高，定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。ISO定义的串行通讯总线，设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。汽车制造业以及航空工业中受到广泛应用。对于卡车及客车，SAE在CAN的基础上定义了网络层和应用层，制定了J1939文档。乘用车除OBD外尚无统一标准各种标准并存并且都有自己的生存领域，还没有形成真正统一的标准用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART装置提供具有相对低的`带宽，适度响应时间的通信，成为全球智能仪表的工业标准。PROFIBUS-PA适用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域；LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet适用于楼宇、交通运输、农业等领DeviceNet、PROFIBUS-DP适用于加工制造业光纤传感器＋网络光纤传感网20传感网-无线传感网无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、以及交通控制等。传感器数据处理单元通信单元采用近距离无线通信技术，很多都具备“自组织”组网能力（Mesh）传感网SINK结点传感网结点WSN利用自组网的中继无线回程技术简化了传感器网络布放和维护难度ISA100.11a传感网-主要无线传感网协议应用层网络层介质访问控制层物理层短距离数据传输低能量消耗、低速率传输、低成本（低功耗）常常是自组织的（自组网）除了底层协议外，往往也包含应用层协议。无线传感网协议的特点应用层安全层（加密）网络层私有WSN协议IEEE802.15.4由于频段、应用场景、技术和成本要求的不同等原因国内外都存在不少私有协议21Z-wave专注于家庭控制应用市场（智能家居），在传输速率，可容纳节点数，开放性都弱于Zigbee。但由于结构更简单，成本更低，接收灵敏度更高，功耗也更低。因此对Zigbee形成了较大的竞争。WirelessHartWIA-PAZ-Wave私有WSN协议ZigbeeIEEE802.15.4无线个域网（WPANs）的短距离数据传输标准，把低能量消耗、低速率传输、低成本作为设计目标，提供无线低速互连能力。ZigBee基于IEEE，制定了网络层和应用子层规范，可支持各种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、短接入时延、低成本、大规模组网无线通信应用。是目前应用最为广泛的协议。HomeAutomation（智能家居）、SmartEnergy（智能