1.2
物联网工程关键技术
1.2.3射频识别关键技术
2.RFID的组成及工作原理 基本的RFID系统由三部分组成：标签(即射频卡)、阅读器、天线。 系统的基本工作流程是，阅读器通过发射天线发送一定频率的射 频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获 得能量被激活。射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出 去。系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器 传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主 系统进行相关处理；主系统针对不同的设定做出相应的处理和控制， 发出指令信号控制执行动作。图1-8为射频识别系统工作原理图。
图1-1 传感网、物联网和泛在网的关系
图1-2 传感器网络树状拓扑图
1.1认识物联网工程应用系统
1.1.2各种信息网络之间的关系
2.物联网 广义来讲，物联网是一个未来发展的远景，等同于“未来的互联 网”或者“泛在网络”，能够实现在任何时间、地点，使用任何网络 的任何人与物的信息交换以及物与物之间的信息交换。 狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局域网，不 论接入互联网与否，都属于物联网的范畴。 全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的基本特征，如图1-3所 示。
物联网工程布线技术
单元一
认识物联网工程
主要内容
1.1 认识物联网工程应用系统 1.2 物联网工程关键技术 1.3 物联网工程布线关键技术
重点
1.了解物联网基本概念 以及与互联网的关系； 2.了解物联网工程关键 技术和布线技术； 3.全面的认识物联网的 发展应用和布线技术。
1.4 物联网的发展和应用前景
特征 网络 物联网 传感网 互联网 泛在网 联接主体 人与物，物与物 物与物，人与物 人与人 人与人，人与物 物与物 信息采集 自动 自动 人工 自动，人 工 信息传输 数字化，网络化 数字化，网络化 数字化，网络化 数字化，网络化 信息处理 智能化 智能化 交换 智能化交换 社会状态 现实 现实 虚拟 现实，虚拟
知技术、传输技术、应用层支撑技术。其中与物联网起源密切
相关的两类感知技术为射频识别（RFID）技术和无线传感网 （WSN）技术。
1.2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物联网工程关键技术
1.2.1 物联网架构关键技术
物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层，如图1-6所示。 感知层由各种传感器 以及传感器网关构成，主 要功能是识别物体，采集 信息。 网络层由各种企业和 事业单位网络、互联网、 有线和无线通信网、网络 管理系统和云计算平台等 组成，负责传递和处理感 知层获取的信息。 应用层是物联网和用 户（包括人、组织和其它 系统）的接口。 图1-6 物联网感知层、网络层、应用层架构示意图
图1-4 泛在网业务架构示意图
1.1认识物联网工程应用系统
1.1.2各种信息网络之间的关系
4.各种信息网络之间的关系 传感网、物联网、泛在网各有定位，传感网是泛在网和物联网的 组成部分，物联网是泛在网发展的物联阶段。通信网、互联网、物联 网之间相互协同、融合是泛在网发展的目标。也就是说，通信网、互 联网、物联网各自的发展是泛在网初级发展阶段，泛在网的最终目标 是各种网络的高度融合和协同。 表1-1 各种网络技术特征对比表
应答器 读写器 计算机 射频前端 逻辑控制 存储器
图1-8 射频识别系统工作原理图
1.2
物联网工程关键技术
1.2.3射频识别关键技术
2.RFID的组成及工作原理 所有阅读器都有高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包 含发送器和接收器，发送器产生高频发射功率，启动射频卡并提供能 量，同时对发射信号进行调制，将数据传送给射频卡。接收器接收和 解调来自射频卡的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有 一些差异，图1-9为电感耦合系统的高频接口原理图 阅读器控制单元实现与应用系统软件进行通信，执行软件发来的 命令，控制与射频卡的通信过程(主-从原则)，进行信号的编解码。
1.2
物联网工程关键技术
1.2.2无线传感网关键技术
1.无线网络的选择 挑选无线网络时，带宽、传输距离以及功耗是三个主要考虑因素。 ZigBee已被证明是最适合用于无线传感器网络的无线技术，它拥 有250kbps的带宽，传输距离可达1km以上，并且功耗更小，采用普通 AA电池就能够支持设备在高达数年的时间内连续工作。 2.网络协议 无线传感器网络一般是由在空间分布的和独立的网络节点组成的。 节点包含有传感器来监控节点的物理或环境条件，如温度、声音、震 动、压力、运动或污染物等。每个节点通常带有无线电收发器或其他 无线设备通信设备以通过网络把传感数据传输给数据库和其他用户。 这样，无线传感器网络可以用于数据收集、目标跟踪以及报警监控等。 国际电气和电子工程师联合会(IEEE)的1451工作组(IEEE1451)建 立了一个智能传感器即插即用(plug-and-play)的标准，使所有符合 标准的传感器能和其它仪器和系统一起工作。
1.2
物联网工程关键技术
1.2.2无线传感网关键技术
无线传感器网络是一种由独立分布的节点以及网关构成的传 感器网络。安放在不同地点的传感器节点不断采集着外界的物 理信息，如温度、声音、震动等。相互独立的节点之间通过无 线网络进行通信。无线传感器网络的每个节点都能够进行采集， 数据的简单处理，还能接收来自其他节点的数据，并最终将数 据发送到网关。工程师可以从网关获取数据，查看历史数据记 录或进行分析。通常，一个典型的无线传感器网络节点的硬件 结构包括：传感器接口、ADC、微处理器、电源以及无线收发装 置。 无线传感网必须重点考虑网络选择，拓扑结构，功耗以及兼 容性。
1.1认识物联网工程应用系统
1.1.2各种信息网络之间的关系
4.各种信息网络之间的关系
图1-5 互联网、物联网、传感网等各种网络连接的架构示意图
1.2
物联网工程关键技术
IBM对智慧地球的3I描述是“更透彻的感知、更全面的互联 和更深入的智能”，对应了物联网感知、传输和应用3个层面。 而这3个“更”则对应着3个方面技术的应用和技术的进步：感
1.1认识物联网工程应用系统
1.1.2各种信息网络之间的关系
在信息技术行业，目前比较流行的网络概念主要有互联网、物联 网、传感网、泛在网等，这些概念和来源不同，内涵既有重叠。 1.传感网 传感网是由各种传感器（光、电、温度、湿度、压力等）与中低 速的近距离无线通信技术构成的一个独立的网络，是由多个具有有线 /无线通信与计算能力的低功耗、小体积的微小传感器节点构成的网 络系统，图1-2为传感器网络树状拓扑图。
星形拓扑 距离 复杂度 树形拓扑 可靠性 反应时间 网状拓扑
图例说明 网关 路由节点 终端节点
图1-7 传感网常用网络拓扑结构示意图
1.2
物联网工程关键技术
1.2.2无线传感网关键技术
4.系统功耗 无线传感器网络通常被放置在室外，无法进行长距离的布线，这 就牵涉到两个问题，一是信号的传输，二是设备的供电。信号传输问 题可以通过选择无线网络解决，设备供电问题，则必须考虑外部电源， 例如电池或小型发电设备。由于电池所能供应的电量有限，为了满足 设备长时间使用的要求，必须严格控制无线传感器网络节点的能耗。 所以用户一方面应选用ZigBee技术保证无线收发器的低功耗，同时， 在保证处理器性能的前提下，还应选择带有休眠功能并且工作能耗尽 可能低的处理器。 5.兼容性 无线传感器网络能够帮助工程师完成远程数据的采集以及后续数 据的分析、显示以及发布等功能。在一些工业应用中，更有可能将无 线传感器网络连接到多样的工业现场设备，进行协同工作。在这些情 况下，无线传感器网络必须具备良好的兼容性，实现与各种现场设备 的快速连接。
1.2
物联网工程关键技术
1.2.3射频识别关键技术
RFID是射频识别技术Radio Frequency Identification的缩写， 射频识别技术是一项利用射频信号，通过空间耦合(交变磁场或电磁 场)实现无接触信息传递，并通过所传递的信息进行识别的技术。 1.射频识别技术发展历史 1940-1950年，雷达的改进和应用催生了射频识别技术。 1950-1960年，早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实 验研究。 1960-1970年，射频识别技术理论得到了发展，开始一些应用尝试。 1970-1980年，射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各 种射频识别技术测试得到加速，出现了一些最早的射频识别应用。 1980-1990年，射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模 应用开始出现。 1990-2000年，射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别 产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。
1.5 典型行业应用案例 1.6 练习题
1.1认识物联网工程应用系统
在互联网、传感网、通信、射频识别等新技术的推动下，一种能 够实现人与人、人与机器、人与物、物与物之间直接沟通的物联网 （Internet of Things）已经全面深入我们的日常生活，推动社会向 前发展。 在互联网时代，不仅人与人之间的距离变小了，沟通和交流高效 快捷，而且快速改变了人们的生活方式和世界观。 在物联网时代，不仅物与物之间的距离变小了，实现了信息自动 采集、传输和相互控制，而且再次快速改变我们的生活方式，改变人 类对物质世界的认识和管理。 物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪 潮。国际电联曾预测，未来世界是无所不在的物联网世界，到2017年 将有7万亿传感器为地球上的70亿人口提供服务。一方面物联网可以 用于提高经济效益，大大节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏 提供技术动力。目前，美国、欧盟等都在投入巨资，深入研究探索物 联网，中国政府高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同 有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代 信息技术发展的政策措施。
1.1认识物联网工程应用系统
1.1.1物联网工程的相关概念