物聯網技術及應用《物聯網技術及應用》(第2版)教材簡介物聯網技術及應用主要內容引言教材基本情況第1版教材內容及特點第2版修訂原則第2版教材內容及特點本教材適應范圍物聯網技術及應用引言從新世紀初，物聯網就已經悄悄地進入了人們的視野，并在各行各業“初露鋒芒”。從射頻識別到傳感網技術從移動通信到網絡通信從“智慧地球”到“感知中國”從“E-社會”到“U-社會”從“人-人相通”到“物-物相聯”……構成了物聯網的基本框架！目前，國內外、各行業對物聯網高度重視，并把它作為技術發展的新引擎、開啟智慧和財富大門的金鑰匙！物聯網技術及應用物聯網并不是一門新技術，而是一種將現有的、遍布各處的傳感設備和網絡設施聯為一體的應用模式，是計算機、通信、互聯網、傳感網、大數據、云計算、人工智能、智能控制等多個學科技術的滲透與融合，是一個在近幾年形成并迅速發展的新概念和新產業，被稱為繼計算機、互聯網之后，信息產業的一次新浪潮。物聯網作為一個新生事物，正在快步向我們走來，開發應用前景巨大。目前，人們已經隨處都能夠感覺到它的存在。

如智能家居、智能交通、智能醫療、無人商場、各類電商平臺及APP平臺等。正所謂“一機在手

心想全有”....尤其是不平常的2020年，人們不用出家門，既做到了隔離防控疫情，又實現了工作和學習、生活兩不誤，這都得益于強大的物聯網系統。物聯網技術及應用教材基本情況教材名稱：《物聯網技術及應用》（第2版）編寫人員：本書主要由江南大學物聯網技術課程組教授、博士主編，另有招銀網絡科技（杭州）有限公司、西安華為技術有限公司、寧波高松電子有限公司等企業高級技術人員參與編寫。出版社：機械工業出版社（國家級出版社）發行時間：2020年6月物聯網技術及應用第1版內容及特點《物聯網技術及應用》（第1版）教材2012年8月由機械工業出版社出版發行，是一本普通高等學校教材，迄今已有八年多的使用時間。當時，物聯網概念剛剛興起，本教材用通俗易懂的語言和圖片，展示了物聯網技術和業務應用的巨大魅力，涵蓋了物聯網領域的各種新技術及典型應用。第1版共7章內容，包括：物聯網概述、感知與識別技術、無線傳感網技術、通信與網絡技術、智能處理技術、物聯網應用系統設計和物聯網的典型應用。本書自2012年出版發行以來，受到廣大師生及社會讀者的普遍青睞，反響較好。根據物聯網及信息技術不斷飛速發展的實際情況以及廣大教師、學生和讀者的教學和學習需求，2020年予以重新修訂。物聯網技術及應用第2版修訂原則去除個別略顯過時的概念和提法更新相關統計數據適當整合教材內容增加近幾年發展和新出現的先進技術和新應用。如5G、大數據、邊緣計算、人工智能以及智能制造等配套資料在原有多媒體課件的基礎上，增加了復習思考題及參考答案的內容物聯網技術及應用第2版教材內容及特點主要內容：共分8章第1章

物聯網概述物聯網的概念及屬性物聯網的體系結構物聯網的關鍵技術國內外物聯網的發展研究現狀。第2章

感知與識別技術智能傳感器及檢測技術自動識別技術條碼識別技術射頻識別技術無線定位技術第3章

無線傳感網技術WSN的特點及應用WSN的基本組成節點部署及基本結構協議體系結構關鍵技術。第4章

通信與網絡技術現場總線技術常用的5種短距離無線通信技術8種新一代無線通信和網絡技術等研究熱點第5章

數據處理技術自動控制和智能控制人工智能技術嵌入式系統技術微機電M2M技術智能制造技術第6章

云計算與大數據云計算邊緣計算大數據具體應用物聯網技術及應用第7章

物聯網應用系統設計物聯網應用系統的基本要求設計步驟和設計原則以基于M2M“智慧城市”平臺設計為例，介紹了物聯網具體應用系統的設計方法第8章

物聯網10種典型應用智能電網智能安防智能城市智能環境智能醫療智能農業智能交通智能物流智能家居智能旅游物聯網技術及應用新修訂（第2版）教材的特點結構模塊清晰，每章主要包括導讀、理論學習、小結和復習思考題等4個模塊。既有利于教師講解，也有益于學生學習。內容全面系統，從闡述物聯網的概念、屬性和體系結構入手；詳細分析了感知與識別技術，無線傳感網技術，通信與網絡技術，智能處理技術，云計算與大數據等物聯網的關鍵技術及物聯網應用系統的設計原則與思路；引用大量實例詮釋了物聯網在智能電網、智能家居、智慧城市等10大領域內的典型應用。敘述深入淺出，層次清楚，語言簡明，術語規范，在系統性、創新性、應用性、新穎性和前瞻性等方面形成特色。并在書的最后給出了物聯網常用術語和關鍵詞的英文縮略語及英中文對照表，便于讀者學習。配套資源實用，包括圖文并茂、言簡意賅、適用于多元化課堂教學的多媒體課件，和形式多樣的復習思考題及參考答案。復習思考題分為概念解釋題、填空題、簡答題和分析題等多種形式，涵蓋了教材的全部內容，供教師教學和學生學習時選擇參考。物聯網技術及應用教材適應范圍《物聯網技術及應用》（第2版）是一本關于物聯網基礎技術及應用的普通高等學校教材可以作為高等院校電氣信息類專業物聯網技術基礎、導論或物聯網技術相關課程的教材或教學參考書也可以作為相關機構物聯網技術培訓教材同時，對有一定信息網絡基礎并希望在物聯網技術方面有所提高的讀者，也是一本較為理想的參考讀物物聯網技術及應用由于物聯網技術仍處于快速發展階段，新理論、新技術、新設備以及新應用也不斷涌現，加之作者水平有限，書中難免出現錯漏或不妥之處，敬請使用本教材的老師和讀者批評指正，并提出寶貴意見。聯系電郵：xyqwx@163.com。謝謝！物聯網技術及應用第1章 物聯網概述【主要內容】物聯網的基本概念及演進物聯網的體系結構物聯網的關鍵技術國內外物聯網的發展現狀物聯網技術及應用1.1 物聯網的基本概念及演進物聯網概念的提出背景物聯網作為一個新生事物，和其它新事物一樣，也有其產生背景。美國IBM計算機公司前CEO郭士納總結了一個重要的觀點被多數專家認可，即：計算機模式每隔15年發生一次變革。1965年前后發生的變革以大型機為標志1980年前后以PC個人計算機的普及為標志1995年前后則發生了互聯網革命2010年又會是什么呢？專家、機構和業界人士普遍認為應該是將IT技術由人類引入物體的物聯網—萬物相聯的網絡，即“Internet

of

Things，IoT”物聯網技術及應用物聯網概念的演進過程1995年，比爾·蓋茨最早設計出了“物－物”相聯的物聯網雛形，只是當時受限于感知及無線網絡技術的發展，并未引起重視。1999年，美國麻省理工學院自動識別中心，提出了基于EPC系統、RFID技術和互聯網的“物聯網”構想，指出物聯網是指各類傳感器和現有互聯網相互銜接的一種新技術形式。2005年國際電信聯盟發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》2008年歐洲智能系統集成技術平臺在《物聯網2020》中分析預測了未來物聯網的發展階段。2009年美國政府首次提出了“智慧地球”的概念，其基礎和核心就是物聯網2010年中國政府提出建設“感知中國”中心，并在同年3月，在第十一屆全國人民代表大會第五次會議上，物聯網被首次寫入《政府工作報告》。自此，中國各行業物聯網的研究和發展如火如荼。物聯網技術及應用什么是物聯網物聯網（Internet

of

Things），即物-物相聯的互聯網主要內涵是利用互聯網將多種物體連接起來，能夠實現智能化的數據融合管理，通過網絡對物體進行實時監控，有效實現人與物、物與物的信息溝通和共享從用戶實體角度來看，物聯網就是“物-物”相聯、“物-人-信息-社會”相通、無處不在的智能化泛在網從技術角度來看，物聯網就是通過“物-物”互聯來實現對物理世界的感知，是通過智能終端、3C（Computer、Communication、Control）和Internet等多種技術的滲透、融合、集成、創新與應用，構造的一個覆蓋世界上萬事萬物的網絡，即物聯網AnythingAnyoneAnywhereAnytime圖1-3

萬物互聯的物聯網物聯網技術及應用IoT實質內容包括四個方面：通過嵌入在物品和設施中的感測設備，將現實的物質世界極大程度地數字化。通過對每一件物品的識別和預處理，將數據化的虛擬事物聯入信息網絡。利用信息技術對數據進行整理、加工、分析、融合和挖掘等智能處理。根據智能處理的結果，對物品做出管理和監控。是多個閉環組成的識別、處理、控制和智能服務系統。通信網、互聯網、傳感網和物聯網的關系通信網是人和人之間的信息傳輸網絡，互聯網是人類信息共享網絡，傳感網是通過多個傳感器組成的物體信息感知網絡；通信網和互聯網是“人-人”互聯與共享，傳感網是“物-物”互聯與共享。物聯網則是傳感網、通信網和互聯網的滲透與融合，重要的是感知，它是一個以感知為目的的共享網絡。物聯網技術及應用任何時間聯結Anytime任何物體聯結Anything任何地點聯結Anywhere在移動中在戶外及室內在夜晚在白天在移動中在戶外在室內(離開PC)通過PCPC之間聯結人與人之間（H2H）不通過PC聯結人與物之間（H2T）通過普通裝置聯結物與物之間（T2T）聯結圖1-4

物聯網的泛在性—三個維度信息世界物理世界RFID人機接口 智能卡條形碼傳感器圖1-5

物聯網的泛在性—物理世界和信息世界的互聯互通物聯網的泛在性物聯網時代，全球上可以實現任何人之間、任何人和任何物、在任何時間和任何地點的互聯互通，即可實現四A通信：Anyone，Anytime，

Anywhere，Anything物聯網的泛在性預示著真實的物理世界與虛擬的信息世界之間共生的互聯互通物聯網技術及應用從Internet到IoT用戶連接Internet服務連接Internetof

Services物體連接Internetof

Things應用規模199820062009物體連接Internetof

Things物體定位目標跟蹤環境感知智能家居虛擬現實智能計算人工智能…2017物體定位目標跟蹤環境感知智能家居虛擬現實智能計算…商務在線網絡銀行政務在線在線點播在線支付…網上瀏覽電子郵件…時間圖1-6

物聯網的泛在性—從Internet到IoT物聯網的泛在性將使人類由Internet進入IoT，由“E社會”進入“U社會”。E社會—電子社會(Electronic

Society)

。自從Internet誕生特別是電子商務和電子金融出現后，傳統社會便轉型為電子社會。特點是可實現“三A通信

(Anyone，Anytime，Anywhere）”

。U社會—泛在社會(

Ubiquitous

Society

)，可實現“四A通信(Anyone，Anytime，

Anywhere，

Anything

)”，即把社會中所有的物體都可以納入通信的對象。物聯網技術及應用IoT實質內容包括四個方面：通過嵌入在物品和設施中的感測設備，將現實的物質世界極大程度地數字化。通過對每一件物品的識別和預處理，將數據化的虛擬事物聯入信息網絡。利用信息技術對數據進行整理、加工、分析、融合和挖掘等智能處理。根據智能處理的結果，對物品做出管理和監控。是多個閉環組成的識別、處理、控制和智能服務系統。通信網、互聯網、傳感網和物聯網的關系通信網是人和人之間的信息傳輸網絡，互聯網是人類信息共享網絡，傳感網是通過多個傳感器組成的物體信息感知網絡；通信網和互聯網是“人-人”互聯與共享，傳感網是“物-物”互聯與共享。物聯網則是傳感網、通信網和互聯網的滲透與融合，重要的是感知，它是一個以感知為目的的共享網絡。物聯網技術及應用物聯網的基本特征與屬性表1-1

物聯網的基本特征和屬性基本特征“物”可以是現實物體，也可以是虛擬物體“物”有身份，可以自動地識別出來“物”在環境中是安全的“物”通過協議與其它物體、設施通信“物”包含著現實世界與虛擬世界的交流共同特征“物”利用自己的服務類型作為與其它物體的接口“物”與“物”之間競爭資源、服務“物”安裝著傳感器，可以和環境互動社會型“物”的特征“物”可以和人及其它的物體、計算機設備交流“物”之間可以合作，形成團體或網絡“物”可以發起交流通信自動化“物”的特征“物”可以自動處理任務“物”可以協商、理解、適應所在的環境“物”可以從環境中提取所需的模式，或者向其它物體學習“物”可以通過自己的理解能力做出決定“物”可以有選擇地處理和傳播信息物體的自我復制和控制能力“物”可以制造、管理、毀壞其它物體物聯網技術及應用物聯網的體系結構根據物聯網的本質屬性和應用特征，其體系架構可分為三層：感知層（底層）、網絡層（中間）和應用層（頂層）“感”—感知層，即全面的信息感知，是物聯網的皮膚和五官，通過傳感器、RFID、智能卡、條形碼、人機接口等多種信息感知設備，解決數據獲取和入網問題“知”—網絡層，是物聯網的神經中樞和大腦，解決信息的可靠傳輸和智能處理，“行”—應用層，即各行各業的應用平臺，相當于物聯網的社會分工，主要解決信息智能處理和人機界面的問題物聯網技術及應用物聯網的關鍵技術物聯網應用支撐平臺移動通訊、互聯網和其它專網下一代承載網M2M無線接入移動通訊網互聯網低速和中高速短距離傳輸技術數據融合和接入傳

感

器條形碼RFID多媒體信息應用層自組織網技術協同信息處理技術傳感網中間件技術數

據

采

集網絡層感知層標識解析安全技術QoS管理網絡控制公共技術GPS……物聯網管理中心信息共享與交互平臺專家系統平臺云計算平臺行業服務支撐平臺物

聯

網

應

用智能電網 智慧交通 智能家庭 智能物流 智能環保智慧醫療 智慧農業 智慧城市 智能工業 智慧旅游……………標準管理互通互通異構網融合資源和存儲管理專用網絡遠程控制表1-2

物聯網的關鍵技術技術層次關鍵技術智能處理技術智能控制、人工智能、嵌入式系統、云計算邊緣計算、大數據、區塊鏈、智能制造等高端數據處理技術。網絡傳輸技術互聯網、M2M、5G/移動通信網、無線寬帶網、GIS/GPS等融合和接入技術現場總線(有線），藍牙、Wi-Fi、ZigBee、無線傳感網等短距離無線通信技術感知和識別技術傳感器、RFID、條形碼、各種智能卡、攝像機等物聯網技術及應用智能芯片執行器感知和識別技術概念：感知和識別技術是指對各類物體的識別和信息獲取技術，是物聯網的信息源頭和最底層的核心技術。特點是利用多種傳感器、RFID、條形碼、攝像頭、智能設備等來全面感知物體的各種信息，具有節點數量多、成本低、計算能力弱等特點。傳感器：是能夠感受表征物體特征的非圖1-10

機器人五官傳感器電物理量（如溫度、壓力等），并按照一定規律轉換成易于測量、傳輸和處理的電量（如電流、電壓等）的一種器件或裝置。主要完成信息檢測任務，相當于物聯網的“神經元”。條形碼：是指由一組規則排列的條、空及其對應字符組成的標識，用以表示商品信息，是識別商品的“身份證”和進入國內外市場的通行證。物聯網技術及應用條形碼編碼原則：遵循全球唯一性原則。有三種：一維條碼、二維條碼和三維條碼。一維條形碼：只是在一個方向（一般是水平方向）表達信息，而在垂直方向則不表達任何信息。特點是信息錄入快，差錯率低，但數據容量較小，容易損壞且不能還原。二維條形碼：在水平和垂直方向的二維空間都存儲信息。其特點是信息密度高、容量大，能防錯糾錯，即使部分損壞，也能將正確的信息還原出來，且適于多種閱讀器。三維條碼：在二維條碼的基礎上，加入色彩或者灰度作為第三維，得到不同灰度或者具有不同色彩的三維條碼。具有明顯的優點，存儲信息量大，清晰度，質量高等。應用：條形碼技術泛用于商業、圖書、郵政、倉庫、工業、農業、交通等多個領域，在當今自動識別技術中仍占有重要地位。二維條碼一維條碼圖1-11

一維條碼和二維條碼圖標圖1-12

三維條碼外形圖物聯網技術及應用名稱速率距離頻段GPRS/GSM幾十至一百k

bps全球漫游4G手機網5G手機網最高100

Mbps左右0.1~1Gbps全球漫游全球漫游1880~2690MHz3~5GHzWi-Fi10~100M

bps50米以內2.4GHz藍牙bps15米以內2.4GHzZigBee250k

bps1000米以內2.4GHzUWB100Mbps~1Gbps10米以內3.4~4.8

GHzRFID：俗稱電子標簽組成：標簽（射頻卡）、閱讀器、天線。原理：是利用無線射頻信號通過空間交變電磁場耦合原理，實現非接觸、雙向通信和信息的自動識別。網絡傳輸技術網絡傳輸技術：主要是指各種信息與互聯網的組網、融合、傳輸和接入技術。包括移動4G/5G、Internet

、Wi-Fi、ZigBee、藍牙技術、異構互聯、協同技術、M2M等。從信號傳遞的形式來說分為有線網絡及無線網絡。有線網絡：互聯網、有線電話網（電信網）、有線電視網、現場總線等無線網絡：根據不同的應用有多種，如手機/GPRS網絡、Wi-Fi、ZigBee、藍牙等。表1-3

無線通信網絡比較物聯網技術及應用無線傳感網技術無線傳感器網絡（Wireless

Sensor

Network，WSN），簡稱無線傳感網。WSN：是由有限或無限多個體積小巧的傳感器節點組成，可以感受環境參數變化，每一個節點都是微微型計算機，可以將收集到的信息轉化成為數字信號，通過自組織無線網絡發送給具有更大處理能力的服務器。智能處理技術智能處理技術：是利用智能控制、嵌入式系統、云計算、大數據、區塊鏈、人工智能和智能制造等高端智能技術，完成各種智能計算、海量數據挖掘與處理和智能化控制等智能服務功能。智能控制：就是通過智能機自動地完成其目標的控制過程。嵌入式系統：是嵌入到對象體系中的專用計算機系統。云計算：是一種海量數據并行運算體系。大數據：是指所涉及的數據規模非常巨大，需要通過新處理模式才能使之成為人類所能解讀的數據集合。人工智能：是研究使計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學習、推理、思考、規劃等）的技術。物聯網技術及應用物聯網、云計算、大數據、人工智能的遞進關系物理實體物聯網云計算大數據人工智能信息知識智慧采集和數字化 承載和支撐挖掘和分析 學習和理解數據 模式物聯網：解決的是感知真實的物理數據，也就是將物理實體數字化；云計算：解決的是提供強大的能力去承載這個數據；大數據：解決的是對海量數據進行挖掘和分析，把數據變成信息；人工智能：解決的是對數據進行學習和理解，把數據變成知識和智慧。在這四個層次中，物聯網是在數據的采集層，云計算是在承載層，大數據是在挖掘層，人工智能是在學習層，所以它們是層層遞進的關系。物聯網技術及應用安全技術安全威脅系統漏洞病毒入侵黑客攻擊安全技術措施：主動防御安全免疫網絡國內外物聯網發展現狀（略）物聯網技術及應用本章結束！本章小結本章主要學習物聯網的基本知識，包括物聯網基本概念、實質內涵、基本特征與屬性，以及物聯網與通信網、互聯網、傳感網的關系；物聯網的演進過程、國內外研究和發展現狀，簡要分析了物聯網的三層體系結構和五大關鍵技術。需要掌握和物聯網相關的一些關鍵詞，如感知、識別、跟蹤、定位、泛在、RFID、EPC、WSN、M2M、傳感網、網絡通信、無線通信、移動通信、4G/5G、云計算、大數據、區塊鏈、人工智能、智能制造等。為后續章節的學習奠定基礎。物聯網技術及應用第2章 感知與識別技術【主要內容】傳感器及檢測技術自動識別技術條碼識別技術射頻識別技術無線定位技術物聯網技術及應用傳感器及檢測技術傳感器原理及應用普通傳感器組成：傳感器一般由敏感元件、轉換元件和變換電路3部分組成。敏感元件被測量標準電量轉換元件變換電路顯示器記錄儀數據處理儀器非電量電量輔助電源敏感元件：直接感受被測量并輸出與被測量性質相同、有確定關系的物理量的元件。轉換元件：傳感器的核心元件，它把敏感元件感知的非電量轉換為電信號。變換電路：將轉換元件輸出的電量，變換成適用于傳輸或測量的標準電信號。實際上，有些傳感器很簡單，僅由一個敏感元件（兼作轉換元件）組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感原件和轉換元件組成，沒有轉換電路。物聯網技術及應用應用：傳感器一般由敏感元件、轉換元件和變換電路3部分組成。控制算法約束條件系統輸入控制變量控制和調節命令被控對象執行器控制器人機界面(HMI)遠程診斷與維護傳感器

系統輸出外界干擾信息獲取的關鍵設備IED、RTU出口開關、繼電器等PLC、IPC、單片機、觸摸屏被測量物聯網技術及應用幾種現代傳感器微型傳感器通過MEMS加工技術產生的新一代傳感器件，具有集成化、信噪比高、靈敏度高、微型化、低成本等特點，可以極大地提高傳感器性能。面積大多在1mm2以下，體積只有傳統傳感器的幾十分之一乃至幾百分之一，質量從千克級下降到幾十克乃至幾克。在許多領域得到了越來越廣泛的應用。目前常用的有力和壓力微傳感器、速度與加速度微傳感器、熱微傳感器、磁微傳感器、化學微傳感器、生物微傳感器、光電微傳感器、以及聲表面波微傳感器等。智能傳感器是傳感器集成化與微處理機相結合的產物，具有信息采集、處理和交換能力。將傳感器敏感元件、信號調理電路、微處理器及數字信號接口電路集成在一塊芯片上構成。敏感元件信號調理電路被測量MPUA/D轉換智能算法數據信號接口物聯網技術及應用數字傳感器是基于模擬傳感器基礎上，集成了A/D轉換器、CPU處理等相關功能模塊，輸出為數字量(或數字編碼)的傳感器。主要由模擬傳感器、放大器、A/D、CPU、存儲器、通信接口電路等組成。模擬傳感器被測量放大器A/D轉換標準通信接口再現信號脈沖數出數字濾波及線性化處理CPU控制入口一體化傳感器將若干種敏感元件組裝在同一種材料或單獨一塊芯片上的一體化傳感器。突出特點：能同時實現多種物理量的檢測功能網絡化傳感器是利用TCP/IP協議，使現場測控數據就近接入網絡，并與網絡上有通信能力的節點直接進行通信，實現數據的實時發布與共享。物聯網技術及應用智能檢測系統組成：

傳感器、調理電路、信號轉換電路（A/D、D/A及其它轉換元件）、微處理器（單片機、微控制器、DSP）、信號的傳輸及接口電路（RS232、RS485、現場總線或Ethernet/Internet等）類型：以單片機為核心的智能檢測儀器、以PC機為核心的自動測試系統和專家系統結構形式：集中式和分布式兩種傳感器被測量信號調理電路數據處理儀器數據顯示裝置電源物聯網技術及應用微處理器鍵盤、顯示、打印等A-D轉換信號預處理傳感器1傳感器2傳感器n…數字接口數 數字 字傳 傳感 感器 器1 2數字傳感器m…多路轉換開關圖2-7

集中式智能檢測系統主計算機IPC人機口其它I/O口上一級SCADA分機1單片機系統A-D轉換信號預處理傳 傳 傳感感

感器器…

器

1

2 n分機2單片機系統A-D轉換信號預處理傳 傳 傳感感

感器器…

器

1

2 n分機n單片機系統A-D轉換信號預處理傳 傳 傳感感

感器器…

器

1

2 n通信接口RS-232/RS-485/RS-422/UBSBUS…圖2-8

典型的分布式智能檢測系統物聯網技術及應用應用系統軟件(Application

Software)應用程序接口API中間件(Middleware)自動識別系統(AIDS)基本類型及發展：磁卡識別技術→

IC卡技術→光學字符識別技術→生物識別技術語音、指紋、人臉、視覺等識別技術打印機、復印機掃描儀、數碼相機各種智能卡：金融、交通、通訊、醫療、身份證明等眾多領域2.2 自動識別技術概述定義：自動識別技術就是應用一定的識別裝置，通過識別裝置與物品的接近，自動地獲取被識別物品的相關信息，并提供給后臺的計算機處理系統來完成相關后續處理的一種技術。簡單模型：物聯網技術及應用磁卡識別技術磁卡識別技術是最早使用的卡類信息識別技術，是以具有信息存儲功能的特殊材料，如液體磁性材料或磁條為信息載體，將磁性材料涂印在基片上（如存折），或將寬約614mm的磁條壓貼在基片上（如常見的銀聯卡）通過高溫熱壓縮形成的一種卡片狀的磁性記錄介質，與各種讀卡器配合使用。根據使用基片材料的不同，磁卡可分為PET卡、PVC卡和紙卡三種；視磁層構造的不同，又可分為磁條卡和全涂磁卡兩種。優點：可方便地寫入、儲存、改寫信息內容，具有可靠性強、記錄數據密度大、誤讀率低，信息輸入、讀出速度快，信息讀寫相對簡單容易，使用方便，成本低等，從而較早地獲得了發展。缺點：信息存儲量小、保密性差，需要計算機網絡或中央數據庫的支持等。物聯網技術及應用IC卡識別技術將集成電路芯片鑲嵌于塑料基片的指定位置上，利用集成電路的可存儲特性，保存、讀取和修改芯片上的信息。類型：卡內嵌裝的芯片不同分為：存儲器卡、邏輯加密卡和CPU卡3種。存儲器卡：適合于僅以IC

卡作為數據的轉存介質或有軟件加密而不擔心被篡改的系統，價格較低；邏輯加密卡：通過設置卡上的密碼區域來控制卡的讀寫，價格適中，目前應用數量最大；CPU卡：又名“智能卡”，集成電路中帶有微處理器，自身就可以進行數據計算和信息處理，同時能夠利用隨機數和密鑰進行卡與設備的相互驗證，安全性高。按照數據傳送形式不同，分為IC卡有接觸式和非接觸式兩種。接觸式IC卡的芯片金屬觸點暴露在外，可以直觀看見，數據存儲在卡體內嵌的集成電路中，通過芯片上的8個觸點可與讀寫設備接觸、交換信息。目前使用的IC卡多屬這種。非接觸式IC卡，又稱“無觸點IC卡”或“射頻卡（FR卡）”，由IC芯片、感應天線組成，封裝在一個標準的PVC卡片內，芯片及天線無任何外露部分。物聯網技術及應用光學字符識別技術光學字符識別(OCR)：是指通過電子設備，如掃描儀或數碼相機等，對文本資料進行掃描，然后對圖像文件進行分析處理，獲取文字及版面信息的過程。具體含義：利用掃描儀或數碼相機檢查紙上打印的字符，通過檢測光線暗、亮的模式確定其形狀，然后用字符識別的方法將形狀翻譯成計算機文字。識別過程：圖像輸入、預處理、版面分析、字符切割、字符識別、后處理，最后經人工文稿校正，輸出結果。對比識別特征提取圖像及文本輸入預處理獲取識別特征數據庫版面分析字符切割后處理人工校對識別結束識別確認或糾錯去噪、傾斜校正、二值化等物聯網技術及應用生物技術生物識別技術：是指依靠人的身體特征來進行身份驗證的對人的自動識別方法。身體特征：包括指紋、聲音、面部、骨架、視網膜、虹膜和DNA等人體的生物特征，以及簽名的動作、行走的步態、擊打鍵盤的力度等個人的行為特征。常用的有：語音識別、指紋識別、人臉識別、視覺識別等技術。人臉識別語音識別DNA識別難易程度圖2-14

幾種常見生物識別技術物聯網技術及應用條碼識別技術條碼技術：將多個黑色條和空白條，按照一定的編碼規則排列，用以表達一組信息的圖形標識符。條形碼的編碼遵循唯一性原則條碼的類型及特點一維條碼只是在一個方向（一般是水平方向）表達信息二維條碼是一種在水平和垂直方向的二維平面均能存儲信息的條碼技術三維條碼是近幾年在二維條碼的基礎上研發的新型條碼技術不同灰度或者不同色彩的平面三維條形碼物聯網技術及應用射頻識別技術射頻識別（RFID）技術，俗稱電子標簽RFID是一種非接觸、雙向通信、簡單方便的自動識別技術系統的組成：電子標簽（Tag）、閱讀器（Reader）、射頻天線(Antenna)以及后臺處理計算機（Processor）4部分組成工作原理：利用無線射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息采集和傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別特定目標并讀寫相關數據的目的RFID2閱讀器天線(Antenna)3電磁波1●●電子標簽（Tag

）●●

1電子標簽（Tag）（Reader）RS-485

或RS2321●●電子標簽（Tag

）4后臺處理器（Processor）物聯網技術及應用分類方式種類說

明供電方式無源卡卡內無電池，利用波束供電技術將接收到的射頻能量轉化為直流電源為卡內電路供電，作用距離短，壽命長，對工作環境要求不高有源卡卡內有電源，作用距離較遠，壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環境下工作載波頻率與作用距離低頻卡（LF）主要有125kHz和134kHz兩種，常用于短距離、低成本應用中，如門禁、貨物跟蹤等。高頻卡（HF）頻率為13.56MHz，用于門禁控制和需傳送大量數據的應用系統。超高頻卡（UHF）頻率為433

MHz、915

MHz、2.45

GHz、5.8

GHz等，應用于需要較長讀寫距離和高讀寫速度的場合，如火車監控、高速公路收費、以及供應鏈管理。調制方式主動式用自身的射頻能量主動地發送數據給閱讀器。被動式使用調制散射方式發射數據，它必須利用閱讀器的載波調制自己的信號。耦合情況與作用距離密耦合卡作用距離小于1cm近耦合卡作用距離小于15cm疏耦合卡作用距離約1m遠距離卡作用距離從1~10m，甚至更遠芯片只讀卡只讀，唯一且無法修改的標識、價格低讀寫卡可擦寫，可反復使用，價格較高CPU卡芯片內部包含CPU、存貯單元、I/O接口單元。存儲容量大，可重復使用，價格高。表2-4

電子標簽的分類物聯網技術及應用通信接口收發模塊發射機Transmitter接收機Receiver其它I/O接口控制模塊編/譯碼器MEMALU串行接口網絡接口數據交換管理系統天線接口電路圖2-36

閱讀器組成示意圖表2-5

REID技術與傳統條碼識別技術比較

條碼RFID掃描方式1次掃描1個條碼可同時辨別和識讀數個RFID標簽數據量標簽存貯信息有限標簽體積小型化，形狀多樣化、數據記憶量大使用條碼印刷后無法更改可重復讀、寫、修改數據抗污染能力和耐久性受污染及潮濕影響嚴重對水、油化學藥品抵抗力強，數據存貯在芯片中，幾乎不受影響讀取距離近距離且無物體阻擋能夠進行穿透性閱讀和識別識別速度低快成本低高物聯網技術及應用RFID中間件：連接RFID閱讀器和用戶應用程序的一組通用的應用程序接口（API）。RFIDReader

1RFIDReader

2RFIDReader

n…讀寫適配器事件管理器應用程序接口客戶1客戶2客戶n…網絡接口網絡接口RFID閱讀器RFID中間件企業應用圖2-38

RFID中間件結構示意圖讀寫適配器：是提供一種通用標準的閱讀器應用接口，來消除不同閱讀器與API之間的差別。事件管理器：是進行數據預處理，按照規則取得制定的數據。應用程序接口：是提供一個基于標準的服務接口，為RFID數據的收集提供應用程序層語義，以滿足大量應用的需要。物聯網技術及應用低 頻高 頻超高

頻微 波工作頻率125～134

kHz13.56

MHz868～915

MHz2.45～5.8

GHz讀取距離（美國）（美國）速度慢中等快很快潮濕環境無影響無影響影響較大影響較大方向性無無部分有全球適用頻率是是部分部分現有ISO標準11784/85，1422314443，18000-3，1569318000-618000-4/555表2-6

RFID系統主要頻段標準與特性RFID技術標準3個主要的技術標準體系：國際ISO/IEC、美國EPC

global和日本Ubiquitous

ID。物聯網技術及應用ISO/IEC

國際標準體系標簽驅動應用層命令與響應空中接口協議閱讀器應用程序應用層數據編碼數據協議與處理數據壓縮與轉換邏輯內存器

ISO/IEC15961

ISO/IEC15962

ISO/IEC24753

ISO/IEC1800-n(n=1-7)空中硬件/軟件標簽編碼ISO/IEC15963接口圖2-39

ISO/IECRFID標準體系框圖EPC

global美國標準體系安全認證標準CP 譜系標準PS（Certificate

Profile） （PedigreeStandard）發現服務DS（Discovery

Services）對象名解析服務ONS(ObjectName

Services)EPC信息服務EPCIS 核心業務詞匯CBV（EPC

Information

Services） （CoreBusinessVocabulary）數據交換層中間件ALE（Applicationlevel

Events）組網和初始化 閱讀器管理標準RM（Discovery,Configuration

&

Initialisation） （Reader

Management）底層閱讀器協議標準LLRP 閱讀器協議標準RP（LowLevel

Reader

Protocol） （Reader

Protocol）數據獲取層RFID標簽協議UHF

Gen2 RFID標簽協議HF

Gen2（TagProtocolUHFClass

1

Gen2） （TagProtocolHFClass1

Gen2）RFID標簽數據標準TDS RFID標簽數據轉換標準TDT（Tag

Data

Standard） （TagData

Translation）數據識別層圖2-40

EPCglobal

RFID標準框架物聯網技術及應用RFID的典型應用應用領域具體應用物流業RFID技術為物流過程中的貨物清點、查詢、發貨、追蹤、倉貯配送、港口、郵政、快遞等跟蹤、管理及監控提供了快捷、準確、自動化的手段。以RFID技術為核心的集裝箱自動識別，成為全球范圍最大的貨物跟蹤管理應用領域。隨著RFID技術在開放的物流環節統一表針的研發，物流業將成為RFID技術重要的收益行業。交通系統RFID技術可用于智能交通管理，出租車管理，公交樞紐管理，鐵路機車識別等。鐵路車號自動識別是RFID技術最普遍的應用，高速公路自動收費系統是RFID技術最成功的應用之一，它充分體現了非接觸識別的優勢，解決了交通瓶頸問題，提高了車行速度和收費結算效率，避免擁堵。零售業RFID技術可用于商品的銷售數據實時統計、補貨、防盜、結算等。電子錢包、電子票據、電子證件等射頻識別卡是RFID技術的一個重要應用，可用來制作電子錢包實現非現金結算。也可用來制作各種電子票據和用于身份識別的電子護照、身份證、學生證等各種電子證件。使用方便快捷加工制造業實現實時監控、質量追蹤、品牌管理、自動化生產。提高生產效率，節約成本。動物跟蹤管理采用RFID技術建立飼養、預防、接種檔案等，實現動物訓養、牲口畜牧、寵物識別等自動化跟蹤與管理，同時為食品安全提供了保障。還可用于信鴿比賽、賽馬識別，以準確測定到達時間。醫療RFID技術可用于病人健康實時監測、遠程診斷、身份識別和管理，嬰兒防盜等。防偽RFID標簽可用于貴重物品的防偽，票證的防偽等。食品RFID技術可用于水果、蔬菜、生鮮、食品等跟蹤與保鮮管理。圖書RFID技術可用于書店、圖書館、出版社等圖書的跟蹤、分類與管理。物聯網技術及應用無線定位技術無線定位技術：是指用來判定移動用戶位置的測量和計算方法，即通過對接收到的無線電波的一些參數進行測量，再利用定位算法計算出被測目標的具體位置。室外GPS定位技術GPS系統組成：由以下3個獨立的部分組成。宇宙空間部分：由24顆人造衛星構成，其中21顆工作衛星，3顆備用衛星。24顆衛星均勻分布在6個軌道面上，每個平面4顆衛星，使得地球表面任何地方在任一時刻都有至少6顆衛星在視線之內，從而達到準確定位和跟蹤。地面監控系統：由1個主控制站（位于美國科羅拉多州）、6個監測站、4個地面天線組成。負責收集由衛星傳回的信息，并計算衛星星歷、相對距離、大氣校正等數據。用戶設備部分：即GPS信號接收機。包括硬件和軟件以及GPS數據的后處理軟件包，其硬件一般由主機、天線和電源組成。主要功能是接收GPS衛星發射的信號，以獲得必要的導航和定位信息，經數據處理，完成導航和定位工作。物聯網技術及應用GPS導航系統基本原理當用戶接收機捕獲到跟蹤的衛星信號后，就可測量出接收天線至衛星的“偽距離”和距離的變化率，然后綜合多顆衛星的數據解調出衛星軌道參數等數據；根據這些數據，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地的位置信息，包括經緯度、高度、速度、時間等，并根據周圍環境和路線標志給予語音和圖形提示。GPS定位原理基于到達時間原理和空間距離后方交會的方法確定目標位置。由圖中四個方程即可解算出待測點的坐標(x0,y0,z0)2221 01 01 01 02222 0 2 0 2 0 2 032224 0 4 04 04 0)

(y

y)

(z

z)

c(VtVt

)d1

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c(VtVt

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(y

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z)2

c(VtVt

)3 0 3 0 3 0 3 0d4

(x

x)

(y

y)

(z

z)

c(VtVt

)待測點xyz(x0,y0,

z0).物聯網技術及應用室內定位技術紅外線/超聲波測距定位技術ZigBee/UWB定位技術RFID定位技術Wi-Fi/藍牙定位技術基于計算機視覺定位光跟蹤定位基于圖像分析的定位技術信標定位三角定位技術定位主機紅外發射定位

從機1超聲發射1定位從機2超聲發射2定位

從機3超聲發射3發射紅外編碼指令固定點1固定點2固定點3待測點d1d2d3圖2-46

IR-UW結合定位原理物聯網技術及應用本章結束！本章小結本章主要學習物聯網的底層技術，即感知與識別技術，是本課程的重點內容之一。內容包括：傳感器的組成、工作原理、作用，及微型傳感器、智能傳感器、數字傳感器、一體化傳感器、網絡傳感器等現代傳感器的特點；自動檢測系統的組成及各部分的功能；自動識別技術的基本原理及常見的幾種識別技術的特點及應用；；RFID的組成及功能，RFID系統的工作原理、特點、標準體系及應用；GPS導航及常用幾種定位技術的原理及特點。物聯網技術及應用第3章 無線傳感網技術主要內容WSN概述WSN的基本結構WSN的協議體系結構WSN的關鍵技術物聯網技術及應用3.1 WSN概述3.1.1

無線傳感器網絡WSN概念：無線傳感器網絡（WSN），簡稱無線傳感網，是一種通過大量低成本、資源受限的傳感節點協同工作，實現某一特定任務的多跳自組織網絡。作用：主要用于周邊環境溫度、燈光、濕度等參數感知與監控，大氣污染程度的監測，建筑結構的完整性檢測，家庭環境情況監控，機場、商場、體育館等公共場所化學、生物威脅的檢測與預報等方面。WSN特點計算和存儲能力有限較強的自組織性和動態性網絡規模大和節點密度高具有較強的可靠性和魯棒性貼近應用以數據為中心物聯網技術及應用WSN應用前景目前WSN應用主要集中在以下領域：環境的監測和保護醫療衛生護理軍事領域家庭自動化其它用途，如礦井、核電廠等危險的工業環境物聯網技術及應用互聯網/衛星通信/移動通信網sink/網關/基站監控區域數據鏈路監控中心(軟件)Ethernet傳感器節點管理節點匯集節點圖3-1

無線傳感器網絡的組成WSN的基本結構基本組成三部分：傳感器節點（

Sensor

）、匯集節點（Sink）（網關/基站）和管理節點（監控中心）傳感器節點：隨機分布自組織構成網絡，感知環境信息，多跳路由到匯集節點。網關：是網絡協調員，負責監控中心認證和消息緩沖，并連接有線以太網絡；同時將接收到的數據進行融合、壓縮及異構互聯；最后通過Internet、衛星通信、移動通信等方式傳送到監控中心。監控中心：對數據進一步加工、分析、處理和顯示；同時，用戶也可以通過監控中心發布控制命令，通知傳感器節點收集指定區域的監測信息。數據鏈路：由監測區域中的部分節點組成，直接將數據傳送至Sink，最終傳送到監控中心。物聯網技術及應用傳感器節點組成：是一種微型嵌入式設備，主要由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊、電源模塊和其它外圍電路組成。電源模塊微處理器存儲器處理器模塊傳感器模塊傳感器A/D轉換器無線發送器無線接收器無線通信模塊傳感器模塊：各種傳感器和A/D轉換器，用于監控區域內眾多環境數據的采集和轉換；處理器模塊：是節點的核心，用于完成數據處理、數據存儲、執行通信協議和節點調度管理等工作。無線通信模塊：負責和其它節點進行數據交換，包括數據的無線發送、接收和傳輸等通信任務。電源模塊：是所有電子系統的基礎，電源模塊的設計直接關系到節點的壽命，一般采用微型電池。物聯網技術及應用3.2.1 節點部署

節點部署：就是在指定的監測區域內，通過適當的方法布置傳感器節點，以滿足某種特定需求。一般通過一定的算法來實現，以期WSN在未來應用中獲得最大的利用率或單個任務的最少能耗。應考慮的問題：如何實現對監測區域的全覆蓋并保證整個網絡的連通性如何減小系統消耗，最大化延長網絡壽命當網絡中有部分節點失效時，如何對網絡進行重新部署節點部署算法三類：移動節點部署算法、靜止節點部署算法和異構/混合節點部署算法。移動節點部署算法增量式節點部署算法基于虛擬力的算法基于網格劃分的算法基于概率檢測模塊的算法靜止節點部署算法確定性部署算法自組織部署算法異構/混合節點部署算法傳感網技術主要以同構節點(同一類型)的傳感網作為研究對象；在實際應用中，可能會引入一些不同類型，但性能更優的異構節點，提高傳感網的數據傳輸功率，而且能有效地延長網絡壽命。物聯網技術及應用節點部署評價指標信息采集的完整性和精確性信息可傳輸性系統能耗(網絡壽命)節點部署算法的評價指標覆蓋性：

主要包括覆蓋程度、覆蓋時間和覆蓋盲區。連通性：主要包括整個網絡連通和路由連通。能耗性：主要包括網絡覆蓋所需的能耗和網絡連通所需的能耗。物聯網技術及應用3.3 WSN的協議體系結構3個模塊組成：由網絡通信協議模塊、傳感網管理模塊、應用支撐技術模塊。網絡通信協議模塊傳感網管理模塊應用支撐技術模塊分布式網絡服務接口 分布式網絡管理接口應用層時間同步 節點定位能量管理網絡/安全管理移動控制/遠程管理傳輸層傳輸控制拓撲管理網絡層路由協議/QoS服務數據鏈路層媒體訪問 拓撲結構支持物理層射頻 紅外 光波圖3-3

WSN協議體系結構物聯網技術及應用3.3.1

網絡通信協議模塊5層結構：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層。物理層：解決簡單而又健壯的調制、發送、接收等技術問題，包括信道的區分和選擇，無線信號的監測、調制與解調，信號的發送與接收。數據鏈路層：負責數據成幀、幀檢測、媒體訪問和差錯控制，主要任務是加強物理層傳輸原始比特的功能，使之對網絡顯現為一條無差錯鏈路。網絡層：主要負責路由的生成與選擇，包括網絡互聯、擁塞控制等。網絡層路由協議有多種算法，如泛洪路由算法、能量路由算法、平面路由協議、層次路由協議、基于地理位置路由協議和可靠路由協議等。平面路由協議包括以下6種：SPIN：是一組基于協商并且具有能量自適應功能的信息傳播協議；DD：是一種以數據為中心的信息傳播協議，與已有的路由算法有著截然不同的實現機制；Rumor

Routing：是一種基于數據查詢的WSN路由機制；HREEMR算法：利用多路徑技術實現了能源有效的故障恢復，解決了能源浪費問題；SMENCE：是基于節點定位的路由協議，是對Ad

hoc網絡設計的MECN協議的改進；SAR協議：是第一個具有QoS意識的路由協議。物聯網技術及應用層次路由協議：有7種SAR協議：是第一個具有QoS意識的路由協議；LEACH：是一種基于多簇結構的路由協議；TEEN：是具有實時性的路由協議；PEGASIS：是在LEACH基礎上改進設計的；EARSN：是基于三層體系結構的路由協議；APTEEN：是對TEEN

的改良協議，是一種結合響應型和主動型WSN的混合型網絡路由協議；VGA：是LEACH算法的一個改進；SOP：協議主要適用于具有異構節點的傳感器網絡。基于地理位置路由協議：

有3種GEAR算法：是對DD算法的改進；MECN協議：引入符合標準的中繼節點，以克服兩個節點直接通信的代價的缺點；GEDIR算法：是在Sensor節點轉發分組的時候，根據地理信息選擇與Sink節點最近的鄰居節點作為下一跳的目標。物聯網技術及應用傳輸層：負責數據流的傳輸控制，幫助維護傳感網應用所需要的數據流，提供可靠的、開銷合理的數據傳輸服務。應用層：主要負責時間同步、節點定位、動態管理、信息處理等，因此需要開發和使用不同的應用層軟件。網絡管理技術主要任務：能量管理、拓撲管理及QoS服務支持、移動控制及遠程管理、網絡及安全管理等。能量管理：需要考慮的功耗問題有微控制器的操作模式；操作模式的轉換；整體系統工作的功耗映射關系及低功耗網絡協議設計；無線調制解調器的接收靈敏度和最大輸出功率；附加品質因素，如發射前端的溫漂和頻率穩定度、接收信號強度指示RSSI（Received

SignalStrength

Indication）信號的標準。物聯網技術及應用拓撲管理及QoS服務支持拓撲管理：制定節點休眠策略，保持網絡暢通，以節約能量，提高系統擴展性，保證數據傳輸的可靠性QoS服務支持：是網絡與用戶之間以及網絡上相互通信的用戶之間，關于數據傳輸與共享的質量約定。為滿足用戶需求，WSN必須能夠為用戶提供足夠的資源，并且以用戶可以接受的性能指標進行工作移動控制及遠程管理、網絡及安全管理等。移動控制：管理用于監測和記錄Sensor節點的移動狀況，維護Sink節點的路由，并使Sensor節點能夠跟蹤它的鄰居遠程管理：可以進行系統缺陷修正、系統升級、關閉子系統、監測環境的變化等，使WSN工作更有效網絡及安全管理網絡管理：對網絡設備及傳輸系統進行有效監視、控制、診斷和測試而采用的技術和方法。傳感器多用于軍事、商業領域，安全性是其重要的內容。傳感網安全性研究主要集中在密鑰管理、安全組播、身份認證和數據加密、高效加密算法、安全MAC協議、安全路由協議和穩私管理等方面。物聯網技術及應用圖3-4

WSN中信標節點M和未知節點SWSN的關鍵技術定位技術定義：利用傳感器網絡中少量預先設置的已知位置的節點（信標節點，）來獲得其它大量未知位置節點（未知節點）的位置信息。特點：信標節點根據自身位置建立本地坐標系，未知節點根據信標節點計算出自己在本地坐標系里的相對位置——即自定位。常用的自定位算法：基于距離和與距離無關的定位算法：基于距離的定位算法有：到達時間差法（DTOA）、接收信號強度法（RSSI）

、到達角度法（AOA）。與距離無關的定位算法：根據網絡的連通性，利用節點間的估計距離來計算節點位置坐標。主要算法有：質心法、基于距離矢量計算跳數算法（DV-Hop）、無定形（Amorphous）算法和以三角形內的點近似定位（APIT）算法等。物聯網技術及應用緊密耦合與松散耦合定位算法緊密耦合定位系統是指信標節點不僅準確地部署在固定的位置，并且通過有線介質連接到中心控制器；松散型定位系統的節點采用無中心控制器的分布式無線協調方式。遞增式和并發式定位算法遞增式算法是指節點定位過程中以信標節點作為初始點，然后逐漸向外輻射定位其它未知節點，但是這種定位方法會造成誤差積累，定位精度下降；并發式定位方法是所有節點同時進行定位計算，沒有時間和空間順序。絕對定位與相對定位絕對定位表示定位結果是在地球坐標系下的位置；相對定位是以網絡節點中的某一節點位置作為參考原點，然后對應建立一個相對坐標系統。物理定位和符號定位物理定位是以地理位置信息（如經緯度）作為定位結果；符號定位是以某一建筑物作為標記來定位的。物聯網技術及應用基于距離自定位3種常用算法三邊測量定位方法理論依據：在二維空間中，當獲得了一個未知節點到三個或者三個以上信標節點的距離時，就可以由此確定該未知節點的坐標。Ρ1Ρ2．Ρ3321(x

x)2(y

y)23 3

(x

x)2(y

y

)22 2

(x

x)2(y

y

)21 1

22

332 223

22121 3 321 313

231 3

x2

y

y2

x

2

y2

y3

x

x

22(

y

y

)2(x

x

)2(y1

y3)2(x

x

)

y

2

x物聯網技術及應用三角測量定位方法原理：根據未知節點到三個信標節點的角度來計算未知節點的位置坐標。方法：．．AB．CO1．DO2O3r2r1r32 2221 3 1311o1

1

o1

1

1o1

2

o1

2

1

(x

x)2

(

y

y)2

r

y)2

r

(x

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(

y(x

x

)

(

y

y

)

2r

2r

cos先計算每個圓的圓心和半徑，公式如下：再根據三邊測量法計算未知節點的坐標。物聯網技術及應用DΡ2Ρ1Ρ3Ρn極大似然估計法原理：根據未知節點到信標節點的距離計算未知節點的位置坐標。221 22111n n

n(x

x)2

(

y(x

x)2

(

y(x

x)2

(

y

y)2

y)2

y)2

2此式可表示為線性方程式：AX=b，其中221n1

n1

n

n1

n

n

x2

y

2xx

2x

2b

y2

2

2

x2

y2

y2

2

2n 1 n n 1

x2+

y2

y2

2

2n 2 n n 2

n1 n n

1 n

2 n 2 n2(

y

y

)2(

x

x

)

2(x

x

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y

y)

2(x1

xn

) 2(y1

yn)

A

使用標準的最小均方差估計方法，可以得到節點D的位置坐標為X

(ATA)1AT

b物聯網技術及應用3.4.2

時間同步技術時間同步：使傳感器網絡各節點的時鐘保持同步。時間同步的不確定性因素： 6個方面發送時間訪問時間傳送時間接收時間接受時間傳播時間發送時間：指發送節點構造一條消息和發布發送請求到MAC層所需時間。訪問時間：指消息等待傳輸信道空閑所需的時間。傳輸時間：指發送節點在無線鏈路的物理層按位(bit)發射消息所需時間。傳播時間：指消息在發送節點到接受節點的傳輸介質中傳播所需要的時間。接收時間：指接收節點按位（bit）接收信息并傳遞給MAC層的時間。接受時間：指接收節點重新組裝信息并傳遞至上層應用所需的時間。節點之間的時鐘模型：節點時鐘通常用晶體振蕩器脈沖來度量，任意一節點在物理時刻的本地時鐘讀數可表示為0titf0c(t)

1fi(

)d

ci(t0)物聯網技術及應用在傳感器網絡中主要有以下3個原因導致傳感器節點間時間的差異：節點開始計時的初始時間不同。每個節點的石英晶體可能以不同的頻率跳動，引起時鐘值的逐漸偏離，稱為偏