1物聯網導論IntroductiontoInternetofThings移動互聯網#3BABA6#2C71B62內容回顧前一章介紹了物聯網中的感知技術重點討論了傳感器、傳感網感知、非傳感器感知和群智感知，探討了物聯網感知技術的發展趨勢傳感器、傳感網感知、非傳感器感知和群智感知，探討了物聯網感知技術的發展趨勢3本章內容5.1移動通信技術5.2短距離無線接入技術5.3物聯網云平臺5.4總結概論：移動互聯網時代移動通信技術接入運營商網絡短距離接入技術（無線）接入互聯網截至2020年6月，中國手機網民規模已突破9.3億，中國網民規模達到約9.4億4設備接入4網民規模手機網民規模移動通信技術發展數字化傳輸，仍在使用支持傳統語音通信、文字、多媒體短信、電子郵件、傳真等應用代表性網絡：全球移動通信系統GSM，碼分多址訪問系統CDMA第一代移動通信（FirstGeneration,1G）5第二代移動通信（2G）520世紀80年代提供模擬語音服務移動通信技術發展支持圖片、視頻在智能移動終端快速傳輸網絡吞吐量提升時延降低第三代移動通信（3G）6第四代移動通信（4G）6數字信息多元化支持帶寬多媒體服務移動通信技術發展第五代移動通信（5G）77海量物體無線聯網結合云計算和大數據技術，充分物聯化和智能化技術指標峰值速率：20Gb/s用戶體驗數據率：100Mb/s移動性：500km/h時延：1ms連接密度：每平方千米百萬個流量密度：10Mb/s/m2主要通信應用場景增強型移動帶寬大規模機器通信超高可靠超低時延通信移動通信技術發展第五代移動通信（5G）88毫米波技術毫米級別波長，工作頻段30-300GHz，增加可利用帶寬毫米波關鍵技術微站技術小體積、低功耗、低部署成本微基站大規模多天線技術源自多輸入多輸出（MIMO）系統，使用多路天線，同時面向更多用戶接收（發送）數據HundredsofantennasTens

of

users大規模多天線波束成形技術聚集信號能量至比較窄的方向，發射信號具有高度方向性波束成形移動通信技術發展第五代移動通信（5G）99技術標準（3GPP發布）Release15：2019年4月完成Release16：2020年7月完成Release17：2022年完成截至2020年11月，全球范圍內共部署了122個商用5G網絡；129個國家的407家運營商對5G系統提供投資，包括測試、獲取運營許可、網絡部署等領域移動通信技術發展第六代移動通信（6G）：1010預計提供更高頻率效率和能量效率的全球網絡覆蓋更低成本更好智能控制水平更強大安全性《2020高技術發展報告》在未來的6G中，網絡與用戶將被作為一個整體，進一步挖掘和實現用戶的智能需求11本章內容5.1移動通信技術5.2短距離無線接入技術5.3物聯網云平臺5.4總結Wi-Fi：無線局域網Wi-Fi1212一般指IEEE802.11系列協議IEEE802.11協議目的：規范和統一無線局域網典型使用頻段2.4-2.485GHz公共頻段5.1-5.8GHz高頻頻段物理層技術直接序列擴頻DSSS正交頻分多路復用OFDMIEEE802.11協議發布時間頻寬（GHz）最大帶寬（Mbps）調制模式IEEE802.11-19971997.62.4~2.4852DSSSIEEE802.11a1999.95.1~5.854OFDMIEEE802.11b1999.92.4~2.48511DSSSIEEE802.11g2003.62.4~2.48554DSSS或OFDMIEEE802.11n2009.102.4~2.485或5.1~5.8100OFDMIEEE802.11ac2014.15.1~5.8866.7OFDM不同802.11協議的不同特征802.11架構基站模式1313基本服務組（BasicServiceSet，BSS）多個無線用戶（筆記本電腦、臺式機等）：通過與接入點相關聯獲取上層網絡數據一個接入點（基站）：通過有線網絡設備（交換機/路由器）連入上層公共網絡?！盁o線路由器”是接入點和路由器功能的結合體無線局域網WLAN架構802.11架構基站模式1414用戶與接入點關聯方式被動掃描：接入點廣播“識別幀”，用戶接收“識別幀”主動掃描：用戶廣播“探測幀”，接入點返回“回應幀”接入點參數MAC地址：唯一確定了網絡接入點的身份服務集標識符SSID：接入點管理者為每個SSID指定一個頻段作為通信信道IEEE802.11b/g信道分布自組織模式無需基站每個無線網絡用戶既是數據交互的終端，也可作為數據傳輸過程中的中繼和轉發者藍牙1515起源1994年，瑞典愛立信公司研發短距無線通信技術，并用HaraldBlatand（英譯為HaroldBluetooth）國王的名字命名標志保留了藍牙名字的傳統特色，包含了古北歐字母“H”和一個“B”藍牙技術聯盟成立于1998年，成員包括愛立信、IBM、Intel、東芝和諾基亞等國際通信巨頭藍牙1616藍牙技術IEEE802.15.1標準物理層：跳頻擴頻結合的調制技術頻段范圍：2.402GHz-2.480GHz通信速率：1Mbps左右設備角色：中心設備，外圍設備同一個藍牙設備可以在兩種角色之間轉換一個中心設備可以最多同時和7個外圍設備通信在任意時刻，中心設備單元可以向任何一個外圍設備單元發送信息，也可以用廣播方式同時向多個外圍設備發送信息發展截止到2020年1月，共七個版本V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0/5美國《網絡計算》雜志曾將其評為“十年來十大熱門新技術”之一藍牙1717藍牙4.02010年7月7日推出模式：高速藍牙、經典藍牙和低功耗藍牙（BluetoothLowEnergy，BLE）目的：應對以數據交換與傳輸、信息溝通與設備連接、低帶寬設備連接為主的不同應用需求技術規范傳統藍牙低功耗藍牙無線電頻率2.4GHz2.4GHz理論通信距離100m>100m空中數據率1～3Mb/s1Mb/s支持活躍外圍設備數7未定義（理論最大值為232）延遲100ms6ms安全性64/128bitAES128bitAES語音能力有無耗電量1W（參考值）0.01～0.5W（依賴使用情況）峰值電流消耗<30mA<15mA傳統藍牙和低功耗藍牙的技術指標對比藍牙1818藍牙52016年12月推出支持基于天線陣列測量到達角（AoA）模式短距離快速傳輸模式：將數據率提升為BLE的2倍，即2Mb/s長距離低功耗傳輸模式：將通信距離提升為BLE的4倍，理論上的有效距離可達400m藍牙耳機藍牙鼠標藍牙鍵盤藍牙游戲手柄ZigBee1919起源基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議功能實現類似于蜂群通信的低功耗、低復雜度、低速率、自組織的短距無線通信網絡，為個人或者家庭范圍內不同設備之間的低速互連提供統一標準Zigbee名稱來源于蜜蜂的8字舞：“ZigZag”形舞蹈20ZigBee發展2001年IEEE802.15.4工作組成立了TG4工作組，制定了IEEE802.15.4標準，同年，ZigBee聯盟成立2004年ZigBeeV1.0協議正式問世，成為ZigBee的第一個規范2006年推出ZigBee2006，比較完善2007年底2009年3月ZigBeePRO推出ZigBeeRF4CE推出，具備更強的靈活性和遠程控制能力2009年開始采用IETF的IPv66Lowpan標準作為新一代智能電網SmartEnergy（SEP2.0）的標準ZigBee2121工作頻段2.4GHz(全球流行)868MHz(歐洲流行)915MHz(美國流行)最高傳輸速率250kbit/s20kbit/s40kbit/s傳輸距離：10-180m(室內一般不超過60米，室外一般不超過180米)ZigBee2222協議棧開放系統互聯（OSI）五層模型，包括物理層、介質訪問控制層、網絡層、傳輸層，以及應用層IEEE802.15.4標準規定了物理層和鏈路層的規范ZigBee則提供網絡層、傳輸層和應用層規范IEEE802.15.4/ZigBee體系結構ZigBee2323標準規范物理層：最早采用直序擴頻DSSS，具有很好的抗干擾效果。在發射功率為0dBm時，室內能達到30～50m通信距離，室外能達到100m以上通信距離MAC層：通過采樣偵聽（samplinglistening）方式實現低功率偵聽（lowpowerlistening，LPL）協議網絡層：基本路由協議是按需距離矢量路由協議（adhocon-demanddistancevectorrouting，AODV）24本章內容5.1移動通信技術5.2短距離無線接入技術5.3物聯網云平臺5.4總結物聯網云平臺2525簡介物聯網設備深入人類生活各個角落，實現感知功能的大范圍覆蓋云計算技術利用高性能與大規模的服務器集群，實現對海量數據的快速處理物聯網云平臺作為物聯網設備與云服務的橋梁，結合二者的優勢，向下管理各種邊緣設備、向上為云服務提供各種幫助物聯網云平臺2626工作流程數據由設備上報到物聯網云平臺云平臺對數據進行存儲、計算云平臺將數據提供給上層云服務云服務可以通過物聯網云平臺給處于網絡邊緣的設備發送指令阿里物聯網云平臺工作流程

基于物聯網云平臺搭建物聯網2727優勢使用云服務商提供的各種云服務利用云服務商提供的大數據、人工智能等平臺，使物聯網的應用信息化、數字化和智能化基于云平臺搭建的物聯網，能享受云計算、云存儲、云網絡等基礎服務所帶來的便利物聯網云平臺使用虛擬化技術，可以滿足物聯網的多接入、多并發、彈性伸縮、自動運維、快速部署的需求28本章內容5.1移動通信技術5.2短距離無線接入技術5.3物聯網云平臺5.4總結總結2929移動互聯網是物聯網的基礎，其原因在于隨著網絡技術的發展，移動互聯網形成了一個覆蓋全球的、高速的、穩定的信息高速公路。在此基