物联网导论第4章 网络传输层技术(新版)
物联网应用技术导论_第4章_物联网服务与管理技术
物联网应用技术导论
第4章 物联网服务与管理技术
4.3 物联网中间件
4.3.1 中间件技术
中间件（Middleware）： 是一种可以批量生产、高度可复用的软件。 在网络环境下，它位于平台(硬件和操作系统)和应用软件之 间，起连接作用。它通过提供标准的程序接口、协议等， 屏蔽实现细节，提高应用系统的易移植性，主要解决异构 网络下分布式软件的互联和互操作问题。
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第4章 物联网服务与管理技术
4.2 物联网云技术技术
4.2.2 物联网与云计算
2、SaaS模式在物联网中的应用 通过SaaS模式为物联网应用提供的服务可以被多个客户 共享使用。 SaaS应用在感知延伸层进行了拓展，依赖感知延伸层的 各种信息采集设备采集大量数据，并以这些数据为基础进 行关联分析和处理，向最终用户提供最终的业务功能和服 务。 比如传感网服务提供商可以在不同地域布放传感器节点， 提供各个地域的气象环境基础信息。其他提供综合服务的 公司可以将多个这样提供的信息聚合起来，开放给公众， 为公众提供出行指南。同时，这些信息也被送到政府的监 控中心，一旦有突发的气象事件，政府的公共服务机构就 可以迅速展开行动。
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第4章 物联网服务与管理技术
4.2 物联网云技术技术
4.2.1 云计算基本概念
3、云计算的基本服务类型 云计算的服务类型大致可以分为：基础设施即服务IaaS、 平台即服务PaaS和软件即服务SaaS三类 。
将软件作为服务 SaaS (Software as a Service)
将平台作为服务 PaaS(Platform as a Service)
物联网网络层技术
Ad hoc网络技术
Ad hoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等，无 需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功 能，而且具有报文转发能力。 Ad hoc网络特点： 1、无中心
Ad hoc网络没有严格的控制中心。所有结点的地位平等，即是一个对等 式网络。结点可以随时加入和离开网络。任何结点的故障不会影响整个网络 的运行，具有很强的抗毁性。 2、自组织 网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分 布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的 网络。 3、多跳路由
当结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信时，需要中间结点的多跳转 发。与固定网络的多跳不同，Ad hoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点 完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。
4、 动态拓扑 Ad hoc网络是一个动态的网络。网络结点可以随处移动，也可以随时开
机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。 这些特点使得Ad hoc网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与普通的蜂窝移动通信网 络和固定通信网络有着显著的区别。
M2M示意图
蓝牙组网方式 ：
无线个域网技术还有UWB超宽带技术、Z－wave技术、RFID通讯技术、 NFC和IrDA等。
Wi－Fi技术
Wi－Fi技术是一种将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无 线方式互相连接的技术。 Wi－Fi技术具有五大技术优势：无线电波覆盖范围 广、传输速度相当快、厂商进入该领域的门槛较低、健康安全、目前Wi－Fi 技术应用现在已经非常普遍。
4、个人通信 个人局域网（PAN,Personal Area Network）是Ad hoc网络技术的另一应用
物联网传输层技术
物联网传输层技术
1：引言
a：背景介绍：在物联网中，传输层技术起着关键的作用，它负责物联设备之间的数据传输和通信。
b：目的：本文档旨在介绍物联网传输层技术的各种方案和
应用。
2：传输层技术概述
a：传输层的定义和功能：传输层是物联网通信架构中的一
个关键组件，它负责在不同物联设备之间建立可靠的数据传输通道。
b：传输层的特点和要求：物联网传输层技术需要具备低延迟、高可靠性和灵活性等特性。
c：传输层的标准和协议：介绍物联网传输层常用的标准和
协议，如MQTT、CoAP等。
3：传输层技术方案
a：无线传输技术：介绍物联网中常用的无线传输技术，如Wi-Fi、蓝牙、LoRaWAN等。
b：有线传输技术：介绍物联网中常用的有线传输技术，如
以太网、RS485等。
c：混合传输技术：介绍物联网中常用的混合传输技术，如Zigbee + Wi-Fi。
4：传输层技术应用案例
a：智能家居系统：介绍物联网传输层技术在智能家居领域的应用案例。
b：工业自动化系统：介绍物联网传输层技术在工业自动化领域的应用案例。
c：基础设施监测系统：介绍物联网传输层技术在基础设施监测领域的应用案例。
5：总结
a：总结物联网传输层技术的特点和应用。
b：展望：对物联网传输层技术的未来发展进行展望，并提出建议。
附件：
- 附录A：传输层协议参数表
- 附录B：传输层技术应用示意图
法律名词及注释：
- 注解1: 物联网传输层技术的使用需遵守相关隐私保护法律。
- 注解2: 物联网传输层技术的商业化利用需符合法律法规。
《物联网技术导论》教案
《物联网技术导论》教案第一章：物联网概述1.1 物联网的定义与发展历程1.2 物联网的体系结构与关键技术1.3 物联网的应用领域与前景第二章：物联网感知技术2.1 传感器技术2.2 无线射频识别（RFID）技术2.3 二维码技术第三章：物联网传输技术3.1 无线通信技术3.2 互联网技术3.3 边缘计算技术第四章：物联网平台与中间件技术4.1 物联网平台概述4.2 物联网中间件技术4.3 物联网平台案例分析第五章：物联网安全与隐私保护5.1 物联网安全威胁与挑战5.2 物联网安全技术5.3 物联网隐私保护策略第六章：物联网协议与标准6.1 物联网协议栈6.2 常用物联网通信协议6.3 物联网标准化组织与规范第七章：物联网应用案例分析7.1 智能家居物联网应用7.2 智能交通物联网应用7.3 工业物联网应用第八章：物联网项目设计与实施8.1 物联网项目需求分析8.2 物联网系统设计与规划8.3 物联网项目实施与管理第九章：物联网产业与发展趋势9.1 物联网产业链分析9.2 物联网产业发展现状9.3 物联网未来发展趋势第十章：物联网技术在特定领域的应用10.1 医疗健康领域的物联网应用10.2 农业领域的物联网应用10.3 环境监测领域的物联网应用重点和难点解析一、物联网的定义与发展历程难点解析：物联网的定义涵盖了多种技术和应用领域，理解其核心思想需要对相关技术有一定了解。
物联网的发展历程反映了技术的不断演进和应用的扩展。
二、物联网感知技术难点解析：感知技术是物联网获取信息的基础，涉及多种传感器的原理和应用。
RFID和二维码技术在信息传递和识别方面有重要作用，但具体的工作原理和实施方式较为复杂。
三、物联网传输技术难点解析：物联网的传输技术涵盖了多种通信协议和网络技术，边缘计算技术对于降低延迟和提高效率有重要作用，但理解其工作原理需要深入的知识。
四、物联网平台与中间件技术难点解析：物联网平台是连接设备、数据和应用的关键，中间件技术对于平台的稳定运行至关重要。
物联网导论
物联网导论物联网导论
第一章：物联网概述
1.1 物联网的定义
1.2 物联网的发展历程
1.3 物联网的应用领域
1.4 物联网的技术特点
第二章：物联网架构与体系结构2.1 物联网架构的基本模型
2.2 传感器层
2.3 网络层
2.4 应用层
2.5 物联网平台
第三章：物联网通信技术
3.1 无线通信技术
3.2 嵌入式系统与物联网通信
3.3 云计算与物联网通信
第四章：物联网安全与隐私保护4.1 物联网安全威胁
4.2 物联网隐私保护技术
4.3 物联网安全标准与规范
第五章：物联网数据分析与应用5.1 物联网数据收集与处理
5.2 物联网数据分析技术
5.3 物联网应用案例
第六章：物联网标准与法律法规6.1 物联网标准化组织
6.2 物联网相关法律法规
6.3 物联网隐私保护法律法规第七章：物联网发展趋势与挑战
7.1 物联网发展趋势
7.2 物联网面临的挑战
7.3 物联网发展前景展望
附件：
附件一、物联网相关术语解释
附件二、物联网相关图表
法律名词及注释：
1：《信息安全技术个人信息安全规范》：指针对个人信息安全管理的规范性文件，以确保个人信息的合法、正当、安全的处理和使用。
2：《网络安全法》：指国家颁布的法律文件，旨在加强我国网络空间安全，保护网络安全和个人信息安全。
3：《数据隐私保护法》：指保护个人信息和数据隐私的相关法律法规，以确保在信息时代个人信息不被滥用和泄露。
物联网导论
第1章物联网概述本章讨论了物联网的起源与发展，核心技术，主要特点以及应用前景。
•物联网的基本概念，了解互联网/电信网是物联网的核心网络和信息载体。
•物联网的四层体系结构模型：感知识别层，网络构建层，管理服务层，综合应用层。
第2章自动识别技术与RFID本章对常见的自动识别方法和技术做了介绍，包括：光学符号识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术、IC卡技术、条形码技术和RFID射频技术。
•本章重点讲述了RFID技术，包括RFID历史和现状、RFID技术剖析和RFID标签冲突问题。
••光学符号识别技术的基本概念，语音识别的流程，虹膜识别的特点，指纹的整体特征和局部特征。
•IC卡系统的构成及分类方法。
•条形码的分类，一维条形码的组成，条形码模块的概念；一维条形码的基本参数及工作原理，二维条形码与一维条形码的比较，常见的一维条形码和二维条形码编码。
•RFID的概念与现状。
•RFID系统的组成，RFID标签的优点和特点，RFID标签的存储方式及分类，RFID系统的常见频率及其优缺点。
•RFID标签冲突及防冲突算法的概念，防冲突算法分类，详细描述基于帧的分时隙的ALOHA协议，Q协议、随机二进制树协议和查询二叉树协议。
以上各种协议的优缺点。
第3章传感器技术本章介绍了传感器的基本概念和典型应用，讨论了传感器的设计需求和软硬件平台，以TinyOS为例简单介绍了节点操作系统，并介绍了无线传感网的相关知识。
•现代传感器的基本组成以及各部分的软硬件平台特点和需求。
•掌握制约传感器性能提升的瓶颈以及相应的设计需求（低成本与微型化，低功耗，灵活性与扩展性，鲁棒性）•了解节点操作系统的主要特点以及TinyOS/nesC编程的基本框架•了解无线传感网的组成、特点、核心技术、协议及应用第4章定位系统本章介绍了位置信息的基本概念，重点讨论了四种定位系统以及三种典型的定位技术，最后探讨了物联网对定位技术的新挑战。
•了解位置信息的三要素。
《物联网技术及应用》最新版教学大纲课程简介
《物联网技术及应用》课程教学大纲课程名称：物联网技术及应用课程编码：暂不填写学分： 2.0 总学时：32理论学时： 32 实验学时： 0 上机学时： 0 实践学时：0开设实验（上机）项目总数 0 个，其中，必修（0）个，选修（0）个开课单位：物联网工程学院自动化系适用专业：自动化一、课程的性质、目的该课程是物联网学院自动化专业的专业选修课，旨在帮助学生对物联网有一个整体认识，掌握其体系结构和相关技术。
通过对自动识别技术与RFID、传感技术、定位系统、智能信息设备的学习，掌握感知识别层的基本知识；通过对无线宽带网、无限低速网、移动通信网的学习，掌握网络构建层的基本知识；通过对大数据与海量信息存储、数据库系统、物联网中的信息安全与隐私保护的学习，掌握管理服务层的基本知识；通过对智能交通、智能物流、智能建筑等系统的学习，了解物联网技术在多个领域中的应用；最后还应将物联网前沿状况介绍给学生。
在这个过程中强调掌握物联网涉及的基本概念和知识，提高自身对不断变化的物联网的适应能力。
二、课程培养目标1.立德树人通过课程学习了解物联网技术的发展历史以及其应用成果，明确科技进步和科技创新对国民经济的发展、国家军事力量的进步所发挥的作用，引领学生树立为中华民族伟大复兴的中国梦努力奋斗的信念。
通过介绍国家在物联网领域所取得的进步和发展，培养学生的民族自豪感和民族自信心。
通过介绍我国物联网领域的前沿发展，引导学生树立家国情怀、民族精神以及敢为人先、开拓创新、追究卓越的科学精神。
同时要意识到我国在一些领域与国外还存在较大差距，激发学生承担社会责任，以国家富强、民族复兴为己任，努力学习。
2.课程目标通过本课程的学习，学生所具备的素质、掌握的技能、知识和能力如下：课程目标1. 使学生了解一定的物联网相关技术。
掌握低频、高频、超高频和2.4G 有源RFID 读写器的原理及应用；了解低功耗WiFi、ZigBee、Bluetooth 4.0 BLE等多种无线传感网络。
物联网传输层技术
物联网传输层技术⒈引言●背景介绍：物联网的快速发展和广泛应用带来了大量数据的传输需求，传输层技术成为保障数据可靠传输的重要环节。
●目的：本文档旨在详细介绍物联网传输层技术的相关知识和应用。
⒉传输层概述●定义：传输层是物联网通信协议栈中的一个层级，负责提供可靠的数据传输服务。
●功能：传输层主要包括数据分段、数据重组、流量控制和拥塞控制等功能。
⒊传输层协议●TCP协议：介绍TCP协议的特点、工作原理和应用场景。
●UDP协议：介绍UDP协议的特点、工作原理和应用场景。
●其他传输层协议：介绍其他常见的物联网传输层协议，如SCTP、DCCP等。
⒋物联网传输层技术●MQTT协议：介绍MQTT协议的特点、工作原理和应用场景。
●CoAP协议：介绍CoAP协议的特点、工作原理和应用场景。
●AMQP协议：介绍AMQP协议的特点、工作原理和应用场景。
⒌传输层技术应用案例●智能家居系统：介绍智能家居系统中传输层技术的应用案例。
●工业物联网：介绍工业物联网中传输层技术的应用案例。
●智慧城市：介绍智慧城市中传输层技术的应用案例。
⒍附件●附录A：传输层协议参考●附录B：传输层技术相关术语解释附加内容：⒈本文档涉及附件，请查看附件部分获取更多详细信息。
⒉本文所涉及的法律名词及注释：●物联网：指利用互联网、传感器等技术实现对物品的感知、感知信息的传递、信息的处理、智能化的终端的组织与管理的网络。
●传输层：在计算机网络体系结构中，位于网络层和应用层之间的一个层次，负责提供可靠的数据传输服务。
●TCP协议：传输控制协议，一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。
●UDP协议：用户数据报协议，一种无连接的、不可靠的传输层协议。
●MQTT协议：消息队列遥测传输协议，一种基于发布-订阅模式的、轻量级的、开放标准的物联网传输协议。
●CoAP协议：受限制应用协议，一种特殊设计用于物联网的应用层协议。
●AMQP协议：高级消息队列协议，一种用于消息中间件的开放标准的通信协议。
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• 是为阿帕网第一结点远程通信 试验亲自“接生”的加州大学 洛杉矶分校（UCLA）教授。 1964年首次提出“分组交换” 概念，为互联网奠定了最重要 的技术基础。
• 1969年UCLA成为阿帕网的第 一个结点，并于当年10月29日 实现了网上第一个报文的传输
• 2008被授予美国国家科学家奖 章，被人们称为数据网之父。
第4章 网络传输层技术
• 网络传输层是物联网的神经中枢和来自脑 — 承担数据可靠传递的功能。通过网络将感知 的各种信息进行实时可靠传送。
4.1 互联网 4.2 移动通信网 4.3 短距离无线通信 4.4 无线传感器网络及相关技术 4.5 综合通信传输技术
4.1 互联网
• 网络传输层包括各种通信网络与互联网的 融合网络、网络管理中心和信息处理中心 等。
• 2、劳伦斯·罗伯茨（1937- ）
• 是互联网前身“阿帕 网”(ARPANET)项目技术负责人， 无可争议的“阿帕网之父”。发表 了阿帕网的构想《多计算机网络与 计算机间通信》的设计论文，提出 “资源子网”与“通信子网”分开 的概念，并正确地为阿帕网选择了 “分组交换”通信方式。
• 1968年，他提交了一份题为《资源 共享的计算机网络》报告，提出首 先在美国西海岸选择4个结点进行试 验。1969年10月29日，最终导致了 “天下第一网”阿帕网诞生，标志 着人类社会正式进入网络时代
3、罗伯特.卡恩（1938年- ）
是阿帕网总体结构设计者。担任最重要 的系统设计任务。承揽了阿帕网接口消 息处理机（IMP)项目，就是今天网络最 关键的设备——路由器的前身。 1972年10月，主持了美国各地40台计算 机通过网络互联。 设计出了第一个“网络控制协议” （NCP)，并参与了美国国家信息基础设 施（俗称的“信息高速公路”）的设计
• 每个IP主机地址包括两部分：网络地址，用 于指出该主机属于哪一个网络（属于同一个 网络的主机使用同样的网络地址）；主机地 址，它唯一地定义了网络上的主机
• 32位IP地址分成五类，只有三类用于IP网络， 这三类地址一度被认为以应付将来的网络互联。 A类，用于大型企业；B类，用于中型企业；C 类，用于小型企业。A类、B类、C地址可以标 识的网络个数分别是128、16384、2097152，每 个网络可容纳的主机个数分别是16777216、 65536、256出现A类利用率不高，B类分配殆尽， C类容量不能满足越来越多用户的的网络群体
4、温顿.瑟夫（1943年- ）
克兰罗克教授的学生，有幸参加第一台结点 交换机安装、调试、运行的全过程。 1973年负责建立一种能保证计算机之间进行 通信的标准规范（即“通信协议”） 1974年，与罗伯特.卡恩共同发表名为《分 组网络互联协议》的论文，被媒体称为“因 特网之父”。 提出了真正的TCP/IP（传输控制协议/因特 网协议）协议，这标志着因特网正式诞生
• IPv4起源于阿帕网的研究。IPv4是一个令人 难以置信的成功的协议，它可以把数十个或 数百个网络上的数以百计或数以千计的主机 连接在一起，并已经在全球互联网上成功的 连接了数以千万计的主机。
• IP协议的地址长度设定为32个二进制数位， 可以提供接近于40亿个网络地址。经常以4 个两位十六进制数字表示，也常常以4个0至 255间的数字表示，数字建议小数点间隔
的部分。也就是说网络层不但要具备网络运营的能力，还要提升信息运
营的能力。网络层是物联网成为普遍服务的基础设施，有待突破的方向 是向下与感知层的结合，向上与应用层的结合。
网状路由域
（用户网状域）
城域网/虚拟 VPN
互联网（有线、WiFi、Mesh） 2G, 3G, 4G网络 卫星网 广电电视网络、BWM网络
• 涉及的关键技术包括互联网、移动通信、 异构网融合、短距离无线通信，下一代承 载网、远程控制等。即通过现有的互联网、 广电网、通信网或者下一代互联网 （IPv6）,实现数据的传输和计算; 它要解 决的是感知层所获得的数据在一定范围内， 尤其是远距离地传输问题。
• 按传输方式分类：有线网络和无线网络；按传输距离 分类有：长距离通信和短距离通信。
• 各种通信网络与互联网形成的融合网络是最成熟的部分，但需要解决大 规模M2M（Machine to Machine）应用普及后，新的业务模型对系统容 量、Qos(Quality of Service，服务质量)的特别要求。还包括物联网管 理中心、信息中心、云计算平台、专家系统等对海量信息进行智能处理
4.1.2 IPv6与NGI
• IP解决的最根本问题是如何把网络连接在 一起，即如何把计算机连接在一起，除了 计算机的网络地址之外，这些连接起来的 计算机无需了解任何的网络细节。这就有 以下三个要求：
• 首先，每个连接在互联网上的计算机必须 具有唯一的标识；其次，所有计算机都能 够与所有其他计算机以每个计算机都能识 别的格式进行数据的收发；最后，一台计 算机必须能够在了解另一计算机的网络地 址后把数据可靠地传至对方。
• 有线通信传输层分：三网融合和现场总线。按距离又 分为中、长距离（WAN）的广域网络（包括PSTN、 ADSL和HFC数字电视Cable等）和短距离的现场总 线（Field Bus，也包括PLC电力线载波等技术）
• 无线通信传输层分：短距无线离通信和长距离无线通 信。
• 短距离无线通信传输涉及ZigBee 、WiFi(Wlan) 、 Bluetooth(蓝牙)，长距离无线通信传输涉及GPRS、 WCDMA、TD-CDMA、GSM。物联网传输层的主要 技术见表4-1。
图4-1 物联网网络层
• 网络传输层可以理解为搭建物联网的网络平台，建立在现有 的移动通信网、互联网和其他专网的基础上，通过各种接入
设备与上述网络相连，如图4-2所示。如手机付费系统中由刷 卡设备将内置手机的 RFID 信息采集上传到互联网，网络传 输层完成后台鉴权认证并从银行网络划帐。
4.1 互联网
• 互联网连接的是虚拟世界网络，物联 网联接的是物理的、真实的世界网络。 物以网聚是形成开放产业生态体系， 且物联网需要对接的大量资源都已经 存在于互联网之上，而规模化的引入 物联网设备还需要IPv6地址体系的支 持。因此，互联网是物联网灵感的来 源，是物联网产业化规模发展的网络 基础
4.1.1互联网的发展历程及关键技术