物联网系统设计第章
物联网技术应用开发教程
物联网技术应用开发教程第一章物联网基础理论 (2)1.1 物联网概述 (2)1.2 物联网架构 (3)1.3 物联网关键技术 (3)第二章物联网通信技术 (4)2.1 无线通信技术 (4)2.2 有线通信技术 (4)2.3 通信协议 (4)第三章物联网传感器技术 (5)3.1 传感器概述 (5)3.2 常用传感器介绍 (5)3.3 传感器应用案例 (5)第四章物联网数据处理与分析 (6)4.1 数据采集与传输 (6)4.2 数据存储与管理 (6)4.3 数据分析与挖掘 (7)第五章：物联网安全与隐私 (7)5.1 物联网安全概述 (7)5.2 安全技术分析 (7)5.2.1 设备安全 (8)5.2.2 数据安全 (8)5.2.3 网络安全 (8)5.3 隐私保护措施 (8)第六章物联网平台与解决方案 (8)6.1 物联网平台概述 (8)6.1.1 定义与作用 (9)6.1.2 分类 (9)6.1.3 发展趋势 (9)6.2 典型物联网解决方案 (9)6.2.1 智能家居 (9)6.2.2 智慧城市 (9)6.2.3 工业互联网 (10)6.2.4 智能交通 (10)6.3 平台开发与实践 (10)6.3.1 平台开发流程 (10)6.3.2 实践案例 (10)第七章物联网应用开发 (10)7.1 应用开发流程 (10)7.2 应用开发框架 (11)7.3 应用案例解析 (11)第八章物联网硬件开发 (12)8.1 硬件选型与设计 (12)8.1.1 硬件选型 (12)8.1.2 硬件设计 (12)8.2 硬件编程与调试 (12)8.2.1 硬件编程 (12)8.2.2 硬件调试 (13)8.3 硬件测试与优化 (13)8.3.1 硬件测试 (13)8.3.2 硬件优化 (13)第九章物联网软件开发 (13)9.1 软件开发流程 (13)9.2 软件编程语言 (14)9.3 软件测试与优化 (14)第十章物联网项目实施与管理 (14)10.1 项目规划与设计 (14)10.1.1 确定项目目标 (15)10.1.2 需求分析 (15)10.1.3 技术选型 (15)10.1.4 项目预算与进度计划 (15)10.2 项目实施与监控 (15)10.2.1 项目启动 (15)10.2.2 项目实施 (15)10.2.3 质量管理 (15)10.2.4 项目监控与调整 (16)10.3 项目评估与总结 (16)10.3.1 项目评估 (16)10.3.2 项目总结 (16)第十一章物联网行业应用 (16)11.1 智能家居 (16)11.2 智能交通 (17)11.3 智能医疗 (17)第十二章物联网发展趋势与展望 (18)12.1 物联网发展现状 (18)12.2 物联网发展趋势 (18)12.3 物联网产业展望 (18)第一章物联网基础理论1.1 物联网概述物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统等，将各种物品与互联网连接起来，实现智能化识别、管理和控制的技术。
智能物联网系统设计与实现
智能物联网系统设计与实现第一章：引言智能物联网系统作为现代信息技术的重要应用领域之一，已经逐渐渗透到我们生活和工作的方方面面。
本章主要讨论智能物联网系统的背景和意义，以及系统设计与实现的目标。
第二章：智能物联网系统架构在设计智能物联网系统时，首先需要确定系统的整体架构。
本章将介绍智能物联网系统的分层架构和各个层次的功能与职责。
第三章：传感器与感知网络智能物联网系统的核心是传感器与感知网络。
本章将详细介绍传感器的分类和特点，以及感知网络的设计和实现方法。
第四章：数据传输与通信技术数据的传输与通信是智能物联网系统中至关重要的环节。
本章将介绍常用的传输与通信技术，包括有线和无线通信技术，并分析其应用和适用场景。
第五章：数据处理与分析智能物联网系统生成的海量数据需要进行有效的处理与分析，以提供有价值的信息和支持决策。
本章将介绍数据处理与分析的相关概念、方法和技术，包括大数据处理、机器学习和数据可视化等。
第六章：安全与隐私保护智能物联网系统的安全性和隐私保护是系统设计与实现过程中必须考虑的关键问题。
本章将介绍常见的安全威胁和攻击类型，并讨论如何采取措施保护系统的安全和用户的隐私。
第七章：智能物联网系统应用案例本章将通过实际案例来展示智能物联网系统的应用。
案例涵盖多个领域，如智能家居、智能城市、智慧医疗等，以帮助读者更好地理解智能物联网系统的实际应用和效果。
第八章：智能物联网系统的未来发展本章将展望智能物联网系统的未来发展趋势。
随着人工智能、大数据和云计算等新兴技术的不断发展，智能物联网系统将呈现出更加智能、高效和可扩展的特点。
第九章：总结与展望本章对全文进行总结，并对智能物联网系统的设计与实现进行展望。
同时，对智能物联网系统的关键技术和挑战进行回顾和分析，为读者提供未来学习和研究的方向。
结论本文讨论了智能物联网系统设计与实现的相关问题。
通过系统的架构设计、传感器与感知网络的建设、数据传输与通信技术的应用、数据处理与分析的方法、安全与隐私保护的措施、以及实际应用案例的展示，读者能够全面了解智能物联网系统的核心要素和主要技术。
物联网系统设计课程设计
物联网系统设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解物联网的基本概念，掌握物联网系统的组成及工作原理。
2. 学生能掌握物联网系统设计的基本流程，了解不同设计环节的关键技术。
3. 学生能了解物联网在生活中的应用，认识到物联网技术对社会发展的重要意义。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计出符合实际需求的物联网系统方案。
2. 学生能够运用相关软件工具，进行物联网系统的模拟与调试。
3. 学生能够通过小组合作，提高沟通、协作和问题解决能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对物联网技术产生浓厚的兴趣，激发探索精神和创新意识。
2. 学生能够认识到物联网技术在现实生活中的广泛应用，增强社会责任感和使命感。
3. 学生通过课程学习，培养严谨、务实的学习态度，形成良好的团队合作精神。
课程性质：本课程为高二年级信息技术课程，以实践性、综合性为主，旨在培养学生运用物联网技术解决实际问题的能力。
学生特点：高二年级学生对信息技术有一定的基础，具有较强的学习能力和探索精神，对新技术充满好奇心。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，关注学生的个体差异，鼓励学生积极参与，提高学生的动手实践能力。
同时，注重培养学生的团队协作能力和创新精神，使学生在课程学习中获得成就感。
通过本课程的学习，使学生具备物联网系统设计的基本能力，为未来的学习和工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 物联网基本概念：物联网的定义、发展历程、应用领域。
教材章节：第一章 物联网概述2. 物联网系统组成：感知层、网络层、应用层。
教材章节：第二章 物联网系统架构3. 物联网关键技术：传感器技术、嵌入式技术、网络通信技术、数据处理技术。
教材章节：第三章 物联网关键技术4. 物联网系统设计流程：需求分析、系统设计、硬件选型、软件开发、系统测试。
教材章节：第四章 物联网系统设计与实现5. 物联网应用案例分析：智能家居、智慧城市、智能交通、智能农业等。
教材章节：第五章 物联网应用案例6. 实践环节：小组项目设计、物联网系统模拟与调试。
《物联网导论》第1章 物联网概述
乐道的是贫困的大妈因为住在网络中心楼上就发财3千 万的故事，还有王菲的相约九八。 1999年我参加原信息产业部一个代表团到日内瓦参观电 信展，正值邮政综合计算机网规划建设期间，因为其 中有邮政指挥这一部分，大家都很关注相关的内容。 展览会上有人极力宣传IoT/IoM等一系列概念，有点闹 笑话的是，那时候我还以为IoM就是Internet of Money， 这么想也有一定的合理性，因为那时候都把金融流和 物流挂在嘴边，几年之后看一篇文章才意识到IoM是 Internet of Media的简写。 2001~2004年跟随倪明选老师做科研，第一个题目就是 利用RFID做位置的感知，基于系统实验发表了 “LANDMARC:Indoor Location Sensing Using Active RFID”
立车辆间网络辅助安全与自动化驾驶。CPS企图超越已 有传感网系统自成一体、计算设备单一、缺乏开放性 等缺点，更注重多个系统间的互联互通，并开发标准 的互联协议和解决方案，同时强调与互联网进行联通， 真正实现开放的、动态的、可控的、闭环的计算和服 务支持。 2009年1月28日，美国总统奥巴马在与美国工商业领袖 举行的“圆桌会议”上，打破这个僵局，他对IBM提 出的“智慧地球”概念给予了非常积极的回应：“经 济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去，毫 无疑问，这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的 方式。”“智慧地球”主张更透彻的感知，更全面的 互联互通和更深入的智能化。奥巴马的经济振兴计划 的核心就包括兴建高速公路等基础设施，对互联网宽
场、公路、建筑物、交通工具等；另一方面，人们也在 不遗余力地发展包含数据中心、个人计算机、宽带网 络等的信息世界。两者是如此地割裂为两个次元。但 现代经济的发展显然开始要求将计算技术拓展到整个 人类生存和活动的空间，将人类的物理世界网络化、 信息化，实现物理世界与信息系统整合统一。 最先意识到这一点的还是要算美国国家科学基金会 （National Science Foundation），在近几年推出了 Cyber-Physical Systems(CPS)研究计划。CPS追求有效地 连接诸如自动驾驶汽车、机器人、嵌入式医疗器械等 物理设备，在物理设备和网络基础上，通过开发智能 计算、通信，控制及新型传感技术，提供智能化的、 快速响应的、因应用户需求的高质量服务，如结合传 感器网络与移动通信技术的紧急救险与自动导航、建
[物联网工程规划技术 第1章 物联网工程规划概述
技术人员应熟悉物联网工程设计与实施的步骤、流程，熟悉物联网设备及其发展趋势，具 有设备选型与集成的经验和能力。
技术人员应掌握信息系统开发的主流技术，具有基于无线通信、Web服务、海量数据处理、 信息发布与信息搜索等要素进行综合开发的经验和能力。
工程管理人员应熟悉物联网工程的实施过程，具有协调评审、监理、验收等各环节的经验
智云开发调试工具（PC端），能够跟踪应用数据包及学习api的运用。
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Internet+ Education Solutions
物联网系统工程规划技术
第一章 物联网工程规划概述
目录 Contents
物联网技术概述 物联网工程概念 物联网工程设计原则 物联网工程开发平台 物联网数据通信协议 物联网工程调试工具
Education Solutions
Internet+
物联网
物联网（Internet of Things），是指利用各种信息传感设备，如射频识别 （RFID）装置、无线传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等 对现有物品信息进行感知、采集，通过网络支撑下的可靠传输技术，将各 种物品的信息汇入互联网，并进行基于海量信息资源的智能决策、安全保 障及管理技术与服务的全球公共的信息综合服务平台。
变量能对值进行查询，可以方便应用程序调试；
命令是对位进行操作，能够避免内存资源浪费。
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智能家居项目分析
ZXBee数据通信协议
通信协议数据格式
•通信协议数据格式：{[参数]=[值],{[参数]=[值],……} •A．每条数据以“{}”作为起始字符； •B．“{}”内参数多个条目以“,”分隔； •C．示例：{CD0=1,D0=?} •注：通信协议数据格式中的字符均为英文半角符号。
物联网概论-第1章 绪论
物 联 网 概 论
1.3.3 物联网国内发展概况
科技部“863”计划分二期对RFID拨专项资金，鼓 励产、学、研、用等单位联合承担课题，促进RFID技术 与产业的发展。 2010年3月教育部下发了“教育部办公厅关于战 略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知”，全国 几十所高校开始创办物联网专业，并从2010年开始招收 物联网专业的学生。
物 联 网 概 论
1.4.3 泛在网络的愿景
泛在网络（Ubiquitous Network）是指无所不在的 网络。“泛在网络”是为了打破地域限制，以无所不在、 无所不包、无所不能为基本特征，以实现在任何时间、 任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信为目标，按 需进行信息的获取、传递、存储、认知、决策和使用等 服务。
物 联 网 概 论
物 联 网 概 论
物 联 网 概 论
物 联 网 概 论
1.3.3 物联网国内发展概况
2009年8月，温家宝总理考察无锡微纳传感网 工程技术研发中心，掀起了我国物联网的高潮。 2009年9月，“传感器网络标准工作组成立大会及 ‘感知中国’高峰论坛”在北京举行。2009年11 月，温家宝总理在北京人民大会堂向首都科技界 发表的“让科技引领中国可持续发展”讲话，提 出要着力突破物联网的关键技术。
物 联 网 概 论
1.5.3 H2H与T2T的发展路线
物品到物品（T2T）的通信也是主要沿着两 条路线向前发展，一条路线是IP化，一条路线是智 能化。 T2T通信的IP化，是指未来的物联网将给所 有的物品都设定一个标识，实现“IP”到末梢。 T2T通信的智能化，是指物品更加智能，这需要有 对海量数据实时准确处理的能力，随着“云计算” 等技术的不断发展和成熟，这一难题将得到解决。
第一章物联网习题及答案
第一章习题及答案1、中国对物联网是怎样定义的？答：我国信息技术标准化技术委员会所属传感器网络标准工作组的2009年9月的工作文件，对传感器网络的定义是：传感器网络(Sensor Network)以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人、人与物之间信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。
我国工信部和江苏省联合向国务院上报的《关于支持无锡建设国家传感网创新示范区(国家传感信息中心)情况的报告》中传感网的定义是：传感网(Sensing Network)，是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。
其突出特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。
2、说明物联网、传感网与泛在网之间的关系。
答：传感网是物联网的组成部分，物联网是互联网的延伸，泛在网是物联网发展的愿景。
传感器网络、物联网和泛在网之间的关系如图所示。
3、说明物联网的体系架构及各层次的功能。
答：物联网通常被公认为有3个层次，从下到上依次是感知层、网络层和应用层。
物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集；网络层主要完成信息传递和处理；应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合。
4、说明物联网的技术体系架构及各层次的关键技术。
答：物联网的技术体系框架包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。
感知层是物联网发展和应用的基础，包括传感器等数据采集设备，是数据接入到网关前的传感器网络RFID技术、传感控制技术、短距离无线通讯技术是感知层涉及的主要技术。
物联网的网络层一般建立在现有的移动通讯网或互联网的基础之上。
实现更加广泛的互联功能。
关键技术：包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术、公共交换电话网（PSTN）技术、Wi-Fi通信技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。
物联网工程技术第一章25
• 4．网络技术
•
集合了有线和无线方式的网络技术，实现物体无缝和透明接入。新的网络技
术应ห้องสมุดไป่ตู้能支持现有网络结构；组网系统间可扩展、跨平台兼容；支持芯片级的组网；
减小开销并为物体提供有效连接的解决方案；芯片通信结构中参数可动态配置；通
信根底设施随网络负荷而变化；通过功率感知来进行自适应；可能以IP为根底组成
络(wǎngluò)； • 其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。 • 根据物联网与互联网的关系分类，不同的专家学者对物联网给出了各自的
定义，归纳起来有如下四种类型。 • 物联网是传感网而不接入互联网 • 物联网是互联网的一局部 • 物联网是互联网的补充网络 • 物联网是未来的互联网
识别，采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、 音频、视频数据。
•
感知层主要负责对其工作范围内的环境变化进行监视，采集数据的
方式主要分为两种：
• 主动式采集：主要用于人们所设定的日常工作中
• 被动式采集：主要用于获取一些特定的数据来满足特殊的需要
• 2．网络层：实现更加广泛的互连功能(gōngnéng)，能够把感知到的信息 无障碍、高可靠性、高平安性地进行传送。网络层包括各种通信网络与 互联网形成的融合网络，是相对成熟的局部。网络层是物联网成为普遍 效劳的根底设施，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。
“可靠(kěkào)传送〞是指通过各种通信网络与互联网的融合，将物体接入信息 网络，随时随地进行可靠(kěkào)的信息交互和共享。
“智能处理〞是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行 业、跨部门的数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的 洞察力，实现智能化的决策和控制。
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1.2.2 系统集成的要求
❖ 物联网系统集成通过结构化的拓扑设计和各 种网络技术，将各个分离的设备、功能和信 息等集成到相互关联、统一协调的系统之中， 使资源达到充分共享，实现集中、高效、便 利的管理。
❖ 系统集成实现的关键在于解决系统之间的互 连和互操作性问题，它是一个多厂商、多协 议和面向各种应用的体系结构
1.1.2 物联网分类
❖ 从物联网的运营角度，可以分成两大类：
面向公众提供的物联网服务 面向行业提供的物联网专用服务
❖ 从物联网的管理架构角度，物联网管理可以 分成三个层次
国家 行业/区域 企业
❖ 从物联网所有权角度，物联网可以分成三类
互联网（Internet） 内联网（Intranet） 专用网（Extranet/VPN）。
❖ 目前仍难以提出一个权威、完整和精确的物 联网定义
❖ 不同领域的研究者给出了一些有代表性的物 联网定义
定义一
❖ 物联网是未来网络的整合部分，它是以标准、 互通的通信协议为基础，具有自我配置能力 的全球性动态网络设施。在这个网络中，所 有实质和虚拟的物品都有特定的编码和物理 特性，通过智能界面无缝链接，实现信息共 享
定义四
❖ 狭义上的物联网指连接物品到物品的网络， 实现物品的智能化识别和管理；广义上的物 联网则可以看做信息空间与物理空间的融合， 将一切事物数字化、网络化，在物品之间、 物品与人之间、人与现实环境之间实现高效 信息交互方式，并通过新的服务模式使各种 信息技术融入社会行为，是信息化在人类社 会综合应用达到的更高境界
❖ 物联网按其部署方式通常分成如下四类
私有物联网（Private IoT） 公有物联网（Public IoT） 社区物联网（Community IoT） 混合物联网（Hybrid IoT）。
1.2 物联网系统集成
❖ 1.2.1 系统集成的定义与特点 ❖ 1.2.2 系统集成的要求 ❖ 1.2.3 系统集成的步骤
定义五
❖ 物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络 延伸，它利用感知技术与智能装置对物理世 界进行感知识别，通过网络传输互连，进行 计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与 物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实 时控制、精确管理和科学决策的目的
定义六
❖ 物联网是指具有感知和智能处理能力的可标 识的物体，基于标准的可互操作的通信协议， 在宽带移动通信、下一代网络和云计算平台 等技术的支撑下，获取和处理物体自身或周 围环境的状态信息，对事件及其发展及时做 出判断，提供对物体进行管理和控制的决策 依据，从而形成信息获取、物体管理和控制 的全球性信息系统
物联网系统设计
第一章 物联网系统 设计概论
第一章 物联网系统设计概论
❖ 1.1 物联网概论 ❖ 1.2 物联网系统集成 ❖ 1.3 网络系统设计标准与规范 ❖ 1.4 物联网系统设计的用户需求分析
1.1 物联网概论
❖ 1.1.1 物联网定义 ❖ 1.1.2 物联网分类
1.1.1 物联网定义
❖ 物联网概念随着信息领域及相关学科的发展 仍将不断改变与充实
系统集成不是选择最好的产品的简单行为，而是要选择 最适合用户的需求和投资规模的产品和技术
系统集成不是简单的设备供货，它体现更多的是设计、 调试与开发的技术和能力
系统集成包含技术、管理和商务等方面，是一项综合性 的系统工程，技术是系统集成工作的核心，管理和商务 活动是系统集成项目成功实施的可靠保障
定义二
❖ 由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的 网络，这些标识和个性运行在智能空间，使 用智慧的接口与用户、社会和环境的上下文 进行连接和通信
定义三
❖ 物联网指通过信息传感设备，按照约定的协 议，把任何物品与互联网连接起来，进行信 息交换和通信，以实现智能化识别、延伸和扩展的网络
定义七
❖ 物联网指的是将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内 在智能”的，如传感器、移动终端、工业系统、楼宇控制系 统、家庭智能设施、视频监控系统等、以及“外在使能”的， 如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等 “智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种无线和/或 有线的长距离和/或短距离通信网络实现互连互通、应用大集 成，以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网、专网或 互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可 控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度 指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升 级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、 节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化
❖ 系统集成本质就是最优化的综合统筹设计， 即所有部件和成分合在一起后不但能工作， 而且全系统是低成本的、高效率的、性能匀 称的、可扩充性和可维护的系统
1.2.3 系统集成的步骤
❖ 网络系统的需求分析 ❖ 逻辑网络的设计 ❖ 物理网络设计 ❖ 选择系统集成商或设备供货商 ❖ 系统安装和调试 ❖ 系统验收与测试 ❖ 用户培训和系统维护
中国通信标准化协会（China Communications
Standards Association，CCSA）在M2M相关标
1.3 网络系统设计标准与规范
❖ 1.3.1 设计标准 ❖ 1.3.2 文档与规范 ❖ 1.3.3 网络系统设计文档编制
1.3.1 设计标准
❖ 国际上主要的标准化活动
ETSI在M2M相关标准工作上的进展 3GPP在M2M相关标准工作上的进展 3GPP2在M2M相关标准工作上的进展
❖ 国内主要的标准化活动
1.2.1 系统集成的定义与特点
❖ 系统集成是在系统工程科学方法的指导下， 根据用户需求，优选各种技术和产品，将各 个分离的子系统连接成为一个完整可靠、经 济和有效的整体，并使之能彼此协调工作， 发挥整体效益，达到整体性能最优
❖ 系统集成有以下几个显著特点
系统集成要以满足用户的需求为根本出发点