物联网核心技术之新型无线网络技术
物联网的核心技术
物联网的核心技术引言：物联网作为互联网的延伸，将物理世界与数字世界无缝连接，正逐渐渗透到我们的生活和工作中。
物联网的实现离不开核心技术的支持，本文将对物联网的核心技术进行探讨。
一、传感器技术传感器是物联网的重要组成部分，它可以感知和采集物理世界的信息，并将这些信息转化成数字信号传输给物联网系统。
传感器技术的发展极大地促进了物联网的发展。
传感器可以分为光学传感器、温度传感器、压力传感器等多种类型，不同类型的传感器可以满足不同领域的需求。
二、无线通信技术物联网需要大量的设备进行连接，而无线通信技术为物联网的设备连接提供了可靠的解决方案。
无线通信技术可以实现设备之间的远程通信，并支持大规模设备的并发连接。
目前常用的无线通信技术有Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等，它们各自具有不同的特点和适用场景。
三、云计算技术云计算技术是支撑物联网的关键技术之一。
通过云计算技术，物联网可以将海量的数据进行存储和处理，并提供实时的数据访问和分析服务。
云计算技术使得物联网系统具备了数据存储、计算和应用的强大能力，从而实现了物联网的高效运行。
四、边缘计算技术边缘计算技术是一种将计算、存储和网络资源靠近物联网终端设备的技术。
通过在边缘节点上进行数据处理和分析，物联网可以减少对云计算中心的依赖，并实现更低的延迟和更高的实时性。
边缘计算技术在物联网中具有重要的意义，可以提高系统的响应速度和资源利用效率。
五、物联网安全技术物联网的普及离不开安全的保障。
物联网安全技术包括身份认证、数据加密、安全传输等多方面的保护措施，旨在确保物联网系统的安全可靠。
随着物联网规模的不断扩大，物联网安全问题日益突出，物联网安全技术也日趋重要。
六、数据管理技术物联网的核心价值在于数据的使用和分析。
数据管理技术可以对物联网产生的海量数据进行有效的管理和利用，包括数据采集、存储、处理和分析等环节。
通过合理的数据管理技术，物联网可以挖掘出更多有价值的信息，并为各行各业提供更好的服务和决策支持。
5G系统无线网络核心技术
5G系统无线网络核心技术了解5G 系统关键无线技术特征 熟悉5G 系统关键无线技术优势 掌握5G 系统超大规模天线技术 掌握5G 系统关键无线传输技术 掌握5G 系统密集组网 相关策略✓无线通信系统原理 ✓LTE 网络原理与技术 ✓通信工程与网络技术先修课程• 用户体验速率100Mbps• 用户体验速率1Gbps • 用户峰值速率数十Gbps • 流量密度数十Tbps/km^2• 低功耗/低成本/广覆盖• 海量连接（1e6-1e7/km^2）• 空口时延：1ms• 端到端时延：ms级• 可靠性：接近100%体技术带来✓海量设备带来的能耗增加为绿色通信的要求带来⏹技术原理–当基站侧天线数远大于用户天线数时，基站到各个用户的信道将趋于正交。
–用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增益将能够有效地提升每个用户的信噪比，从而能够在相同的时频资源共同调度更多用户。
⏹功能和优势–若基站配置400根天线，在20MHz带宽的同频复用TDD系统中，每小区用MU-MIMO方式服务42个用户时，即使小区间无协作，且接收/发送只采用简单的MRC/MRT时，每个小区的平均容量也可高达1800Mbps。
⏹应用场景–城区宏覆盖、高层建筑、室内外热点、郊区、无线回传链路⏹技术方案–面向异构和密集组网的massive MIMO网络构架与组网方案–Massive MIMO物理层关键技术–大规模有源阵列天线技术–大规模天线与高频段的结合4G ：3GPP LTE-A 标准4G ：3GPP LTE 标准5G3G ：WCDMA HSPA+标准大规模天线：基站使用大规模天线阵列（几十甚至上百根天线）支持SISO ，2×2MIMO ，4×4MIMO 。
下行峰值速率100Mb/s 。
支持2×2MIMO ，下行峰值速率42Mb/s最多支持8×8MIMO ，下行峰值速率1Gb/s3G ：WCDMA HSPA 标准只能使用SISO ，下行峰值速率7.2Mb/sMIMO C-RAN 分布MIMOMIMO 技术的演进用户水平+垂直分布•大规模天线应用场景：中心式天线系统–适用于宏蜂窝小区，中心基站使用大规模天线–微小区为大部分用户提供服务，而大规模天线基站为微小区范围外的用户提供服务，同时对微小区进行控制和调度256(8*32)MRT ZF天线数频谱效率•大规模天线应用场景：分布式天线系统–多根天线分布在区域内联合处理(C-RAN)–适用于高用户密度或者室内场景室外密集小小区部署分布式大规模天线阵列理想回程理想回程室内密集小小区理想回程室外密集小小区非理想回程室内密集小小区非理想回程VS三维立体信号可扩展高层楼宇室内覆盖的深度和广度三维立体信号可针对不同用户实现垂直面空分，显著提升频谱效率三维立体信号波束更窄，降低对邻区的干扰平面信号可实现高层楼宇的室内覆盖无法实现垂直面空分平面信号无法在垂直面跟踪用户传统MIMO 3D-MIMO扇区天线3D MIMO 天线3D MIMO每个垂直的天线阵子分割成多个阵子（天线数目大幅增加），大规模天线阵列正是基于多用户波束成形的原理，在基站端布置多根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束多天线技术的标准化现状LTE Rel-8LTE Rel-9LTE Rel-10LTE Rel-11DL MIMO EnhancementUL MIMOCoMPSU-MIMOMU-MIMO & Beamforming Dual-layer Beamforming最多 4 层最多8层最多2层 最多4层 (rank1-2/UE)SU 维度MU 维度 优先级 SU-MIMO MU-MIMO Network MU-MIMO• MIMO 技术的性能增益来自于多天线信道的空间自由度 • 维度扩展始终是MIMO 技术演进的重要方向大规模天线核心技术CSI-1CSI-2 CSI-3 CSI-4 CSI measurement &feedbackTransmission3D-GoBActive Antenna System (AAS)•更多的基带可控通道，维度扩展成为可能•2D AAS阵列中的水平/垂直基带可控通道•UE-specific 3D-MIMO•垂直扇区化•灵活的 RET•多RAT独立tilt调整•降低功率损耗，更高的最大发射功率•顺应C-RAN趋势：云计算+AAS•降低维护成本3D MIMO有利于：☐在密集的城市环境中对不同楼层的室内覆盖☐降低对邻小区干扰☐实现小区内多用户干扰协调BBUAAS峰速：4Gbps⏹技术原理–PDMA图样分割多址接入（Pattern Division Multiple Acess）是一种基于多用户通信系统整体优化的新型非正交多址接入技术，通过发送端和接收端的联合设计，在发送端采用功率/空间/编码等多种信号域的单⏹技术方案–发射端图样设计–导频设计–与MIMO结合–低复杂度检测算法⏹应用场景–宏蜂窝及宏微蜂窝异构网络图样分割多址接入1G2G3G 4G正交多址接入技术−已有通信标准都采用正交接入技术发端非正交传输，接收端串行干扰抵消检测，能够达到多用户信道容量。
物联网的核心技术
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案例描述：通过物联网技术实现生产过程的自动化和信息化，提高生产效率和产品质量。
案例名称：智能制造
案例应用：在汽车制造、机械制造等领域得到广泛应用。
案例价值：降低生产成本、提高生产效率、优化资源配置。
智能施肥：通过监测土壤营养成分等信息，实现精准施肥，提高农作物产量和品质
异构网络之间的互联互通问题
数据共享和隐私保护问题
设备协同工作的实时性、可靠性和稳定性问题
物联网的未来趋势
5G技术将促进物联网设备的智能化和自动化
物联网和5G技术的结合将带来更多的创新应用场景
5G技术提供更快的网络速度和更大的网络容量
物联网设备之间的连接和通信将更加高效和可靠
物联网的未来趋势：物联网和人工智能的结合
数据存储：将收集到的数据进行存储和管理
数据处理：对存储的数据进行处理和分析
数据挖掘：通过算法和模型挖掘出数据的潜在价值
物联网的技术挑战
网络通信安全：物联网设备之间通信可能遭受干扰和拦截
云服务安全：云平台存储大量物联网数据，可能遭受黑客攻击和数据泄露
设备安全：物联网设备可能遭受攻击和恶意软件感染
数据隐私：物联网设备收集大量数据，需要保护用户隐私
应用范围：广泛用于物流、供应链管理等领域
与物联网的关系：是物联网感知层的重要技术之一
定义：能够感知并响应外部环境变化的一种装置或设备
作用：收集并传递数据，为物联网应用提供原始信息
类型：物理型、化学型、生物型等，可感知多种参数，如温度、湿度、压力、光照等
在物联网中的应用：广泛应用于环境监测、医疗健康、智能家居等领域，为人们的生活带来便利和智能化。
物联网中的无线传感网络技术及其应用场景探究
物联网中的无线传感网络技术及其应用场景探究1. 引言物联网是指通过互联网将各种物理设备连接起来形成一个巨大的网络，实现智能化的控制和互动。
无线传感网络技术是物联网领域的核心技术之一，它通过将传感器节点部署在物理环境中，实现对环境信息的监测和采集。
本文将对物联网中的无线传感网络技术及其应用场景进行探究。
2. 无线传感网络技术的基本原理无线传感网络技术是一种通过无线通信方式将传感器节点连接起来的技术。
传感器节点通常由传感器、处理器、无线通信模块和电源组成，可以实现对环境信息的感知和采集。
无线传感网络技术的基本原理包括网络拓扑构建、数据传输和能量管理。
2.1 网络拓扑构建无线传感网络中的节点可以组成不同的拓扑结构，包括星型、网状和集群等。
其中，星型结构是最简单的网络结构，每个节点直接与中心节点相连；网状结构中的每个节点都可以与其他节点相连；集群结构中，节点被分为若干个簇，每个簇有一个簇头节点负责数据传输和处理。
选择合适的网络拓扑结构可以提高网络的可靠性和灵活性。
2.2 数据传输无线传感网络中的数据传输可以通过无线通信方式实现，包括无线电、红外线和蓝牙等。
传感器节点通过无线通信模块将采集到的数据传输给其他节点或网络中心。
数据传输的方式包括单跳传输和多跳传输，单跳传输是指数据直接传输给目标节点，多跳传输是指通过中间节点进行转发。
多跳传输可以扩大网络的覆盖范围，并提高数据传输的可靠性。
2.3 能量管理由于无线传感网络中的节点通常依靠电池供电，能量管理成为无线传感网络技术的重要问题。
传感器节点通常通过休眠和唤醒的方式进行能量管理，即在空闲时进入休眠状态以节省能量，在需要采集和传输数据时进行唤醒。
此外，还可以通过传感器节点之间的能量转移和能量回收等方式延长节点的独立工作时间。
3. 无线传感网络的应用场景无线传感网络技术在各个领域都有广泛的应用，以下将重点介绍几个典型的应用场景。
3.1 环境监测无线传感网络可以用于环境监测，如空气质量监测、水质监测和噪音监测等。
物联网的核心技术ZIGBEE
頻帶 ISM
ISM ISM
覆篕范围 全球
美洲 歐洲
数据传输速度 信道数量
250 kbps
1
40 kbps
10
20 kbps
1
ZigBee的网络架构-物理层
ZigBee的网络架构-媒体接入控制层
• 遵循IEEE802.15.4协议 • 负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束 • 确认模式的数据传送和接收 • 可选时隙，实现低延迟传输 • 支持各种网络拓扑结构 • 网络中每个设备为16位地址寻址
全功能设备(FFD)：可以担任网络协调者，形成网络，让其它的FFD或是精简功能装置（RFD）连 结，FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。
附带由标准指定的全部 802.15.4 功能和所有特征
更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用。
也能用作终端设备
精简功能设备(RFD)：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。
• 重复而快速反应的数据通信 – 指定固定的时隙进行通信 – 如：鼠标、键盘
ZigBee的网络架构-媒体接入控制层
网络协调器：包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最 强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路 由消息、不断地接收信息。
前最好的文本加密算法之一） • 有效范围小：有效覆盖范围10~75米，具体依据实际发射功率大小和各种不同的应用模式而定 • 工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）
的频段 • 传输可靠：采用碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的业务预留专用时隙。
ZigBee的网络架构
物联网核心技术是什么
物联网核心技术是什么近年来，物联网（Internet of Things，简称IoT）得到了广泛的关注和发展。
作为一个智能化的概念，物联网依赖于多种核心技术来实现设备之间的互联互通。
本文将探讨物联网的核心技术是什么，并简要介绍其应用领域以及技术的未来发展。
一、传感技术传感技术是物联网的核心基础，它能够将物理世界的信息转换为数字信号，实现设备对环境的感知和数据采集。
常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、光线传感器等。
通过传感技术，物联网设备能够实时监测和感知环境数据，并将数据传输到云端进行后续的处理和分析。
二、无线通信技术无线通信技术是物联网设备之间进行互联的关键技术。
通过无线通信技术，物联网设备可以实现远程监控、数据传输和命令控制等功能。
常用的无线通信技术包括WiFi、蓝牙、ZigBee、LoRa等。
这些无线通信技术具有不同的传输距离、传输速率和功耗等特点，可以根据不同的应用场景选择合适的通信技术。
三、云计算技术云计算技术是物联网的重要支撑，它提供了存储、计算和分析等功能。
通过云计算技术，物联网设备可以将感知到的数据上传到云端进行存储和分析，同时可以根据云端的指令进行相应的控制操作。
云计算技术能够对海量的数据进行处理，提供更高效、更智能的服务。
四、大数据技术随着物联网设备不断增加，产生的数据量也在急剧增加。
大数据技术可以帮助物联网从庞大的数据中提取有价值的信息，并进行数据挖掘和分析。
通过大数据技术，物联网能够发现数据背后的规律和趋势，为决策提供更准确的依据。
五、人工智能技术人工智能技术是物联网的又一重要支撑，它能够为物联网设备赋予智能化的能力。
通过人工智能技术，物联网设备可以进行图像识别、语音识别、自动推荐等功能。
人工智能技术的发展将进一步推动物联网技术的创新和升级。
物联网技术的应用领域广泛，涵盖了工业、农业、交通、医疗等多个领域。
例如在工业领域，物联网技术可以实现设备的集中管理和自动化控制，提高生产效率和资源利用率；在农业领域，物联网技术可以实现土壤湿度监测、灌溉控制等功能，实现农业的智能化管理；在交通领域，物联网技术可以实现交通流量监测、智能导航等功能，提高交通系统的效率和安全性；在医疗领域，物联网技术可以实现患者的远程监护和医疗数据的实时传输，提高医疗服务的质量和效率。
物联网5大关键技术及其体系结构
物联网5大关键技术及其体系结构一、物联网的体系结构现在智能家居已经深入人心，而智能家居的实现离不开物联网技术。
那么什么是物联网呢？物联网简单的概括为：物联网利用无线射频识别(电子标签系统)、红外传感器、汽车卫星导航系统、激光扫描仪和其他传感器数据，根据约定的连接协议将各种对象连接到网际网络，交换信息并相互通讯、识别、定位、跟踪、监视和管理的网络。
物联网中的“物”并不只是单纯的我们生活中的物品，这里的“物”需要满足很多条件，比如：1.能够接收适当的信息2.需要数据传输路径3.需要一定的存储功能4.需要处理运算单元5.有执行操作系统6.需要专用的应用程序7.数据信号发送器是必要的8.服从物联网的通讯协议9.能够在世界网络中识别唯一的号码。
二、物联网的体系结构物联网体系结构主要由三个层次组成：感知层（感知控制层）、网络层和应用层组成。
其中网络层又称为传输层，包括接入层、汇聚层和核心交换层，应用层又分为管理服务层和行业应用层。
三、物联网五大核心技术物联网的核心关键技术主要包括RFID技术、传感器技术、无线网络技术、人工智能技术、云计算技术等。
1.RFID技术RFID技术是物联网“让物说话”的关键技术。
物联网中的RFID标签存储标准化的、可互操作的信息，并通过无线数据通信网络自动采集到中心信息系统中，实现物品的识别。
2.传感器技术传感器技术在物联网中，传感器主要负责接收对象的“语音”内容。
传感器技术是从自然源中获取信息并对其进行处理、转换和识别的多学科现代科学与工程技术。
它涉及传感器的规划、设计、开发、制造和测试，信息处理和识别，改进活动的应用和评估。
3.无线网络技术在物联网中，要与人无障碍地通信，必然离不开能够传输海量数据的高速无线网络。
无线网络不仅包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，还包括短距离蓝牙技术、红外线技术和Zigbee技术。
4.人工智能技术人工智能是一种用计算机模拟某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考和规划等)的技术。
物联网关键技术
物联网的关键技术物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的，是个典型的交叉新领域，所涉及的技术很多, 其技术细节涉及很多方面，基础前沿研究值得关注。
就目前而言，物联网的核心技术主要包括以下几个方面：感知技术、网络通信技术、数据融合与智能技术。
物联网的这些关键技术是其最终实现并得以实施的重要保证。
1、感知技术感知技术主要用于数据的采集，它是物联网的基础，是物联网的触觉和神经，也是物联网进一步研究的重点。
目前，信息采集主要采用电子标签和传感器等方式完成。
（1）电子标签电子标签用于对采集的信息进行标准化标识，数据采集和设备控制。
通过射频识别读写器、二维码识读器等实现。
射频识别技术RFID( Radio Frequency Identification )电子标签是近几年发展起来的新技术，也是替代条形码走进物件网时代的关键技术之一。
它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别对象并获取相关数据。
它的工作原理是：利用射频电磁波通过空间耦合在阅读器和进行识别、分类和跟踪的移动物品之间实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。
RFID系统一般由阅读器、标签和天线三部分组成，阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号,当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后, 发送至电脑主机进行有关处理。
RFID通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
（2）传感器传感器是机器感知物质世界的“感觉器官”，用来感知信息采集点的个各种环境参数；它可以感知热、力、光、电、声、位移等信号，为物联网系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。
它是一种检测装置，能感受到被测量的信息,，并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
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物联网核心技术之新型无线网络技术
Wireless Mesh Network，中文名无线mesh网络, 别名“多跳（multi-hop）”网络，它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。
无线mesh网络，由mesh routers（路由器）和mesh clients（客户端）组成，其中mesh routers 构成骨干网络，并和有线的internet网相连接，负责为mesh clients提供多跳的无线网络连接。
在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与AP(Access Point)相连的无线链路来访问网络，形成一个局部的BSS(Basic Service Set)。
用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点(AP)，这种网络结构被称为单跳网络。
而在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。
这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。
依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。
这样的访问方式就是多跳访问。
其实人们熟知的Internet就是一个Mesh网络的典型例子。
例如，当我们发送一份E-mail 时，电子邮件并不是直接到达收件人的信箱中，而是通过路由器从一个服务器转发到另外一个服务器，最后经过多次路由转发才到达用户的信箱。
在转发的过程中，路由器一般会选择效率最高的传输路径，以便使电子邮件能够尽快到达用户的信箱。
无线Mesh网络具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。
在无线Mesh网络里，如果要添加新的设备，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自我配置，并确定最佳的多跳传输路径。
添加或移动设备时，网络能够自动发现拓扑变化，并自动调整通信路由，以获取最有效的传输路径。