物联网技术概论2016(第5章)
物联网技术概论
2.物联网的发展
美国：IBM提出的“智慧地球”概念已上升至美国的国家 战略 欧盟：2009年6.18，欧盟委员会向欧盟议会，理事会、欧 洲经济和社会委员会及地区委员会递交《欧盟物联网行动 计划》 日本：2004年推出 u-Japan 计划09年升级为 i-japan 将物联网列为国家重点战略之一。 韩国：计划2013年之前创造50万亿韩元的物联网产业规模 国内政策：物联网是国内发展的一项战略性新兴产业 温家宝在十一届人大会议三次《政府工作报告》明确提出： 加快物联网的研发应用
与应用。
物联网技术概论
四、可穿戴设备
随着创新技术的不断发展，可穿戴设备已不仅仅是佩戴在消费者手腕上
的一个日常活动追踪器，可穿戴设备是目前发展最快的技术领域之一，其不仅
可以记录我们的锻炼状况，还可以追踪我们的情绪、睡眠习惯，甚至我们宠物
的一举一动，”美国消费技术协会消费电子展及企业运营战略高级副总裁凯
物联网技术概论
4、物理网和互联网的关系
表1.1互联网和物联网的比较
网络 比较项起源来自互联网①计算机技术的出现 ②技术的传播速度加快
物联网
①传感技术的创新 ②云计算
面向的对象 人
人和物
发展的过程 使用者
技术的研究到人类的技术共 享使用
所有的人
芯片多技术的平台应用过程 人和物，人即信息体，物即信息体
核心的技术 主流的操作系统和语言开发 芯片技术开发和标准制定
物联网技术概论
2010年物理网产业市场规模超过2000亿元 2015年物联网整体市场规模达到7500亿元 到2020年之前全球接入互联网的终端将达到500亿个 物联网已成为国家重点发展的一项战略性新兴产业
物联网技术概论
物联网技术概论(PDF 40页)
指出：物联网是情景感知计 算的支持技术。
中培教育 张文杰 wjzhg@
z 关于“物联网”最新技术的第一本书； z 反映了当前的研究趋势与工业化需求； z 兼顾了理论和实践问题； z 涵盖了案例分析、试验报告和实践； z 本书强调了概念和技术问题，适时、严肃的关注了EU和US以及
中培教育 张文杰 wjzhg@
2005年，国际电信联 盟（ITU）发布名为《Inter‐ net of Things》的技术报告， 定义物联网：通过在各种日 常物品中植入短距离收发器， 构成一种新的信息和通信技 术（ICTs），以使任何人可 以在任何时间、任何地点连 接到任何物体。
物联网的支撑技术：
中培教育 张文杰 wjzhg@
我的定义：通过各种传感器和智能执行 器，把各种感兴趣的人与物，通过各种网络 （泛在网）连接起来，以实现人与物的智能 化身份识别、定位、状态监控、跟踪、和管 理，进而提供某种泛在计算服务的一类网络 称作物联网。
《Internet of Things in 2020》（2008）
EPoSS在《Internet of Things in 2020》报告中 分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段： ¾ 2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领 域 ¾ 2010-2015年物体互联(M2M) ¾ 2015-2020年物体半智能化 ¾ 2020年之后物体全智能化
中培教育 张文杰 wjzhg@
物联网—技术、应用、标准和商业模式 （2010.7，第一版）
周洪波博士在他的书 中指出，不同技术背景的 专家，各自关于物联网的 理解不尽相同：RFID、 M2M、WSN、两化融合 （工业控制与工业自动化 等）、其他（如信息管理 系统、安防监控、智能家 居等）。
物联网技术导论讲义
物联网技术导论讲义一、什么是物联网在当今科技飞速发展的时代，物联网（Internet of Things，简称IoT）正逐渐成为我们生活中不可或缺的一部分。
简单来说，物联网就是将各种物理设备、物品通过网络连接起来，实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理。
这些设备可以小到一个智能手环、一个家用摄像头，大到一辆汽车、一座工厂的生产设备。
它们都配备了传感器和网络连接功能，能够收集数据并将其传输到云端或其他处理中心，然后通过数据分析和处理，为我们提供有价值的信息和服务。
想象一下，你早上醒来，智能床垫感知到你的睡眠质量，自动调整室内的温度和光线；你出门上班，汽车能与交通信号灯通信，优化你的行车路线；你在办公室，智能办公设备根据你的工作习惯自动调整设置。
这一切的实现，都依赖于物联网技术。
二、物联网的关键技术（一）传感器技术传感器是物联网的“触角”，负责感知物理世界的各种信息，如温度、湿度、压力、位置等。
它们将这些信息转换成电信号，然后传输给其他设备进行处理。
（二）通信技术物联网中的设备需要通过网络进行通信，这就涉及到多种通信技术，如 WiFi、蓝牙、Zigbee、NBIoT 等。
不同的通信技术适用于不同的场景，例如 WiFi 适用于室内高速数据传输，NBIoT 适用于低功耗、远距离的设备连接。
（三）云计算和大数据技术物联网产生的海量数据需要强大的计算和存储能力来处理和分析。
云计算提供了弹性的计算资源和存储空间，大数据技术则帮助我们从海量数据中挖掘出有价值的信息。
（四）人工智能技术人工智能在物联网中发挥着重要作用，例如通过机器学习算法对设备收集的数据进行预测和分析，实现智能控制和决策。
三、物联网的应用领域（一）智能家居智能家居让我们的家变得更加舒适、便捷和安全。
通过智能门锁、智能家电、智能安防系统等设备的联网，我们可以远程控制家中的设备，实时了解家中的情况。
（二）智能交通在交通领域，物联网可以实现车辆之间的通信、交通信号灯的智能控制、智能停车等，提高交通效率，减少拥堵和事故。
物联网技术概论培训课件(ppt 40页)
物联网起源定义 物联网技术架构 物联网核心技术 物联网典型应用
2019/10/15 / 27
物联网一些典型应用案例
2019/10/15 / 28
智能家居：人在外，家就在眼前
数字家庭是以计算机技术和网络技术为 基础，包括各类消费电子产品、通信产 品、信息家电及智能家居等，通过不同 的互连方式进行通信及数据交换,实现家 庭网络中各类电子产品之间的“互联互 通”的一种服务。
备巨大的应用前景。 • 智能硬件：以小米科技生态圈为代表的智能硬件解决了互联网与终端的智能沟通互动问题，可穿戴、
VR、创意酷玩、机械智能、家庭医疗、绿色家居等为创客提供广泛的发展空间。 • 云计算大数据：互联网+时代，数据为王，云计算与大数据能够让数据发挥最大价值。
移动互联网
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传感网与通信网的互通
自组织 组网技术
协同 信息处理
传感器 中间件技术
自动化仪表
RFID
多媒体信息
传感器网络组网 和协同信息处理
数据采集与设 备联动控制
公 共 技 术
系
统 及 网 络 管
安 全 技 术
理
Q o S 管 理
标 识 管 理
感知层：智能硬件/传感器/射频
智能硬件/传感器
智能硬件/传感器
要制定“互联网+”行动计划。
400亿 引导基金
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掌握技能，寻找风口
互联网+创新创业最大的风口来自于四大领域
• 移动互联网：移动互联成为当前时代的标竿，80%的创新项目都从移动互联网进行创新孵化。 • 智慧物联网：物联网让万物互联成为可能，是推动未来产业发展的源动力，基于物联网的创新创业具
物联网系列专业课程：物联网技术概论
物联网系列专业课程：物联网技术概论在当今科技飞速发展的时代，物联网技术正以惊人的速度改变着我们的生活和工作方式。
从智能家居到智能交通，从工业自动化到医疗保健，物联网的应用无处不在。
而《物联网技术概论》这门课程，作为物联网系列专业课程的开篇之作，将为我们打开这个充满创新和机遇的领域的大门。
物联网，简单来说，就是让各种物品通过网络连接起来，实现智能化的感知、控制和管理。
它并不是一项孤立的技术，而是融合了多种技术的综合性体系，包括传感器技术、通信技术、网络技术、云计算技术、数据分析技术等等。
传感器技术是物联网的基础。
传感器就像是物联网的“眼睛”和“耳朵”，能够感知周围环境的各种信息，如温度、湿度、光照、压力、位置等。
这些传感器将收集到的数据转换为电信号，然后通过通信技术传输到网络中。
常见的传感器有温度传感器、湿度传感器、光线传感器、加速度传感器等。
不同类型的传感器可以满足不同的应用需求，比如在智能家居中，温度传感器可以用于自动调节室内温度，光线传感器可以根据光照强度自动控制灯光的亮度。
通信技术在物联网中起着至关重要的作用。
它负责将传感器收集到的数据传输到云端或其他终端设备。
目前，物联网中常用的通信技术包括蓝牙、WiFi、Zigbee、NFC 等短距离通信技术，以及 4G、5G、NBIoT 等长距离通信技术。
短距离通信技术适用于小型物联网设备之间的连接，如智能家居设备；而长距离通信技术则适用于大规模的物联网应用，如智能城市中的交通监控系统。
网络技术是物联网的支撑。
物联网中的设备数量众多，分布广泛，需要一个强大的网络来实现设备之间的互联互通。
IPv6 技术的出现为物联网提供了充足的地址资源，使得每一个物联网设备都能够拥有一个独立的 IP 地址。
此外，云计算技术为物联网提供了强大的计算和存储能力。
物联网产生的数据量巨大，通过云计算，这些数据可以得到高效的处理和分析，从而为用户提供有价值的信息和服务。
数据分析技术是物联网的核心。
精品文档-物联网技术概论(杨埙)-第1章
第1章 初识物联网
2. 物联网与互联网的关系 互联网是人与人之间的联系，而物联网是人与物、物与物 之间的联系。与现有的互联网相比，物联网更注重信息的传递， 互联网的终端必须是计算机(个人电脑、PDA、智能手机)等， 并没有感知信息的概念。物联网是互联网的延伸和扩展，使信 息的交互不再局限于人与人或者人与机的范畴，而是开创了物 与物、人与物这些新兴领域的沟通。 根据物联网与互联网的关系分类，可将物联网归纳为以下 四种类型： (1) 物联网是无线传感网而不接入互联网。 (2) 物联网是互联网的一部分。 (3) 物联网是互联网的补充网络。 (4) 物联网是未来的互联网。
第1章 初识物联网
目前，国际上对物联网的定义还有很多。物联网还没有统 一的定义，这一方面说明物联网的发展还处于探索阶段，不同 背景的研究人员、设备厂商、网络运营商是从不同的角度去构 想物联网的发展状况，对物联网的未来缺乏统一而全面的规划； 另一方面说明了物联网不是一个简单的热点技术，而是现代信 息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升， 也是一个融合了感知技术、通信与网络技术、智能计算技术的 复杂信息系统。物联网对各种感知技术、现代网络技术和人工 智能与自动化技术进行聚合与集成应用，使人与物智慧对话， 创造出一个智慧的世界，人们对它的认识还需要一个过程。
2. 物联网之“物”的涵义 物联网中的“物”不是普通的物，这里的“物”要满足一 定条件才能够被纳入“物联网”的范围：① 有相应信息的接 收器；② 有数据传输通路；③ 有一定的存储功能；④ 有 CPU;⑤ 有操作系统；⑥ 有专门的应用程序；⑦ 有数据发送 器；⑧ 遵循物联网的通信协议；⑨ 在世界网络中有可被识别 的唯一编号。只有这样，才能构建出物物相联的“物联网”。
第1章 初识物联网
物联网导论习题及答案
物联网导论习题第一章物联网概论一、术语辨析从给出的 26 个定义中挑出 20 个，并将标识定义的字母填在对应术语前的空格位置。
1、 HARPANET 2、J 泛在计算3、BITU4、G 智能家居5、KCPS6、NVPN7、O 网关 8、 E 智能环保9、Q 应用层协议 10、AAuto －ID 实验室11、Y 公共服务平台 12、L 物联网13、INII 14 、T 系统集成与软件开发产业 15、Z 战略性新兴产业 16、W 信息处理技术 17、M 承载网 18、R 物联网网络体系结构20、PTCP/IP 协议 RFID 、, 互联网，构建物联网的概念与解决方案的研究机构。
》年度报告的国际组织。
D 、2009 年提出加强物联网管理，保护隐私等十项建议与十二项行动计划的组织。
E 、包括污染源控制，水质监测，空气监测的一类物联网应用。
F 、提出通过 IPv6 协议将智能手机， RFID 标签，传感器等互联组成泛在网的国家。
G 、包括家庭网络，家庭安防，家电智能控制，能源智能计量的一类物联网应用。
H 、对奠定互联网发展基础起到重大作用的网络。
I 、对推动世界各国信息高速公路建设起到重要作用的建设计划。
J 、“普适计算”或“无处不在的计算”术语的另一种表达。
K 、将计算和通信能力嵌入到物理系统，形成信息物理融合系统的技术 L 、实现人与物，物与物互联的智能信息服务网络系统。
M 、为分布式进程通信提供数据传输服务的传输网的另一种名称。
N 、术语“虚拟专用网络”或“虚拟专网络”的英文缩写。
O 、实现 IP 网与非 IP 网互联的网络设备。
P 、互联网的核心协议。
Q 、规定了物联网应用系统中人与物 ，物与物之间信息交互过程的协议 R 、物联网网络层次结构模型与各层协议的集合。
S 、物联网产业链中的上游产业。
19、D 欧盟委员会 提供利用射频标签（ 在 2005 年发布《Internet of Things 提出智慧地球概念的 IT 企业。
物联网技术导论课件
物联网的控制特性
鲁棒性 保安性 可信性 时延性
控制理论在物联网中的应用前景
物联网的控制系统一定是一个计算机参与的 离散控制系统，将离散控制理论的分析方法 引入物联网系统的分析、研究和设计过程中， 能够使这一过程更加科学、合理，对系统的 各种性能将有一个更准确的判断，同时也便 于进行仿真分析。
第三章 传感器技术
定位技术
✓定位技术是测量目标的位置参数、时间参数、运动参数等时空信息的技术，它 利用信息化手段来得知某一用户或者物体的具体位置。
2.2 物联网体系结构
➢ 2.2.2 感知控制层
图 定位技术
2.2 物联网体系结构
➢ 2.2.3 数据传输层
短距离通信技术 广域网通信技术
图 数据传输技术
2.2 物联网体系结构
1.3 物联网的应用
智能交通 智能物流 环境监测 智能电网 医疗健康 智能家居
1.4 小结
第二章 物联网体系结构
2.1 物联网体系结构概述 2.2 物联网体系结构 2.3 物联网关键技术 2.4 已有物联网相关应用架构 2.5 物联网的反馈与控制 2.6 本章小结
2.1 物联网体系结构概述
➢ 2.1.1 意义和功能
无线传感网
无线传感器网络的相关技术可以作为物联网开发的基础
互联网
互联网连接的是虚拟世界，而物联网则是实现物理世界的互联互通
2.1 物联网体系结构概述
➢ 2.1.1 意义和功能
异构屏蔽性 互联互通 安全性
图 物联网的三层结构
2.1 物联网体系结构概述
➢ 2.1.2 设计原则
改变电阻丝或片尺寸
电位器传感器
电阻丝应变传感器、半导 体应变传感器
位移 微应变、力、负荷
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西安交通大学
物联网技术概论 (第5章)
桂小林 西安交通大学电子与信息工程学院 计算机科学与技术系 2014.04.02
桂小林 1
(推荐阅读清华大学出版社桂小林主编的《物联网技术导论》
物联网通信技术
物联网通信技术包含近距离无线通信技术、有线传 输技术、远距离无线通信技术、Internet技术等 。 如图5-1所示，利用近距离无线通信技术、有线传 输技术组成局域网，实现感知数据的汇聚，利用 Internet技术实现感知数据的共享，利用远距离 无线通信技术弥补有线无法涉及的区域。 这些技术集合在一起，成为实现物联网数据传输的 关键通信技术。
图5-1
基于接入点模式的Wi-Fi组网示意图
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5.1.1 Wi-Fi技术
4. Wi-Fi接入
基于Wi-Fi技术的无线网络使用方便、快捷高效，使得 无线接入点数量迅猛增长。 Wi-Fi的流行接入模式 • IEEE 802.11n
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IEEE 802.11n
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Wi-Fi安全技术
由于Wi-Fi是采用射频技术进行网络连接及传输的开放式物 理系统，其安全性主要表现在物理层、链路层和网络层 。 核心是数据链路层安全。
4）中间件层由许多不同的协议混合组成。 RFcomm（无线电频率通信/射频通信，Radio Frequency Communication）是指模拟连接 键盘、鼠标、modem等设备的串口通信。 5）应用层包含特定应用的协议子集。
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5.1.3 ZigBee技术
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3）链路管理器负责在设备之间建立逻辑信道，包括电源管 理、认证和服务质量。逻辑链路控制适应协议（Logical Link Control adaptation Protocol，L2CAP）为上 面各层屏蔽传输细节，主要包含三个功能：
第一，在发送方，接收来自上面各层的分组，分组最大为64KB， 将其拆散到帧中；在接收方，重组为对应分组。
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WPA
无线保护访问（Wireless Protected Access ，WPA）是由Wi-Fi 联盟提出的一个无线安全访 问保护协议。 WPA协议的提出旨在克服所有WEP协议的安全缺 陷，WPA协议大大改进了之前的无线网络安全保 护能力和访问控制技术，使无线网络数据的安全级 别提高。 WPA 主要解决了WEP中在客户端与缺乏身份认证 的访问点之间使用相同静态密钥和网络接入时身份 认证方面存在的缺陷问题。
(推荐阅读清华大学出版社桂小林主编的《物联网技术导论》
Wi-Fi常用协议标准
(推荐阅读清华大学出版社桂小林主编的《物联网技术导论》
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5.1.1 Wi-Fi技术
2. Wi-Fi特点
①覆盖范围广：开放性区域的通信距离通常可达305 米，封闭性区 域的通信距离通常在76 米到122 米之间。特别是基于智能天线技 术的802.11n标准，可将覆盖范围扩大到几平方公里。 ②传输速度快：基于不同的802.11标准，传输速度可从11Mbps 到450Mbps。 ③建网成本低，使用便捷：通过在机场、车站、咖啡店、图书馆等 人员较密集的地方设置“热点”（HotSpot），即无线接入点 (Access Point，AP)，任意具备无线接入网卡的设备均可利用 Wi-Fi技术实现网络访问。 ④更健康更安全：Wi-Fi技术采用IEEE802.11标准，实际发射功 率约为60~70毫瓦，与在200毫瓦至1瓦间的手机发射功率相比， 更加安全。
ZigBee技术是新兴的可以实现短距离内双向无线通信的技 术，以其复杂程度低、能耗低、成本低取胜于其余的短距离 无线通信技术。
它因模拟蜜蜂的通信方式而得名，过去又称 “HomeRFLite”、“RF-Easylink”或“FireFly”，目 前统一称为Zigbee，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间 的技术提案，主要应用于短距离内，传输速度要求不高的电 子通信设备之间的数据传输和典型的有周期性、间歇性反应 时间的数据传输。 ZigBee技术主要被作为短距离无线传感器网络的通信标准 ，广泛应用于家庭居住控制、商业建筑自动化和工厂车间管 理等领域。
桂小林 4
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5.1.1 Wi-Fi技术
Wi-Fi联盟主要针对移动设备，规范了基于IEEE 802.11协 议的数据连接技术，用以支持包括本地无线局域网（ Wireless Local Area Networks，WLAN）、个人局域 网（Personal Area Networks，PAN）在内的网络。 1. Wi-Fi常用的协议标准
(推荐阅读清华大学出版社桂小林主编的《物联网技术导论》
1）协议栈最底层是物理无线电层，处理与无线电传送和调制有关的问 题。蓝牙是一个低功率系统，通信范围在10米以内，运行在2.4GHz 频段上。该频段分为79个信道，每个信道1MHz，总数据率为1Mbps ，采用时分双工传输方案实现全双工传输。 2）蓝牙基带层将原始位流转变成帧，每一帧都是在一个逻辑信道上进 行传输的，该逻辑信道位于主节点与某一个从节点之间，称为链路。蓝 牙标准中共有两种链路。第一种是ACL链路（异步无连接链路， Asynchronous Connection-Less），另一种是SCO链路（面向 连接的同步链路，Synchronous Connection Oriented），用于 实时数据传输，例如电话。
RC4算法属于对称流密码，支持可变长度密钥。
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WEP 支持64位和128位加密。
对于64位加密，加密密钥为10个十六进制字符（0-9和 A-F）或5个 ASCII 字符。 对于128位加密，加密密钥为26个十六进制字符或13 个ASCII字符。 64位加密又称40位加密，128位加密又称104位加密 。
蓝牙技术最初由爱立信公司创制
桂小林 21
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1. 蓝牙协议栈 蓝牙联盟针对蓝牙技术制定了相应的协议结构， IEEE802.15委员会对物理层和数据链路层进行了 标准化，于2002年批准了第一个PAN标准 802.15.1。
WEP 安全性弱，容易被破解 加密算法采用RC4算法 WPA2-PSK 安全性高，破解难度大 加密算法采用128bit的AES算法
密钥是静态的，同一网络上所有人 动态会话密钥，不同用户不同设备密钥 共享密钥 不同
使用CRC32进行数据完整性校验， 使用CCM密码区块链信息认证，无法篡 易被篡改，抗攻击弱 改
WEP（Wired Equivalent Privacy，WEP）
IEEE 802.11b标准规定了一种称为有线等价保密协议WEP的加 密方案，提供了确保无线局域网数据流的安全机制。
WEP采用的加密算法是由Ron Rivets of RSA Data Security Inc在1987年设计的40位的RC4加密算法。
桂小林 2
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物联网通信技术 5.1 近距离无线通信技术
近距离无线通信技术是实现无线局域网、无线个人局 域网中节点、设备组网的常用通信技术，用于将传感 器、RFID，以及手机等移动感知设备的感知数据进行 数据汇聚，并通过网关传输到上层网络中。
近距离无线通信技术通常有Wi-Fi技术、蓝牙技术、 ZigBee技术。
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在接入点模式中，Wi-Fi 的设置至少需要一个接入 点和一个或一个以上的终 端。 接入点每100ms将服务 集标示（Service Set Identifier，SSID）经 由信号台（beacons） 分组广播一次，分组的传 输速率是1Mbit/s，并且 长度短，所以这个广播动 作对网络性能的影响不大 。 因为Wi-Fi规定的最低传 输速率是1Mbit/s，所以 确保所有的Wi-Fi 终端都 能收到这个SSID广播分 组。
桂小林 8
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5.1.1 Wi-Fi技术
3. Wi-Fi组网技术
利用Wi-Fi技术实现组网，称为无线LAN。无线LAN有 两种模式 一种是没有接入点的Ad-hoc模式，利用Wi-Fi技术实现 设备间的之间连接，通常用在掌上游戏机、数字相机和 其它电子设备，实现数据的之间传输。 另一种是接入点模式，利用无线路由器作为访问接入点 ，具有无线网卡的台式机、笔记本、以及具有Wi-fi接口 的手机均可作为无线终端接入，形成一个由无线终端与 接入点组成的的无线局域网络，
(推荐阅读清华大学出版社桂小林主编的《物联网技术导论》
WPA2加密技术
高级加密标准 （Advanced Encryption Standard，AES）
WPA2除了使用802.1x/EAP框架以确保身份验证外，“四次握 手”是另一个重要的WPA2的身份验证过程。
"预先共享密钥 (PSK)" .
第二，处Leabharlann 多个分组源的多路复用和解复用。当一个分组被重组时 ，决定由哪一个上层协议来处理它。例如，由RFcomm或者电话 协议来处理。