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1、物 联 网,第一节 RFID技术,物联网的支撑技术则融合了传感器技术、RFID、ZigBee技术、传感器技术、智能服务等多种技术。,一、RFID技术简介,RFID技术是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。电子标签是RFID的通俗叫法。,（1）非接触操作。 （2）无机械磨损，寿命长。 （3）可识别高速运动物体，多个电子标签。 （4）读写器具有自身的安全性。 （5）数据安全方面除电子标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理。 （6）读写器与标签之间存在相互认证的
2、过程，实现安全通信和存储。,RFID的技术优点。,RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事方面已经有着广泛的应用。RFID系统（见图4-1）由三部分组成：,（1）电子标签。 （3）读写器。 （2）天线。,图4-1 RFID工作原理,第一节 RFID技术,二、RFID的特征,1）数据的读写（Read-Write）机能 2）容易小型化和多样化的形状 3）耐环境性 4）可重复使用 5）穿透性 6）数据的记忆容量大 7）系统安全 8）数据安全,三、RFID的工作原理,RFID的应用系统主要由电子标签读写器和RFID卡两部分组成。,表4-1 RFID同其他识别系统的比较,第一节
3、RFID技术,RFID应用系统的工作原理是RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得的数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。,四、RFID的技术分类,（1）工作频率的不同，可分为低频（30300kHz）、中频（330MHz）和高频系统（300MHz3GHz）。,图4-2 RFID的内部结构,第一节 RFID技术,（2）根据RFID的不同，可分为可读写（RW）卡、一次写入多次读出（WORM）卡和只读（RO）卡。,（3）根据RFI
4、D的有源和无源，分为有源RFID标签和无源RFID标签。,（4）调制方式的不同，分为主动式RFID标签和被动式RFID标签。,五、RFID的技术标准,1）动物识别ISO 11784和ISO 11785技术标准,表4-2 ISO 11784和ISO 11785标准代码结构,第一节 RFID技术,2）非接触智能卡 ISO 10536、ISO 15693和ISO 14443技术标准,3）集装箱识别ISO 10374,六、RFID的应用及发展趋势,目前国际制定RFID标准的组织比较著名的有ISO、以美国为首的EPC global以及日本的Ubiquitous ID Center三个,（1）物流： （2
5、）零售： （3）制造业： （4）服装业： （5）医疗： （6）身份识别： （7）防伪： （8）资产管理： （9）交通： （10）食品： （11）动物识别： （12）图书馆： （13）汽车： （14）航空： （15）军事：,七、RFID面临的问题,1标准化 2价格问题 3技术上需突破 4涉及人员失业、隐私保护及安全问题,第一节 RFID技术,第二节 ZigBee技术,一、ZigBee概述,Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。,ZigBee联盟是一个高速增长的非盈利业界组织,ZigBee联盟的主要目标是通过加入无线网络功能
6、，为消费者提供更富弹性、更易用的电子产品。,二、ZigBee无线数据传输网络描述,ZigBee是一种高可靠的无线数据传输网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数据传输模块类似于移动网络基站。通信距离从标准的75m到几百米、几千米，并且支持无限扩展。,包装结构比较简单，主要由同步序言、数据、循环冗余校验（CRC）等组成。,第二节 ZigBee技术,ZigBee定义了两种物理设备类型： 全功能设备（FFD）和精简功能设备（RFD）。,交换数据的网络中的设备类型：协调器、路由器和终端设备。,与移动通信的CDMA或GSM网络不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立的，
7、因此它必须具有简单、使用方便、工作可靠、价格低的特点。,图4-3 ZigBee模块,第二节 ZigBee技术,三、ZigBee采用的自组织网通信方式,举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。,所谓动态路由是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径
8、进行搜索，分析它们的位置关系以及远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。,ZigBee网络层支持三种网络拓扑结构：星状（star）结构、簇状（cluster tree）结构和网状（mesh）结构。,第二节 ZigBee技术,（a）星状结构 （b）簇状结构 （c）网状结构,图4-4 ZigBee的组网拓扑结构,四、ZigBee的频带,（1）868MHz，传输速率为20kbit/s，适用于欧洲。 （2）915MHz，传输速率为40kbit/s，适用于北美。 （3）2.4GHz，传输速率为250kbit/s，全球通用。,第二节 ZigBee技术,五、ZigBee性能分析,1）数据传输速率,ZigB
9、ee数据传输率比较低,2）可靠性,ZigBee有很多方面进行保证，物理层采用了扩频技术，能够在一定程度上抵抗干扰；介质访问控制（MAC）层（APS部分）有应答重传功能，MAC层的载波监听多路访问（CSMA）机制使节点发送前先监听信道，可以起到避开干扰的作用。,3）时延,由于ZigBee采用随机接入MAC层，且不支持时分复用的信道接入方式，因此不能很好地支持一些实时的业务。,4）能耗特性（技术优势 ）,第二节 ZigBee技术,5）组网和路由性（即网络层特性）,ZigBee具备大规模的组网能力，每个网络有60 000个节点；而蓝牙为每个网络8个节点。,六、ZigBee自身的技术优势,1）低功耗
10、2）低成本 3）低速率 4）近距离 5）短时延 6）高容量 7）高安全 8）免执照频段,七、ZigBee应用领域,（1）监控照明、HVAC和写字楼安全。 （2）配合传感器和激励器对制造、过程控制、农田耕作、环境及其他区域进行工业监控。,第二节 ZigBee技术,（3）带负载管理功能的自动抄表（AMR），这可使得地产管理公司削减成本和节省电气能源。 （4）对油气等生产、运输和勘测进行管理。 （5）家庭监控照明、安全和其他系统。 （6）对病患、设备及设施进行医疗和健康监控。 （7）军事应用，包括战场监视和军事机器人控制。 （8）汽车应用，即配合传感器网络报告汽车的所有的系统状态。 （9）消费电子应
11、用，包括对玩具、游戏机、电视、立体音响、DVD播放机和其他家电设备进行遥控。 （10）用于计算机外设，如键盘、鼠标、游戏控制器及打印机。 （11）有源RFID应用，如电池供电标签，可用于产品运输、产品跟踪、存储较大物品和财务管理。 （12）基于互联网的设备之间的机器到机器（M2M）的通信。,第二节 ZigBee技术,八、ZigBee 技术的趋势发展,ZigBee联盟将在未来的进一步改进中，注重下列关键问题：,（1）自动频率适应，因为2.4GHz的频段越来越拥挤，需要自动检测并在遇到相关频率干扰的情况下，自动进行通信频率偏移。 （2）路由节点的低功耗（时间同步算法）。 （3）将900MHz频道通
12、信速率由目前40kbit/s提高到250kbit/s，目前多家公司正在开发900MHz ZigBee RF系统级芯片（SoC）。 （4）ZigBee剖面已经有400个剖面在开发，ZCP全球认证也将陆续开展。 （5）16位或32位高性能微控制器（MCU）有望成为ZigBee SoC的标准内核。,整个短距离无线通信都在向高速率、低功耗、低价格、长距离发展，ZigBee只能在一个特定的技术领域有自己的位置，而绝不可能会独霸天下。,第三节 常见的组网技术,一、现场总线技术,1现场总线技术概述,FCS技术是20世纪80年代中期发展起来的一种崭新的工业控制技术。FCS的出现引起了传统的可编程序控制器（PL
13、C）和集散控制系统（DCS）基本结构的革命性变化。,现场总线是连接现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电波等。,2现场总线技术的特点,1）布线简单 2）开放性 3）实时性 4）可靠性,第三节 常见的组网技术,3现场总线的应用领域,图4-5 控制系统的金字塔结构,第三节 常见的组网技术,图4-6 现场总线的应用范围,第三节 常见的组网技术,目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以
14、及原始设备制造商（OEM）用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。,二、WiFi技术,1WiFi概述,WiFi全称Wireless Fidelity，又称IEEE 802.11b标准，它的最大优点就是传输速率较高，最高带宽为11Mbit/s，带宽的自动调整有效地保障了网络的稳定性和可靠性。,2WiFi无线网络结构,WiFi无线网络的拓扑结构主要有Ad-Hoc和Infrastructure两种。,第三节 常见的组网技术,图4-7 Ad-Hoc拓扑结构,第三节 常见的组网技术,图4-8 Infrastructure拓扑结构,第三节 常见的组网技术,3WiFi的优点,
15、（1）无线电波的覆盖范围广,（2）传输速度非常快,（3）成本低。,4WiFi的应用,从覆盖区域来看，可重点应用于以下区域： （1）有线资源成本太高或布线困难的区域。 （2）酒店、机场、医院、茶楼等人员流动频繁的地方。 （3）校园、办公室、会议等人员聚集的地方。 （4）展览馆、体育馆、新闻中心等信息需求量大的地方。,5WiFi的技术发展,WiFi技术与3G技术相结合将具有广阔的发展前景。,第三节 常见的组网技术,三、蓝牙技术,1蓝牙技术概述,利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道
16、路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段，数据传输速率为1Mbit/s，采用时分双工传输方案实现全双工传输。,图4-9 蓝牙标志,第三节 常见的组网技术,图4-10 蓝牙耳机,第三节 常见的组网技术,2蓝牙技术的系统参数和技术指标,蓝牙技术的系统参数和技术指标见P87表4-3。,3蓝牙协议分析,蓝牙协议体系中的协议按特性兴趣小组的关注程度分为四层：核心协议，串口仿真协议 ，电话控制协议 ，选用协议 。,除上述协议层外，规范还定义了主机控制接口。,4蓝牙技术的特点,（1）能传送语音和数据。 （2）使用频段、连接性、抗干扰和稳定性。 （3）低成本、低功耗和低辐射。 （4）安全性。 （5）网络特性。,第三节 常见的组网技术,5蓝牙技术的应用,蓝牙SIG定义了几种基本的应用模型，主要包括文件传输、Internet网桥、局域网接入、三合一电话（Three in One Phone）和终端耳机等。,应用：手机、PDA、耳
