第3讲物联网传输层技术[1]

物联网专业（4年制）教学大纲无线龙物联网专业教学大纲按照物联网三层结构规划了培养目标:传感层：无线节点硬件和核心协议栈软件设计，RFID无源有源标签设计技术掌握，低功耗无线设计，基础无线网络技术掌握，安全和加密原理和设计；网络层：多种网络网关设计，HF,UHF －RFID读卡器设计，掌握主流无线和无线网络标准，主要路由算法掌握，网络监视和数据库设计；应用层:掌握应用系统设计技术关键，物联网应用软件开发；应用数据结构，数据流设计；能够独立设计不同需要的物联网应用系统目前物联网技术发展很快，涉及到多种网络技术，不同网络各有特点，适用于不同的应用环境，所以，教学大纲要求掌握多种网络技术（3G、GPRS/蓝牙，WI-FI，ZIGBEE，专用网络等）和网络间路由和数据处理,无线有线网关设计等新技术;无线龙物联网专业教学大纲由7个主要的知识模块组成：1、单片机和嵌入式知识模块知识点包括：从最基础的8051单片机到ARM嵌入式技术，由浅入深，知识点包括：微机原理，接口技术,微控制器体系和原理，实时操作系统，C语言编程技术等等2、无线片上系统（SoC）知识模块知识点包括：无线单片机通讯接口设计，无线有线收发器原理和结构，通讯原理和结构，嵌入式软件基础等；3、无线通讯和无线网络知识模块知识点包括：短距离无线数据通讯基础和原理,无线自组网技术,基本无线网络拓扑，ZIGBEE无线技术和802.15,.4无线标准，高级的ZIGBEE技术。

网络安全和加密技术，C语言和无线网络算法高级技术原理；4、高频微波知识模块知识点包括：高频微波技术基础,调制和解调技术，天线原理和设计，阻抗匹配和反射,高频仪器使用，微波放大器设计，无线单片机高频测试和调试方法和原理等;5、RFID知识模块知识点包括：电磁技术基础,RFID标签防冲突算法,EPC和IS0—18000－6C通讯协议和原理；大功率RFID读卡器原理和设计，RFID和物联网数据库结构和原理等;6、物联网传输层知识模块知识点包括：物联网网关原理和结构,GSM/GPRS技术原理,3G技术原理和结构，M2M 数据传输和远程通讯，嵌入式和高级实时操作系统在物联网网关设计技术等；7、高级无线网络知识模块知识点包括:微功耗802.11标准WIFI传感器网络原理和结构,内置多ARM和WI—FI收发器的无线单片机，802.15。

物联网之感知层和传输层物联网（Internet of Things）是指通过各种传感器、识别技术和网络通信技术，将各种物体与互联网连接起来，实现设备之间的信息交互和智能化管理的网络系统。

在物联网系统中，感知层和传输层起着至关重要的作用。

本文将深入探讨物联网中的感知层和传输层，并分析其在物联网系统中的功能和作用。

一、感知层感知层是物联网系统中最底层的部分，负责采集和感知现实世界中的信息。

感知层通过各类传感器和探测设备，将物体的状态和环境信息转化为数字信号，以便于后续处理和传输。

常见的感知设备包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光线传感器等。

这些设备能够实时监测和收集各类物体的信息，为物联网系统提供数据基础。

感知层的主要功能包括数据采集、数据处理和信号转换。

首先，感知层通过传感器对物体的各种参数进行采集，并将采集到的数据传输到上层。

其次，感知层对采集到的数据进行初步处理，如滤波、去噪等，确保数据的准确性和可靠性。

最后，感知层将处理后的数据转化为数字信号，并传送至传输层。

二、传输层传输层是物联网系统中的中间层，负责将感知层采集到的数据传输至应用层。

传输层是实现设备之间通信的桥梁，其主要功能是将感知层采集到的数据进行处理、封装和传输。

传输层可以使用多种通信协议和技术，如Wi-Fi、蓝牙、LoRa等，实现设备之间的数据传输。

传输层的主要作用是数据传递和通信管理。

首先，传输层负责将感知层采集到的数据传送至应用层，以满足不同应用的需求。

其次，传输层需要对数据进行可靠的传输，保证数据的完整性和安全性。

此外，传输层还需要管理设备之间的通信连接，确保设备的稳定运行和互联互通。

三、感知层和传输层的关系感知层和传输层在物联网系统中密切相关，两者共同协作，实现设备之间的信息交互和数据传输。

首先，感知层通过采集和感知设备，将物体的信息转化为数字信号，并传输至传输层。

感知层将物理世界的信息进行转换和处理，为传输层提供数据源。

物联网技术导论讲义一、物联网的概念物联网，简单来说，就是让各种物品能够“开口说话”，并且相互交流、传递信息的网络。

它通过各种传感器、射频识别（RFID）、全球定位系统（GPS）等技术手段，实时采集物品的各种信息，然后借助网络将这些信息传递出去，实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理。

想象一下，您的冰箱能够自动检测里面食物的种类和数量，当某种食物快用完时，它会自动向您的手机发送提醒，甚至直接帮您下单购买；您的汽车能够与交通信号灯和其他车辆进行通信，提前预知路况，选择最优的行驶路线。

这些都是物联网在我们生活中的应用场景。

二、物联网的关键技术（一）传感器技术传感器就像是物联网的“眼睛”和“耳朵”，负责感知和收集各种物理世界的信息，比如温度、湿度、压力、光照等。

常见的传感器有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光电传感器等。

这些传感器能够将物理量转换为电信号，然后通过接口电路传输给微处理器进行处理。

（二）射频识别（RFID）技术RFID 是一种非接触式的自动识别技术，它通过无线电波来识别和读取附着在物品上的标签信息。

RFID 系统由标签、阅读器和天线组成。

标签存储着物品的相关信息，阅读器通过天线发送无线电波来激活标签，并读取其中的信息。

RFID 技术广泛应用于物流、仓储、零售等领域，能够实现快速、准确的物品识别和跟踪。

（三）网络通信技术物联网中的物品需要通过网络进行通信，将采集到的信息传递到数据中心或者其他终端设备。

常见的网络通信技术包括有线网络（如以太网、光纤通信等）和无线网络（如 WiFi、蓝牙、ZigBee、移动网络等）。

不同的网络通信技术适用于不同的场景，比如 WiFi 适用于家庭和办公场所，蓝牙适用于短距离的设备连接，移动网络则适用于广域范围内的物品通信。

（四）云计算和大数据技术物联网会产生海量的数据，这些数据需要进行存储、处理和分析。

云计算提供了强大的计算和存储能力，能够满足物联网对数据处理的需求。

《物联网》复习提纲第一章绪论1、物联网的定义是什么？中国物联网校企联盟对物联网的定义和国际电信联盟(ITU)的定义。

（答：国际电信联盟( ITU) 发布的ITU 互联网报告，对物联网做了如下定义：通过二维码识读设备、射频识别(RFID) 装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

中国物联网校企联盟将物联网的定义为所有技术与计算机、互联网技术的结合，实现物体与物体之间、环境以及状态信息实时的共享以及智能化的收集、传递、处理、执行。

广义上说，当下涉及到信息技术的应用，都可以纳入物联网的范畴。

）2、物联网的技术特征是什么？（1）物联网集合了各种感知技术（2）物联网是建立在互联网上的泛在网络（3）物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。

3 物联网的发展历程物联网在我国的如何发展，关注2009 年8 月温家宝视察无锡。

第二章物联网的体系结构1、物联网的基本组成物联网分为四层，分别是哪四层，每一层包含哪些内容，每一层的主要功能是什么？（物联网的4层结构：感知识别部分、网络传输部分、应用支撑部分、应用接口部分。

1、感知识别层的功能：•（1）是解决对客观世界的数据获取的问题•（2）形成对客观世界的全面感知和识别•（3）在该层中涉及了众多的技术层面，核心是要解决智能化、低能耗、低成本和小型化的问题（案例：四旋翼无人机）•（4）感知一般包括数据采集和数据短距离传输两部分2、网络传输层•物联网网络传输层建立在现有的移动通讯网和互联网基础上。

•物联网网络传输层与目前主流的移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网等网络一样，主要承担着数据传输的功能。

•通信网络按地理范围从大到小分为体域网、个域网、局域网、城域网、广域网。

3、应用支撑层•网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。

物联网设备中的数据传输技术与安全随着物联网的不断发展，物联网设备已经遍布全球各地。

这些设备通过互联网实时传输着各种各样的数据，这些数据对用户和企业都十分重要。

但这也带来了数据安全的问题。

本文将探讨物联网设备中的数据传输技术与安全。

一、物联网设备中的数据传输技术物联网设备的数据传输技术主要包括WiFi、Zigbee、蓝牙等无线技术和有线技术，如以太网、CAN等。

WiFi技术，是指无线局域网技术，我们常说的“无线网络”。

它是通过电波实现无线数据传输的一种技术。

WiFi技术具有速度快、传输距离远、易于使用等优点。

相应地，它也有着安全性不高的缺点。

Zigbee技术，是指低功耗低速率的无线个人局域网技术。

在物联网设备中的使用较为广泛。

它可以通过IEEE 802.15.4标准协议实现短距离通讯。

相比于WiFi技术，Zigbee技术更加安全。

蓝牙技术，是一种数据传输技术。

它可以通过电磁波实现短距离数据传输和通讯。

在物联网设备中，蓝牙技术广泛应用于智能家居、智能手表、智能电视等产品上。

蓝牙技术也具有安全性较高的特点。

有线技术，如以太网、CAN等，是指通过电缆等物理线路进行数据传输的技术。

相比于无线技术，它具有传输稳定、速度快等优点。

但由于有线连接需求物理线路，故在物联网中的应用需要一定的限制。

二、物联网设备中的数据安全物联网设备中的数据安全主要体现在数据传输的加密和身份验证上。

数据传输加密，是指通过使用加密算法将数据转化为密文，并将密文传输到接收端，接收端再通过解密算法将密文转换为原文。

目前，流行的加密算法有AES、DES、3DES等。

在物联网设备中，这些算法都有着广泛的应用。

通过数据加密，可以有效地防止数据在传输过程中被窃取。

身份验证，是指验证发送端和接收端是否合法，避免非法人员或组织进行信息传输。

在物联网设备中，常用的身份验证方式有用户名/密码、数字证书等。

数字证书是一种数字化证明某一对象身份的方式，较为安全。

感知中国：物联网掀起信息革命第三次浪潮之系列专栏文章第五期：物联网之感知层和传输层周洪波1.物联网DCM三驾马车之感知层前期文章中把物联网产业链分为DCM三个大业务层面，同时DCM也是一个物联网系统的典型技术架构。

本期将介绍DCM三层架构的感知层（Device）和传输层（Connect）。

感知层由传感器和部分与传感器连成一体的传感网（无源传感器）组成，处于三层架构的最底层，这也是物联网最基础的联接和管理对象。

最广义来说，传感器是把各种非电量转换成电量的装置，非电量可以是物理量、化学量、生物量等等。

一说到传感器，可能大家就会往“小”的方面想，如前文提到的“电子尘埃”。

在物联网的大概念下，一个泛在的物联网系统，随着参照物的不同，传感器可以是一个“大”的“智能物件”，它可以是一个机器人，一台机床，一列火车，甚至是一个卫星或太空探测器。

这也是为什么在笔者DCM划分中我们用“Device”，即设备或装置，来描述物联网底层的原因，笔者认为，这样描述更符合物联网目前的战略地位。

传统的、狭义的传感器种类已有很多，有很多种分类方法，例如，可分为有源和无源两大类。

有源传感器将非电量转换为电能量，无源程序传感器不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量。

每一类传感器又可做进一步细分，如上图所示的生物传感器，纳米传感器的细分。

物联网关注传感器的实际应用，下表是我们按应用方式的一个分类。

2009年中国传感器市场研究报告指出，据不完全统计，目前我国已有1688家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用，其中从事MEMS（因为在iPhone和Wii等产品中的成功使用得到广泛关注和大力发展）研制生产的企业已经有50多家。

我国的传感器同国外水平相比，新品研制仍落后国际水平5-10年，而规模生产技术则落后10-15年。

传感器解决的是“上行”的感知和监测问题，要实现控制，还需要“下行”的执行器（Actuator），如阀门等，实现完整的“管控一体化”。

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。

物联网传输层技术1.简介1.1 研究背景1.2 目的与目标1.3 文档范围2.物联网传输层技术概述2.1 物联网架构①边缘设备②网关③云平台2.2 传输层的作用①数据传输②数据安全2.3 传输层技术分类①传统传输协议②物联网专用传输协议3.传统传输协议3.1 TCP/IP协议① TCP协议② UDP协议3.2 HTTP协议3.3 MQTT协议3.4 CoAP协议4.物联网专用传输协议 4.1 RPL协议4.2 6LoWPAN协议4.3 Zigbee协议4.4 Z-Wave协议4.5 LWM2M协议5.传输层技术的应用案例 5.1 智能家居5.2 工业物联网5.3 智慧城市6.传输层技术的挑战与未来发展6.1 安全性挑战6.2 可扩展性挑战6.3 能耗优化挑战6.4 未来发展方向附件：1.附件1、物联网传输层协议比较表格2.附件2、物联网传输层技术市场报告法律名词及注释：1.物联网：指通过互联网将各种实物与云服务器相连接，实现信息共享、数据传输和远程控制等功能的一种技术。

2.传统传输协议：指已经存在并被广泛使用的网络传输协议，如TCP/IP、HTTP等。

3.物联网专用传输协议：指为物联网场景量身定制的传输协议，如MQTT、CoAP等。

4.TCP/IP协议：是一种基于分组交换网络的通信协议，由TCP 协议和IP协议组成。

5.UDP协议：是一种无连接、不可靠的传输协议，用于将数据从一台主机发送到另一台主机。

6.HTTP协议：是一种应用层协议，用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本。

7.MQTT协议：是一种轻量级的发布订阅协议，常用于物联网领域的消息传输。

8.CoAP协议：是一种应用层协议，专门为受限环境中的物联网设备设计。

9.RPL协议：是一种路由协议，用于IPv6低功耗和有损网络中的节点路由。

10.6LoWPAN协议：是一种基于IPv6的网络通信协议，用于无线传感器网络中的设备连接。

11.Zigbee协议：是一种低功耗的无线通信协议，用于短距离的个人区域网络。

物联网传输层技术1-引言在物联网中，传输层技术起着连接和数据传输的重要作用。

本文档将详细介绍物联网传输层技术的概念、特点、协议以及应用案例。

2-物联网传输层技术概述2-1 定义和作用2-2 物联网传输层技术的特点2-3 传输层与其他网络层的关系3-传输层协议3-1 TCP/IP3-1-1 TCP协议3-1-2 UDP协议3-2 MQTT协议3-3 CoAP协议3-4 AMQP协议3-5 Websockets协议4-物联网传输层技术的应用4-1 基于TCP/IP的物联网传输层技术应用案例4-2 MQTT在物联网中的应用案例4-3 CoAP的应用案例4-4 AMQP在物联网中的应用案例4-5 Websockets的应用案例5-法律名词及注释5-1 数据隐私保护相关法律名词及注释5-2 信息安全相关法律名词及注释5-3 物联网相关法律名词及注释6-结论本文档详细介绍了物联网传输层技术的概念、特点、协议以及应用案例。

通过对传输层技术的研究和应用，可以更好地支持物联网的连接和数据传输需求。

附件：1-相关协议规范文件2-物联网传输层技术应用案例分析报告本文所涉及的法律名词及注释：1-GDPR：欧洲通用数据保护条例，旨在保护个人数据的隐私和安全。

2-CCPA：加州消费者隐私法案，旨在保护加州消费者的个人数据隐私权益。

3-CFAA：计算机欺诈和滥用法案，主要用于打击计算机系统的非法访问和滥用行为。

4-IoT Cybersecurity Improvement Act：物联网网络安全改进法案，要求联邦机构在采购物联网设备时考虑网络安全性能。

物联网应用中的数据传输技术解析物联网（IoT）是一个快速发展的领域，它将物理设备与互联网相连接，让它们产生交互。

数据传输技术在物联网应用中起着至关重要的作用，它使得物联网设备能够与外部环境进行通信。

在现代化的物联网环境中，有多种数据传输技术可供选择，本文将对物联网应用中最常用的数据传输技术进行解析。

1. 无线技术无线技术是物联网中最广泛使用的传输技术之一。

它可以使用多种无线通信协议进行数据传输，例如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee和无线电频段通信。

一些设备可以使用这些协议之一或多个协议的组合，并且可以使用任何适配器或收发器。

Wi-Fi是一种便捷的无线传输技术，经常用于连接网络和互联网设备。

它可以在带宽有限的环境中进行高速数据传输，为物联网设备提供了更好的连接速度和带宽。

蓝牙是另一种无线传输技术，它主要用于低功耗通信。

蓝牙可以与大多数移动设备和智能设备进行通信，并且通信距离通常小于30米。

ZigBee是一种专门用于物联网的无线通信协议，它可以在数字传输速率较低、距离较短的情况下进行低功耗通信。

无线电频段通信也是一种常用的物联网传输技术，它使用的频段取决于所在地区和应用。

2. 有线技术有线技术是另一种常用的物联网传输技术，尽管无线技术可以覆盖较大的区域，但它并不总是最佳的解决方案。

有时，众多连接的设备可以增加网络中的杂散信号和干扰。

有线技术可以通过缩短多个物联网设备之间的距离来减少干扰。

以太网是一种常用的有线传输技术，它使用本地网络连接设备。

它通常使用网线建立数据传输通道，可以模拟局域网。

另一种常见的有线传输技术是串行传输协议（例如RS232、RS422和RS485）。

串行传输协议使用电缆和其他传输介质在设备之间进行长距离传输。

这些有线传输技术可以通过使用中继器、放大器和信号转换器等设备进行扩大和增强。

3. 云技术云技术是在物联网环境中越来越受欢迎的一种传输技术。

它支持各种传输协议，包括 HTTP、MQTT、WebSocket 等。

物联网传输层技术在当今科技飞速发展的时代，物联网已经逐渐融入我们的生活，从智能家居到智能交通，从工业自动化到医疗健康，物联网的应用无处不在。

而在物联网的架构中，传输层技术起着至关重要的作用，它就像是物联网的“血管”，负责将感知层采集到的数据准确、快速地传输到应用层进行处理和分析。

物联网传输层技术主要包括有线传输和无线传输两种方式。

有线传输技术，如以太网、光纤通信等，具有传输速度快、稳定性高的优点，但受到布线限制，灵活性较差。

相比之下，无线传输技术因其无需布线、部署灵活等特点，在物联网中得到了更为广泛的应用。

无线传输技术种类繁多，其中蓝牙、WiFi、Zigbee、LoRa 和NBIoT 等是较为常见的几种。

蓝牙技术大家都不陌生，我们的手机、耳机等设备常常会用到它。

蓝牙具有低功耗、短距离传输的特点，适用于一些小型设备之间的数据传输，比如智能手环与手机的连接。

WiFi 则是我们在家庭和办公环境中常见的无线连接方式。

它能够提供较高的数据传输速率，适用于对带宽要求较高的物联网设备，如智能摄像头、智能电视等。

Zigbee 技术具有低功耗、自组网等优点，适合于大规模的传感器网络，比如在智能家居中用于控制灯光、窗帘等设备。

LoRa 是一种长距离、低功耗的无线传输技术，它的传输距离可以达到数公里，适用于对覆盖范围要求较大的物联网应用，如智能农业中的环境监测。

NBIoT 则是基于蜂窝网络的窄带物联网技术，具有深度覆盖、低功耗、大连接等特性，在智能水表、智能燃气表等领域有着广泛的应用。

在实际应用中，选择合适的传输层技术需要综合考虑多个因素。

首先是传输距离的需求。

如果设备之间的距离较近，蓝牙或 WiFi 可能是较好的选择；如果需要覆盖较大的范围，LoRa 或 NBIoT 则更为合适。

其次是数据传输量和速率的要求。

对于需要传输大量数据或对传输速率要求较高的应用，如高清视频监控，WiFi 可能是首选；而对于只需要传输少量数据的传感器，低功耗的Zigbee 或LoRa 则更能满足需求。