物联网技术物联网技术及其应用及其应用南京邮电大学南京邮电大学教授、博士生导师教授、博士生导师 张顺颐张顺颐2010，3，278/7/20241物联网及其发展物联网及其发展v几十年来互联网获得了极大的发展，已经成为人类几十年来互联网获得了极大的发展，已经成为人类社会和人类生活不可或缺的信息网络系统；社会和人类生活不可或缺的信息网络系统；v互联网下一个发展方向，除了扩大覆盖、提高速度、互联网下一个发展方向，除了扩大覆盖、提高速度、加大容量、增加网民（包括地址）无线接入等，向加大容量、增加网民（包括地址）无线接入等，向物联网发展也是一个重要的动向；物联网发展也是一个重要的动向；v我们可以通过互联网了解世界（各地发生的事情）我们可以通过互联网了解世界（各地发生的事情）在物联网普及以后，我们就可以感知世界上发生的在物联网普及以后，我们就可以感知世界上发生的事情；事情；v物联网大体上就是技术界以往所说的传感网；其基物联网大体上就是技术界以往所说的传感网；其基本架构应该是互联网网络为主体，加上可以感知客本架构应该是互联网网络为主体，加上可以感知客观事物的有线、无线接入的传感器网络；观事物的有线、无线接入的传感器网络；8/7/20242什么是传感网（物联网）？什么是传感网（物联网）？v物联网，基本上就是我们以前称为传感网的物联网，基本上就是我们以前称为传感网的网络。网络。IBM在前年提出，美国总统奥巴马上在前年提出，美国总统奥巴马上台以后，为了解决经济危机，接过这一事物，台以后，为了解决经济危机，接过这一事物，提出提出“智慧地球智慧地球”的概念；的概念；v温家宝总理温家宝总理2009，8视察江苏无锡时，提出视察江苏无锡时，提出把把“智慧中国智慧中国”的中心建在无锡。江苏省委的中心建在无锡。江苏省委和省政府非常重视。正在全力贯彻落实。和省政府非常重视。正在全力贯彻落实。v近日，倾向于把物联网称为传感网。近日，倾向于把物联网称为传感网。v传感器网、传感网、物联网、互联网、因特传感器网、传感网、物联网、互联网、因特网：关联和区别；网：关联和区别；8/7/20243什么是传感网（物联网）？什么是传感网（物联网）？v传感器网：把各种传感器连接起来的网络，这种连传感器网：把各种传感器连接起来的网络，这种连接可以是无线，也可以是有线；接可以是无线，也可以是有线；v目前学界对于传感器网、传感网、物联网尚无一个目前学界对于传感器网、传感网、物联网尚无一个明确的定义；明确的定义；v可以认为，传感网强调以感知为目的，物联网倾向可以认为，传感网强调以感知为目的，物联网倾向于传感器的连接为特征；但是两者都是以互联网为于传感器的连接为特征；但是两者都是以互联网为基础的。基础的。v但是对于互联网、因特网则有科学的定义；但是对于互联网、因特网则有科学的定义；vINTERNET；因特网；因特网vInternet；互联网；互联网8/7/20244什么是物联网？什么是物联网？ 传感网是以感知为目的，实现人与人、传感网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。传感网突人与物、物与物全面互联的网络。传感网突出的特征是通过传感器等方式获得物理世界出的特征是通过传感器等方式获得物理世界的多种信息，结合互联网、移动通信网络进的多种信息，结合互联网、移动通信网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析与处理，从而提升对物质世界信息进行分析与处理，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。的感知能力，实现智能化的决策和控制。 物联网应该有更规范的内涵，例如物联物联网应该有更规范的内涵，例如物联网也包括网络控制为目的，而传感网更强调网也包括网络控制为目的，而传感网更强调以感知为目的；以感知为目的；8/7/20245什么是物联网？什么是物联网？v物联网将各种信息传感设备、控制设备，例如射频物联网将各种信息传感设备、控制设备，例如射频识别装置（识别装置（RFIDRFID）、红外感应装置、全球定位系统）、红外感应装置、全球定位系统（GPSGPS）、激光扫描器等与互联网结合起来形成一个）、激光扫描器等与互联网结合起来形成一个不仅仅是人在使用，也可以把各种其它信息（不仅不仅仅是人在使用，也可以把各种其它信息（不仅仅是文字、语言、数字、图像）通过互联网进行传仅是文字、语言、数字、图像）通过互联网进行传递、处理、存储、检测等。以提高人类社会的信息递、处理、存储、检测等。以提高人类社会的信息化、自动化水平。物联网的用途广泛，遍及智能交化、自动化水平。物联网的用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府政务、公共安全、平安家居、通、环境保护、政府政务、公共安全、平安家居、智能消防、工业检测、病老护理、个人健康等多个智能消防、工业检测、病老护理、个人健康等多个领域。领域。v业界普遍认为物联网是继计算机、互联网、移动通业界普遍认为物联网是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。信网之后的又一次信息产业浪潮。8/7/20246什么是物联网？什么是物联网？v物联网的要素，首先是要把物体连接到网上；物联网的要素，首先是要把物体连接到网上；v其次是要把这个物体的信息传到互联网上；其次是要把这个物体的信息传到互联网上；v物联网的工作，就是获取信息、传送信息、物联网的工作，就是获取信息、传送信息、处理信息、存储信息、显示信息；处理信息、存储信息、显示信息；v美国的研究机构美国的研究机构Forrester预测，物联网的产预测，物联网的产业价值和规模，要比互联网大业价值和规模，要比互联网大30倍，将会形倍，将会形成下一个万亿元级别的产业；成下一个万亿元级别的产业；8/7/20247传感网与无线通信传感网与无线通信传感网中使用的几种通信技术：传感网中使用的几种通信技术：1、移动通信：、移动通信：2G、3G、B3G、LTE；2、无线局域网：、无线局域网：WiFi：无线局域网，：无线局域网，802.11，校园网；，校园网；WiMAX：无线城域网，：无线城域网，802.16，已成为，已成为 3G标准标准3、超宽带、超宽带UWB：特征是利用纳秒级的非正弦波窄：特征是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。工作频率脉冲传输数据。工作频率3.1G-10.6GMHz，低，低功耗，如射频标签功耗，如射频标签RFID（Radio Frequency Identification 也称电子标签、无线电频率识别）。也称电子标签、无线电频率识别）。8/7/20248传感网与无线通信传感网与无线通信4、ZigBee：低功耗、近距离的无线组网：低功耗、近距离的无线组网通信技术；通信技术； 802.15.4（s）;5、NFC（近场通信），双向（近场通信），双向RFID，可实，可实现设备之间的近距离通信（现设备之间的近距离通信（20cm，比，比兰牙短，但是不需要加密）；兰牙短，但是不需要加密）；6、兰牙（、兰牙（Bluetooth）、红外（）、红外（IiRD）；）；8/7/20249传感器的种类传感器的种类v信息（例如信息（例如RFID中的各种读卡器）中的各种读卡器）v温度、温限压力温度、温限压力v测力、压力、重力；测力、压力、重力；v液位、水位测量、流体、流量液位、水位测量、流体、流量v电机保护电机保护v光敏光敏v荷重、称重传感器荷重、称重传感器v闸门开度（高度）闸门开度（高度）8/7/202410传感器的种类传感器的种类v气体、气味、口臭、室内空气、风速气体、气味、口臭、室内空气、风速v湿度湿度v灰尘灰尘v红外红外v漏电、电导漏电、电导vPH值值8/7/202411传感器的种类传感器的种类v酒精酒精vAQS环境控制环境控制v卤素浓度卤素浓度v生物传感器生物传感器v热学量热学量v位置、安防位置、安防v光纤光栅光纤光栅v指纹、触摸指纹、触摸8/7/202412传感器的种类传感器的种类v磁阻倾角磁阻倾角v视觉、图像视觉、图像v压电、静电、电流、电压压电、静电、电流、电压v加速度加速度v霍尔位置霍尔位置v微波微波8/7/202413物联网的工作模式物联网的工作模式v物联网的工作模式较多，但是目前主要分为物联网的工作模式较多，但是目前主要分为射频识别（射频标签）射频识别（射频标签）RFID和和ZigBee，因为，因为国际标准化组织目前主要在这两种应用中制国际标准化组织目前主要在这两种应用中制定了一系列的标准；定了一系列的标准；v射频识别（射频标签）射频识别（射频标签）RFID主要是应用读卡主要是应用读卡器和应答器之间的信息传输完成工作；器和应答器之间的信息传输完成工作；vZigBee则主要是工作于网络系统；则主要是工作于网络系统；8/7/202414RFIDv射频识别是无线电频率识别的简称，即通过无射频识别是无线电频率识别的简称，即通过无线电波进行识别。线电波进行识别。vRFID系统中，识别信息存放在电子数据载体中，系统中，识别信息存放在电子数据载体中，电子数据载体称为应答器。电子数据载体称为应答器。v应答器中存放的识别信息由阅读器读出。应答器中存放的识别信息由阅读器读出。v阅读器不仅可以读出存放的信息，而且可以对阅读器不仅可以读出存放的信息，而且可以对其进行写入，读写过程是通过双方之间的无线其进行写入，读写过程是通过双方之间的无线通信来实现的。通信来实现的。8/7/202415RFIDv应答器（射频卡或标签）应答器（射频卡或标签）射频卡射频卡 8/7/202416RFIDv应答器应答器（射频卡或（射频卡或 标签）标签）标签8/7/202417RFIDv阅读器阅读器（读写器或基站）（读写器或基站） 8/7/202418RFIDRFID的基本原理框图的基本原理框图 射频卡或射频卡或电子标签电子标签读写器读写器或基站或基站8/7/202419RFID的工作频率的工作频率RFID的工作频率可划分为：的工作频率可划分为：1、LF： 低频低频30300KHz，常用，常用125KHz；2、HF： 高频高频330MHz， 工作频率为工作频率为13.56MHz;3、UHF：特高频：特高频300MHz3GHz，工作频率：，工作频率：433MHz， 866 960MHz，2.45GHz；4、SHF：超高频：超高频330GHz， 工作频率：工作频率：5.8GHz、24GHz；0f(Hz)30k 300k3M 30M 300M3G30G125k13.56M常用：常用：433M866960M5.8G工作频率分布图工作频率分布图 LF1MHFUHF1G1K8/7/202420电感耦合方式电感耦合方式RFID的工作原理的工作原理vRIFD工作方式工作方式电感耦合电感耦合 阅读器阅读器应答器应答器电感耦合方式的电路结构电感耦合方式的电路结构信息信息8/7/202421电感耦合方式电感耦合方式RFID的工作原理的工作原理1、阅读器为有源工作，应答器无源工作；、阅读器为有源工作，应答器无源工作；2、L1、C1；L2、C2 均工作在射频源均工作在射频源VS的谐振频率；的谐振频率；3、阅读器、阅读器L2的磁场变化产生电压整流后供阅读器的磁场变化产生电压整流后供阅读器使用；使用；4、阅读器向阅读器的数据传输采用内部的二进制、阅读器向阅读器的数据传输采用内部的二进制数据编码信号控制开关数据编码信号控制开关S，使得负载电阻，使得负载电阻R2被接被接通或者断开，通过耦合使通或者断开，通过耦合使L1产生变化的电压，经产生变化的电压，经调制、解码即可；调制、解码即可；5、阅读器向阅读器的数据传输，是通过数字调制、阅读器向阅读器的数据传输，是通过数字调制的方式实现的，多采用的方式实现的，多采用ASK（幅频监控）的方式；（幅频监控）的方式；8/7/202422电感耦合方式电感耦合方式RFID的工作原理的工作原理vRIFD工作方式工作方式负载调制负载调制 负载调制的原理示意图负载调制的原理示意图8/7/202423反向散射耦合反向散射耦合RFID工作方式工作方式v目标的反向散射耦合目标的反向散射耦合RIFD工作方式工作方式反向散射耦合反向散射耦合电源电路用于吸收耦合的功率；电源电路用于吸收耦合的功率；8/7/202424反向散射方式反向散射方式RFID的工作原理的工作原理v声表面波（声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件是以压电效应和与表面弹性）器件是以压电效应和与表面弹性相关的低速传播的声波为依据。相关的低速传播的声波为依据。 8/7/202425反向散射方式反向散射方式RFID的工作原理的工作原理 声表面波应答器以压电效应和避免弹性相关的声表面波应答器以压电效应和避免弹性相关的低速传播的声波为依据，加以体积小、重量轻、工低速传播的声波为依据，加以体积小、重量轻、工作频率高、相对带宽较高，并且可采用与集成电路作频率高、相对带宽较高，并且可采用与集成电路芯片工艺相同的平面加工工艺，制造简单，工艺的芯片工艺相同的平面加工工艺，制造简单，工艺的一致性好，灵活性高；一致性好，灵活性高；8/7/202426反向散射方式反向散射方式RFID的工作原理的工作原理v换能器的作用是将电信号转换为声波。它利换能器的作用是将电信号转换为声波。它利用压电衬底在电场作用下的膨胀和收缩效应。用压电衬底在电场作用下的膨胀和收缩效应。v指状电极上的电位差形成电场。射频信号一指状电极上的电位差形成电场。射频信号一起雅典衬底的振动，从而沿其表面产生声波，起雅典衬底的振动，从而沿其表面产生声波，经反射返回换能器在转换成射频脉冲的序列经反射返回换能器在转换成射频脉冲的序列的电信号，经偶极子天线回传至阅读器；的电信号，经偶极子天线回传至阅读器；8/7/202427RFIDv谐波检测法的工作原理：基于反向散射耦合谐波检测法的工作原理：基于反向散射耦合方式，它可用于电子防盗系统方式，它可用于电子防盗系统 谐波法原理谐波法原理 8/7/202428RFIDv射频识别的应用系统构架射频识别的应用系统构架1、最简单的应用系统只、最简单的应用系统只有单个阅读器，它一次有单个阅读器，它一次对一个应答器进行操作，对一个应答器进行操作，如公交汽车上的票务操如公交汽车上的票务操作。作。2、较复杂的应用需要一、较复杂的应用需要一个阅读器可同时对多个个阅读器可同时对多个应答器进行操作，即要应答器进行操作，即要具有防碰撞（亦称防冲具有防碰撞（亦称防冲突）的能力。突）的能力。3、更复杂的应用系统要、更复杂的应用系统要解决阅读器的高层处理解决阅读器的高层处理问题，包括多阅读器的问题，包括多阅读器的网络连接。网络连接。 8/7/202429RFIDv应答器的主要性能参数应答器的主要性能参数工作频率工作频率读读/写能力写能力编码调制方式编码调制方式数据传输速率数据传输速率信息数据存储容量信息数据存储容量工作距离工作距离多应答器识读能力（亦称防碰撞或防冲突能力）多应答器识读能力（亦称防碰撞或防冲突能力）安全性能（密钥、认证）等。安全性能（密钥、认证）等。 8/7/202430RFIDv无源、半无源与有源应答器无源、半无源与有源应答器 无源应答器：无源应答器：不附有电池不附有电池 ，从阅读器发出射频能量中，从阅读器发出射频能量中提取工作所需的电能。采用电感耦合方式的应答器多为提取工作所需的电能。采用电感耦合方式的应答器多为无源应答器。无源应答器。 v半无源应答器半无源应答器 ：内装有电池，起辅助作用，对维内装有电池，起辅助作用，对维持数据的电路供电或对应答器芯片工作所需的电压持数据的电路供电或对应答器芯片工作所需的电压作辅助支持，用于传输通信的射频能量源自阅读器。作辅助支持，用于传输通信的射频能量源自阅读器。 有源应答器：有源应答器：工作电源完全由内部电池供给，同时内工作电源完全由内部电池供给，同时内部电池能量也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的部电池能量也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量。射频能量。 8/7/202431RFIDv应答器电路的基本结构应答器电路的基本结构 8/7/202432RFIDv阅读器的功能阅读器的功能1、以射频方式向应答器传输能量；、以射频方式向应答器传输能量；2、从应答器中读出数据或向应答器写入数据；、从应答器中读出数据或向应答器写入数据；3、完成对读取数据的信息处理并实现应用操作；、完成对读取数据的信息处理并实现应用操作；4、 若有需要，应能和高层处理交互信息。若有需要，应能和高层处理交互信息。8/7/202433RFIDv阅读器的电路组成阅读器的电路组成 8/7/202434RFIDv天线天线天线的目标是取得最大的能量传输效果。天线的目标是取得最大的能量传输效果。 RFID系统所用的天线类型主要有偶极子天线、系统所用的天线类型主要有偶极子天线、微带贴片天线、线圈天线等。微带贴片天线、线圈天线等。 在应答器中，天线和应答器芯片封装在一起。在应答器中，天线和应答器芯片封装在一起。 8/7/202435RFIDv相关的自动识别技术相关的自动识别技术 自动识别技术：包括条形码、接触式自动识别技术：包括条形码、接触式IC卡、卡、生物特征识别、光学字符识别（生物特征识别、光学字符识别（OCR）以及）以及射频识别（射频识别（RFID）等。）等。条形码（条形码（Bar Code）技术：最早产生在）技术：最早产生在20世纪世纪20年代，由一组规则排列的条和空、相年代，由一组规则排列的条和空、相应的数字组成应的数字组成 。其它.8/7/202436RFIDvRFID的应用的应用RFID应用领域广泛，且每种应用的实现，都会应用领域广泛，且每种应用的实现，都会形成一个庞大的市场，因此可以说射频识别是一形成一个庞大的市场，因此可以说射频识别是一个重要的新的经济增长点。个重要的新的经济增长点。 目前，目前，RFID在票务系统（城市公交车、高速公在票务系统（城市公交车、高速公路收费、门票等）、收费卡、城市交通管理、安路收费、门票等）、收费卡、城市交通管理、安检门禁、物流、家政、食品安全追溯、药品、矿检门禁、物流、家政、食品安全追溯、药品、矿井生产安全、防盗、防伪、证件、集装箱识别、井生产安全、防盗、防伪、证件、集装箱识别、动物追踪、运动计时、生产自动化、商业供应链动物追踪、运动计时、生产自动化、商业供应链等众多领域获得广泛重视和应用。等众多领域获得广泛重视和应用。8/7/202437RFIDvRFID的应用的应用第二代身份证第二代身份证8/7/202438RFID RFID技术被认为是近技术被认为是近30年来年来10大大最具生命力的技术之一，它正朝着无所最具生命力的技术之一，它正朝着无所不在的方向快速发展。不在的方向快速发展。 8/7/202439“有了无线识别（有了无线识别（RFID）技术，还需）技术，还需要管家吗？要管家吗？” 胡锦涛胡锦涛2006-04-18美国西雅图微软“未来之家”8/7/202440RFID的的ISO IEC标准标准v标准的作用标准的作用确保协同工作的进行，规模经济的实现，工作实确保协同工作的进行，规模经济的实现，工作实施的安全性以及其他许多方面施的安全性以及其他许多方面RFID标准化的主要目的在于通过制定、发布和标准化的主要目的在于通过制定、发布和实施标准，解决编码、通信、空中接口和数据共实施标准，解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大程度的促进享等问题，最大程度的促进RFID技术及相关系统技术及相关系统的应用的应用标准采用过早，有可能会制约技术的发展和进步；标准采用过早，有可能会制约技术的发展和进步；采用过晚，可能会限制技术的应用范围。采用过晚，可能会限制技术的应用范围。8/7/202441RFID标准涉及的内容标准涉及的内容vRFID标准涉及的主要内容包括标准涉及的主要内容包括技术（接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方技术（接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方法、中间件技术、通信协议）法、中间件技术、通信协议）一致性（数据结构、编码格式及内存分配一致性（数据结构、编码格式及内存分配 ）电池辅助及与传感器的融合电池辅助及与传感器的融合应用（如不停车收费系统、身份识别、动物识别、应用（如不停车收费系统、身份识别、动物识别、物流、追踪、门禁等，应用往往涉及有关行业的物流、追踪、门禁等，应用往往涉及有关行业的规范规范 ）8/7/202442RFID标准的分类标准的分类v国际标准：由国际标准：由ISO（国际标准化组织）（国际标准化组织）IEC（国际电工委员会）负责制定；（国际电工委员会）负责制定；v国家标准：由工业与信息化部与国家标准化国家标准：由工业与信息化部与国家标准化管理委员会负责制定；管理委员会负责制定；v行业标准：有国际、国家的行业组织制定，行业标准：有国际、国家的行业组织制定，例如国际物品编码协会（例如国际物品编码协会（EAN）与美国统一）与美国统一代码委员会（代码委员会（UCC）制定的用于物体识别的）制定的用于物体识别的EPC标准；标准；v此外，还有涉及道德、伦理、健康、数据安此外，还有涉及道德、伦理、健康、数据安全、隐私等的规范；全、隐私等的规范；8/7/202443RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC（国际标准化组织和国际电工委员会）（国际标准化组织和国际电工委员会）制定的制定的RFID标准概况标准概况 技术标准技术标准 ：ISO/IEC 10536 、ISO/IEC 14443 、ISO/IEC 18000系列标准系列标准 等等数据结构标准数据结构标准 ：ISO/IEC 15424 、ISO/IEC 15418 、ISO/IEC 15434 等等性能标准性能标准 ：ISO/IEC 18046 、ISO/IEC 18047 、ISO/IEC 10373-6 等等应用标准应用标准 ：ISO/IEC 10374 、ISO/IEC 18185 、ISO/IEC 11784 等等8/7/202444ISO/IEC制定的制定的RFID技术标准技术标准vISO/IEC10536：密耦合：密耦合CICC非接触式非接触式IC卡标准（紧靠）卡标准（紧靠）vISO/IEC14443：近耦合：近耦合PICC非接触式非接触式IC卡标准卡标准 10cmvISO/IEC15693：疏耦合：疏耦合VICC非接触式非接触式IC卡标准约卡标准约50cmvISO/IEC18000系列标准（基于物品管理系列标准（基于物品管理RFID的空中接口的空中接口参数）参数）vISO/IEC180001：空中接口一般参数：空中接口一般参数vISO/IEC180002：低于：低于135KHz频率一般空中接口参数频率一般空中接口参数vISO/IEC180003：13.56MHz频率下的空中接口参数频率下的空中接口参数vISO/IEC180004：2.45GHz频率下的空中接口参数频率下的空中接口参数vISO/IEC180006：860930MHz的空中接口参数的空中接口参数vISO/IEC180007：433MHz频率下的空中接口参数频率下的空中接口参数8/7/202445ISO/IEC制定的制定的RFID数据内容标准数据内容标准vISO/IEC15424：数据载体：数据载体/特征标识符特征标识符vISO/IEC15424：EAN、UCC应用标识符及应用标识符及ASC MH10（ANSI标准）数据表示符标准）数据表示符vISO/IEC15424：大容量：大容量ADC媒体用的传送语法媒体用的传送语法vISO/IEC15424：物品管理的唯一标识号：物品管理的唯一标识号vISO/IEC15424：数据协议：应用接口：数据协议：应用接口vISO/IEC15424：数据编码规则与逻辑存储功能协议：数据编码规则与逻辑存储功能协议vISO/IEC15424：射频标签（应答器）的唯一标识：射频标签（应答器）的唯一标识8/7/202446ISO/IEC制定的制定的RFID性能标准性能标准vISO/IEC18046：RFID设备性能测试方法设备性能测试方法vISO/IEC18047：有源和无源的：有源和无源的RFID设备一设备一致性测试方法致性测试方法vISO/IEC103736：按：按ISO/IEC14443标准对标准对非接触式非接触式IC卡进行参数的方法卡进行参数的方法8/7/202447ISO/IEC制定的制定的RFID应用标准应用标准vISO/IEC10374：货运集装箱识别标准：货运集装箱识别标准vISO/IEC18185：货运集装箱密封标准：货运集装箱密封标准vISO/IEC11784：动物：动物RFID的代码结构的代码结构vISO/IEC11785：动物：动物RFID的技术准则的技术准则vISO/IEC14223：动物追踪的直接识别数据获：动物追踪的直接识别数据获取标准取标准vISO/IEC17363和和17364：一系列物流容器：一系列物流容器（如货盘、货箱、纸盒等）识别的规范（如货盘、货箱、纸盒等）识别的规范8/7/202448RFID的的ISO IEC标准标准v和和RFID技术相关的标准技术相关的标准 无线通信管理无线通信管理 v频谱分布、功率、电磁兼容等内容频谱分布、功率、电磁兼容等内容 人类健康的有关标准和规范人类健康的有关标准和规范 v国际非电离辐射保护委员会（国际非电离辐射保护委员会（ICNIRP）所提出的标准）所提出的标准和规范和规范 数据安全的有关标准和规范数据安全的有关标准和规范 v经济合作与发展组织（经济合作与发展组织（OECD）隐私问题隐私问题 v目前，很多用于物品识别的应答器（电子标签）都能目前，很多用于物品识别的应答器（电子标签）都能支持支持KILL命令命令 8/7/202449RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC的的RFID标准简介标准简介非接触式非接触式IC卡卡 三种非接触式三种非接触式IC卡标准卡标准标准标准卡的类型卡的类型阅读阅读器器作用距作用距离离ISO/IEC 10536密耦合密耦合（CICC）CCD紧靠紧靠ISO/IEC 14443近耦合近耦合（PICC）PCD10 cmISO/IEC 15693疏耦合疏耦合（VICC）VCD约约50 cm8/7/202450RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC的的RFID标准简介标准简介动物识别标准动物识别标准 vISO /IEC 11784 规定动物识别的代码结构规定动物识别的代码结构 vISO/IEC 11785规定相关的技术准则规定相关的技术准则vISO/IEC 14223 为读取动物应答器内的特殊数字提供了协议，这些数字被存为读取动物应答器内的特殊数字提供了协议，这些数字被存储在集中所有动物数据的中央数据库内储在集中所有动物数据的中央数据库内 8/7/202451RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC的的RFID标准简介标准简介物品识别标准物品识别标准 vISO/IEC 18000 ：空中接口的重要标准：空中接口的重要标准 ，无线频段，无线频段（频率）有（频率）有6个，即低于个，即低于135 kHz，13.56 MHz，433 MHz，860960 MHz，2.45 GHz和和5.8 GHz。作用距。作用距离从数厘米至十多米不等离从数厘米至十多米不等 vISO/IEC 18001 ：给出了应答器的外形要求：给出了应答器的外形要求vISO/IEC 10374 ：微波应答器的集装箱识别标准：微波应答器的集装箱识别标准 ，工，工作频率范围为作频率范围为850950 MHz以及以及2.42.5 GHz，应答，应答器的灵敏度以最大电场强度器的灵敏度以最大电场强度150 mV/m定义，最大可阅定义，最大可阅读距离为读距离为13 m 8/7/202452RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC的的RFID标准简介标准简介国际标准国际标准ISO/IEC 14443 v近耦合非接触式近耦合非接触式IC卡的国际标准卡的国际标准v用于身份证和各种智能卡、存储卡用于身份证和各种智能卡、存储卡vISO/IEC 14443标准由四部分组成，即标准由四部分组成，即ISO/IEC 14443-1/2/3/4ISO/IEC 14443-2射频能量射频能量 8/7/202453RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC的的RFID标准简介标准简介 ISO/IEC 14443-4传输协议传输协议vTYPE A 型型 PICC激活过程激活过程 vRATS vATS vPPS（协议和参数选择）请求（协议和参数选择）请求 8/7/2024546 RFID的ISO IEC标准vISO/IEC的RFID标准简介 PCD激活TYPE A 型PICC 8/7/202455RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC 15693 疏耦合射频卡（疏耦合射频卡（VICC）的国际标准）的国际标准物理特性（机械特性，物理尺寸，抗紫外线、物理特性（机械特性，物理尺寸，抗紫外线、X射线和电磁射线能力，弯曲和扭曲性能射线和电磁射线能力，弯曲和扭曲性能 ）空中接口与初始化空中接口与初始化防碰撞和传输协议防碰撞和传输协议命令扩展命令扩展安全特性安全特性8/7/202456RFID的ISO IEC标准vISO/IEC 15693空中接口和初始化空中接口和初始化 VCD到到VICC的通信的通信 8/7/202457RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC 15693空中接口和初始化空中接口和初始化v副载波：单副载波时，副载波的频率副载波：单副载波时，副载波的频率423.75 kHz；在；在使用双副载波时，频率使用双副载波时，频率484.28 kHzv数据速率数据速率v位表示和编码位表示和编码 ：采用曼彻斯特码编码方式：采用曼彻斯特码编码方式 VICC到VCD的通信 8/7/202458RFID的的ISO IEC标准标准vSOFvEOF8/7/202459RFID的的ISO IEC标准标准v传输协议传输协议 唯一标识符（唯一标识符（UID） ：由制造商永久地设定：由制造商永久地设定 应用族标识符（应用族标识符（AFI） ：由：由VCD锁定的应用类型锁定的应用类型 数据存储格式标识符（数据存储格式标识符（DSFID） ：指出了数据：指出了数据在在VICC内存中的结构内存中的结构 CRC ：初始值为：初始值为FFH VICC内存结构内存结构 ：可寻址块达：可寻址块达256个，块大小可个，块大小可至至256位，最大内存容量可达位，最大内存容量可达64 kb（8 kB）。）。 块安全状态块安全状态 ：由：由VICC作为对作为对VCD请求的响应参请求的响应参数返回数返回 8/7/202460RFID的的ISO IEC标准标准vVICC状态状态 断电（断电（Power-Off）、就绪（）、就绪（Ready）、静默）、静默（Quiet）、选择（）、选择（Selected）4种状态种状态 8/7/202461RFID的的ISO IEC标准标准v防碰撞防碰撞 时隙数为时隙数为16的典型防碰撞处理过程的典型防碰撞处理过程 8/7/202462RFID的的ISO IEC标准标准v防碰撞防碰撞VCD发送目录命令的请求帧，时隙数设置为发送目录命令的请求帧，时隙数设置为16。VICC1在时隙在时隙0返回应答，因只有这一个返回应答，因只有这一个VICC应答，应答，故不存在碰撞，它的故不存在碰撞，它的UID被被VCD接收存储。接收存储。VCD发送发送EOF，指示下一个时隙开始。，指示下一个时隙开始。在时隙在时隙1，VICC2和和VICC3进行应答，发生了碰撞。进行应答，发生了碰撞。VCD检测到碰撞，并记录该时隙发生了碰撞。检测到碰撞，并记录该时隙发生了碰撞。VCD再发送再发送EOF，进入时隙，进入时隙2。8/7/202463RFID的的ISO IEC标准标准在时隙在时隙2，无，无VICC应答，应答，VCD未检测到未检测到VICC的应答的应答的的SOF，因此，因此VCD通过发送通过发送EOF，进入时隙，进入时隙3。在时隙在时隙3，VICC4和和VICC5应答，产生了碰撞。应答，产生了碰撞。VCD决定发送寻址请求（例如读块请求）给决定发送寻址请求（例如读块请求）给VICC1（VICC1的的UID已被已被UCD正确接收）。正确接收）。所有所有VICC都检测到对都检测到对VICC1请求的请求的SOF，它们都处，它们都处理这个请求，但只有理这个请求，但只有UID匹配的匹配的VICC1才返回应答，才返回应答，其他的其他的VICC则退出防碰撞序列。则退出防碰撞序列。所有所有VICC准备接收下一个请求。如果又是一个目录准备接收下一个请求。如果又是一个目录命令的请求，则又从时隙命令的请求，则又从时隙0开始按上面步序执行。开始按上面步序执行。8/7/202464RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC 18000-6标准标准 定义了阅读器和应答器之间的物理接口、协议、定义了阅读器和应答器之间的物理接口、协议、命令及防碰撞机制。命令及防碰撞机制。标准包含两种通信模式：标准包含两种通信模式：TYPE A和和TEPE B。 TYPE A模式模式 ：v数据编码数据编码v帧格式帧格式v调制调制 8/7/202465RFID的的ISO IEC标准标准v应答器向阅读器的数据传输应答器向阅读器的数据传输 数据编码数据编码帧格式帧格式 v前同步码、标志、参数、数据、前同步码、标志、参数、数据、CRC 8/7/202466RFID的的ISO IEC标准标准v强制命令及状态转换强制命令及状态转换 INIT ROUND命令命令 NEXT SLOT命令命令 ：确认已被识别的应答器；指：确认已被识别的应答器；指示所有处于循环激活状态的应答器对它们的时隙示所有处于循环激活状态的应答器对它们的时隙计数器加计数器加1并进入下一个时隙并进入下一个时隙 NEW ROUND命令命令 ：指示在循环准备和循环激活：指示在循环准备和循环激活状态的应答器进入循环激活状态，复位它们的时状态的应答器进入循环激活状态，复位它们的时隙计数器为隙计数器为1，进入新的循环；指示在选择状态的，进入新的循环；指示在选择状态的应答器变迁到静默状态，在静默和就绪状态的应应答器变迁到静默状态，在静默和就绪状态的应答器仍维持它的状态答器仍维持它的状态 8/7/202467RFID的的ISO IEC标准标准CLOSE SLOT命令命令 ：STANDBY ROUND 命令命令 ：确认来自一个应答：确认来自一个应答器的有效应答，并指示该应答器进入选择状态，器的有效应答，并指示该应答器进入选择状态，阅读器可以发送选择标志为阅读器可以发送选择标志为1的读写命令等对此的读写命令等对此应答器进行操作；指示所有处于循环激活状态的应答器进行操作；指示所有处于循环激活状态的应答器进入循环准备状态，等待应答器进入循环准备状态，等待NEXT SLOT，NEW SLOT或或CLOSE SLOT命令的到来，重新命令的到来，重新进入循环激活状态进入新的循环进入循环激活状态进入新的循环 8/7/202468RFID的的ISO IEC标准标准v强制命令及状态转换强制命令及状态转换 SELECT（by SUID）命令）命令 ：无论应答器原先处：无论应答器原先处于场内哪个状态（不含离场状态），接收到该命于场内哪个状态（不含离场状态），接收到该命令且令且SUID匹配时进入选择状态，并发回应答帧；匹配时进入选择状态，并发回应答帧；SUID不匹配的应答器不发回应答帧，当它处于循不匹配的应答器不发回应答帧，当它处于循环激活状态时变迁到循环准备状态，处于选择状环激活状态时变迁到循环准备状态，处于选择状态时变迁到静默状态，处于就绪、静默或循环准态时变迁到静默状态，处于就绪、静默或循环准备状态时保持状态不变备状态时保持状态不变 READ BLOCKS命令命令 ：GET SYSTEM INFORMATION命令命令 ：获取应答：获取应答器的有关系统信息器的有关系统信息 8/7/202469RFID的的ISO IEC标准标准vTYPE A的防碰撞过程的防碰撞过程 1、启动防碰撞过程、启动防碰撞过程 ：阅读器发出：阅读器发出INIT ROUND命令启动防碰撞过程，在命令中给出循环空间大命令启动防碰撞过程，在命令中给出循环空间大小小 2、参与防碰撞过程的应答器对命令的处理、参与防碰撞过程的应答器对命令的处理 8/7/202470RFID的的ISO IEC标准标准3、阅读器发出、阅读器发出INIT ROUND命令后出现的三种命令后出现的三种可能情况可能情况 阅读器在一个时隙中没有检测到应答帧时，它发阅读器在一个时隙中没有检测到应答帧时，它发出出CLOSE SLOT命令。命令。v阅读器检测到碰撞或错误的阅读器检测到碰撞或错误的CRC时，在确认时，在确认无应答器仍在传输应答的情况下，发出无应答器仍在传输应答的情况下，发出CLOSE SLOT命令。命令。v阅读器接收到一个应答器无差错的应答帧时，阅读器接收到一个应答器无差错的应答帧时，它发送它发送NEXT SLOT命令，命令中包括该应答命令，命令中包括该应答器的签名，对此已被识别的应答器进行确认，器的签名，对此已被识别的应答器进行确认，使它进入静默状态以便循环的继续使它进入静默状态以便循环的继续 8/7/202471RFID的的ISO IEC标准标准4、接收到、接收到CLOSE SLOT命令或命令或NEXT SLOT而签名不匹配的参与循环的应答器将而签名不匹配的参与循环的应答器将自己的时隙计数器加自己的时隙计数器加1并和所选择的随机数并和所选择的随机数比较以决定该时隙是否发回应答帧，并根比较以决定该时隙是否发回应答帧，并根据本次循环时的时隙延迟标志决定发回应据本次循环时的时隙延迟标志决定发回应答帧的时延答帧的时延 8/7/202472RFID的的ISO IEC标准标准vTYPE A的防碰撞过程的防碰撞过程5、阅读器按第（、阅读器按第（3）步中的三种情况处理，直至该）步中的三种情况处理，直至该循环结束（达到了循环空间预置值）循环结束（达到了循环空间预置值） 6、一个循环结束后，如果在、一个循环结束后，如果在INIT ROUND命令或命令或CLOSE SLOT命令中重复循环标志位置为命令中重复循环标志位置为1，则自动，则自动开始一个新的循环。如果重复循环标志位为开始一个新的循环。如果重复循环标志位为0，阅读，阅读器可以决定用新的器可以决定用新的INIT ROUND命令或命令或NEW ROUND命令继续进行循环以完成防碰撞过程命令继续进行循环以完成防碰撞过程 7、在一次循环中，阅读器可以通过发送、在一次循环中，阅读器可以通过发送STANDBY ROUND命令来确认签名匹配的应答器的有效应答，命令来确认签名匹配的应答器的有效应答，并指示该应答器进入选择状态，同时让签名不匹配的并指示该应答器进入选择状态，同时让签名不匹配的应答器进入循环准备状态，以便在后续命令来到时将应答器进入循环准备状态，以便在后续命令来到时将循环继续。循环继续。 8/7/202473RFID的的ISO IEC标准标准vTYPE B （与（与TYPE A相类比）相类比）物理接口物理接口 命令和应答的帧格式命令和应答的帧格式 数据元素数据元素 应答器的存储器应答器的存储器 应答器的状态应答器的状态 命令命令 强制和推荐的命令强制和推荐的命令 防碰撞算法防碰撞算法 8/7/202474RFID的的ISO IEC标准标准vTYPE BTYPE B防碰撞流程 8/7/202475RFID的的ISO IEC标准标准vISO/IEC 18000-7标准标准 物理层物理层 v使用窄带使用窄带UHF频段。载波频率为频段。载波频率为433.92 MHz20 ppmv采用采用FSK调制方式，频率偏移为调制方式，频率偏移为35 kHz，逻辑，逻辑0的频的频率为率为fc（载波频率）（载波频率）35 kHz，逻辑，逻辑1的频率为的频率为fc35 kHz。v数据位采用曼彻斯特编码，数据速率为数据位采用曼彻斯特编码，数据速率为27.7 kbps v阅读器和应答器之间的通信采用主从方式阅读器和应答器之间的通信采用主从方式 数据链路层数据链路层 8/7/202476RFID的的ISO IEC标准标准v数据链路层数据链路层前同步码前同步码 ：包含：包含20个周期为个周期为60 s的脉冲，高电的脉冲，高电平平30 s，低电平，低电平30 s 数据字节数据字节 ：包括：包括8个数据位和一个停止位，采用个数据位和一个停止位，采用曼彻斯特编码，位持续时间为曼彻斯特编码，位持续时间为36 s，字节周期，字节周期（含停止位）为（含停止位）为324 s。 CRC码码 ：多项式为：多项式为x16+x12+x5+1 包结束符包结束符 8/7/202477RFID的的ISO IEC标准标准v命令格式命令格式 阅读器命令格式阅读器命令格式 域域命令命令前前缀命令命令类型型拥有有者者ID应答答器器ID阅读器器ID命令命令编码参数参数CRC位位长字字节（31H）1字字节3字字节4字字节2字字节1字字节N字字节2字字节8/7/202478RFID的的ISO IEC标准标准v应答格式应答格式对广播命令应答的信息格式对广播命令应答的信息格式对点到点命令应答的信息格式对点到点命令应答的信息格式 域域应答器状答器状态信息信息长度度Int ID应答器答器ID拥有者有者ID用用户ID数据数据CRC位位长2字字节1字字节2字字节4字字节3字字节016字字节0N字字节2字字节域域应答器状应答器状态态信息长信息长度度Int ID应答器应答器ID命令编命令编码码参数参数CRC位长位长2字节字节1字节字节2字节字节4字节字节1字节字节N字节字节2字节字节8/7/202479什么是什么是ZigBee？传感网络通信的几个阶段和模式：传感网络通信的几个阶段和模式：v自动控制：电脑智能器件；自动控制：电脑智能器件；v传感网：网络传感器；传感网：网络传感器；vZigBee：网络传感器通信协议，是一种：网络传感器通信协议，是一种无线个域网（无线个域网（LR-WPAN）；）；由于无线通信组网技术使用的设备种类繁多，由于无线通信组网技术使用的设备种类繁多，各种设备的技术参数并不相同，所以无线通各种设备的技术参数并不相同，所以无线通信组网会经常遇到麻烦。但是由于信组网会经常遇到麻烦。但是由于ZigBee制制定了相应的协议，所以化解了这一困难。定了相应的协议，所以化解了这一困难。8/7/202480什么是什么是ZigBee？多信道的无线通信装置微控制器，集成在芯片上封多信道的无线通信装置微控制器，集成在芯片上封装。具体就是装。具体就是8位微处理器与射频收发模块封装，位微处理器与射频收发模块封装，接上电阻、电容、晶振，加上接上电阻、电容、晶振，加上A/D、D/A、I/O接口接口和控制电路。也有把这些器件都封装在一起的。和控制电路。也有把这些器件都封装在一起的。再加上相应的无线通信（协议栈）和开发的应用软件。再加上相应的无线通信（协议栈）和开发的应用软件。可见，这实际上是一种智能控制节点，也就是无线可见，这实际上是一种智能控制节点，也就是无线传感器的网络节点。传感器的网络节点。也有人将其称为也有人将其称为“无线单片机无线单片机”。ZigBee技术诞生刚刚技术诞生刚刚4、5年，年，ZigBee联盟是联盟是2002年年成立的其标准成立的其标准ZigBee 1.0是是2004年公布的。目前这年公布的。目前这一技术发展很快。一技术发展很快。8/7/202481什么是什么是ZigBee？技术特点：技术特点：v工作频率：工作频率：2.4GHz为主要频段（为主要频段（16格格250kbps信道），信道），也可以在也可以在915MHz（10个个40kbps信道），信道），868MHz（1个个20kbps信道）；更重要的是，这几个频段都是不需信道）；更重要的是，这几个频段都是不需要注册、批准的，称为免许可通信频段；要注册、批准的，称为免许可通信频段；v低速率：几十低速率：几十Kbps；v近距离：几米几十米，最大可以达到近距离：几米几十米，最大可以达到13Km，如果，如果需要加大通信和控制距离，可以采用多跳的方式接力；需要加大通信和控制距离，可以采用多跳的方式接力；v微功耗：速率低、数据量小，所以信号的收发时间很短，微功耗：速率低、数据量小，所以信号的收发时间很短，多数时间处于休眠状态，所以极其节能。一般一个节点多数时间处于休眠状态，所以极其节能。一般一个节点使用一节电池可以工作使用一节电池可以工作0.52年甚至更长；年甚至更长；v低复杂度：低复杂度：ZigBee的协议栈比的协议栈比WiFi、兰牙简单，对于、兰牙简单，对于通信的控制要求也不高，通常采用通信的控制要求也不高，通常采用8位单片机即可。位单片机即可。v低价格：一般在几十元甚至更低；低价格：一般在几十元甚至更低；8/7/202482什么是什么是ZigBee？v短延时：短延时：ZigBee从休眠状态激活，或者活动设备的从休眠状态激活，或者活动设备的信道接入时延一般在信道接入时延一般在15，设备搜索的时延在，设备搜索的时延在30ms。所有也适合于工业控制和无线控制技术；所有也适合于工业控制和无线控制技术；v组网灵活：通过网络协调器组成星状、树状、网状组网灵活：通过网络协调器组成星状、树状、网状等各种类型的网络，非常灵活，同时允许设备的加等各种类型的网络，非常灵活，同时允许设备的加入、退出，并且改变网络的架构；入、退出，并且改变网络的架构；v采用载波侦听采用载波侦听/冲突检测冲突检测CSMA/CA、握手传输，所、握手传输，所以数据的传输可靠；以数据的传输可靠；8/7/202483什么是什么是ZigBee？v大容量：大容量：ZigBee可以有三种工作方式，即可以有三种工作方式，即个域网协调器、路由器、终端设备。一个个域网协调器、路由器、终端设备。一个ZigBee网络最多可以包含网络最多可以包含256个个ZigBee网网络节点，包括一个主控设备，其余是从属络节点，包括一个主控设备，其余是从属设备。通过网络协调器，则可以支持设备。通过网络协调器，则可以支持64000个个ZigBee网络节点，网络协调器还可以相网络节点，网络协调器还可以相互连接，所以适合大面积的传感器网络；互连接，所以适合大面积的传感器网络；v适于网络的自配置：适于网络的自配置：ZigBee可以采用网络可以采用网络协调器自动建立网络，绝对数北可以随时协调器自动建立网络，绝对数北可以随时加入和退出，适于自配置、自组织的网络加入和退出，适于自配置、自组织的网络8/7/202484什么是什么是ZigBee？v安全模式：提供循环冗余（安全模式：提供循环冗余（CRC）的数据包完整性）的数据包完整性校验，支持鉴权和认证，通过三级安全处理：校验，支持鉴权和认证，通过三级安全处理： 第一级：无安全方式；第一级：无安全方式； 第二级：设备可以使用接入控制列表（第二级：设备可以使用接入控制列表（ACL）防止）防止非法设备获取数据，本级不加密；非法设备获取数据，本级不加密； 第三级：在数据传输中采用第三级：在数据传输中采用AES128的对称密码的对称密码来保护数据净荷，防止攻击者假冒合法设备；来保护数据净荷，防止攻击者假冒合法设备；8/7/202485什么是什么是ZigBee？由于物联网的发展，可能使由于物联网的发展，可能使ZigBee得到极广泛得到极广泛的应用，如家庭、办公室、公共场所等地方。的应用，如家庭、办公室、公共场所等地方。ZigBee是得到国际标准化组织承认和规范的无是得到国际标准化组织承认和规范的无线组网通信技术，也是物联网或者传感网的线组网通信技术，也是物联网或者传感网的重要应用。重要应用。8/7/202486ZigBee的应用的应用v智能家居：可以把各种家用电器及其遥控器，甚至智能家居：可以把各种家用电器及其遥控器，甚至照明、通信设备、门禁、游戏玩具，都可以组成家照明、通信设备、门禁、游戏玩具，都可以组成家庭的智能中心，并且实现联网；庭的智能中心，并且实现联网；v智能交通：在街道、高速公路、建筑物等地布置大智能交通：在街道、高速公路、建筑物等地布置大量的量的ZigBee节点设备，可以加强汽车与外界的联系节点设备，可以加强汽车与外界的联系更加紧密，国家智能化；更加紧密，国家智能化；v智能建筑：建筑内的人员管理、温度控制、能源管智能建筑：建筑内的人员管理、温度控制、能源管理（节能）、防火、信息交互等；理（节能）、防火、信息交互等；v医院应用：搜集病人的各种信息和检查的结果，配医院应用：搜集病人的各种信息和检查的结果，配有有ZigBee的担架，可以直接控制电梯的门；的担架，可以直接控制电梯的门；8/7/202487ZigBee的协议架构的协议架构802.15协议簇协议簇LR-WPAN：无线个域网，属于低速无线个域：无线个域网，属于低速无线个域网，协议属网，协议属802.15：vIEEE802.15.1：中速无线个域网，兰牙；：中速无线个域网，兰牙；vIEEE802.15.3：高速无线个域网，超宽带，：高速无线个域网，超宽带，（UWB）vIEEE802.15.4：低速无线个域网，：低速无线个域网，LR-WPAN，主要为电源能力受限、吞吐量要求，主要为电源能力受限、吞吐量要求不高、无线应用提供低成本的连接；不高、无线应用提供低成本的连接；8/7/202488ZigBee的协议架构的协议架构802.15协议簇协议簇vIEEE-802.15.4v共共27个信道：个信道：2450MHz16g个个,915MHz10个，个，868MHz1个；个；v支持支持250kbps、40kbps、20kbps三种速率；三种速率；v支出星状网络结构和点对点的对等网络结构；支出星状网络结构和点对点的对等网络结构；v分配分配16位短地址或位短地址或16位扩展地址；位扩展地址；v支持时隙保证机制，通过预留保证时隙（支持时隙保证机制，通过预留保证时隙（GTS）提）提供无竞争媒体访问，或实现供无竞争媒体访问，或实现CSMA/CA以避免竞争；以避免竞争；v确认握手保证传输的可靠性；确认握手保证传输的可靠性；v低功耗，可以能量检测；低功耗，可以能量检测；v有链路质量指标；有链路质量指标；8/7/202489ZigBee的网络拓扑的网络拓扑PAN协调器协调器PAN协调器协调器LR-WPAN的网络拓扑的网络拓扑简化功能设备简化功能设备RFD全功能设备全功能设备FFD星状拓扑星状拓扑点对点对等网络拓扑点对点对等网络拓扑8/7/202490 ZigBee的簇树网络多个邻近簇连的簇树网络多个邻近簇连接成网接成网PAN协调器协调器CID1CID2CID3CID4CID5簇首簇首设备设备ZigBee的簇树网络的簇树网络8/7/202491ZigBee协议架构协议架构ZigBee协议包括：协议包括：vIEEE802.15.4：物理层协议；物理层协议；媒体访问控制层：媒体访问控制层：MAC；vZigBee联盟：联盟：网络层（网络层（NWK）应用层（应用层（APL）安全服务规范安全服务规范8/7/202492媒体访问控制层（媒体访问控制层（MAC）ZigBee协议栈协议栈 结构结构物理层（物理层（PHV）网络层（网络层（NWK）应用支持子层（应用支持子层（APS）安全安全服务服务应用应用对象对象1应用对应用对象象240应用框架应用框架ZigBee设备对象（设备对象（ZDO）ZDO管理管理平台平台ZigBee 联盟联盟 定义定义802.15.4 定义定义制造商定义制造商定义PD-SAPPLME-SAPMLDE-SAPMLME-SAPNLDE-SAP端点端点240APSDE-SAP端点端点1APSDE-SAPZDO公公共共接接口口端点端点0APSDE-SAPAPSME-SAPMLME-SAPSAP：服务访问点：服务访问点8/7/202493ZigBee的协议解析的协议解析vZigBee的协议中每一层为其上层提供一套服务，包的协议中每一层为其上层提供一套服务，包括数据传输和管理两个内容。两层之间的接口称为括数据传输和管理两个内容。两层之间的接口称为“服务访问点（服务访问点（SAP）”；v物理层提供两类服务：物理层数据服务和物理层管物理层提供两类服务：物理层数据服务和物理层管理服务；理服务；v物理层的具体功能有：无线收发信机的开启和关闭、物理层的具体功能有：无线收发信机的开启和关闭、能量检测（能量检测（ED）、链路质量指示（）、链路质量指示（LQI）、信道评）、信道评估（估（CCA）、通过物理媒体收发数据包。）、通过物理媒体收发数据包。8/7/202494ZigBee的协议解析的协议解析vMAC 层提供层提供MAC层数据服务和管理服务；层数据服务和管理服务；主要功能有：采用主要功能有：采用CSMA/CA进行信道的访问进行信道的访问控制、信标帧的发送、同步服务和提供控制、信标帧的发送、同步服务和提供MAC层可靠传输机制；层可靠传输机制；v网络层提供设备的加入网络层提供设备的加入/退出机制、帧安全机退出机制、帧安全机制、路由发现机制和维护机制。制、路由发现机制和维护机制。vZigBee协调器的网络层还负责新的网络、新协调器的网络层还负责新的网络、新的关联设备分配地址。的关联设备分配地址。8/7/202495ZigBee的协议解析的协议解析vZigBee应用层包括应用支持子层（应用层包括应用支持子层（APS）、）、ZigBee设备对象（设备对象（ZDO）、应用对象（由设备）、应用对象（由设备制造商定义）。制造商定义）。vAPS子层（应用支持子层）负责维护绑定列表，子层（应用支持子层）负责维护绑定列表，根据设备的服务和需求对设备进行匹配，并且在根据设备的服务和需求对设备进行匹配，并且在绑定的设备之间传送信息。绑定的设备之间传送信息。vZDO负责发现网络中的设备并且明确其提供的服负责发现网络中的设备并且明确其提供的服务。务。8/7/202496传感网在通信骨干网检测中的应用传感网在通信骨干网检测中的应用v基于客户感知的物联网端到端性能测量系统基于客户感知的物联网端到端性能测量系统 本成果可以在用户了解传输信息的同时，本成果可以在用户了解传输信息的同时，利用探针对物联网的终端之间进行自动测量，利用探针对物联网的终端之间进行自动测量，主要测量网络的流量、性能、传输质量、传主要测量网络的流量、性能、传输质量、传输内容等。探针的种类包括用户终端探针、输内容等。探针的种类包括用户终端探针、机房探针、服务器探针。如果将探针前面加机房探针、服务器探针。如果将探针前面加上各种用途的传感器，即为各种物联网。）；上各种用途的传感器，即为各种物联网。）；8/7/202497图图 物联网中可满足客户感知性能的物联网中可满足客户感知性能的测量系统架构测量系统架构8/7/202498 图图 多线程探测引擎多线程探测引擎8/7/202499传感网无线信道的信道分配技术传感网无线信道的信道分配技术v物联网的网络中，传感器的接入主要采用物联网的网络中，传感器的接入主要采用无线信道，无线信道中信道资源分配始终无线信道，无线信道中信道资源分配始终是传感网中无线接入网的主要内容，主要是传感网中无线接入网的主要内容，主要涉及信道分配策略、多信道机制和信道资涉及信道分配策略、多信道机制和信道资源预留策略等研究内容，在这方面，我们源预留策略等研究内容，在这方面，我们的成果包括：的成果包括：v1）多网关传感网的纵向干扰划分技术）多网关传感网的纵向干扰划分技术v2）多网关无线传感网的拓扑分割技术）多网关无线传感网的拓扑分割技术v3）最小化纵向干扰的信道分配策略）最小化纵向干扰的信道分配策略v4）基于信道切换的传感网资源预留策略）基于信道切换的传感网资源预留策略8/7/2024100物联网网络的监测、控制和物联网网络的监测、控制和管理研究管理研究8/7/2024101物联网应用和产业有待突破的障碍物联网应用和产业有待突破的障碍v应用不足：目前社会的发展，有需求，但是应用不足：目前社会的发展，有需求，但是不旺；有市场，但是技术尚未跟上；不旺；有市场，但是技术尚未跟上；v核心技术缺位：特别是传感器及其网络，面核心技术缺位：特别是传感器及其网络，面广、量大、品种繁多、低能耗、长寿命，恶广、量大、品种繁多、低能耗、长寿命，恶劣的应用环境，极低或者较低成本等；劣的应用环境，极低或者较低成本等；v标准先行：国家已经下达了标准先行：国家已经下达了24国家标准计划国家标准计划和和10项行业标准计划的制定，但是仍然不够项行业标准计划的制定，但是仍然不够v产业链稍微形成：例如传感器、系统设计、产业链稍微形成：例如传感器、系统设计、公共信息平台、开发工具和平台、中间件等，公共信息平台、开发工具和平台、中间件等，甚至有的政策也是障碍；甚至有的政策也是障碍；8/7/2024102 谢谢 谢谢 2010，1，228/7/2024103