现代物联网技术教学课件

现代物联网技术教学课件欢迎来到现代物联网技术教学课件！本课程旨在全面介绍物联网（）的概IoT念、核心技术、应用领域以及未来发展趋势通过本课程的学习，您将掌握物联网的基本原理，了解各种关键技术，并能够运用所学知识进行实际应用开发让我们一起探索物联网的无限可能，开启智能互联的新时代！课程介绍物联网的定义与发展物联网定义物联网发展历程物联网（，）是指通过各种信息传感设物联网概念的提出可以追溯到世纪末，经过多年的发展，物Internet ofThings IoT20备，如传感器、射频识别（）技术、全球定位系统联网技术已经渗透到各个领域从最初的机器对机器（）RFID M2M（）、红外感应器、激光扫描器等，实时采集任何需要监通信，到现在的智能家居、智慧城市，物联网的应用场景不断扩GPS控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合展，技术也在不断演进未来，物联网将更加智能化、集成化，形成的一个巨大网络成为数字经济的重要组成部分物联网的应用领域概览智慧城市通过物联网技术，实现城市管理的智能化，包括智能交通、智能安防、智能能源管理等，提高城市运行效率，改善居民生活质量智能家居物联网技术让家居设备互联互通，实现智能控制、远程监控、自动化管理，提升居住舒适度和安全性工业物联网在工业领域，物联网技术用于设备监控、预测性维护、生产优化等，提高生产效率，降低运营成本农业物联网通过传感器、无人机等设备，实时监测农作物生长环境，实现精准灌溉、施肥，提高农业生产效率和质量物联网的核心技术构成感知层网络层1负责数据采集，包括各种传感器、负责数据传输，包括各种通信协议和网RFID等设备2络技术应用层平台层4基于物联网平台，开发各种应用，如智负责数据处理和分析，包括云计算、大3能家居、智慧城市等数据等技术物联网的核心技术构成包括感知层、网络层、平台层和应用层每一层都有其独特的技术特点和功能，共同构成了完整的物联网生态系统理解这些核心技术，是掌握物联网技术的关键感知层技术传感器概述传感器定义传感器分类12传感器是一种检测装置，能感传感器按照不同的分类标准，受到被测量的信息，并能将感可以分为多种类型，如按照工受到的信息，按一定规律变换作原理分为物理传感器、化学成为电信号或其他所需形式的传感器、生物传感器等；按照信息输出，以满足信息的传输出信号分为模拟传感器、数输、处理、存储、显示、记录字传感器等；按照用途分为温和控制等要求度传感器、湿度传感器、压力传感器等传感器性能指标3传感器的性能指标包括灵敏度、精度、分辨率、线性度、稳定性等，这些指标直接影响传感器的测量精度和可靠性各种类型传感器的原理与应用温度传感器湿度传感器压力传感器利用物体随温度变化的特性进行测量，利用材料的吸湿性进行测量，如电容式利用材料的压阻效应进行测量，如应变如热敏电阻、热电偶等，广泛应用于温湿度传感器、电阻式湿度传感器等，应式压力传感器、电容式压力传感器等，度控制、环境监测等领域用于气象监测、农业灌溉等领域应用于工业控制、医疗设备等领域传感器网络与无线传感器网络WSN传感器网络无线传感器网络应用WSN由部署在一定区域内的多个传感器节点组成传感器节点通过无线通信方式进行数据传广泛应用于环境监测、智能家居、工业自动的网络，用于采集、处理和传输各种信息输，具有部署灵活、成本低廉等优点化等领域无线传感器网络（）是传感器网络的重要组成部分，通过无线通信技术实现传感器节点之间的数据传输，具有部署灵活、成本低廉等优点，广WSN泛应用于环境监测、智能家居、工业自动化等领域的协议与标准WSNIEEE

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15.4ZigBee12是中常用的物理层和基于标准的网WSN IEEE

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15.4层协议，具有低功耗、络层协议，适用于低功耗、短MAC低速率等特点距离的无线通信6LoWPAN3是的缩IPv6over Lowpower WirelessPersonal AreaNetworks写，允许数据包在低功耗无线网络中传输IPv6的协议与标准对于网络的互联互通至关重要、WSN IEEE

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15.4ZigBee和是中常用的协议，它们各有特点，适用于不同的应用场6LoWPAN WSN景传感数据采集与预处理数据采集数据预处理数据存储通过传感器节点采集各对采集到的数据进行清将处理后的数据存储到种环境参数，如温度、洗、过滤、校正等处本地或云端数据库中，湿度、压力等理，提高数据质量方便后续分析和应用传感数据采集与预处理是物联网应用的基础高质量的数据是进行有效分析和决策的前提，因此数据预处理至关重要网络层技术物联网的网络架构应用层1平台层2网络层3感知层4物联网的网络架构通常分为四层感知层、网络层、平台层和应用层每一层都有其独特的功能和技术要求，共同构成了完整的物联网生态系统与低功耗广域网IPV6LPWANIPV6LPWAN提供了巨大的地址空间，解决了地址短缺的问题，为物联是一种低功耗、远距离的无线通信技术，适用于物联网设备的数IPV4网设备的互联互通提供了基础据传输，如、等NB-IoT LoRa和是物联网网络层的重要技术解决了地址短缺问题，则提供了低功耗、远距离的无线通信能力，两者结IPV6LPWAN IPV6LPWAN合为物联网应用提供了强大的支持技术详解NB-IoT特点应用NB-IoT NB-IoT具有低功耗、广覆盖、低成本等广泛应用于智能抄表、智能停特点，适用于静态或低速移动的车、智能路灯等领域物联网设备优势NB-IoT相比其他无线通信技术，在覆盖范围、功耗和成本方面具有优NB-IoT势（）是一种专为物联网设计的窄带NB-IoT NarrowbandInternet ofThings无线通信技术，具有低功耗、广覆盖、低成本等特点，适用于静态或低速移动的物联网设备，如智能抄表、智能停车、智能路灯等领域技术详解LoRa特点LoRa具有远距离、低功耗、高灵敏度等特点，适用于远距离数据传输应用LoRa广泛应用于智慧农业、智能物流、环境监测等领域优势LoRa相比其他无线通信技术，在远距离通信和抗干扰能力方面具有LoRa优势（）是一种远距离、低功耗的无线通信技术，具有远距离、低功LoRa LongRange耗、高灵敏度等特点，适用于远距离数据传输，广泛应用于智慧农业、智能物流、环境监测等领域技术在远距离通信和抗干扰能力方面具有优势LoRa其他技术比较LPWAN技术覆盖范围功耗速率应用场景广覆盖低功耗低速率智能抄NB-IoT表、智能停车远距离低功耗中速率智慧农LoRa业、智能物流全球覆盖超低功耗极低速率资产追Sigfox踪、环境监测除了和，还有其他一些技术，如等不同的NB-IoT LoRaLPWAN Sigfox技术具有不同的特点，适用于不同的应用场景选择合适的技LPWAN LPWAN术，需要根据具体的应用需求进行综合考虑物联网路由协议与拥塞控制路由协议1用于确定数据传输的最佳路径，常见的路由协议包括、AODV DSR等拥塞控制2用于避免网络拥塞，提高数据传输的可靠性和效率，常见的拥塞控制算法包括、等TCP VegasREDQoS3用于保证数据传输的服务质量，常见的机制包括、QoS DiffServ等IntServ物联网路由协议与拥塞控制是保证数据传输可靠性和效率的关键技术合理的路由协议和拥塞控制算法，可以有效地提高网络的性能数据传输安全技术数据加密身份认证12采用加密算法对数据进行加验证设备的身份，防止非法设密，防止数据被窃取或篡改，备接入网络，常见的身份认证常见的加密算法包括、方式包括用户名密码、数字AES/等证书等RSA访问控制3限制设备对资源的访问权限，防止非法访问，常见的访问控制机制包括、等ACL RBAC数据传输安全是物联网应用的重要保障数据加密、身份认证和访问控制是常用的安全技术，可以有效地保护数据的安全平台层技术云计算与物联网云计算物联网平台为物联网应用提供强大的计算、存储和网络资源，支持海量数据提供设备管理、数据管理、应用开发等功能，简化物联网应用的的处理和分析开发和部署云计算和物联网平台的结合，为物联网应用提供了强大的支持云计算提供基础设施，物联网平台提供应用开发和管理工具，两者共同构建了完整的物联网平台层边缘计算在物联网中的应用边缘计算定义边缘计算优势边缘计算应用将计算和数据存储移动到网络的边降低延迟、节省带宽、提高安全性，广泛应用于智能制造、智能交通、智缘，靠近设备或数据源，减少数据传适用于对实时性要求较高的物联网应能安防等领域输延迟用边缘计算是一种将计算和数据存储移动到网络边缘的技术，可以降低延迟、节省带宽、提高安全性，适用于对实时性要求较高的物联网应用，如智能制造、智能交通、智能安防等领域大数据分析与物联网数据采集数据处理数据分析从物联网设备采集海量对数据进行清洗、转利用数据挖掘、机器学数据换、集成等处理习等技术进行分析，提取有价值的信息大数据分析在物联网中扮演着重要的角色通过对海量数据的分析，可以提取有价值的信息，为决策提供支持，优化运营效率物联网平台架构设计设备管理数据管理1注册、认证、配置和监控设备存储、处理和分析设备数据2安全管理应用开发43保护设备和数据的安全创建和部署物联网应用物联网平台架构设计需要考虑设备管理、数据管理、应用开发和安全管理等多个方面合理的架构设计可以提高平台的可扩展性、可靠性和安全性常见的物联网平台介绍（阿里云腾讯云等）IoT,IoT阿里云腾讯云其他平台IoT IoT提供设备接入、数据存储、数据分析、提供设备连接、数据管理、安全防护、还有、等，提AWS IoTAzure IoTHub应用开发等功能，支持各种物联网应用应用使能等服务，支持智能家居、智慧供类似的物联网平台服务场景城市等领域阿里云和腾讯云是国内领先的物联网平台，提供了全面的物联网解决方案，支持各种物联网应用场景此外，还有、IoT IoTAWS IoT等国际知名的物联网平台Azure IoTHub物联网数据存储与管理关系型数据库数据库NoSQL适用于结构化数据的存储，如适用于非结构化数据的存储，如、等、等MySQL PostgreSQLMongoDB Cassandra时序数据库适用于时间序列数据的存储，如、等InfluxDB Prometheus物联网数据存储与管理需要根据数据的特点选择合适的数据库关系型数据库、数据库和时序数据库是常用的数据存储方案，各有优缺点，适用NoSQL于不同的场景应用层技术物联网应用开发需求分析明确应用的目标和功能架构设计设计应用的整体架构和模块编码实现编写代码实现应用的功能测试部署测试应用的性能和功能，并部署到生产环境物联网应用开发是一个完整的软件开发过程，包括需求分析、架构设计、编码实现和测试部署等环节每个环节都至关重要，需要认真对待物联网应用开发框架Node-RED ThingsBoard12基于的流程编辑器，开源的物联网平台，提供设备Node.js可以通过拖拽节点的方式进行管理、数据可视化、规则引擎应用开发，简化开发流程等功能，方便应用开发Eclipse Kura3基于的物联网开发框架，提供设备接入、数据处理、远程管理等Java功能物联网应用开发框架可以简化开发流程，提高开发效率、Node-RED和是常用的物联网应用开发框架，各有特点，适ThingsBoard EclipseKura用于不同的应用场景应用开发Android Things开发Android ThingsAndroid Things是推出的基于的物联网操作系统，适用于各种可以使用熟悉的开发工具和进行物联网应用开发，Google AndroidAndroid API物联网设备降低开发门槛是推出的基于的物联网操作系统，可以使用熟悉的开发工具和进行物联网应用开发，降Android ThingsGoogle AndroidAndroid API低开发门槛，适用于各种物联网设备物联网应用的用户界面设计简洁直观响应式设计数据可视化界面设计应简洁直观，方便用户操作界面应能适应不同的设备和屏幕尺使用图表、图形等方式展示数据，方和理解寸便用户分析和决策物联网应用的用户界面设计需要考虑简洁直观、响应式设计和数据可视化等因素良好的用户界面可以提高用户体验，提升应用的价值物联网设备控制与远程管理远程控制远程监控固件升级通过网络远程控制物联实时监控物联网设备的远程升级物联网设备的网设备，如开关、调节状态和数据固件，修复漏洞和增加参数等功能物联网设备控制与远程管理是物联网应用的重要功能通过远程控制、远程监控和固件升级等功能，可以方便地管理和维护物联网设备物联网安全安全威胁与挑战应用安全1平台安全2网络安全3设备安全4物联网安全面临设备安全、网络安全、平台安全和应用安全等多重威胁和挑战需要采取全面的安全措施，才能保障物联网系统的安全设备安全身份认证与访问控制身份认证访问控制验证设备的身份，防止非法设备接入网络，常见的身份认证方式限制设备对资源的访问权限，防止非法访问，常见的访问控制机包括用户名密码、数字证书等制包括、等/ACL RBAC设备安全是物联网安全的基础身份认证和访问控制是常用的设备安全技术，可以有效地防止非法设备接入网络和访问资源数据安全加密与隐私保护数据加密隐私保护采用加密算法对数据进行加密，采取措施保护用户的隐私数据，防止数据被窃取或篡改，常见的如数据匿名化、差分隐私等加密算法包括、等AES RSA数据脱敏对敏感数据进行脱敏处理，如替换、掩盖等，防止数据泄露数据安全是物联网安全的重要组成部分数据加密和隐私保护是常用的数据安全技术，可以有效地保护数据的安全和用户的隐私网络安全防火墙与入侵检测防火墙防止未经授权的网络访问，保护内部网络的安全入侵检测检测网络中的恶意行为，及时发现和阻止入侵安全审计记录网络活动，方便安全事件的分析和追踪网络安全是物联网安全的重要组成部分防火墙、入侵检测和安全审计是常用的网络安全技术，可以有效地保护网络的安全物联网安全最佳实践安全设计安全开发12在系统设计阶段就考虑安全因采用安全的编码规范和开发工素，进行安全风险评估和安全具，进行安全测试和漏洞扫需求分析描安全运维3定期进行安全检查和漏洞修复，加强安全监控和应急响应物联网安全需要贯穿整个生命周期，从安全设计、安全开发到安全运维，都需要采取最佳实践，才能有效地保障物联网系统的安全物联网伦理与法律法规数据隐私数据安全责任归属如何保护用户的个人数据和隐私如何防止数据泄露和滥用谁应该对物联网设备的安全和可靠性负责物联网伦理与法律法规是物联网发展的重要保障需要制定完善的法律法规，规范物联网行为，保护用户的权益物联网标准化组织与标准IEEE IETF电气电子工程师学会，制定了互联网工程任务组，制定了IPv6等无线通信标等互联网协议标准IEEE

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15.4准ISO国际标准化组织，制定了各种工业标准物联网标准化对于实现互联互通至关重要、和等标准化组织制IEEE IETFISO定了各种物联网标准，推动了物联网技术的发展物联网发展趋势展望智能化物联网设备将更加智能化，具有自主学习和决策能力集成化物联网技术将与其他技术更加紧密地集成，如人工智能、区块链等普及化物联网应用将更加普及，渗透到各个领域物联网发展趋势将朝着智能化、集成化和普及化方向发展未来，物联网将更加智能化，与其他技术更加紧密地集成，应用将更加普及物联网与人工智能的结合智能感知智能分析智能决策利用传感器采集数据，提供更全面的信利用人工智能算法分析数据，提取有价值根据分析结果进行智能决策，实现自动化息的信息控制物联网与人工智能的结合，可以实现智能感知、智能分析和智能决策，提高物联网应用的智能化水平物联网与区块链的结合数据安全设备认证价值转移利用区块链技术保障数据的安全和不可利用区块链技术进行设备认证和管理利用区块链技术实现物联网设备之间的篡改价值转移物联网与区块链的结合，可以提高数据的安全性和可靠性，实现设备认证和管理，以及物联网设备之间的价值转移智慧城市应用案例智能交通智能安防通过传感器、摄像头等设备，实通过摄像头、传感器等设备，实时监测交通流量，优化交通信时监测城市安全，及时发现和处号，提高通行效率理安全事件智能能源通过智能电表、智能水表等设备，实时监测能源消耗，优化能源分配，提高能源利用效率智慧城市是物联网应用的重要领域智能交通、智能安防和智能能源是智慧城市的典型应用，可以提高城市运行效率，改善居民生活质量智能家居应用案例智能照明根据环境光线自动调节灯光亮度，或通过手机远程控制灯APP光开关智能安防通过摄像头、门磁传感器等设备，实时监控家庭安全，及时报警智能家电通过手机远程控制家电开关，或设置定时任务，实现自动APP化管理智能家居是物联网应用的重要领域智能照明、智能安防和智能家电是智能家居的典型应用，可以提高居住舒适度和安全性工业物联网应用案例预测性维护设备监控1根据设备数据预测设备故障，提前进行实时监控设备的状态和性能2维护质量控制生产优化4实时监控产品质量，及时发现和处理质3优化生产流程，提高生产效率量问题工业物联网可以实现设备监控、预测性维护、生产优化和质量控制，提高生产效率，降低运营成本农业物联网应用案例环境监测精准灌溉智能施肥实时监测土壤湿度、温根据环境参数自动调节根据环境参数自动调节度、光照等环境参数灌溉量，实现精准灌施肥量，实现智能施溉肥农业物联网可以实现环境监测、精准灌溉和智能施肥，提高农业生产效率和质量医疗物联网应用案例远程监护智能药房移动医疗通过传感器实时监测病人的生理指标，通过自动化设备管理药品，提高药房的通过手机提供医疗服务，方便病人APP并将数据传输到医生处，实现远程监管理效率和安全性就医和管理健康护医疗物联网可以实现远程监护、智能药房和移动医疗，提高医疗服务的效率和质量物联网实验环境搭建硬件准备软件安装环境配置123准备树莓派、传感器、开发板等硬安装操作系统、开发工具、驱动程配置网络、调试工具等环境参数件设备序等软件搭建物联网实验环境需要准备硬件设备、安装软件和配置环境树莓派是常用的物联网实验平台，可以方便地进行各种实验传感器数据采集实验连接传感器编写代码1将传感器连接到开发板编写代码读取传感器数据2数据展示数据处理43将数据展示在屏幕上对数据进行处理和分析传感器数据采集实验可以帮助学生掌握传感器的工作原理和数据采集方法通过实验，可以了解如何连接传感器、编写代码读取数据、处理和分析数据，以及将数据展示在屏幕上无线传感器网络实验节点部署网络配置数据传输在实验区域部署多个传感器节点配置传感器节点的网络参数实现传感器节点之间的数据传输无线传感器网络实验可以帮助学生掌握无线传感器网络的工作原理和组网方法通过实验，可以了解如何部署传感器节点、配置网络参数、实现数据传输，以及进行网络性能测试物联网平台连接实验注册设备连接设备在物联网平台上注册设备将设备连接到物联网平台数据传输实现设备与物联网平台之间的数据传输物联网平台连接实验可以帮助学生掌握如何将设备连接到物联网平台通过实验，可以了解如何在物联网平台上注册设备、将设备连接到平台，以及实现设备与平台之间的数据传输物联网应用开发实践需求分析明确应用的目标和功能架构设计设计应用的整体架构和模块编码实现编写代码实现应用的功能测试部署测试应用的性能和功能，并部署到生产环境物联网应用开发实践可以帮助学生将所学知识应用到实际项目中通过实践，可以掌握物联网应用开发的完整流程，提高解决实际问题的能力物联网项目案例分析需求分析架构设计性能评估分析项目的需求和目分析项目的架构和技术评估项目的性能和可靠标选型性物联网项目案例分析可以帮助学生了解物联网项目的实际应用和挑战通过分析案例，可以学习项目管理、技术选型、性能评估等方面的知识案例一智能路灯控制系统需求分析技术方案实现路灯的自动开关、亮度调节和故障检测，提高能源利用效采用光线传感器、无线通信技术和物联网平台，实现路ZigBee率，降低维护成本灯的智能化控制和管理智能路灯控制系统是智慧城市建设的重要组成部分通过光线传感器和无线通信技术，可以实现路灯的自动开关、亮度调节和ZigBee故障检测，提高能源利用效率，降低维护成本案例二智能农业灌溉系统需求分析技术方案系统优势实现农田的自动灌溉，根据土壤湿度采用土壤湿度传感器、无线通信节水节能，提高农作物产量和质量LoRa和天气情况调节灌溉量，提高水资源技术和物联网平台，实现农田的智能利用效率，降低灌溉成本化灌溉和管理智能农业灌溉系统可以实现农田的自动灌溉，根据土壤湿度和天气情况调节灌溉量，提高水资源利用效率，降低灌溉成本采用土壤湿度传感器、无线通信技术和物联网平台，实现农田的智能化灌溉和管理LoRa案例三智能医疗监护系统需求分析技术方案系统优势实现病人的远程监护，实时监测病人的生理采用可穿戴传感器、蓝牙无线通信技术和物提高医疗服务效率，降低医疗成本，改善病指标，及时发现和处理病情变化，提高医疗联网平台，实现病人的智能化监护和管理人生活质量服务质量智能医疗监护系统可以实现病人的远程监护，实时监测病人的生理指标，及时发现和处理病情变化，提高医疗服务质量采用可穿戴传感器、蓝牙无线通信技术和物联网平台，实现病人的智能化监护和管理物联网课程总结与回顾基本概念应用领域安全挑战回顾物联网的基本概念回顾物联网的应用领域回顾物联网的安全挑战和核心技术和典型案例和解决方案课程总结与回顾可以帮助学生巩固所学知识，加深对物联网基本概念、应用领域和安全挑战的理解课程重点难点回顾重点回顾难点回顾物联网的定义与发展、核心技术构成、应用领域概览、物联网安与低功耗广域网、物联网路由协议与拥塞控制、物联网安IPV6全全课程重点难点回顾可以帮助学生更好地掌握课程内容，为后续学习打下坚实的基础重点内容包括物联网的定义与发展、核心技术构成、应用领域概览、物联网安全等，难点内容包括与低功耗广域网、物联网路由协议与拥塞控制、物联网安全等IPV6物联网技术未来发展方向智能化集成化物联网设备将更加智能化，具有物联网技术将与其他技术更加紧自主学习和决策能力密地集成，如人工智能、区块链等普及化物联网应用将更加普及，渗透到各个领域物联网技术未来发展方向将朝着智能化、集成化和普及化方向发展未来，物联网将更加智能化，与其他技术更加紧密地集成，应用将更加普及开放讨论与答疑环节欢迎大家就物联网相关问题进行提问和讨论，共同探讨物联网的未来发展参考文献与推荐阅读《物联网技术与应用》•《无线传感器网络》•《物联网安全》•提供参考文献和推荐阅读材料，方便学生深入学习物联网相关知识课后作业与实践项目阅读相关文献，撰写读书报告•搭建物联网实验环境，完成指定的实验项目•设计一个物联网应用方案•布置课后作业和实践项目，帮助学生巩固所学知识，提高实践能力感谢聆听，欢迎提问感谢大家的聆听，欢迎大家提出宝贵意见和建议版权声明本课件版权归作者所有，未经授权不得转载或用于商业用途课程结束感谢大家参与本次物联网课程的学习，希望大家能够学有所获，为物联网的发展贡献自己的力量！。