物联网的关键技术

院校专业：

基本学制：三年 | 招生对象： | 学历：中专 | 专业代码：710102

培养目标

培养目标

本专业培养德智体美劳全面发展，掌握扎实的科学文化基础和传感器应用、网络通 信、综合布线、物联网项目工程实施等知识，具备物联网生产施工、物联网技术服务、 系统运维等能力，具有工匠精神和信息素养，能够从事物联网设备安装与调试、物联网 系统集成实施、物联网系统监控、物联网产品制造与检测、售后技术支持等工作的技术 技能人才。

职业能力要求

职业能力要求

1 具有物联网产品装配、焊接、检测与调试的能力； 2 具有感知层设备质量检测、典型传感网安装组建与调试的能力； 3 具有物联网项目施工图识读、物联网设备安装与调试的能力； 4 具有物联网平台、数据库及应用程序安装、配置与运行维护的能力； 5 具有物联网样机试制、数据采集与标注、应用程序辅助开发的能力； 6 具有物联网系统应用程序安装、使用、维护、系统监控与故障维修的能力； 7 具有初步将 5G、人工智能等现代信息技术应用于物联网领域的能力； 8 具有终身学习和可持续发展的能力。

专业教学主要内容

专业教学主要内容

专业基础课程：电工电子技术与技能、计算机组装与维修、计算机网络技术基础、 程序设计基础。 专业核心课程：单片机技术及应用、数据库技术及应用、传感器与传感网技术应用、 网络综合布线技术、物联网技术及应用、物联网设备安装与调试、物联网运维与服务。 实习实训：对接真实职业场景或工作情境，在校内外进行物联网综合布线、物联网 电子产品制作、物联网设备安装与调试、物联网工程实施等实训。在物联网系统集成企 业、物联网产品制造企业等单位进行岗位实习。

专业（技能）方向

专业（技能）方向

职业资格证书举例

职业资格证书举例

职业技能等级证书：物联网智能家居系统集成和应用、物联网安装调试与运维、物 联网工程实施与运维

继续学习专业举例

接续高职专科专业举例：物联网应用技术、工业互联网技术 接续高职本科专业举例：物联网工程技术、工业互联网技术 接续普通本科专业举例：物联网工程、计算机科学与技术

就业方向

就业方向

面向物联网安装调试员等职业，物联网设备安装与调试、物联网系统运行与维护、 物联网系统监控、物联网产品制造与测试、物联网项目辅助开发和售后技术支持等岗位 （群）。

对应职业（岗位）

对应职业（岗位）

其他信息：

物联网应用技术是物联网在大学专科（高职）层次的唯一专业，属于电子信息类，升本专业为物联网工程（计算机类）。 本专业培养掌握射频、嵌入式、传感器、无线传输、信息处理、物联网域名等物联网技术，掌握物联网系统的传感层、传输层和应用层关键设计等专门知识和技能，具有从事WSN、RFID系统、局域网、安防监控系统等工程设计、施工、安装、调试、维护等工作的业务能力，具有良好服务意识与职业道德的高端技能型人才。专业课程有C语言程序设计，Java程序设计，TCP/IP网络协议，RFID技术，计算机原理，程序设计原理等。

物联网的体系结构可以分为感知层，网络层和应用层三个层次。

感知层。是物联网发展和应用的基础，包括传感器或读卡器等数据采集设备、数据接入到网关之前的传感器网络。感知层以RFID、传感与控制、短距离无线通信等为主要技术，其任务是识别物体和采集系统中的相关信息，从而实现对“物”的认识与感知。

网络层。是建立在现有通信网络和互联网基础之上的融合网络，网络层通过各种接入设备与移动通信网和互联网相连，其主要任务是通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现信息的传输、初步处理、分类、聚合等，用于沟通感知层和应用层。目前国内通信设备和运营商实力较强，是我国互联网技术领域最成熟的部分。

应用层。是将物联网技术与专业技术相互融合，利用分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务。应用层是物联网发展的目的。物联网的应用可分为控制型、查询型、管理型和扫描型等，可通过现有的手机、电脑等终端实现广泛的智能化应用解决方案。

资料拓展：

物联网的整个结构可分为射频识别系统和信息网络系统两部分。射频识别系统主要由标签和读写器组成，两者通过RFID空中接口通信。读写器获取产品标识后，通过internet或其他通讯方式将产品标识上传至信息网络系统的中间件，然后通过ONS解析获取产品的对象名称，继而通过EPC信息服务的各种接口获得产品信息的各种相关服务。整个信息系统的运行都会借助internet的网络系统，利用在internet基础上的发展出的通信协议和描述语言。

因此我们可以说物联网是架构在internet基础上的关于各种物理产品信息服务的总和。从应用角度来看，物联网中三个层次值得关注，也即是说，物联网由三部分组成：一是传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现对“物”的识别。二是传输网络，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算。三是应用网络，即输入输出控制终端。

物联网的十大应用：智能家居、可穿戴、智慧城市、智能电网、工业互联网、连接车、联网医疗（数字医疗/远程医疗/远程医疗）、智能零售、智能供应链、智能农业。

智能家居

每当我们想到物联网系统时，最重要、最高效的应用就是智能家居，它在所有渠道中都是最高的物联网应用。寻找智能家居的人数每月增加约60000人。另一件有趣的事情是，物联网分析智能家居数据库包括256家公司和初创公司。现在，越来越多的公司积极参与智能家居以及该领域的类似应用。智能家居初创公司的预计资金额超过25亿美元，并以快速增长的速度增长。创业公司名单包括著名的创业公司名称，如AlertMe或Nest，以及一些跨国公司，如飞利浦、海尔或贝尔金。

可穿戴

就像智能家居一样，可穿戴设备仍然是潜在物联网的热门话题。每年，全球消费者都在等待最新的苹果智能手表的发布。除此之外，还有很多其他可穿戴设备可以让我们的生活变得轻松，比如索尼SmartB Trainer、LookSee手镯或Myo手势控制。

智慧城市

智慧城市，顾名思义，是一项重大创新，涵盖了从水分配和交通管理到废物管理和环境监测的各种各样的使用案例。它之所以如此受欢迎，是因为它试图消除城市居民的不适和问题。智能城市部门提供的物联网解决方案解决了各种与城市相关的问题，包括交通、减少空气和噪音污染，以及帮助城市更加安全。

智能电网

智能电网是物联网技术的另一个突出领域。智能电网基本上承诺以自动化方式提取有关消费者和电力供应商行为的信息，以提高配电的效率、经济性和可靠性。每月41000次的谷歌搜索证明了这一概念的流行。

工业互联网

考虑工业互联网的一种方式是查看发电、石油、天然气和医疗等行业中的连接机器和设备。它还利用了计划外停机和系统故障可能导致危及生命的情况。嵌入物联网的系统往往包括用于心脏监测的健身带或智能家用电器等设备。这些系统功能齐全，易于使用，但不可靠，因为如果发生停机，它们通常不会造成紧急情况。

连接车

互联汽车技术是一个由多个传感器、天线、嵌入式软件和技术组成的庞大而广泛的网络，有助于在复杂的世界中进行通信导航。它有责任以一致性、准确性和速度做出决策。它还必须是可靠的。当人类将方向盘和制动器的控制权交给目前正在高速公路上测试的自动驾驶车辆时，这些要求将变得更加关键。

联网医疗（数字医疗/远程医疗/远程医疗）

物联网在医疗保健领域有多种应用，从远程监控设备到先进技术，从智能传感器到设备集成。它有可能改善医生提供医疗服务的方式，并确保患者的安全和健康。医疗物联网可以让患者花更多时间与医生互动，从而提高患者参与度和满意度。从个人健身传感器到外科手术机器人，医疗领域的物联网带来了新的工具，这些工具采用了生态系统中的最新技术进行更新，有助于发展更好的医疗保健。物联网有助于医疗改革，并为患者和医疗专业人员提供口袋友好型解决方案。

智能零售

零售商已开始采用物联网解决方案，并在多个应用程序中使用物联网嵌入式系统，以改善商店运营、增加购买、减少盗窃、实现库存管理和增强消费者的购物体验。通过物联网，实体零售商可以更有力地与在线挑战者竞争。他们可以重新获得失去的市场份额，吸引消费者进入商店，从而使他们更容易在省钱的同时购买更多商品。

智能供应链

几年来，供应链已经变得越来越智能。提供解决问题的方案，例如在货物在路上或运输途中跟踪货物，或帮助供应商交换库存信息，是一些流行的产品。通过启用物联网的系统，包含嵌入式传感器的工厂设备可以传输有关不同参数的数据，如压力、温度和机器利用率。物联网系统还可以处理工作流程和更改设备设置以优化性能。

智能农业

智能农业在物联网应用中经常被忽视。然而，由于农业经营的数量通常是偏远的，而且农民从事的牲畜数量很大，所有这些都可以通过物联网进行监控，并可以彻底改变农民日常经营的方式。但是，这一想法尚未得到大规模关注。尽管如此，它仍然是不应低估的物联网应用之一。智能农业有可能成为一个重要的应用领域，特别是在农产品出口国。

假的，物联网的中间件是一种软件系统，而不是硬件设备。它是指处于物联网系统中，连接设备和应用程序之间的中间层，起着将信息转发、存储、处理和分析的重要作用。
物联网的中间件充当着物联网系统的枢纽，对于物联网数据采集、传输、存储、处理、分析等方面发挥着举足轻重的作用，能够使各设备感知和理解环境变化，进行决策和控制，并将数据流和控制信号从各个终端节点搜集，并通过互联网进行交互。
通常，物联网的中间件包括了诸如云计算、大数据分析、消息代理、协议转换、数据缓存、安全管理等多种功能，以便于实现设备、应用程序、网络和平台之间的互 *** 作性和信息交互，并为物联网系统提供支撑。
因此，物联网中间件并不是一种硬件设备，而是一种软件系统，扮演着连接其他物联网组件的重要角色。

摘　要：MANET因具有自组性、机动性及抗毁性而受到人们的高度关注。在阐述MANET的起源与发展及其工作原理的基础上，较全面详细地分析了MANET的关键技术；介绍了MANET在法军、美军通信中的应用。
关键词：MANET　关键技术　军事通信
中图分类号：TN911文献标识码：A　文章编号：1007-3973（2012）007-089-03
1 引言
MANET（Mobile Ad-hoc Network，MANET）起源于1971年美国夏威夷大学设计实现的第一个分组无线网络——ALOHA系统，在军事通信中具有广阔的应用前景。美国DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）在1972年、1993年和1994年分别启动于分组无线网（PRNET,Packet Radio NETwork）、高残存性自适应网络SURAN和全球移动信息系统GloMo三个项目，取得丰硕的理论和应用成果，并一直持续深入研究PRNET技术。1991年成立的IEEE80211标准委员会使用术语“Ad Hoc网络”来描述这种特殊的自组织对等式多跳无线移动通信网络。1997年成立IETF MANET工作组，致力于MANET协议的标准化，加速推动了商用MANET的研发。
以局域网技术、数据分组交换技术为基础，MANET由一组带有无线收发装置的移动分组无线单元(Packet Radio Unit，PRU)组成，是一种多跳临时性移动通信网络。PRU由无线电台、天线和数字控制器组成。在MANET网络中传送的信息以分组为基本单元，每个分组包括包头和正文两部分。包头通常包括该分组在分组无线网中的源地址、目的地址和相关路由信息；正文部分则是需要传送的消息，正文部分可包含IP数据或其他数据。MANET不设中心站、采用分布式网络结构，每个节点均可作为源节点、目的节点或中继节点，且利用分组包头中的控制信息分包为每个分组选择传输合适的路由。
和依赖于固定基础设施的通信网络相比，MANET具有自身的特点和优点，近年来受到人们的广泛关注。
2 MANET的关键技术
不依赖于固定的基础设施、节点可能随时进入/离开网络、整个网络采用分布式结构运行，MANET有很多技术难点，其关键技术主要有：MAC协议、QoS保障、路由协议、功率控制、安全问题、网络互联和网络资源管理等。
21 MANET的MAC协议
链路层解决的主要问题包括介质接入控制以及数据的传送、同步、纠错和流量控制等，分为媒介访问控制层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC）。MAC协议决定节点什么时候允许发送其分组，且通常控制对物理层的所有访问。
在MANET中存在隐藏终端和暴露终端问题，要在MAC层解决这两个固有问题，因而不能直接应用载波侦听多址访问（CSMA）协议（WLAN中使用最多的异步随机访问协议）。MANET的MAC协议有竞争协议、分配协议和混合协议三类。竞争协议使用直接竞争来决定信道访问权并通过随机重传来解决碰撞问题，在传输载荷轻的时候碰撞次数少、信道利用率高、分组传输时延小；但在传输载荷增大时，协议性能下降很快甚至致使网络崩溃。改进的竞争协议代表有：多址访问与碰撞回避（MACA）协议、信道获取多址访问（FAMA）协议、IEEE80211 MAC等。分配协议使用同步通信模式，时隙与节点的映射决定一个节点在其特定时隙内允许访问的信道。分配协议往往在中等到繁重传输载荷条件下运行良好，但信道时隙化导致在轻传输载荷条件下的时延相对于竞争协议是非常大的。分配协议有：五步预留协议（FPRP）、跳频预留多址访问协议（HRMA）等。混合协议能够保持所组合的各个协议的优点又能避免其缺陷，在传输载荷轻的时候表现为竞争协议的性能，而在传输载荷重的时候近似表现为分配协议的性能。典型的混合协议有：TDMA/CSMA混合协议、Meta-协议等。
22 路由协议
MANET设计中的一个关键问题是开发能够在两个节点之间提供高质量高效率通信的路由协议。Internet路由协议不能适应MANET网络节点的移动性和网络拓扑结构不断变化，专门的适用于MANET的路由协议应能够满足功能：能感知网络拓扑的变化、维护网络拓扑的连接、高度自适应的路由。IETF MANET已经完成的标准化路由协议主要有：主动式路由协议有最优化链路状态路由协议（OLSR）和基于反向路径转发的拓扑分发协议（TBRPF）；按需路由协议有按需距离矢量路由协议（AODV）和基于节点间相互关系的路由协议（ABR）；综合主动式路由思想和按需路由思想的路由协议称为混合型路由协议，有域路由协议（ZRP）和抢先式路由协议等。
分组无线网应用环境复杂多样，不同的应用环境追求不同的性能，这导致很难寻找MANET的最优路由协议。如：在军事应用中更关注系统的抗毁性、隐蔽性和保密性；而在无线会议系统中则更注重端到端的时延和吞吐量。不同类型的路由协议具有自身的优缺点，适应于不同的网络环境。不可能用一种路由算法作为标准的路由协议去比较好地解决所有MANET路由问题，路由算法的最优化石针对具体网络环境的工程化问题。混合型路由协议因其固有的灵活性，而具有很好的应用前景。
MANET的用户通常是具有协同工作关系的群体，而群组通信必须由多播路由协议提供通信支持。但有线网络环境中使用的多播路由协议(如：多播开放最短路径优先协议MOSPF等)在移动分组无线网中不再适用，因为动态的网络拓扑结构会导致分发树的破坏，而不得不因连接变化而调整。原达等提出了适用于移动分组无线网的多播路由协议。在移动分组无线网环境中，多播路由协议起着非常重要的作用。在协议中采用按需路由发现策略，动态建立路由信息及维持多播组成员关系。控制开销小、实现简单，能够适应较低带宽的大规模动态网络环境，具有稳定的分组转发成功率和良好的伸缩性，获得了较好的多播数据传输质量。

把WiFi用于M2M连接的主要优点是使用现有网络、速率高(WiFi的速率大大超过处理遥测所需的数据量)、前后兼容性好。

WiFi现在是一种用得较多的无线技术。除了在笔记本电脑中，目前在许多网络设备(Cisco的所有路由器和交换机)中也增加了处理80211协议的能力，就像处理以太网和IP一样方便。由于WiFi在企业中已经非常普遍，故自然会考虑选用它来提供M2M连接。目前，诸如Airespace、TrapezeNetworks等无线交换机厂商，已经推出能够实时跟踪器具的软件。Intel出资的新兴公司Bluesoft甚至已经在销售基于80211b的RFID标记，一片小小的用电池供电的网络接口卡。
使用WiFi的缺点包括功耗大、成本高、协议开销大、需要接入点。目前在一个器具上增加WiFi至少需要15美元。Bluesoft标记的价格是65美元。虽然成本还会下降，但近期仍只能用于跟踪价值较高的资产。一个仓库可能只会把Bluesoft标记用于它的铲车，而不会用于铲车搬动的箱子。WiFi是一个无中继转发能力的单跳网，器具只能连接到接入点(AP)。AP之间的连接、AP与其它网络的连接往往通过常规的有线以太网。如果已经用于其它以太网业务的同一布线再用作WiFi回传，就需要进行认证或把WiFi无线数据包隔离开。要不，你就不得不安装新的缆线和交换机。

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