物联网(The Internet of Things,简称IOT)是指通过 各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体,它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。
物联网无线模块
在物物相连的物联网时代,要想实现智能设备的数据透传就需要仰仗无线透传模块的力量,从技术层面来看,蓝牙、WiFi、ZigBee等优势明显的无线传输技术成为物联网主流的无线传输方式。依赖于这些无线传输技术延生的蓝牙模块、WiFi模块、ZigBee模块可实现发送方和接收方数据的长度和内容完全一致,不需对数据做任何处理,相当于一条数据线或者串口线,可广泛应用在工业、环保、气象、地质、农业等诸多行业。
针对时下日益增长的数据透传需求,作为物联网无线模块及应用解决方案商的SKYLAB,在原有蓝牙模块、WiFi模块的基础上推出满足物联网应用需求的IoT无线模块,并在UART蓝牙模块、UART WiFi模块产品中写入AT命令设置参数,使其可实现透传功能,如此一来,客户可通过该无线透传模块指定接入所需的云平台上,更加便捷地进行数据传输与整合分析。
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:主要学物联网概论、物联网硬件基础、无线传感网应用技术、RFID 应用技术、M2M 应用技术、物联网应用软件开发、Android 移动开发等。物联网应用技术培养具有从事WSN、RFID系统、局域网、安防监控系统等工程设计、施工、安装、调试、维护等工作能力的高端技能型人才。 物联网软件、标准、与中间件技术 ,《中间件技术原理与应用》,清华大学出版社,《物联网:技术、应用、标准和商业模式》,电子工业出版社,等教材。物联网产业发展的关键在于应用,软件是灵魂,中间件是产业化的基石,需要学习和了解,尤其是对毕业后有志于物联网技术发展的学生。 物联网的应用遍及各个领域,如:智能交通、公共安全、环境保护、智能检测等,涉及人类生产生活的方方面面。据有关预测,物联网全面应用的业务量规模将达到现有人与人之间通信量的30倍。 物联网专业主要就业于与物联网相关的企业、行业,从事物联网的通信架构、网络协议和标准、信息安全等的设计、开发、管理与维护,就业口径广,需求量十分大。学习物联网技术,是围绕这些发展方向来的。找准自己的方向,对接下来的学习会有很大的帮助!
首先物联网的特性决定了其必须采用自组网的模式,也就是mesh或者ad hoc、zigbee,其中zigbee传输速率低,耗电低、传输距离短(100米左右,大功率可达500-1000米)主要用于终端传感器数据传输,mesh和ad hoc主要用于大数据传输,区别在于mesh偏向临时固定,adhoc偏向移动mesh和ad hoc 根据无线调制方式来看,国内目前主要用的是wifi mesh(例如strix的mesh设备)和cofdm mesh(例如winet无线智能宽带网络),前者利用的是wifi技术速率可达几百兆,频率主要用24G和58G,使用全向天线距离大概3-5公里。cofdm调制的mesh速率大概几十兆,特点是传输速率比较稳定、延迟小,适合传输视频以及实时性较高的数据,使用全向天线距离大概5-10km
除了以上无线通信技术以外,还有gps定位、rfid射频识别等无线通信技术
一、无线通信技术概述
目前主流的无线传输技术可分为:高功耗、高速率的广域网传输技术(2G/3G/4G蜂窝通信技术、微波调制传输等);低功耗、低速率的广域网传输技术(Lora、Sigfox、NB-IoT等);高功耗、高速率的近距离传输技术(WIFI、蓝牙等);低功耗、低速率的近距离传输技术(ZigBee)。
在以无人区输电线路视频回传为主要业务需求的场景下,窄带和近距离传输的物联网无线技术并不适用该场景。目前主流的无线视频监控技术有WLAN(无线局域网)、模拟微波调制技术、4G/5G移动物联网技术、卫星通信技术。各技术的特性分析如下:
(1)WLAN(无线局域网)
WLAN(无线局域网)与一般传统的以太网(Ethernet)的概念并没有多大的差异,只是将以太网的线路传输部分(普通网卡--五类线--普通HUB)转变成无线传输形式(无线网卡--微波—AP,AP可理解为无线HUB),也可以说是双向通讯的数字微波通信。
(2)模拟微波调制技术
模拟微波调制技术是将视频信号直接调制在微波的通道上,通过天线发射出去,监控中心通过天线接收微波信号,再通过微波接收机解调出原来的视频信号。此种监控方式没有压缩损耗,几乎不会产生延时,因此可以保证视频质量,但其只适合点对点单路传输,不适合规模部署,此外因没有调制校准过程,抗干扰性差,在无线信号环境复杂的情况下几乎不可以使用。
(3)4G/5G移动物联网技术
利用运营商提供的4G/5G无线移动网络,可实现视频图像高质量地传输。
(4)卫星通信技术
依靠传统的通信卫星或高通量卫星技术,视频终端通过卫星传输通道实现点对点的通信。
各类无线视频监控技术的优缺点可归纳如下:
二、技术分析
为实现无人区输电线线路视频监控、在线监测等业务信息回传,可采用WLAN(无线局域网)、卫星通信技术等。
(一)WLAN(无线局域网)
目前,Mesh组网和WDS组网均能实现两个无线接入节点之间的无线链路通信,实现无线网络的扩展,可广泛应用于无线视频监控回传网络中,各组网特性分析如下:
(1)WDS组网
WDS组网通过无线网桥连接两个独立的局域网段。WDS组网结构包含点对点、点对多点。
目前无线网桥设备可实现点对点10km以上的远距离传输,实际数据吞吐量不低于200Mbps,整机功率小于20W。在整个组网中无线网桥根据节点作用的不同可实现不同的工作模式:在覆盖场景下支持AP(基站)工作模式、在接入场景下支持CPE(客户端)工作模式、在回传场景下支持WDS工作模式。
(2)Mesh组网
图1 典型Mesh组网架构
在Mesh网络中,如果某个节点的AP发生故障,它可以重新再选择一个AP进行通信,数据仍然可以高速地到达目的地,可以有效避免单点故障,所以Mesh网络比WDS网络更加稳定。
Mesh组网虽然便捷灵活,但整体链路带宽较低并且开销较大,在链路较长、跳接数量较多的情况下无法保障数据的正常传输。
(3)Mesh组网与WDS组网的对比
(二)卫星通信技术
国内卫星通信主要采用传统的Ku卫星和高通量通信卫星,其中高通量通信卫星主要是位于地球同步轨道的中星16号卫星、亚太6D卫星。目前中星16号卫星已实现商用,亚太6D卫星还处在在轨试运行阶段。“中星16号”卫星单站下载和回传速率最高可达150Mbps和12Mbps,单站整机功率约为40W左右。
由于卫星远端站最大回传速率较低、“南山效应”、功耗较高等问题制约了其在输电线路视频回传业务的广泛应用。但卫星远端站可作为无线回传网络上监测点零星补点的手段,也可结合Wi-Fi桥接技术,在输电线路或变电站巡检、应急救援时提供近程的通信覆盖,并且可配置COFDM图传设备将无人机自主巡检时视频画面通过卫星通道实现实时回传。
三、应用场景
按照某输电线路无网络覆盖的情况,可分为以下两种场景进行监控信号回传方案的设计:
场景一:整条输电线路无网络覆盖的区域零散、无网络覆盖区间范围较短。无网络覆盖区域可通过Mesh组网或WDS组网搭建的无线链路将业务信息汇聚至具备运营商信号的电力铁塔,通过4G CPE设备接入运营商电力无线专网APN通道回传至监控中心。
图2 场景一组网架构(示例)
场景二:输电线路无网络覆盖区域较广。无网络覆盖区域通过Mesh组网或WDS组网搭建的无线链路将业务信息直接回传至就近变电站(就近变电站是指据输电线路较近的变电站)。但其能够实现的网络覆盖距离会受制于设备的带宽、组网主链路跳接次数等,需根据实际的变电站两站之间的距离、需观察的点位数量等做进一步的业务模型分析。
图3 场景二组网架构(示例)
对于Mesh组网或WDS组网架构的选择需根据实际输电线路沿线观测点数量和点位位置进行部署,总体组网拓扑为主链路采用(汇聚节点间)多跳接力(桥接)的方式,汇聚节点采用点对多点实现近程覆盖。而因延时或受带宽限制使得采用上述两种组网架构的最优化情况下仍然存在无法回传的监测点位,可采用卫星通信技术作为补点的手段,从而实现输电线路无网络覆盖区域监测点位监控信息的回传。
四、无线传输拓扑图
图4 单链路多跳桥接传输拓扑图
在户外电力铁塔间无遮挡情况下,可通过网桥间多跳桥接方式构建传输链路,传输各种视频信号。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备(三模设备),该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号,第三个模块可用来做无线覆盖,当检修时,现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。
图5 点对多点桥接传输拓扑图
在户外电力铁塔间无遮挡情况下,前端的两个或多个铁塔可通过点对多点方式将采集的信息传输到一个铁塔上,然后再通过网桥间多跳桥接方式构建的传输链路将汇总的信息回传。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备(三模设备),该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号,第三个模块可用来做无线覆盖,当检修时,现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。
图6 桥接加mesh组网传输拓扑图
在户外电力铁塔间无遮挡情况下,可通过网桥间多跳桥接方式构建传输链路,传输各种视频信号。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备(三模设备),该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号,第三个模块可用来做无线覆盖,当检修时,现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。当其中三个或多个铁塔间均无遮挡时,可设置mesh组网,增强链路抗毁性,保证链路可靠性。
图7 多链路多跳桥接传输拓扑图
在户外电力铁塔间有遮挡情况下,部分无遮挡铁塔间可通过网桥间多跳桥接方式构建传输链路,传输各种视频信号,有遮挡的铁塔无法直接回传时,可根据现场情况选择附近其他铁塔进行回传。最前端使用ST58T8G设备。中间铁塔使用ST5801GB-M3设备(三模设备),该设备可用其中两个模块分别接受前端信号和发送信号,第三个模块可用来做无线覆盖,当检修时,现场检修人员可通过无线设备和检修车辆间构建通信网络。车辆可通过无线设备与附近铁塔上的网络或卫星将前端工作人员采集的数据进行回传。
物联网无线通信技术不止四种啊,有很多,主要分为两类:一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术;另一类是LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗广域网),即广域网通信技术。LPWA又可分为两类:一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下,3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术,比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。
1、WIFI,WIFI是目前应用最广泛的无线通信技术,传输距离在100-300M,速率可达300Mbps,功耗10-50mA。
2、Zigbee,传输距离50-300M,速率250kbps,功耗5mA,最大特点是可自组网,网络节点数最大可达65000个。
3、电力载波,传输距离可达500M,速率可达500Mbps,最大优点是可基于电力线传输,无需布线。
4、蓝牙,传输距离2-30M,速率1Mbps,功耗介于zigbee和WIFI之间。UWB(Ultra Wideband),是一种无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号,UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。
5、Z-wave:Z-Wave是由丹麦公司Zensys所一手主导的无线组网规格,Z-wave联盟(Z-wave Alliance)虽然没有ZigBee联盟强大,但是Z-wave联盟的成员均是已经在智能家居领域有现行产品的厂商,该联盟已经具有160多家国际知名公司,范围基本覆盖全球各个国家和地区。
6、RF:无线射频的20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术。射频技术相对于传统的磁卡及IC卡技术具有非接触式、阅读速度快、无磨损等特点。无线射频技术在阅读器和设哦卡之间进行非接触双向数据传输,以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条形码、磁卡及IC卡相比,射频卡具有防冲突功能,能同时处理多张卡片,基于以上特点,平常用的大多数刷卡门禁用的都是射频技术,另外无线射频也被一些厂家应用在智能家居中。
7,NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。
正确的是:必须适应强电磁干扰环境,采用自适应跳频、确定性通信资源调度,无线路由,采用低开销高精度时间同步,网络分层数据加密,异常监视与报警以及设备入网鉴权。
就国内目前的主要市场环境来看,其主要用的是wifi mesh(例如strix的mesh设备)和cofdm mesh(例如winet无线智能宽带网络),前者利用的是wifi技术速率可达几百兆,频率主要用24G和58G,使用全向天线距离大概3-5公里。
物联网
是新一代信息技术的重要组成部分,IT行业又叫:泛互联,意指物物相连,万物万联。由此,“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。
“The Internet of Things”翻译而来的,它是一个很大的概念。当前的电信网、Internet等网络连接的主要是人与人、计算机与人、计算机和计算机,而物联网意味着更加广泛的互联,包括人、计算机和其他物体。正因为这种广泛的互联,将使物联网需要很多新的技术,也有很多个性和特点。这些都使得其在网络的组织、应用和市场模式等方面将与传统网络有很多不同之处。
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