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  第65题      
  知识点:    ZigBee技术   物联网
  关键词:   网络技术   物联网   网络        章/节:   因特网与物联网   网络技术       

 
物联网中使用的无线传感网络技术是(65)。
 
 
  A.  802.15.1蓝牙个域网
 
  B.  802.11n无线局域网
 
  C.  802.15.4ZigBee 微微网
 
  D.  802.16m 无线城域网
 
 
 

 
  第65题    2014年下半年  
   44%
ZigBee网络是IEEE802.15.4定义的低速无线个人网。其中包含全功能和简单功能两类设备,以下关于这两类设备的描述中错误的是(65)。..
  第65题    2019年上半年  
   21%
下列无线网络技术中,覆盖范围最小的是( )。
 
   知识点讲解    
   ·  ZigBee技术    · 物联网
 
        ZigBee技术
        ZigBee是基于IEEE 802.15.4开发的一组关于组网、安全和应用软件的技术标准。
               IEEE 802.15.4标准
               802.15.4定义的低速无线个人网(Low Rate-WPAN)包含两类设备,即全功能设备(FFD)和简单功能设备(RFD)。FFD有3种工作模式,可以作为一般的设备、协调器或PAN协调器。FFD可以与RFD或其他FFD通信,而RFD只能与FFD通信,RFD之间不能互相通信。
               LR-WPAN的拓扑结构有星型网络和点对点网络两种。在星型拓扑中,只有在设备和PAN协调器之间才能通信,在设备之间不能互相通信。点对点网络与星型网络不同,这种网络中的所有设备之间都可以互相通信,只要处于信号覆盖范围之内。
               802.15.4的体系结构如下图所示,物理层(PHY)包含RF收发器和底层管理功能,通过物理层管理实体服务访问点(PLME-SAP)和物理数据服务访问点(PD-SAP)向上层提供服务。
               
               LR-WPAN体系结构
               802.15.4-2006标准定义的4种物理层如下。
               868~915MHz:直接序列扩频(DSSS),二进制相移键控(B/SK)调制,数据速率为20kb/s和40kb/s。
               868~915MHz:直接序列扩频(DSSS),偏置正交相移键控(O-QPSK)调制,数据速率为100kb/s和250kb/s。
               868~915MHz:并行序列扩频(PSSS),二进制相移键控(B/SK)调制和幅度键控(ASK)调制,数据速率为250kb/s。
               2.450GHz:直接序列扩频(DSSS),偏置正交相移键控(O-QPSK)调制,数据速率为250kb/s。
               MAC子层提供两种信道访问方式,即基于竞争的访问和无竞争的访问。基于竞争的访问方式应用了CSIVIA/CA后退算法,而且划分为不分时槽的和分时槽的两个不同版本。不分时槽的CSMA/CA协议应用在未启用令牌的网络中,在启用令牌的网络中必须使用CSMA/CA协议的分时槽版本。
               ZigBee网络
               ZigBee联盟主要任务如下。
               (1)定义ZigBee的网络层、安全层和应用层标准。
               (2)提供互操作性和一致性测试规范。
               (3)促进ZigBee品牌的全球化市场保证。
               (4)管理ZigBee技术的演变。
               ZigBee技术规范(2005)描述了ZigBee网络的基础结构和可利用的服务。ZigBee网络层(NWK)提供了建立多跳网络的路由功能。APL层包含了应用支持子层(APS)和ZigBee设备对象(ZDO),以及各种可能的应用。ZDO的作用是提供全面的设备管理,APS的功能是为ZDO和各种应用提供服务。
               ZigBee的安全机制分散在MAC、NWK和APS层,分别对MAC帧、NWK帧和应用数据进行安全保护。ZigBee的网络层和MAC层都使用高级加密标准(AES),以及结合了加密和认证功能的CCM*分组加密算法。
               ZigBee协调器管理网络的路由功能。ZigBee采用的路由算法是按需分配的距离矢量(AODV)协议。当NWK数据实体要发送数据分组时,如果路由表中不存在有效的路由表项,则首先要进行路由发现,并对找到的各个路由计算通路费用。
 
       物联网
               物联网概念及关键技术
               (1)物联网概念。物联网(IoT: Internet of Things)即“物物相联之网”,指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把物与物、人与物进行智能化连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种新兴网络。从计算机的协同处理来划分,可分为独立计算、互联网和物联网时代,如下图所示。
               
               物联网时代的划分图
               物联网不是一种物理上独立存在的完整网络,而是架构在现有互联网或下一代公网或专网基础上的联网应用和通信能力,是具有整合感知识别、传输互联和计算处理等能力的智能型应用。
               物联网概念的3个方面:
               .物:客观世界的物品,主要包括人、商品、地理环境等。
               .联:通过互联网、通信网、电视网以及传感网等实现网络互联。
               .网:首先,应和通信介质无关,有线无线都可。其次,应和通信拓扑结构无关,总线、星型均可。最后,只要能达到数据传输的目的即可。
               (2)物联网架构。物联网从架构上面可以分为感知层、网络层和应用层,如下图所示。
               
               物联网架构
               感知层:负责信息采集和物物之间的信息传输,信息采集的技术包括传感器、条码和二维码、RFID射频技术、音视频等多媒体信息,信息传输包括远近距离数据传输技术、自组织组网技术、协同信息处理技术、信息采集中间件技术等传感器网络。是实现物联网全面感知的核心能力,是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分,关键在于具备更精确、更全面的感知能力,并解决低功耗、小型化和低成本的问题。
               网络层:是利用无线和有线网络对采集的数据进行编码、认证和传输,广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施,是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分,关键在于为物联网应用特征进行优化和改进,形成协同感知的网络。
               应用层:提供丰富的基于物联网的应用,是物联网发展的根本目标,将物联网技术与行业信息化需求相结合,实现广泛智能化应用的解决方案集,关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发。
               各个层次所用的公共技术包括编码技术、标识技术、解析技术、安全技术和中间件技术。
               (3)物联网关键技术。感知层作为物联网架构的基础层面,主要是达到信息采集并将采集到的数据上传的目的,感知层主要包括:自动识别技术产品和传感器(条码、RFID、传感器等),无线传输技术(WLAN、Bluetooth、ZigBee、UWB),自组织组网技术和中间件技术,如下图所示。
               
               物联网关键技术设备
               物联网应用
               物联网的产业链(如下图所示)包括传感器和芯片、设备、网络运营及服务、软件与应用开发和系统集成。作为物联网“金字塔”的塔座,传感器将是整个链条需求总量最大和最基础的环节。将整体产业链按价值分类,硬件厂商的价值较小,占产业价值大头的公司通常都集多种角色为一体,以系统集成商的角色出现。
               
               物联网产业链
               (1)智能微尘:智能微尘(smart dust)(2001,美国国防部计划)是指具有电脑功能的一种超微型传感器,它可以探测周围诸多环境参数,能够收集大量数据,进行适当计算处理,然后利用双向无线通信装置将这些信息在相距1000英尺的微尘器件间往来传送。智能微尘的应用范围很广,除了主要应用于军事领域外,还可用于健康监控、环境监控、医疗等许多方面。
               (2)智能电网:物联网技术在传感技术、电网通信整合、安全技术和先进控制方法等关键技术领域助力美国新一代智能电网的建设,使配电系统进入计算机智能化控制的时代,以美国的可再生能源为基础,实现美国发电、输电、配电和用电体系的优化管理。
               (3)智慧物流:大型零售企业沃尔玛,拥有全美最大的送货车队,车辆全部安装了综合了GPS卫星定位、移动通信网络等功能的车载终端,调度中心可实时掌握车辆及货物的情况高效利用物流资源设施,使沃尔玛的配送成本仅占销售额的2%,远低于同行高达10%甚至20%的物流成本。提高物流效率,实现物流的全供应链流程管理支持。
               (4)智能家居:提供基于网络的通信,进行家居和建筑的自动化控制和外部共享信息,应用包括家庭安防类、信息服务类和家电设备管理等应用。
               (5)智能交通:瑞典在解决交通拥挤问题时,通过使用RFID技术、激光扫描、自动拍照和自由车流路边系统,自动检测标识车辆,向工作进出市中心的车辆收取费用。提供汽车信息服务,支持交通管理,车辆控制和安全系统,公共交通管理,商用车运营管理,交通应急管理以及出行和交通需求管理等领域。
               (6)智慧农业:荷兰阿姆斯特丹对城市建筑有另一个层面的应用,即利用城市内废弃建筑的多层结构提高种植面积,并利用物联网的感知与智能技术就地改造建筑内的LED照明设备与供水排水管道,形成自动根据天气条件补充光照与水分的城市农业。整合新型传感器技术,全流程的牧业管理和支持精细农业,应用涉及食品安全溯源,环境检测等应用。
               (7)环境保护:环境监测、河流区域监控、森林防火、动物监测等应用。
               (8)医疗健康:基于RFID技术的医疗健康服务管理,应用涉及医疗健康服务管理,药品和医疗器械管理以及生物制品管理等应用。
               (9)城市管理:应用物联网支撑城市综合管理,实现智慧城市。
               (10)金融服务保险业:依靠物联网支撑金融和保险行业体系,实现便捷和健壮的服务,应用涉及安全监控,手机钱包等。
               (11)公共安全:主要应用于机场防入侵,安全防范,城市轨道防控,城市公共安全等方面。
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第65题    在手机中做本题