第6课 物联网的通信 课件 2024—2025学年鲁教版（2024）初中信息技术八年级上册

第二单元 物联网的基本原理 第6课 物联网的通信 1 第6课 物联网的通信 物联网是以互联网为基础，将各种物品接入网络中，实现人与物、物与物的互联互通。众所周知，互联网通信需要遵循一系列的互联网协议，那么，在物联网中进行通信，需要依赖哪些通信技术，遵循哪些通信协议呢？ 在物联网中，网络层相当于人的神经网络，负责将各种传感器、设备和系统连接起来，并采用相应的通信协议，以实现信息的可靠传递。 2 本节目录 CONTENTS 一、物联网的通信技术 二、物联网的通信协议 第6课 物联网的通信 一 物联网的通信技术 一、物联网的通信技术 场景一 智能音箱 智能音箱是智能家居中的重要设备，当人们问它“今天的天气如何”时，它就会播报今天的天气信息；当人们向它说“请播放一首歌曲”时，它就会播放歌曲。 思考讨论 智能音箱在工作过程中采用了哪些通信技术? 5 一、物联网的通信技术 智能音箱采用了多种无线通信技术，以满足用户对于音质、连接性和智能化等多方面的需求。通常，智能音箱通过Wi-Fi接入互联网，以实现远程控制和语音交互功能。除Wi-Fi外，蓝牙通信技术也是智能音箱常用的无线通信技术。智能音箱通过蓝牙与手机等智能设备进行配对操作，可实现便捷的音频传输。 6 一、物联网的通信技术 物联网的通信技术可以分为有线通信和无线通信两大类。有线通信主型通过电缆、光纤等方式接人网络，适用于固定设备之间的数据传输；无线通信主要通过Wi-Fi、蓝牙、蜂舞协议（ZigBee)、近场通信(NFC)、移动通信网等方式接入网络，适用于移动设备、远程设备以及难以布线的场合。 7 一、物联网的通信技术 1.便捷的Wi-Fi Wi-Fi作为常用的无线通信技术，因其具有便携性、移动性、传输速度快、覆盖范围广等优点，在物联网中应用广泛。例如，在智能家居中，电视机、空调、智能灯泡等均可通过Wi-Fi接入互联网。用户可以通过手机对这些设备进行远程控制。 8 一、物联网的通信技术 2.轻巧的蓝牙 蓝牙(Bluetooth)是一种短距离无线通信技术，具有连接方便、功耗低、安全性好等特点。它被广泛用于笔记本电脑、蓝牙音箱、智能手机、平板电脑等设备中。 在使用蓝牙设备之前，通常需要进行设备配对来建立通信连接。蓝牙设备在配对时，主设备与从设备都需要先开启蓝牙功能，主设备通过蓝牙设备搜索功能寻找从设备并发起配对请求，配对成功后，设备之间即可实现通信。一个蓝牙主设备可关联一个或多个蓝牙从设备。例如。当计算机作为蓝牙主设备时，可以同时匹配蓝牙键盘、蓝牙鼠标、蓝牙音箱等多个蓝牙从设备。 9 一、物联网的通信技术 3.灵活的ZigBee ZigBee是一种低速率、短距离无线通信技术，具有低功耗、低成本、低复杂度、安全可靠等特点。它在智能家居、工业自动化与控制、智慧城市、医疗监护、农业物联网、无线传感器网络和自动抄表等多个领域得到了广泛应用。 10 一、物联网的通信技术 4.高效的NFC NFC源于射频识别技术，是一种非接触式识别及互联技术，适用于近距离无线通信，具有操作距离短、操作频率高、操作简单等特点，主要应用于移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、安全登录等应用场景。例如，配置了NFC功能的智能手机，可以用作NFC刷卡支付、文件传输等。 11 二 物联网的通信协议 二、物联网的通信协议 场景二 网络中数据的旅行 小智利用自己的计算机给好友发送一封电子邮件。小智的计算机先将这封邮件转化为可以理解和传输的数字信号，并遵循相应的网络协议对这些数字信号进行封装和传递；当数据到达小智好友的计算机时，计算机会将这些数字信号解除封装，还原成原始的邮件信息。 思考讨论 在物联网中，除须遵循互联网的通信协议外，还须遵循什么协议，以满足物联网的独特需求? 13 二、物联网的通信协议 物联网构建于互联网之上，需要遵循一系列互联网通信协议，如TCP/IP协议、HTTP协议等。为实现物联网的独特需求，诸如MQTT协议、CoAP协议、XMPP协议等物联网专用通信协议应运而生。 通信协议 通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。 在计算机通信中，通信协议用于实现计算机与网络连接之间的标准，网络如果没有统一的通信协议，电脑之间的信息传递就无法识别。 通信协议是指通信各方事前约定的通信规则，可以简单地理解为各计算机之间进行相互会话所使用的共同语言。 14 二、物联网的通信协议 MQTT ( Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）建立在TCP/IP协议之上，是—种基于“发布/订阅”模型的轻量级通信协议。它具有传输消耗小、传输数据量小的特点。此外，MQTT协议能够实现一对多的消息分发且支持异步通信，即便在网络连接异常时，也能通过其机制通知相关各方。因其轻巧、开放、简单、规范且易于实现，MQTT协议适用于资源受限的网络环境，是目前最为常用的物联网协议之一。 在MQTT协议中，有三个角色:发布者、订阅者和MQTT 中介。在MQTT通信过程中，发布者将消息发布给MQTT中介，后者将消息推送给所有订阅者。MQTT中介扮演着接收和转发主题消息的服务器角色。发布者可以发布一个或多个主题消息，订阅者也可以订阅一个或多个主题。在物联网系统中、同—设备既可以作为消息发布者，也可以作为消息订阅者。 15 二、物联网的通信协议 16 二、物联网的通信协议 知识卡片 XINLINGJITANG SloT SloT是一个为中小学STEM教育定制的跨平台开源MQTT服务器程序，支持Windows、macOS、Linux等操作系统，无须安装，可直接运行。软件运行后，不需要任何设置就可以使用。运行该程序的计算机可视为MQTT服务器。 17 学以 致用 1.以下属于无线通信技术的是（）。 A.蓝牙 B.USB C.Wi-Fi D.移动通信 2.MQTT是一种基于（）的消息传输协议。 A.“请求/响应”模式 B.“发布/订阅”模式 C.“调用/返回”模式 D.“主题/消息”模式 3.用手机控制家用电器是智能家居常见的应用场景，分析智能家居中采用了哪些通信技术? 18 知识拓展 物联网的数据通信技术日新月异，除Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、NFC等常见的通信技术外，NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）和LoRa（Long Range Radio，远距离无线电）两种新兴通信技术，以其独特的优势在远程通信和智能设备连接领域也被广泛应用。 NB-loT是一种基于蜂窝网络的低功耗广域物联网通信技术。它采用窄带通信技术，能够在现有的蜂窝网络基础设施上实现物联网设备的连接。该技术具有低功耗、广覆盖、大连接数、低成本及低通信资费等诸多优势。因此，常被应用于智能抄表、智能停车、智能路灯、智能交通等领域。 LoRa作为低功耗广域网的一种基于扩频技术的长距离无线通信技术，近些年受到越来越多的关注。LoRa具有传输距离远、工作功耗低、组网结点多等特点。LoRa的终端结点可以是各种设备，比如水表、气表、烟雾报警器、宠物追踪器等。这些结点利用LoRa无线通信技术，先与LoRa网关连接，再通过移动网络或以太网络，连接到网络服务器。该技术常被应用于农业远程监测、城市环境监测、工业设备远程监控，以及智能健康监测等领域。 多样的通信技术 $$