《智能建造數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)》課件 第3章 數(shù)據(jù)傳輸

《智能建造數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)》數(shù)據(jù)傳輸3章第XXX主講人指導(dǎo)人XXX時(shí)間指導(dǎo)人教材配套PPT學(xué)習(xí)導(dǎo)讀行業(yè)PPT模板/hangye/本章主要講述智能建造中的數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)知識(shí)。將前端采集設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)及時(shí)、可靠、有效、穩(wěn)定地傳輸?shù)皆贫朔?wù)器,是保證后續(xù)數(shù)據(jù)分析、安全評(píng)估、準(zhǔn)確預(yù)警、有效決策的重要環(huán)節(jié)。因此,選取與實(shí)際工程項(xiàng)目需求相匹配的數(shù)據(jù)傳輸方式,對(duì)于工程建設(shè)安全保障和實(shí)施有效管理有著重要意義。根據(jù)傳輸媒介是否有物料線纜，又分為無(wú)線傳輸、有線傳輸。由于工程現(xiàn)場(chǎng)往往不便于線纜的布設(shè)，且考慮成本問(wèn)題，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)盡量采用無(wú)線傳輸。在無(wú)線傳輸中根據(jù)傳輸距離又分為近場(chǎng)無(wú)線傳輸與遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線傳輸。目錄CONTENT01因特網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)行業(yè)PPT模板/hangye/02數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)03無(wú)線傳輸技術(shù)STEPONE

因特網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)01/因特網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)因特網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)概述因特網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的傳輸離不開網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)為因特網(wǎng)技術(shù)，其中最重要為：分組交換技術(shù)、TCP/IP協(xié)議、IP地址、域名技術(shù)和軟件架構(gòu)等。靈活性（1）分組交換技術(shù)（Packetswitchingtechnology）分組交換技術(shù)也稱包交換技術(shù)，將數(shù)據(jù)分成小塊（稱為數(shù)據(jù)包或分組）并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的方法。每個(gè)數(shù)據(jù)包都獨(dú)立傳輸，它們沿著網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑轉(zhuǎn)發(fā)，直到到達(dá)目的地，然后重新組裝成完整的消息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信?？煽啃愿咝钥蓴U(kuò)展性因此，盡管有其他新興的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV），分組交換技術(shù)仍然是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)之一，而且在未來(lái)仍將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。優(yōu)點(diǎn)：因特網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)（2）TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）TCP/IP實(shí)際上是一組協(xié)議，包含TCP協(xié)議、IP協(xié)議、FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等協(xié)議，其中TCP協(xié)議和IP協(xié)議是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)膬蓚€(gè)基本的重要協(xié)議，所以被稱為TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議是用來(lái)接收來(lái)自傳輸層的數(shù)據(jù)或者按不同應(yīng)用要求與方式將數(shù)據(jù)傳輸至傳輸層；傳輸層的主要協(xié)議有UDP、TCP，是使用者使用平臺(tái)和計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)合的通道，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)共享。IP地址（InternetProtocolAddress）是指互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址，又稱為網(wǎng)際協(xié)議地址。IP地址是IP協(xié)議提供的一種統(tǒng)一的地址格式，它為互聯(lián)網(wǎng)上的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和每一臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)邏輯地址，以此來(lái)屏蔽物理地址的差異。因特網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)（2）TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）IP地址分類一：（1）公共IP地址由互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）分配給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的，用于在互聯(lián)網(wǎng)上唯一標(biāo)識(shí)設(shè)備的地址。（2）私有IP地址在私有網(wǎng)絡(luò)中使用的IP地址，不能直接在互聯(lián)網(wǎng)上路由。（1）動(dòng)態(tài)地址由DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）服務(wù)器自動(dòng)分配的IP地址。當(dāng)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它會(huì)向DHCP服務(wù)器請(qǐng)求一個(gè)可用的IP地址，并在使用完之后釋放該地址。動(dòng)態(tài)地址分配方式使得網(wǎng)絡(luò)管理員能夠更好地管理IP地址的分配和使用，避免了IP地址浪費(fèi)的問(wèn)題。（2）靜態(tài)地址是網(wǎng)絡(luò)管理員手動(dòng)為設(shè)備分配的IP地址，它不會(huì)隨時(shí)間變化而改變。靜態(tài)地址通常用于需要長(zhǎng)期穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如服務(wù)器和路由器等。靜態(tài)地址分配方式使得管理員能夠更好地控制網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備的IP地址，并且能夠更好地管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。IP地址分類二：因特網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)（3）域名（DomainName）由于IP地址具有不方便記憶并且不能顯示地址組織的名稱和性質(zhì)等缺點(diǎn)，人們?cè)O(shè)計(jì)出了域名，并通過(guò)網(wǎng)域名稱系統(tǒng)（DNS，DomainNameSystem）來(lái)將域名和IP地址相互映射，使人更方便地訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，而不用去記住能夠被機(jī)器直接讀取的IP地址數(shù)串。如

和，用于訪問(wèn)搜索引擎的域名。因特網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)（4）軟件架構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)的軟件架構(gòu)通常采用客戶端/服務(wù)器（C/S）架構(gòu)或?yàn)g覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)。C/S架構(gòu)也稱為客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算模式（Client/Server），是指客戶端和服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接直接進(jìn)行交互和數(shù)據(jù)傳輸，而B/S架構(gòu)也稱為瀏覽器架構(gòu)（Browser/Server）則是通過(guò)瀏覽器向服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)并接收響應(yīng),而無(wú)需安裝任何專門的客戶端軟件。C/S架構(gòu)是一種主從結(jié)構(gòu)方式，客戶端可以是PC機(jī)、手機(jī)等，作為服務(wù)的請(qǐng)求者或委托者。而服務(wù)器則通常是較大型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其用以提供計(jì)算等服務(wù)，并把處理結(jié)果送回用戶。C/S架構(gòu)處理速度較快，并可在客戶端上進(jìn)行本地處理和存儲(chǔ)，以減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。但C/S架構(gòu)的客戶端需要安裝和維護(hù)專門的軟件，增加了客戶端的復(fù)雜性，客戶端軟件也需要升級(jí)和維護(hù)。B/S架構(gòu)只需要一個(gè)瀏覽器，無(wú)需安裝任何客戶端軟件,可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在任何地方訪問(wèn)應(yīng)用程序,而且服務(wù)器的管理和維護(hù)也較為方便。另一方面，B/S架構(gòu)所有的處理都在服務(wù)器上完成，因此響應(yīng)速度相對(duì)較慢，交互性和響應(yīng)能力受到網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和服務(wù)器負(fù)載的影響。STEPTWO數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)02/

數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)概述數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)總線（Bus）是指計(jì)算機(jī)組件間，或者現(xiàn)場(chǎng)傳感器與數(shù)采裝置間規(guī)范化的交換數(shù)據(jù)（data）的方式，即以一種通用的方式為各組件提供數(shù)據(jù)傳送和控制邏輯。從另一個(gè)角度來(lái)看，如果說(shuō)主板（MotherBoard）是一座城市，那么總線就像是城市里的公共汽車（bus），能按照固定行車路線，傳輸來(lái)回不停運(yùn)作的比特（bit）。這些線路在同一時(shí)間內(nèi)都僅能負(fù)責(zé)傳輸一個(gè)比特。因此，必須同時(shí)采用多條線路才能發(fā)送更多數(shù)據(jù)，而總線可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)就稱為寬度（width），以比特為單位，總線寬度愈大，傳輸性能就愈佳。（1）計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線常見的標(biāo)準(zhǔn)有PCI（PeripheralComponentInterconnect）、USB（UniversalSerialBus）等?？偩€分類：PCI總線是一種高速的總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于連接計(jì)算機(jī)的內(nèi)部設(shè)備，如顯卡、網(wǎng)卡等。USB總線則是一種通用的外部設(shè)備連接標(biāo)準(zhǔn)，可以連接許多不同類型的設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)等。數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)（2）現(xiàn)場(chǎng)總線常見有RS-232總線、RS-485總線、CAN總線等?？偩€分類：是常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)之一。其傳輸距離受到物理和電氣特性的限制，一般不超過(guò)15米。節(jié)點(diǎn)數(shù)通常只有2個(gè)，一個(gè)用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一個(gè)用于接收數(shù)據(jù)。通常用于短距離、低速率的串行通信。RS-232總線（又稱EIARS-232）是一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和接收高靈敏度的總線標(biāo)準(zhǔn)，在土木工程健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。RS-485采用平衡式發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通信，有較強(qiáng)的抗干擾能力。傳感器通常需要具備RS485接口或者使用轉(zhuǎn)換器將其它接口轉(zhuǎn)換為RS485接口?？刂破饕残枰邆銻S485接口，并能夠解析和處理RS485總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。一般支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大可達(dá)到128或256個(gè)節(jié)點(diǎn)。RS-485最大的通信距離約為1200m，最大傳輸速率為10Mbps，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要加485中繼器。RS-485總線是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子等領(lǐng)域的串行通信總線，它具有高速、可靠、抗干擾等特點(diǎn)。CAN總線支持多節(jié)點(diǎn)連接，最多可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳輸距離可達(dá)40米，傳輸速率可達(dá)1Mbps。CAN總線采用差分信號(hào)傳輸方式，具有較好的抗干擾能力和傳輸可靠性。還支持分布式處理、多主控制等特性，適用于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。CAN總線STEPTHREE無(wú)線傳輸技術(shù)03/

無(wú)線傳輸技術(shù)近場(chǎng)無(wú)線傳輸技術(shù)遠(yuǎn)無(wú)線傳輸技術(shù)無(wú)線傳輸技術(shù)無(wú)線傳輸（Wirelesstransmission）是指利用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N方式。無(wú)線傳輸具有綜合成本低，性能穩(wěn)定，組網(wǎng)靈活，可擴(kuò)展性好，即插即用等特點(diǎn)，越來(lái)越被各行各業(yè)所接受。無(wú)線傳輸根據(jù)傳輸距離的遠(yuǎn)近又可分為近場(chǎng)傳輸以及遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸，應(yīng)用場(chǎng)景不一樣所采用的技術(shù)手段也不相同，其對(duì)比情況如表3-1。項(xiàng)目近場(chǎng)傳輸遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸通信距離幾厘米~百米幾公里~幾千公里功耗普遍較小普遍較大應(yīng)用場(chǎng)景短距離通信長(zhǎng)距離通信成本偏低偏高表3-1近場(chǎng)通信與遠(yuǎn)場(chǎng)通信對(duì)比近場(chǎng)無(wú)線傳輸技術(shù)近場(chǎng)無(wú)線傳輸是指通信雙方通過(guò)無(wú)線電波傳輸數(shù)據(jù)，并且傳輸距離較近。目前，應(yīng)用較為廣泛短距離無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)有：Zig-Bee、藍(lán)牙(Bluetooth)、無(wú)線寬帶(Wi-Fi)、超寬帶(UWB)和近場(chǎng)通信(NFC)等。（1）ZigBeeZigbee是一種低功耗、低速率、小數(shù)據(jù)量的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。Zigbee的傳輸距離一般為100米左右，傳輸速率一般為250kbps，支持多節(jié)點(diǎn)連接，采用Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有較好的抗干擾能力和穩(wěn)定性。（2）藍(lán)牙(Bluetooth)Bluetooth是一種短距離、低功耗、低速率的無(wú)線通信技術(shù)，主要用于手機(jī)、耳機(jī)、音箱等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。Bluetooth的傳輸距離一般為10米左右，傳輸速率一般為1Mbps，支持多節(jié)點(diǎn)連接，可以通過(guò)藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)等方式擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。（3）無(wú)線寬帶(Wi-Fi)WiFi是一種常用的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸和上網(wǎng)，其突出的優(yōu)勢(shì)在于它有較廣的局域網(wǎng)覆蓋范圍，可達(dá)100米左右，同時(shí)，其傳輸速率可以達(dá)到幾百M(fèi)bps，支持多節(jié)點(diǎn)連接，具有較高的傳輸速率和穩(wěn)定性，但功耗較大。（4）超寬帶(UWB)UWB是一種超寬帶無(wú)線通信技術(shù)，主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸和定位。UWB的傳輸距離可以達(dá)到30米以上，傳輸速率可以達(dá)到幾百M(fèi)bps，具有較好的抗干擾能力和定位精度，但功耗較大。近場(chǎng)無(wú)線傳輸技術(shù)（5）近場(chǎng)通信(NFC)NFC是一種新的近距離無(wú)線通信技術(shù)，由射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)發(fā)展而來(lái)。NFC是一種近場(chǎng)通信技術(shù)，其傳輸距離一般不超過(guò)10厘米且傳輸速率較低。其主要優(yōu)勢(shì)在于能耗低，與非接觸智能卡技術(shù)兼容，其在門禁、公交、手機(jī)支付等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用價(jià)值。這些技術(shù)各有優(yōu)劣，例如，Zigbee、Bluetooth、WiFi都支持多節(jié)點(diǎn)連接，但傳輸距離和速率存在差異；NFC和UWB的傳輸距離相對(duì)較短，但傳輸速率和安全性較高。Zigbee適用于物聯(lián)網(wǎng)和智能家居等場(chǎng)景；Bluetooth適用于手機(jī)、耳機(jī)、音箱等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸；WiFi適用于高速數(shù)據(jù)傳輸和上網(wǎng)；NFC適用于移動(dòng)支付、智能門鎖等場(chǎng)景；UWB適用于高速數(shù)據(jù)傳輸和定位等場(chǎng)景在土木工程中，這些技術(shù)也都有不同的應(yīng)用場(chǎng)景。遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線傳輸技術(shù)（1）移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指用于移動(dòng)通信的技術(shù)，其中，4G和5G是當(dāng)前主流的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線傳輸是指通信雙方通過(guò)無(wú)線電波傳輸數(shù)據(jù)，且傳輸距離較遠(yuǎn)的范圍。目前廣泛應(yīng)用的無(wú)線通訊技術(shù)主要有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)傳電臺(tái)、遠(yuǎn)距離無(wú)線電和窄帶物聯(lián)網(wǎng)等。4G是第四代移動(dòng)通信技術(shù)：具有高速率、高可靠性等特點(diǎn)，可以支持高清視頻、在線游戲等應(yīng)用。傳輸速率可以達(dá)到幾十Mbps；支持多頻段、多天線技術(shù)；具有較好的抗干擾能力和穩(wěn)定性。5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)：是當(dāng)前最先進(jìn)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有更高的傳輸速率、更低的延遲、更大的網(wǎng)絡(luò)容量等特點(diǎn)；可以支持更多的應(yīng)用場(chǎng)景，如智能家居、智慧城市等；傳輸速率可以達(dá)到數(shù)百M(fèi)bps或更高；支持更多的頻段和天線技術(shù)；具有更好的抗干擾能力和穩(wěn)定性。遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線傳輸技術(shù)（2）數(shù)傳電臺(tái)數(shù)傳電臺(tái)是數(shù)字式無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)的簡(jiǎn)稱。工作頻率大多使用220--240MHz或400--470MHz頻段；具有數(shù)話兼容、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性好、專用數(shù)據(jù)傳輸通道、一次投資、沒有運(yùn)行使用費(fèi)、適用于惡劣環(huán)境、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；數(shù)傳電臺(tái)的有效覆蓋半徑約有幾十公里，可以覆蓋一個(gè)城市或一定的區(qū)域。（3）遠(yuǎn)距離無(wú)線電和窄帶物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)距離無(wú)線電（LongRangeRadio，LoRa）是由美國(guó)Semtech公司開發(fā)的一種低功耗局域網(wǎng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，典型工作頻率在亞洲是433MHz。其有效覆蓋半徑一般在2km至5km，最長(zhǎng)距離可達(dá)15km。窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NarrowBandInternet