《智能設(shè)備的數(shù)字孿生》 課件 第3章-數(shù)字孿生的基礎(chǔ)技術(shù)

數(shù)字孿生的基礎(chǔ)架構(gòu)數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)基礎(chǔ)技術(shù)：感知基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)3.13.23.3第三章

數(shù)字孿生的基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)3.1學(xué)習(xí)目標(biāo)●掌握數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)●掌握傳感器性能指標(biāo)及其發(fā)展趨勢(shì)●掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)●掌握基于行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)和基于SLA服務(wù)的QoS保障技術(shù)●能正確的描述數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)●能正確說出傳感器性能指標(biāo)●培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的聯(lián)想能力●培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的方法與途徑●思政目標(biāo)：對(duì)數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)整體的把握，重視無線傳感器中數(shù)據(jù)安全問題，發(fā)展科技需要專研精神，需要工匠精神，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的科技倫理和社會(huì)責(zé)任感。知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)知識(shí)回顧知識(shí)回顧：數(shù)字孿生主要賦能與全生命周期管理哪些階段？知識(shí)回顧（1）研發(fā)設(shè)計(jì)階段（2）在生產(chǎn)制造階段（3）市場(chǎng)營(yíng)銷階段（4）運(yùn)營(yíng)支持階段3.1數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)數(shù)字孿生技術(shù)是指通過建立數(shù)字模型來模擬現(xiàn)實(shí)世界中的物體、系統(tǒng)和流程，以實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)測(cè)和優(yōu)化，除了基本的監(jiān)控功能，如對(duì)物理系統(tǒng)進(jìn)行健康狀態(tài)檢查、故障預(yù)測(cè)、故障定位、系統(tǒng)優(yōu)化、提升適應(yīng)環(huán)境的能力等。3.1.1數(shù)字孿生技術(shù)定義思考討論要實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生，需要哪些技術(shù)？感知數(shù)據(jù)數(shù)字孿生技術(shù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算可視化建模應(yīng)用3.1數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)3.1.2數(shù)字孿生涉及的技術(shù)數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建物理對(duì)象的數(shù)字化鏡像，描述物理對(duì)象在現(xiàn)實(shí)世界中的變化，模擬物理對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中行為和影響，以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、趨勢(shì)預(yù)測(cè)和綜合優(yōu)化。對(duì)物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)數(shù)字化鏡像需要物聯(lián)網(wǎng)感知、網(wǎng)絡(luò)、建模、仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等基礎(chǔ)支撐技術(shù)通過平臺(tái)化的架構(gòu)進(jìn)行融合，搭建從物理世界到孿生空間的信息交互閉環(huán)。其中物聯(lián)網(wǎng)感知、網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字孿生物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)數(shù)字化鏡像的基礎(chǔ)技術(shù)，建模、仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等是數(shù)字孿生中物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)數(shù)字化鏡像的關(guān)鍵技術(shù)。3.1數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)數(shù)字孿生系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)應(yīng)包含四個(gè)實(shí)體層級(jí)，自下而上分別為：1.數(shù)據(jù)采集與控制實(shí)體2.數(shù)字孿生核心實(shí)體3.用戶實(shí)體4.跨域?qū)嶓w數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)體系3.1數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)根據(jù)技術(shù)架構(gòu)，對(duì)比每層的功能和技術(shù)有哪些？3.1數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)（1）數(shù)據(jù)采集與控制實(shí)體數(shù)據(jù)采集與控制實(shí)體層主要包括了數(shù)據(jù)采集子實(shí)體和對(duì)象控制子實(shí)體，其中數(shù)據(jù)采集子實(shí)體覆蓋了感知、數(shù)據(jù)預(yù)處理和標(biāo)識(shí)等技術(shù)，對(duì)象控制子實(shí)體覆蓋了對(duì)象控制、標(biāo)識(shí)等技術(shù)。數(shù)據(jù)采集與控制實(shí)體主要承擔(dān)了孿生體與物理對(duì)象之間的上行感知數(shù)據(jù)的采集和下行控制指令的執(zhí)行。3.1數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)（2）數(shù)字孿生核心實(shí)體數(shù)字孿生的核心實(shí)體層是指數(shù)字孿生技術(shù)依托通用支撐技術(shù)，而這些通用支撐技術(shù)主要包括云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計(jì)算、區(qū)塊鏈等，通過通用技術(shù)去支撐運(yùn)行管理子實(shí)體、應(yīng)用與服務(wù)子實(shí)體、資源訪問與交互子實(shí)體。應(yīng)用于服務(wù)子實(shí)體主要采用仿真技術(shù)、報(bào)告生成、服務(wù)支持和分析計(jì)算，資源訪問和交互實(shí)體主要包括資源接口、互操作、訪問控制和即插即用，實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)建與融合、數(shù)據(jù)集成、仿真分析、系統(tǒng)擴(kuò)展等功能，這些功能也是生成孿生體并拓展應(yīng)用的主要載體。3.1數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)（3）用戶實(shí)體用戶實(shí)體層以可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為主，來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的職能。其中可視化技術(shù)主要采用HTML和Web技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要采用AR和VR。（4）跨域?qū)嶓w跨域?qū)嶓w承擔(dān)各實(shí)體層級(jí)之間的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和安全保障等職能。3.1數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)技術(shù)架構(gòu)層級(jí)采用技術(shù)功能數(shù)據(jù)采集與控制實(shí)體采集：感知、數(shù)據(jù)預(yù)處理和標(biāo)識(shí)控制：對(duì)象控制、標(biāo)識(shí)上行感知數(shù)據(jù)的采集和下行控制指令的執(zhí)行數(shù)字孿生核心實(shí)體云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計(jì)算、區(qū)塊鏈模型構(gòu)建與融合、數(shù)據(jù)集成、仿真分析、系統(tǒng)擴(kuò)展用戶實(shí)體可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)人機(jī)交互跨域?qū)嶓w——數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和安全保障3.1數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)基礎(chǔ)技術(shù)：感知3.2知識(shí)回顧知識(shí)回顧：數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)由哪幾層組成？知識(shí)回顧1.數(shù)據(jù)采集與控制實(shí)體2.數(shù)字孿生核心實(shí)體3.用戶實(shí)體4.跨域?qū)嶓w3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知感知層猶如人的感知器官，物聯(lián)網(wǎng)依靠感知層識(shí)別物體和采集信息。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，由具有感知、識(shí)別、控制和執(zhí)行等功能的多種設(shè)備組成，通過采集各類環(huán)境數(shù)據(jù)信息，將物理世界和信息世界聯(lián)系在一起。感知層包括信息采集和通信子網(wǎng)兩個(gè)子層。感知層由基本的感應(yīng)器件以及感應(yīng)器組成的網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成。3.2.1感知層概述3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知傳感器是一個(gè)功能塊，用來將外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。作用包括信息收集（如計(jì)量測(cè)試、狀態(tài)檢測(cè)）、信息交換和控制信息采集。傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量依照一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置。傳感器的輸出量是某種物理量（氣、光、電），便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示，但主要是電量，如電壓或電流。3.2.2傳感器（1）傳感器的定義與組成3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，它的作用是傳遞和處理感知層中獲取的信息感知層是物聯(lián)網(wǎng)中物理識(shí)別、采集信息的來源，它的主要功能就是識(shí)別物體，對(duì)信息進(jìn)行采集應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶之間的接口，它與具體的業(yè)務(wù)需求結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知敏感元件是直接感受和響應(yīng)被測(cè)量的與被測(cè)量之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換元件能將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換成用于傳輸或測(cè)量的電路參數(shù)輔助電源提供傳感器正常工作所需的電源傳感器構(gòu)成3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知

傳感器用途工作原理輸出信號(hào)制造工藝壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器模擬傳感器、數(shù)字傳感器、膺數(shù)字傳感器、開關(guān)傳感器集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知①傳感器按用途可以分類為壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。（2）傳感器的分類位置傳感器3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知②傳感器按工作原理可以分類為振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。按工作原理傳感器分類3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知③傳感器按輸出信號(hào)可以分類為模擬傳感器、數(shù)字傳感器、膺數(shù)字傳感器、開關(guān)傳感器。按輸出信號(hào)分類3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知④傳感器按其制造工藝可以分類為集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器；按測(cè)量目的可以分類為物理型傳感器、化學(xué)型傳感器、生物型傳感器；按其構(gòu)成可以分類分為基本型傳感器、組合型傳感器、應(yīng)用型傳感器；按使用形式可以分類為主動(dòng)型傳感器、被動(dòng)型傳感器。知識(shí)回顧Texthere1感知層的作用243傳感器的定義傳感器的分類傳感器的組成（哪4類？）（哪些原件？）（可以做什么？）（詳細(xì)描述？）3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域：科研、工業(yè)、教育、醫(yī)療、國(guó)防、文物、辦公、住宅等，目前傳感器在石油、化工、醫(yī)療、教育、國(guó)防、辦公、電力、鋼鐵、自動(dòng)駕駛、機(jī)械等行業(yè)中應(yīng)用，說明科技正在促進(jìn)不同行業(yè)的發(fā)展。（3）傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知傳感器在工業(yè)及能源管控的應(yīng)用01在石油、化工、電力、鋼鐵、機(jī)械等加工工業(yè)中，傳感器在各自的工作崗位中相關(guān)于人類的感覺器官的作用，它每時(shí)每刻根據(jù)需求來完成各種信息的檢測(cè)，將檢測(cè)的大量的信息通過自動(dòng)化的控制、計(jì)算機(jī)處理等進(jìn)行反饋。3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知02傳感器在航天航空與遙感技術(shù)的應(yīng)用遙感技術(shù)是飛機(jī)、人造衛(wèi)星、宇宙飛船以及船舶對(duì)遠(yuǎn)距離的大區(qū)域內(nèi)對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè)的一門技術(shù)，可以通過紫外線、可見光、遠(yuǎn)紅外線、微波等傳感器進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)船舶可以采用超聲波傳感器進(jìn)行水下觀測(cè)，對(duì)探測(cè)礦產(chǎn)資源利用人造衛(wèi)星上的紅外線接收傳感器對(duì)地面發(fā)出的紅外線的量進(jìn)行測(cè)量。3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知03傳感器在交通安全駕駛方面的應(yīng)用傳感器還應(yīng)用到汽車交通事故、疲勞駕駛、行駛安全駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)迅速興起，這可以保障道路安全并提升駕駛體驗(yàn)。現(xiàn)在落實(shí)比較快的是車內(nèi)人員站位的檢測(cè)。采用的方法是用紅外光源加上圖像傳感器和算法判別去檢測(cè)車內(nèi)是否有人員站位的狀況。3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知傳感器在醫(yī)療健康和環(huán)境保護(hù)應(yīng)用04傳感器可以對(duì)血壓、內(nèi)腔壓力、血液、呼吸流量、腫瘤、血液分析、人體表面和內(nèi)部溫度、脈波、心音、心腦電波等進(jìn)行較高準(zhǔn)確的診斷。如香港理工大學(xué)研發(fā)高靈敏度微型光纖傳感器，創(chuàng)新健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用。3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知05傳感器在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用如大氣污染、水質(zhì)污濁、霧霾、噪聲等可以通過傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如采用嵌入低功耗無線通信模塊的環(huán)境監(jiān)測(cè)采集終端，搭建土壤墑情、空氣、水質(zhì)、污染源監(jiān)測(cè)站。天津全市的500個(gè)環(huán)境保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)采集網(wǎng)關(guān)，建設(shè)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)關(guān)基于低功耗窄帶物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，對(duì)天津城域范圍內(nèi)大氣環(huán)境、生態(tài)資源、水資源和土壤、?；翻h(huán)保數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛收集，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量、污染源、輻射等環(huán)境因素的泛在感知。3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知06傳感器在家電產(chǎn)品多樣化和智能化的應(yīng)用在家電智能化中如安全監(jiān)視與報(bào)警、耗能控制、太陽光自動(dòng)跟蹤、家務(wù)勞動(dòng)、空調(diào)與照明、人體身體健康管理等都有傳感器。在傳感器賦能家電智能化，無需對(duì)家里大動(dòng)干戈，可以直接使用智能門鎖、智能網(wǎng)關(guān)、門窗感應(yīng)器、智能攝像頭、多種家用警報(bào)器。3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知傳感器性能指標(biāo)是指?jìng)鞲衅鞯撵`敏度、使用頻率范圍、動(dòng)態(tài)范圍、相移參數(shù)。指沿著傳感器測(cè)量軸方向?qū)挝徽駝?dòng)量輸入x可獲得的電壓信號(hào)輸出值u，即s=u/x。為了測(cè)量出微小的振動(dòng)變化，傳感器應(yīng)有較高的靈敏度。指靈敏度隨頻率而變化的量值不超出給定誤差的頻率區(qū)間。除和傳感器本身的頻率響應(yīng)特性有關(guān)外，還和傳感器安裝條件有關(guān)。動(dòng)態(tài)范圍即可測(cè)量的量程，是指靈敏度隨幅值的變化量不超出給定誤差限的輸入機(jī)械量的幅值范圍。指輸入簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，輸出同頻電壓信號(hào)相對(duì)輸入量的相位滯后量。要求相移值為零或Π，或者隨頻率成正比變化。（4）傳感器的性能指標(biāo)3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知現(xiàn)代信息技術(shù)主要包括測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，這三大技術(shù)主要是指信息的采集、傳輸、處理。采集系統(tǒng)首先部件就是傳感器。思考？傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是什么？傳感器的發(fā)展趨勢(shì)將集中到傳感器集成化、傳感器的多功能、傳感器的高精度化、寬溫度、高可靠性等方向。（5）傳感器的發(fā)展趨勢(shì)3.2基礎(chǔ)技術(shù)：感知傳感器的集成化是指利用集成加工技術(shù)，將敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路等制作到一個(gè)芯片中，傳感器設(shè)置為體積小、質(zhì)量輕、制造成本低、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。01傳感器要求各個(gè)部件的體積越小越好，傳感器一般是由費(fèi)電量向電量的轉(zhuǎn)換，因此開發(fā)微工號(hào)的傳感器或無源傳感器是必然發(fā)展的方向。02傳感器高精度化、高可靠性、寬溫度范圍是發(fā)展趨勢(shì)之一。在冶煉、焦化等場(chǎng)景對(duì)傳感器溫度要求則更好，因此新型材料（如陶瓷）的傳感器將會(huì)有前途。03知識(shí)回顧（1）列舉傳感器應(yīng)用（2）傳感器系性指標(biāo)（3）傳感器的發(fā)展趨勢(shì)知識(shí)回顧（1）列舉傳感器應(yīng)用

工業(yè)、航空、醫(yī)療、交通、環(huán)境、家電......（2）傳感器系性指標(biāo)

靈敏度、使用頻率范圍、動(dòng)態(tài)范圍、相移參數(shù)。（3）傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

傳感器的發(fā)展趨勢(shì)將集中到傳感器集成化、傳感器的多功能、傳感器的高精度化、寬溫度、高可靠性等方向。復(fù)習(xí)鞏固列舉傳感器應(yīng)用傳感器系性指標(biāo)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)45%65%32%3.3基礎(chǔ)技術(shù)：傳感網(wǎng)絡(luò)思考：如何將傳感器進(jìn)行組建、傳感器的數(shù)據(jù)如何讀取與傳輸？傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多在空間上分布的自動(dòng)裝置組成的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些裝置使用傳感器協(xié)作地監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況（比如溫度、聲音、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物）。3.2.3傳感器網(wǎng)絡(luò)3.3基礎(chǔ)技術(shù)：傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WireLessSensorNetWork,WSN）是一種跨學(xué)科技術(shù)，主要集成了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線通信技術(shù)等，它由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義3.3基礎(chǔ)技術(shù)：傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知監(jiān)測(cè)區(qū)域的傳感器。無線傳感網(wǎng)絡(luò)將采集到的信息按照一定的方式將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域?qū)ο蟮谋O(jiān)測(cè)。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活，設(shè)備位置可以隨時(shí)更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線或無線方式的連接。感知采集處理傳送3.3基礎(chǔ)技術(shù)：傳感網(wǎng)絡(luò)①網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，包含數(shù)量密集和區(qū)域光數(shù)量密集是指在監(jiān)測(cè)區(qū)域通常部署大量傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量很大，可能達(dá)到成千上萬個(gè)，甚至更多。如在原始大森林采用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行森林防火和環(huán)境監(jiān)測(cè)，需要部署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)。②無線傳感網(wǎng)的自組織性在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)的位置不能預(yù)先精確設(shè)定，節(jié)點(diǎn)之間的相互鄰居關(guān)系預(yù)先也不知道，要求傳感器節(jié)點(diǎn)具有自組織的能力，能夠自動(dòng)進(jìn)行配置和管理。（2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)3.3基礎(chǔ)技術(shù)：傳感網(wǎng)絡(luò)③無線傳感網(wǎng)具有動(dòng)態(tài)性無線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)新，主要的原因如環(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器節(jié)點(diǎn)故障或失效；傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器、感知對(duì)象和觀察者這三要素都可能具有移動(dòng)性；新節(jié)點(diǎn)的加入等，具有動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)可重構(gòu)性。④無線傳感網(wǎng)的可靠性監(jiān)測(cè)區(qū)域環(huán)境的限制或傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目巨大，因此無線傳感網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)十分困難甚至不可維護(hù)。但需要保證安全，必須防止監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被盜取和偽造。3.3基礎(chǔ)技術(shù)：傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò)由四個(gè)實(shí)體對(duì)象組成：感知目標(biāo)、感知節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)視場(chǎng)組成。在監(jiān)測(cè)視場(chǎng)分布著大量的感知節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既有數(shù)據(jù)采集功能又有路由功能。感知節(jié)點(diǎn)由傳感器、處理器和無線通信模塊組成。（3）無線傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與組網(wǎng)3.3基礎(chǔ)技術(shù)：傳感網(wǎng)絡(luò)在數(shù)字孿生體中為了建立全域全時(shí)段的物聯(lián)感知的體系，實(shí)現(xiàn)物體對(duì)象運(yùn)行態(tài)勢(shì)的多維度、多層次精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，對(duì)感知技術(shù)提出了更高的要求。在數(shù)字孿生體中感知技術(shù)不但需要更加精確可靠的物理測(cè)量技術(shù)，還需要兼顧感知數(shù)據(jù)間的協(xié)同交互、明確物體在數(shù)字孿生全域中的空間位置及其唯一標(biāo)識(shí)，確保設(shè)備的可信和可控。3.2.4數(shù)字孿生體系中的感知3.3基礎(chǔ)技術(shù)：傳感網(wǎng)絡(luò)01數(shù)字孿生全域標(biāo)識(shí)02智能化技術(shù)03多傳感器融合技術(shù)

在數(shù)字孿生中全域標(biāo)識(shí)能夠?yàn)槲锢韺?duì)象賦予數(shù)字“身份信息”，支撐孿生映射。標(biāo)識(shí)技術(shù)能夠?yàn)楦黝惒考?、物體賦予獨(dú)一無二的數(shù)字化身份編碼，從而確?，F(xiàn)實(shí)世界中的每一個(gè)物理實(shí)體都能與孿生空間中的數(shù)字虛體精準(zhǔn)映射、一一對(duì)應(yīng)。采用專用的微處理器對(duì)信息進(jìn)行分析、自校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)處理等功能，智能化傳感器具有較高的精度、分辨率，穩(wěn)定性及可靠性，使其在數(shù)字孿生體系中不但可以作為數(shù)據(jù)采集的端口，更可以自發(fā)地上報(bào)自身信息狀態(tài)，構(gòu)建感知節(jié)點(diǎn)的數(shù)字孿生。多傳感器集成與融合技術(shù)提取代表觀測(cè)數(shù)據(jù)的特征矢量，利用聚類算法、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模式識(shí)別算法將特征矢量變換成目標(biāo)屬性，并將各傳感器關(guān)于目標(biāo)的說明數(shù)據(jù)按同一目標(biāo)進(jìn)行分組、關(guān)聯(lián)，最終利用融合算法將目標(biāo)的各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行合成。基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)3.3知識(shí)回顧（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義（2）掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（3）了解無線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與組網(wǎng)3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)小組討論：◎手機(jī)與耳機(jī)之間采用什么通信？◎手機(jī)與智能家電之間采用什么通信？◎穿戴設(shè)備采用通信？3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字孿生體系架構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施，在數(shù)字孿生系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)物理運(yùn)行環(huán)境和數(shù)字孿生組成部件自身信息交互進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，是實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象與其數(shù)字孿生系統(tǒng)間實(shí)時(shí)交互、相互影響的前提。網(wǎng)絡(luò)既可以為數(shù)字孿生系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)提供增強(qiáng)能力的傳輸基礎(chǔ)，滿足業(yè)務(wù)對(duì)超低時(shí)延、高可靠、精同步、高并發(fā)等關(guān)鍵特性的演進(jìn)需求，也可以助推物理網(wǎng)絡(luò)自身實(shí)現(xiàn)高效率創(chuàng)新，有效降低網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施的部署成本和運(yùn)營(yíng)效率。

3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)是指用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間，相處設(shè)計(jì)與外部設(shè)備之間、以及設(shè)備與業(yè)務(wù)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)互通的通信與管理技術(shù)。行業(yè)近網(wǎng)端、組網(wǎng)需求碎片化，利用行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)可以為行業(yè)設(shè)備提供在近端通信域互操作的手段，實(shí)現(xiàn)行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的異構(gòu)系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)柔性網(wǎng)絡(luò)。（1）基于行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)常見的行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)技術(shù)包括哪些？短距離通信技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、WiFi、藍(lán)牙、ZigBee低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)NB-IoT、LoRa、SigFox通信技術(shù)5G、TSN、毫米波、無源RFID、UWB3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)包括行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)接入網(wǎng)和行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)核心網(wǎng)兩大部分。行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)接入網(wǎng)可橋接異構(gòu)的行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，如無源通信、短距通信、藍(lán)牙、TSN等，行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)核心網(wǎng)主要指部署在行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)邊緣側(cè)的UPF進(jìn)行數(shù)據(jù)分流，業(yè)務(wù)部署在MEC側(cè)處理5G上傳的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)的管理。3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)UPF（UserPortFunction）是指用戶端口功能，將特定的UNI要求適配到核心功能和系統(tǒng)管理功能。用戶端口功能主要有：A/D轉(zhuǎn)換；信令轉(zhuǎn)換；UNI功能的終接。MEC（MobileEdgeComputing）全稱為邊緣計(jì)算技術(shù)，它是物聯(lián)網(wǎng)融合的產(chǎn)物，同時(shí)成為支撐運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，以滿足高清視頻、VR/AR、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)發(fā)展需求。討論：UPF是什么？行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)接入網(wǎng)有五大核心技術(shù)，主要包括確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新型短距通信、新型無源通信、毫米波、UWB/藍(lán)牙高精定位。3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)確定性網(wǎng)絡(luò)（DeterministicNewworking，DetNet）是相對(duì)于傳統(tǒng)的盡力而為網(wǎng)絡(luò)而言的，盡力而為網(wǎng)絡(luò)的問題是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性不夠，比如帶寬有時(shí)高，有時(shí)低；時(shí)延有時(shí)大，有時(shí)短；最典型的確定性網(wǎng)絡(luò)就是互聯(lián)網(wǎng)。小組討論：（1）確定性網(wǎng)絡(luò)目的（2）確定性網(wǎng)絡(luò)優(yōu)缺點(diǎn)3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)按照覆蓋距離劃分，其中短距離通信技術(shù)，包括Wi-Fi、藍(lán)牙（Bluetooth），Zigbee、IrDA、NFC，目前主要應(yīng)用于室內(nèi)智能家居，消費(fèi)電子等場(chǎng)景3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)無源通信指不依賴于電池實(shí)現(xiàn)通信，是未來低成本萬物互聯(lián)的重要技術(shù)。幾種常見的無源技術(shù)有：光伏發(fā)電技術(shù)、電磁能量收集技術(shù)、RFID射頻能量收集技術(shù)、電場(chǎng)能量收集技術(shù)3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)毫米波它的波長(zhǎng)為1～10毫米的電磁波稱毫米波，位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長(zhǎng)范圍，因而兼有兩種波譜的特點(diǎn)。毫米波的理論和技術(shù)分別是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發(fā)展。毫米波在自動(dòng)駕駛的技術(shù)路線上的應(yīng)用，近年來，毫米波雷達(dá)被廣泛應(yīng)用于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中3.3基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)UWB（UltraWideBand，UWB）是超寬帶無線載波通信技術(shù)，它利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬，有著非常