CCIOT · 13.1

物联网网络

让数据沿着可解释的链路到达目标节点

VER. 2608 Built with impress.js

学习目标

分析物联网网络要同时看节点、链路、范围和责任

01用节点、链路、逐跳转发和路由描述通信网络
02比较有线／无线、公用／专用以及 PAN、LAN、WAN
03解释蓝牙、ZigBee、Wi-Fi 和工业网络的角色与边界
04比较移动通信、NB-IoT 与 LoRaWAN 的覆盖、能耗和运维责任
05为远程抄表、共享车辆和智能家居设计多网络组合
06把网关、身份、故障恢复、安全和维护放进端到端方案

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LEARNING OBJECTIVES

网络把设备关系抽象成节点、链路和路径

先回答“谁与谁连接”，再讨论协议和性能

源节点→逐跳转发（可经中继／网关）→目标（宿）节点

节点

传感器、手机、服务器、执行器或路由设备

链路

有线或无线媒介，以及连接双方的接口

路由

从源到宿的连续转发路径

Takeaway

网络的价值是让数据沿着可解释的路径流动，而不是让所有节点彼此直连

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NODES AND LINKS

一个物联网节点可能承担两种逻辑角色

终端／网络设备按功能划分，源／中继／宿按数据路径划分

终端节点

直接与用户、物质世界或应用交互

采集数据、处理状态、输出控制或上报结果

网络设备

主要负责转发、路由、协议适配和连接管理

交换机、路由器、网关也可能承载安全与运维

源节点

信息流开始的位置

中继节点

接收、选择下一跳并转发

宿节点

信息流结束并交给应用或控制

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ROLES AND RESPONSIBILITIES

练习：画出一条端到端路径

Exercise

场景	请画／写一条路径	请说明责任与风险
智能门锁上报	填写	填写谁采集、谁转发、谁存储
环境传感器告警	填写	填写下一跳、断链和缓存
云端下发动作	填写	填写认证、确认和失败保护
手机控制家电	填写	填写手机是否承担网关角色

Takeaway

先画路径，再标出转发、故障和权限边界

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PATH JUDGMENT

网络分类把媒介、所有权与覆盖范围分开

同一条链路可以同时属于多个分类维度

维度	典型类别	选择要问什么
媒介	有线／无线	稳定性、移动性、干扰和敷设
建设与管理	公用网／专用网	谁建设、谁管理、谁承担责任
覆盖	PAN／LAN／WAN	对象距离、规模和跨区域需求
组织	直连／基础设施／多跳	中继、漫游、故障与扩展

Takeaway

分类只说明连接条件；安全、可靠和端到端可用仍需验证

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NETWORK CLASSIFICATION

PAN、LAN、WAN：三种连接尺度

PAN、LAN、WAN 是覆盖尺度，不是必经层级

个域网 PAN：身边设备与个人空间局域网 LAN：家庭、园区、厂区或校园广域网 WAN：城市、地区乃至跨区域

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PAN LAN WAN

尺度决定边界，不规定唯一路径

PAN、LAN、WAN 可以组合，设备也可能直接接入 WAN

PAN

身边设备与个人空间

强调短距离、便携和低功耗

LAN

家庭、园区、厂区或校园

强调邻近设备的吞吐、延迟或确定性

WAN

城市、地区乃至跨区域

强调覆盖、移动性、大连接和运营责任

常见组合：PAN／LAN → 接入 → WAN → 云／服务实际路径取决于覆盖、功耗、业务和责任；不必逐一经过三种尺度

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SCALE AND PATH

练习：场景先受哪项约束？

Exercise

场景	请写首要约束	请写还要确认的边界
电池手环	填写	填写
校园摄像头	填写	填写
远程水表	填写	填写
工厂控制线	填写	填写

Takeaway

“范围更大”不等于“能力更强”，它只是改变了网络必须承担的约束

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RANGE JUDGMENT

个域网在短距离与低功耗之间取平衡

它连接身边设备，也承担发现、配对、睡眠和小范围协同

蓝牙：发现／配对 → 中心设备 ZigBee：协调器建网；路由器转发；终端采集／控制 → 多跳／网关

蓝牙

适合个人设备之间的发现、配对和短距离数据交换；中心设备组织微微网 Piconet，多个微微网可形成分散结构

ZigBee

适合大量低速率节点；协调器建网，路由器转发，终端采集／控制；网络可自组织发现多跳路径

拓扑

直连、星形、网状或簇状对应不同覆盖、管理和冗余

边界

睡眠、冲突、距离、密钥、路由维护和电池更换都会影响可用性

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PERSONAL AREA NETWORK

蓝牙和 ZigBee 解决不同的个域协同问题

不能只用“无线”两个字判断其适用性

蓝牙路径

手机、耳机、手环或门锁通过发现、配对和短距离连接交换数据

适合个人设备和手机作为临时网关的场景

ZigBee 路径

协调器建立网络，路由器转发，终端节点采集或控制

适合多节点、低功耗和需要多跳覆盖的场景

Takeaway

蓝牙偏向便捷连接，ZigBee偏向多节点协作；方案可以组合，均需管理设备身份和密钥

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BLUETOOTH AND ZIGBEE

练习：连接组织变化会带来什么代价？

Exercise

连接组织／方案	请写优势	请写代价与边界
直连／星形	填写	填写
网状	填写	填写
簇状	填写	填写
手机作网关	填写	填写

Takeaway

拓扑是资源和责任的分配，不只是图上的线条

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PAN TOPOLOGY JUDGMENT

局域网要在吞吐、漫游与确定性之间取舍

家庭、园区、厂区的“近”并不意味着业务需求相同

Wi-Fi：终端经接入点 AP 加入基础服务集 BSS 多个 BSS 通过分布系统形成扩展服务集 ESS；终端可漫游

工业网络：传感器／控制器／执行器 → 工业总线或工业以太网 → 控制系统

Wi-Fi

以 AP 组织基础设施 BSS，多个 AP 可以组成 ESS 并支持漫游

工业总线

强调现场实时性、确定性、抗干扰和错误检测

工业以太网

在以太网上按现场要求支持实时、冗余、耐用和扩展

Takeaway

局域网选型要同时看带宽、移动、功耗、时延抖动和失败后的控制后果

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LOCAL AREA NETWORK

Wi-Fi 与工业网络的“可靠”含义不同

Wi-Fi 重在灵活接入；工业网络重在确定性控制

Wi-Fi 基础设施

终端通过 AP 加入 BSS，AP 接入分布系统

BSS／ESS 描述接入服务关系，不是逐跳路径；终端可在覆盖区间漫游

工业网络

传感器、控制器和执行器通过总线或工业以太网协同

面对电磁干扰、金属、温湿度、振动与冲击，强调时序和冗余

吞吐

摄像头、媒体和批量数据的容量

确定性

动作在可预测时刻到达

维护

诊断、更新、隔离和恢复

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WIFI AND INDUSTRIAL NETWORKS

练习：哪一项局域网指标是关键？

Exercise

场景	请写首要指标	请写需要配套的证据
家庭视频	填写	填写
车间闭环	填写	填写
电池门锁	填写	填写
校园漫游	填写	填写

Takeaway

先写失败会伤害什么，再决定带宽、时延、功耗或冗余的优先级

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LAN JUDGMENT

广域网支持跨区域、大连接和移动服务

它把远端设备和局域网接入跨区域服务

接入：终端／局域网 → 基站或网关 → 核心网络回传：核心网络 → 云服务／跨区域应用

小区是覆盖区域，不是路径节点；不必经过所有中间网络

移动性

处理多径、干扰、多普勒、切换和漫游

覆盖

小区制通过多基站、频率复用和统一协调扩展服务区域

业务

增强移动宽带 eMBB、超可靠低时延通信 URLLC、大规模机器类通信 mMTC

运维

频谱、基础设施、资费、身份和跨区域故障由不同主体承担

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WIDE AREA NETWORK

移动通信与 LPWAN：需求不同

按覆盖、速率、能耗和运营责任选择组合

移动通信

面向移动终端和多种业务，支持切换、漫游及不同带宽和时延需求

适合车辆、手机、视频和需要持续连接的应用

低功耗广域网 LPWAN

面向电池设备、低速率、低频次和广覆盖

窄带物联网 NB-IoT 依托运营商蜂窝网；LoRa 是无线调制技术，LoRaWAN 是网络协议与生态，可自建或用第三方网络

Takeaway

LPWAN 主要解决续航与覆盖；安全、可靠和端到端可用仍需验证

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CELLULAR AND LPWAN

练习：NB-IoT 与 LoRaWAN 怎样选择？

Exercise

维度	请判断更接近哪种方案	请写需要核对的证据
网络建设	填写	填写
运营责任	填写	填写
场景	填写	填写
风险	填写	填写

Takeaway

先确定谁负责建网与维护，再比较覆盖、续航、成本和连接规模

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WAN JUDGMENT

多网络组合：从现场到云端

图中展示的是组合示意；设备、网关、手机、基站和云服务各自承担一段路径

示意：PAN／LAN → 网关／手机或直达 WAN → 云／服务 → 反馈实际组合随应用变化

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END-TO-END NETWORKING

三个案例如何分工网络责任

逐段核对对象、媒介、功耗、权限和失败处理，不把一张示意图当成固定架构

案例	网络分工	责任与失败核对
远程抄表	表计 → LPWAN → 后台	低频、低功耗、覆盖、运营与离线
共享单车	车锁—蓝牙→手机—移动通信→后台；或车锁直连移动通信	闲置／骑行切换、授权、手机缺席
智能家居	设备 → PAN／Wi-Fi／家庭出口	带宽、电量、出口权限、断网恢复

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NETWORK RESPONSIBILITIES

用一张清单检查多网络方案

从能上网到长期可用

Case

TEXT

01对象标识→接入→网关／直达 WAN→服务→反馈

01

需求

覆盖／移动／数据量／时延／功耗／可靠性

02

路径

终端→接入→网关／回传→服务→反馈；节点可选

03

证据

对象标识／到达确认／顺序／重试／缓存／恢复

04

治理

配对／密钥／更新／日志／共享／跨网访问

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NETWORK DESIGN CHECKLIST

练习：共享车辆的网络如何分工？

Exercise

阶段	请写网络组合	请写需要复核的内容
闲置上报	填写	填写
用户开锁	填写	填写
骑行服务	填写	填写
维护调度	填写	填写

Takeaway

网络设计最后要回答：数据从哪里来、经过谁、如何确认到达、失败后谁负责

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CASE JUDGMENT

本节回顾

分析物联网网络时，按角色、范围、媒介、性能和端到端后果逐项判断

01网络抽象：节点、链路、逐跳转发、源／宿和路由组织数据流
02分类与范围：有线／无线、公用／专用、PAN／LAN／WAN 提供不同边界
03个域网：蓝牙、ZigBee 以低功耗、拓扑和多跳连接身边设备
04局域网：Wi-Fi 支持灵活接入与漫游，工业网络关注实时与确定性
05广域网：移动通信和 LPWAN 在覆盖、移动性、续航与运维之间取舍
06案例闭环：网关、多网络、对象标识、故障恢复和安全共同决定可用性

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SECTION REVIEW

本节思维导图

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MIND MAP

本节问题

01节点、链路、源／宿与路由如何描述数据路径？
02有线／无线、公用／专用、PAN／LAN／WAN 分别表示什么边界？
03蓝牙与 ZigBee 的拓扑、低功耗和自组织边界是什么？
04Wi-Fi 的 BSS／ESS 与工业网络确定性如何影响局域网？
05移动通信、NB-IoT 与 LoRaWAN 如何权衡覆盖、续航、成本与责任？
06如何画出可验证、可恢复的多网络闭环？

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QUESTIONS