物联网网络层设计

任务一、网络层规划与设计

    第1、物联网网络层概述

       1、概述：网络层位于物联网三层的第二层，功能为传输感知层所采集的数据，是应用层和感知层的纽带。

       2、传输层的基本功能：

         核心功能：各类感知网络的接入和业务支撑运营平台。

         服务于物联网信息汇聚、传输、初步处理的网络设备和平台。

       3、物联网网络层分类：

            (1)传输网: 公网和专网(电信网/广电网/互联网)

            (2)接入网:无线通信网、FTTx 光纤接入、 WLAN 、以太网、传感器网络等

      4、物联网网络层的主要特点:

            (1)网络层组网接入方式多：4G/5G/LoRa/NB-IOT/WLAN/FTTX等。

         （2）演进特点：向IPV6和低功耗广域网发展。

           (3)产业链分布特点:产业链分布非常长且复杂、标准、开放、协同是发展核心也是挑战。

     5、网络层基本拓扑结构

         1、计算机网络的定义和功能

         2、什么是计算机网络，主要功能，计算机网络的组成

         三部分组成：通信子网、资源子网和通信协议。

     TCP/IP：信息传输控制协议

     http：文本传输协议

     mail：邮箱协议SMTP/POP3

     ftp：文件传输、远程登陆telnet等

         3、常用网络基本拓扑结构:总线、星型、环形、网状

              混合型网络结构的优势：

         

  第2、物联网网络层总体架构

     1、网络层四种组网接入方式(网络架构)

    (1)3G/4G/5G/ NB – IoT （蜂窝网络）组网: 基础网络平台(无线接入网、核心网）

     业务支撑平台(业务网）

     针对的设备：NB-IoT终端

  （2) WLAN 组网

        物理层:设备 AP 负责报文和数据转发,攻击检査等。

         本地控制层:本地认证和无线用户接入控制

         网络控制层:整网数据管理,配置和集中认证

   针对的设备：各种类型传感器

     (3) FTTx 光纤组网：FTTX（Fiber To The X）光纤到目的地

     FTTB/FTTH/FTTP/FTTC/FTTCab/FTTO/FTTN(Node)

    针对的设备：RFID/LPTV/终端设备

     (4) LoRa 广域网组网:

           LoRa(Long Range):是一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。频段433、868、915MHz

   由四部分组成：终端（LoRa）/网关/服务器/云

    针对的设备：终端（LoRa）

    (5)PON接入网技术

   1、定义、PON ( Passive Optical Network )无源光网络,是采用点到多(P2MP)的光纤接入方式

        它利用光纤和以太网的优势,在终端机房和终端客户现场之间配置宽带接入

        光纤线路,分为 EPON 和 crON 。

 2、 EPON 和 GPON 的区别:

      1、标准不同：EPON与PON结合，GPON与TDM和ATM结合

      2、价格不同：低廉和昂贵

      3、业务不同：GPON全业务接入

    (6)NB-IoP和LoRa网络区别？

  共同点：.发展前景广阔

                .属于低功耗广域网

                .应用可能会重叠

                .电池续航约10年。

  不同点：.技术（蜂窝和扩频）

                .部署：网元复用/独立建网

              .频段：运营商频段/150M-915MHz

              .速度：小于100knit/s 0.3-50knit/s

 2、物联网网络层安全防护

 （1）物联网架构中不同层次的安全需求

       .应用层：读取安全、隐私安全、用户认证、不可抵赖（数字签名）

      .网络层：数据的完整性、数据保密性

      .感知层：通信层安全（感知网络）、随时可用性。

（2）网络层的安全威胁和措施

    .Dos/DDoS：拒绝服务/分布式阻断服务（僵尸网络）

    .数据传输：算法、协议、证书被破解、入侵和劫持

   .假冒攻击：移动终端冒充合法用户与控制中心之间的通信

 （3）网络层安全措施

     互联网安全：防火墙技术/DPI技术/病毒防护技术/入侵检查技术等

     接入网安全：WLAN安全技术/WiMAX安全技术/LTE安全技术

任务二、物联网网絡层详细设计

  子任务1、TPC/IP网络组网方案

     1、TCP/IP概述

         1，物联网通信协议分类：

      （1）接入协议：子网间的设备组网和通信的协议？

         .802.15.4(ZigBee)

         .802.11b(WIFI)

         .MQTT(消息队列遥测协议)

     （2）通信协议:负责互联网上进行数据交换和通信

        .TCP:传输控制协议

        .IP：因特网协议

        .FTP：文件传输协议

        .HTTP：超文本传输协议

        .SMTP/POP3：简单邮件传输协议

        .TELNET：远程登陆或控制

         2，什么TCP/IP，层次结构是怎样的？

     (1)物理层:激活或维持设备间的物理链接(二进制位流)

     (2)数据链路层:访问和传输控制(数据流)

     (3)网络层:寻址和路由(最佳路径)

     (4)传输层:端到端的可靠传输(数据流的分组和重组)

     (5)应用层:数据的处理和应用。

         3，OSI与TCP的区别？

      2、局域网组网技术

      (1)什么是局域网?

       局域网即小范围的网络系统。

      (2)局域网组网设各需要那些?

       路由器/交换机/集线器等

    （3)局城网组网解决方案?

           方案-图4-24

     3、减少冲突和提高以太网性能的方法是:分组

     (1)路由器分组:性能由集线器决定、路由器端口昂责且慢

     (2)交换机分组:微分段,主机独享端口带宽,速度较快。

     (3)Vlan分组:将主机分成若干个逻辑工作组( Vlan )。

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      3、广域网组网技术

          1，什么是广域网？网络结构？

             广域网（WAN）又叫远程网，是覆盖范围地理区域比较大的数据通信网。

       LAN/WAN/VLAN

          2，广域网的通信线路有哪些？

            专线：也叫租用线，使用时需要路由器独立端口。

            交换连接：包交换（点到点）和电路交换（电话呼叫）

  子任务2、WLAN组网方案

     1、什么是WLAN，协议？

        WLAN(Wireless Local Area Network)无限局域网，利用射频技术的无线电磁波替代双绞线的局域网络。

     2、 WLAN 的优缺点?

     .灵活性和移动性

     .易于网络规划和调整

     .故障定位简单

     .易于扩展

缺点:性能(穿透)/速度(不稳定)/安全性( WEP / SKIP / AES )

      3、 WLAN 的协议?

            IEEE 无线通信标准协议802.11(11a、11b、11n、 11g、11ax)

      4、 WLAN 的组网方案(组网模式)

        (1)点对点组网:没有 AP 、点对点自由组网。

        (2)集中式组网:有线和无线混合组网(广泛应用)

  子任务3、FTTx组网方案

       1、什么是FTTx？

           FTTx新一代光纤接入网络，旨在提高高宽带和全业务接入。

          FTTx的几种变形结构：FTTH

       2、PON的基本结构

       PON(Passive Optical Network)无源光网络

       P2MP（Point 2 More Point）点对多点（机房到终端）

      PON从90年代发展到现在APON(155)/BPON(622)/EPON(1.2G)/GPON(2.5G)

      3、PON的基本结构（三部分）

     （1）OLT：（Optical Line Terminal)光线路终端

        .作用：提供业务网络和ODB光的接口

        .组成：核心层（连接传输）/业务层（业务接口）/公共层（供电维护）

     （2）ONU：(Optical Network Unit)光网络单元

        .作用：提供用户与OBN之间的光接口和电接口

        .组成：核心层（复用和接口）/业务层（用户接口）/公共层（供电维护）

     （3）ODN：（Optical Distribution Network）光分配网

        .作用：建立OLT和ONU之间的信息通道、信息传输和转发。

  子任务4、LoRa低功耗广域网组网

    1、什么是LoRa？

       LoRa ( Long Range )是一种基于线性扩频技术的远距离无线通信。

      运行在433、868、915频段

    2、 LoRa 的组成:终端( LoRa 芯片）/网关/服务器/云处理中心。

    3、 LoRa 特点:低功耗,范围广,易部暑。

    4、什么是 LoRaWAN ?

       是2017年LoRa

        Allianee推出的用于控制终端节点与LPWAN (低功耗广域网)的网关节点的MAC通信协议。

LoRaWAN1.1协议层次结构

     区域ISM频段：不同区域不同频段

     LoRa调制层：

     物理层Mac层：A最省电B（其次）C最耗电三级通信配置：

     4、LoRa的组网方案

     (1) LoRaWAN 组网结构图?

终端/网关/服务器/云中心 AES 和SSL

     (2)系统拓扑結构图-应用方案。

     5、 LoRa 的组网特点:

   .距高远,范围广。

   .一个终端可与多个网关双向通信。

   .实时性可控

   .功耗低(休眠机制)

   .网絡容量:网关容量(62500个终端节点)

   .采用无路由转发，网絡结构简单。

   .终端和网络服务器来用速率自适应技术，最佳路径回复。

      6、 LoRa 的网关类型

（1)应用场景:室内型和室外型网关

（2）通信方式：全双工和半双工。

  (3) LRWAN 协议层度:全支持和部分支持

  子任务5、NB-IoT组网方案

   第1、移动通信组网相关知识

        1、什么是移动通信网?

             什么是 NB – IoT ?

    NB – IoT 是基于蜂窝的窄带物联网

         2、通信技术的发展历程

    .初始阶段1839年:电报为标志

    .近代阶段:1948年香农提出信息论

    .现代通信:1980到现在

       3、移动通信架构和核心组成

   (1)什么是 LTE ?基于3G长期演进技术,旨在提高速率，范围和带宽

   (2)网络架构: UE :用户设备(手机)

 eNodeB :基站(空中接口 eNB）

 MME :移动管理(核心)

 S – GW :服务网关

 P – GW :为 UE 分配 IP 地址、路由和转发。 HSS :归属用户服务器(用户数据信息） PCRF :计费与策略(不同的定制）

SPR :与 PCRF 配合

OCS :计费系统 

OFCS :离线计费系统

（3）LTE网络架构组成

    .UE：用户设备

    .E-UTRAN(eNB节点和接口)

    .EPC:MME(核心网重要实体)

            S-GW(服务网关接口：eNB切换和路由转发)

            P-GW:公用数据网SGi接口网关，包含四个计费模块

    .PDN：公共数据网

 4、移动通信技术在物联网中的应用

  移动终端、移动传输网络、移动网络管理和维护与物联网的融合

 5、蜂窝组网方案系统架构（5部分）。

  . NB-IoT终端：通过空中接口连接到eNB

  .eNodeB：提供空中接入和小区管理单元。

  .IoT核心网：承担与终端非接入层交互。数据转发和处理。

       两种方法CIoT EPS用户面功能优化

                      CIoT EPS控制面功能优化

  .IoT平台：汇聚各种接入网得到的数据并处理和转发到应用服务器

  .应用服务器：物联网数据的汇聚终点。

 6、NB-IoT技术在物联网中的典型应用

    远程抄表、智能家居、智慧农业、水、燃气、井盖监视。

 7、 NB – IoT 的四大特点:

  .范围广:

  .容量大: 一个扇区连接10万个连接

  .功耗低: NB – IoT 终端电池待机约10年。

  .低成本： NB – IoT 终端约35元。

  蜂窝和LoRa的组网方案怎么做？

  WIFI5.0 802.11ac

   WIFI6.0 802.11cx

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1、FTTx的组网方案详细设计结构图？