物联网感知层技术

1、物联网感知层的关键技术感知层是物联网的基础， 是联系物理世界与信息世界的重要纽带。 感知层是由大量的具有 感知、通信、识别（或执行）能力的智能物体与感知网络组成。 其主要技术有：传感器技术、 RFID技术、二维码技术、Zig-Bee和蓝牙技术。1. 传感器技术传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定 规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、 显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感官来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断（即 人的思维）和处理，再指挥人作出相应的动作

2、，这是人类认识世界和改造世界具有的 最基本的本能。但是通过人的五官感知外界的信息非常有限，例如，人总不能利用触 觉来感知超过几十甚至上千度的温度吧，而且也不可能辨别温度的微小变化，这就需 要电子设备的帮助。同样，利用电子计算机特别象计算机控制的自动化装置来代替人 的劳动，那么计算机类似于人的大脑，而仅有大脑而没有感知外界信息的五官”显然是不足够的，中央处理系统也还需要它们的五官”一-卩传感器。基于传感器的传感器技术是对感知节点的不同定义与探索。比如一个温度传感器 可以实时地传输它所测量到得环境温度，这是基于温度利用汞的液态与温差变化而形成的；声控灯安装在楼道之间，有人路过就亮，这是基于人走路时

3、声音的分贝大小来 进行控制；高速路上的收费站人们开车经过时，在地面的称重传感器会将车辆重量反 馈给电脑，以便确认其是否超重，这是基于弹簧弹性收缩变化的张力长度来进行测量。未来传感器技术可能是温度、湿度、声音、压力等物理参数，亦可以是氧气、二 氧化碳等化学成分的含量等化学参数。把这些物理与化学集合而成的传感器是现在人们追求的技术，及机器人得目标。2. RFID技术RFID（射频识别技术）是一门独立的将不同的跨学科的专业技术综合在一起，如高频技术、微波与天线技术、电磁兼容技术、半导体技术、数据与密码学、制造技术和应 用技术等。这是本世纪最有发展前途的信息技术之一，已得到世界各国的高度重视并 得到广

4、泛开发与应用。 从结构上讲RFID是一种简单的无线系统， 只有两个基本器件， 该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器和很多应答器组成。快速扫描。RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。RFID的优点如下：（1）体积小型化、形状多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。抗污染能力和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；RFID卷标是将

5、数据存在芯片中，因此可以免受污损。（3）可重复使用。现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻 挡的情况下，才可以辨读条形码。(5) 数据的记忆容量大。一维条形码的容量是50Bytes,二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数 MegaBytes.随着记忆载体的发展，数据容量也有不断 扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标

6、所能扩充容量的需求也相应增加。(6) 安全性。由于 RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不 易被伪造及变造。(7) RFID因其所具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅提高货物、信息管理的效率，还可以让销售企业和制造企业互联，从而更加准确地接收反馈信息，控制需求信息，优化整个供应链。目前市场上主流的 RFID产品有无源RFID产品、有源RFID产品、半有源 RFID产品。无 源RFID产品发展最早，也是发展最成熟，市场应用最广的产品。比如，公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、二代身份证等，这个在我们的日常生活中随处可见，属于近距离接触

7、式识别类。其产品的主要工作频率有低频125KHZ、高频13.56MHZ、超高频433MHZ，超高频 915MHZ。产品，是最近几年慢慢发展起来的，其远距离自动识别的特性，决定了其巨大的应用空间和市场潜质。在远距离自动识别领域，如智能监狱，智能医院，智能停车场，智能交通，智慧 城市，智慧地球及物联网等领域有重大应用。有源RFID在这个领域异军突起，属于远距离自动识别类。产品主要工作频率有超高频433MHZ，微波2.45GHZ和5.8GH乙有源RFID产品和无源RFID产品，其不同的特性，决定了不同的应用领域和不同的应用模式，也有各自 的优势所在。但在本系统中，我们着重介绍介于有源RFID和无源R

8、FID之间的半有源 RFID产品，该产品集有源 RFID和无源RFID的优势于一体，在门禁进出管理，人员精确定位，区 域定位管理，周界管理，电子围栏及安防报警等领域有着很大的优势。半有源RFID产品，结合有源RFID产品及无源RFID产品的优势，在低频125KHZ频率的触发下，让微波2.45G发挥优势。半有源 RFID技术，也可以叫做低频激活触发技术，利用低频近距离精确定位， 微波远距离识别和上传数据，来解决单纯的有源RFID和无源RFID没有办法实现的功能。简单的说，就是近距离激活定位，远距离识别及上传数据。3. 二维码技术二维码是用某种特定的集合图形按一定规律在平面(二维方向)分布的黑白相

9、间的图形记录数据符号信息的。二维码是DOI( Digital Object Unique Identifier，数据对象唯一识别符)的一种，全球最大的二维码资源中心是渡云”，为全球用户统一提供了唯一数据样本”的物品、人员、组织二维码识别信息。在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0、 “ 1比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处 理图形旋转变化等特点。在许多种类的二维条码中，常用的码制有：Data Matrix,MaxiCode, Aztec, Veric

10、ode, Ultracode, Code 49, Code 16K 等，QR COde码是 1994年由日本DW公司发明。QR来自英文Quick Response的缩写，即快速反应的意思， 源自发明者希望 QR码可让其内容快速被解码。QR码最常见于日本、韩国；并为目前日本最流行二维条形空间。但二维码的安全性也正备受挑战，带有恶意软件和病毒正 成为二维码普及道路上的绊脚石。发展与防范二维码的滥用正成为一个的问题。每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能及处理图形旋转变化等特点。优点1高密度编码，信息容量大2编码范围广。3容错能力

11、强，具有纠错功能：4译码可靠性高：5可引入加密措施6成本低，易制作，持久耐用。缺点二维码技术成为手机病毒，钓鱼网站传播的新渠道。有相关专家提醒群众提高防范意识，扫描前先判断二维码发布来源是否权威可信，一 般来说，正规的报纸、杂志，以及知名商场的海报上提供的二维码是安全的，但在网 站上发布的不知来源的二维码需要引起警惕。 应该选用专业的加入了监测功能的扫码 工具，扫到可疑网址时，会有安全提醒。如果通过二维码来安装软件，安装好以后， 最好先用杀毒软件扫描一遍再打开。4. Zig-BeeZigbee （全新无线网络数据通信技术）技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传 输的需求而产生的，Zigbee

12、网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于 各种自动控制领域。Zigbee的由来： 在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺 陷。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大， 距离近， 组网规模太小等， 而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。 正因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年中通过后，于 2004正式问世了。Zigbee 是一个由可多到 65000 个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台， 十 分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围

13、内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间 的距离可以从标准的 75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个 Zigbee网络 还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地 的一个Zigbee控制网络。不同的是，Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立，而移动通信网主要 是为语音通信而建立； 每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上， 而每个 Zigbee" 基站 "却不到 1000 元人民币 ;每个 Zigbee 网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如 传感器连接直接进行数据采集和监控， 它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据

14、资料；除此之外，每一个 Zigbee网络节点（FFD还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。每个Zigbee网络节点（FFD和RFD可以可支持多到 31个的传感器和受控设备， 每一个传感器和受控设备终可以有 8 种不同的接口方式。 可以采集和传输数字量和模 拟量。Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自 动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电 力，矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的 车辆进行定位。 （成都西谷曙光数字技术公司的专利技术）

15、。通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：1 需要数据采集或监控的网点多；2 要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；3 要求数据传输可性高，安全性高；4 设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；5 电池供电；6 地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；7 现有移动网络的覆盖盲区；8 使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。9.使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。Zigbee 技术的特点：省电：两节五号电池支持长达 6 个月到 2 年左右的使用时间 可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙， 避

16、免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整 个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。网络容量大：可支持达 65000 个节点。安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的 AES-12&高保密性：64位出厂编号和支持 AES-128加密Zigbee技术和RFID技术在2004年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。关于这方面的报道，你只需在百度，或GOOGLE搜索栏中键入"Zigbee&

17、quot;，你就会看到大量的有关报道。总之，今后若干年，都将是Zigbee技术飞速发展的时期。5. 蓝牙技术蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是 10m 之内）的无线电技术。能在包括 移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15工作在2.4GHz频带，带宽为1Mb/s。Bluetooth 无线技术是在两个设备间进行无线短距离通信的最简单、 最便捷的方法。 它广泛应用于世界各地， 可以无线连接手机、 便携式计算机、 汽车、 立体声耳机、 MP3 播 放器等多种设备。由于有了 “配置文件 ”这一独特概念， Bluetooth 产品

18、不再需要安装驱动 程序软件。 此技术现已推出第四版规格， 并在保持其固有优势的基础上继续发展 小型 化无线电、 低功率、 低成本、 内置安全性、 稳固、 易于使用并具有即时联网功能。 Bluetooth 无线技术是现在市场上唯一得到认可的主导短距离无线技术，2005 年底，其周出货量已超过五百万件，已安装基站数超过 5 亿个。全球可用Bluetooth 无线技术规格供我们全球的成员公司免费使用。许多行业的制造商都积极地在 其产品中实施此技术，以减少使用零乱的电线，实现无缝连接、流传输立体声，传输数据 或进行语音通信。 Bluetooth 技术在 2.4 GHz 波段运行，该波段是一种无需申请许可证的 工业、科技、医学 (ISM) 无线电波段。正因如此，使用 Bluetooth 技术不需要支付任何 费用。但您必须向手机提供商注册使用GSM或CDMA,除了设备费用外，您不需要为使