无线传感网络第十章

1、第第1010章章 物联网环境下的无线传感器网络物联网环境下的无线传感器网络 10.1 RFID10.1 RFID与无线传感器网络的整合与无线传感器网络的整合10.1.1 RFID10.1.1 RFID的基础理论的基础理论 1.RFID1.RFID的定义的定义射频识别技术是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射射频识别技术是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合频信号和空间耦合( (电感或电磁耦合电感或电磁耦合) )或雷达反射的传输特性，实现对被或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。它通常用来分类和追踪市场和制造厂中的产品。识别物体的自动识别。它通常用来分

2、类和追踪市场和制造厂中的产品。 简明扼要地说，简明扼要地说，RFIDRFID系统有两个主要的成分：标签和阅读器。一个系统有两个主要的成分：标签和阅读器。一个标签有一个确定标签有一个确定( (身份证身份证) )号码和记忆单元，这些记忆单元用来储存数据。号码和记忆单元，这些记忆单元用来储存数据。 2. RFID2. RFID技术技术 (1)RFID(1)RFID的类型标签的类型标签 基于能源来源，基于能源来源，RFIDRFID标签分为三个主要的种类：有源标签、无源标标签分为三个主要的种类：有源标签、无源标签、半无源无源签、半无源无源( (半有源半有源) )标签。标签。 基于存储模式，基于存储模式，

3、RFIDRFID标签可以分为两类：可读标签可以分为两类：可读/ /写的标签和只读写的标签和只读RFIDRFID标签与无线传感网络的整合。标签与无线传感网络的整合。 (2)(2)无线电电波无线电电波 RFIDRFID标签可以在三种频率下工作：低频率，标签可以在三种频率下工作：低频率，(LF(LF，30kHz30kHz500kHz)500kHz)、高频率高频率(HF(HF，10MHz10MHz15MHz)15MHz)和超高频率和超高频率(UHF(UHF，850MHz850MHz950MHz950MHz2.4GHz2.4GHz2.5GHz2.5GHz，5.8GHz)5.8GHz)。与较高的频率标签比

4、较起来，。与较高的频率标签比较起来，LFLF标标签不会受液体或金属影响。对于大部分应用，签不会受液体或金属影响。对于大部分应用，LFLF标签与任何一个较高的标签与任何一个较高的频率标签相比，它有较快的运行速率和低廉的价格。然而低频标签阅频率标签相比，它有较快的运行速率和低廉的价格。然而低频标签阅读范围较小并且阅读速度低。读范围较小并且阅读速度低。LFLF标签的典型应用有通路控制、动物确认标签的典型应用有通路控制、动物确认和详细目录控制。和详细目录控制。LFLF标签的通用频率在标签的通用频率在125kHz125kHz134.2kHz134.2kHz和和140kHz140kHz148.5kHz14

5、8.5kHz之间之间。10.1.1 RFID10.1.1 RFID的基础理论的基础理论10.1.210.1.2 RFIDRFID和无线传感网络整合的原因和无线传感网络整合的原因 1 1射频识别技术和无线传感网的应用射频识别技术和无线传感网的应用RFIDRFID网络的主要应用是侦测标注物体和人的出现。网络的主要应用是侦测标注物体和人的出现。RFIDRFID标签系标签系统的另一个重要应用是提供物体的位置。物体定位有不同的方法：统的另一个重要应用是提供物体的位置。物体定位有不同的方法： 侦测有移动阅读器的物体的位置，标签固定在已知位置；侦测有移动阅读器的物体的位置，标签固定在已知位置； 用固定的阅读

6、器侦测被标记物体上的标签位置。在大规模用固定的阅读器侦测被标记物体上的标签位置。在大规模RFIDRFID系统中，使用三角测量或信号处理技术，系统中，使用三角测量或信号处理技术，RFIDRFID标签判断位置的性标签判断位置的性能可进一步改进。能可进一步改进。通过结合通过结合RFIDRFID标签标签( (识别和定位识别和定位) )和无线传感网和无线传感网( (测知、识别测知、识别以及定位以及定位) )的属性，我们能概括出四个不同的应用。的属性，我们能概括出四个不同的应用。(1)(1)整合整合RFIDRFID的识别和无线传感网的测知。的识别和无线传感网的测知。 (2)(2)整合整合RFIDRFID标

7、签与传感器来识别物体与人。标签与传感器来识别物体与人。 (3)(3)整合整合RFIDRFID标签识别物体标签识别物体/ /人和无线传感网的定位。人和无线传感网的定位。(4)(4)在整合系统中，用在整合系统中，用RFIDRFID标签协助传感器定位。标签协助传感器定位。10.1.210.1.2 RFIDRFID和无线传感网络整合的原因和无线传感网络整合的原因2.RFID2.RFID标签和无线传感网技术之间的不同标签和无线传感网技术之间的不同无线传感网的主要成分是传感节点。除传感节点之外，网络无线传感网的主要成分是传感节点。除传感节点之外，网络能包含中继器、汇聚器和一些其他的节点。节点间的通信是多跳

8、能包含中继器、汇聚器和一些其他的节点。节点间的通信是多跳的。另一方面，传统的的。另一方面，传统的RFIDRFID系统由系统由RFIDRFID标签和阅读器组成，阅读标签和阅读器组成，阅读器和标签之间的通信是单跳的。器和标签之间的通信是单跳的。10.1.210.1.2 RFIDRFID和无线传感网络整合的原因和无线传感网络整合的原因10.1.3 RFID10.1.3 RFID标签与传感器的整合标签与传感器的整合1.1.无源标签与集成传感器无源标签与集成传感器 2.2.半无源标签集成传感器半无源标签集成传感器 3.3.有源标签与集成传感器有源标签与集成传感器 10.1.4 RFID 10.1.4 R

9、FID标签与无线传感节点和标签与无线传感节点和 无线设备的整合无线设备的整合无线装置无线装置RFIDRFID与传感器整合的标签通信能力受限。在高端应用中，与传感器整合的标签通信能力受限。在高端应用中，无线传感节点和无线电装置的无线传感节点和无线电装置的RFIDRFID标签是可能的，所以整合的标签能标签是可能的，所以整合的标签能够与许多无线电装置通信，阅读器也没有限制。虽然整合传感器的标够与许多无线电装置通信，阅读器也没有限制。虽然整合传感器的标签是与读者通信的传统签是与读者通信的传统RFIDRFID标签，但是这个级别的标签能够与其他无标签，但是这个级别的标签能够与其他无线装置通信，包括标签本身

10、。因此，这个级别的标签能够互相通信，线装置通信，包括标签本身。因此，这个级别的标签能够互相通信，并形成一个单跳网络。这些新的标签可以遵循现有的并形成一个单跳网络。这些新的标签可以遵循现有的RFIDRFID标准，也可标准，也可以有专有的协议。以有专有的协议。在图在图10-510-5中说明了传感节点的成分，整合标签监听的节点中中说明了传感节点的成分，整合标签监听的节点中的的RFIDRFID收音机，如果发现通道活动，标签会激活传感器去监听这收音机，如果发现通道活动，标签会激活传感器去监听这个通道并且通过射频收音机接收数据。另外，传感节点能保持睡个通道并且通过射频收音机接收数据。另外，传感节点能保持睡

11、眠状态。由于眠状态。由于RFIDRFID收音机比收音机比RFRF传感器收音机耗能量少，当它提供传感器收音机耗能量少，当它提供点到点的延迟时，点到点的延迟时，RFIDRFID脉冲技术能量消耗是很有价值的。脉冲技术能量消耗是很有价值的。 10.1.4 RFID 10.1.4 RFID标签与无线传感节点和标签与无线传感节点和 无线设备的整合无线设备的整合 10.1.4 10.1.4读写器与无线传感节点和读写器与无线传感节点和 无线设备的整合无线设备的整合另外其他类型的另外其他类型的RFIDRFID和传感器的整合包括无线传感节点和无线服和传感器的整合包括无线传感节点和无线服务的整合，整合能够增加新的功

12、能而且打开一些新的申请门槛。整合的务的整合，整合能够增加新的功能而且打开一些新的申请门槛。整合的阅读器能够测知环境的情况，互相无线通信，从贴标签的物体读取识别阅读器能够测知环境的情况，互相无线通信，从贴标签的物体读取识别信息，有效地传送主持人数据。基于整合传感节点的功能，目前的解决信息，有效地传送主持人数据。基于整合传感节点的功能，目前的解决方法可以分为三类。方法可以分为三类。第一类中，第一类中，RFIDRFID阅读器与阅读器与WI-FIWI-FI标准进行无线通信的无线服务整合。标准进行无线通信的无线服务整合。一种工业解决方法是由一种工业解决方法是由Alien TechnologAlien T

13、echnolog开发的开发的ALR9770ALR9770系列系列RFIDRFID阅读器，阅读器，这种装置支持所有这种装置支持所有EPCEPC协议，对协议，对EPC GEN2EPC GEN2是高层次的。是高层次的。 在第二类中整合的传感节点提供了传感和通信功能，它使用了热在第二类中整合的传感节点提供了传感和通信功能，它使用了热敏传感、高频敏传感、高频RFIDRFID阅读器识别和检测金属伺候器的温度，每个伺候器阅读器识别和检测金属伺候器的温度，每个伺候器连接了一个连接了一个13.56MHz13.56MHz的标签。每个伺候器内部都连接一个与热敏传感的标签。每个伺候器内部都连接一个与热敏传感器相连的阅

14、读器，这些传感器用来检测内部的温度，所有的阅读器连器相连的阅读器，这些传感器用来检测内部的温度，所有的阅读器连在一起形成网络。如果网络连有在一起形成网络。如果网络连有PortalPortal阅读器和五衔接的雇员的身份阅读器和五衔接的雇员的身份卡片，这个应用可以显示出传感器移出了伺候器区域和被哪个雇员移卡片，这个应用可以显示出传感器移出了伺候器区域和被哪个雇员移走的。走的。在第三类中，在第三类中，RFIDRFID阅读器和传感器连接了许多装置，例如阅读器和传感器连接了许多装置，例如PDAPDA、手机、手机、RFIDRFID基站传感网络提供了把传感器添加到基站传感网络提供了把传感器添加到RFIDRF

15、ID无线装置的方法。无线装置的方法。 10.1.4 10.1.4读写器与无线传感节点和读写器与无线传感节点和 无线设备的整合无线设备的整合 混合混合RFIDRFID标签和传感节点系统工程包括三种级别的服务，第标签和传感节点系统工程包括三种级别的服务，第一级别的无线服务称为没有严格限制的智能站。智能站包括一个一级别的无线服务称为没有严格限制的智能站。智能站包括一个RFIDRFID阅读器、数据微处理器和网络接口。第二级别和第三级别的阅读器、数据微处理器和网络接口。第二级别和第三级别的装置是常规标签和传感节点，智能站从标签和传感节点收集信息，装置是常规标签和传感节点，智能站从标签和传感节点收集信息，

16、然后传送信息到主然后传送信息到主PCPC机或远程控制机或远程控制LANLAN。来自。来自RFIDRFID与与WSNWSN的信息可的信息可以进一步整合进基站，专为特殊申请。以进一步整合进基站，专为特殊申请。10.1.5 RFID10.1.5 RFID和传感器的混合和传感器的混合另一个在供应链中用来追踪另一个在供应链中用来追踪RFIDRFID和感应数据的工程被分解为和感应数据的工程被分解为四层：物理层、数据层、过滤层和申请层。落实轨道和痕迹与寒四层：物理层、数据层、过滤层和申请层。落实轨道和痕迹与寒冷链模式进一步呈现，落实包括掌上电脑、服务器、阅读器和传冷链模式进一步呈现，落实包括掌上电脑、服务器

17、、阅读器和传感器，系统工程结构如感器，系统工程结构如10-810-8图。图。10.1.5 RFID10.1.5 RFID和传感器的混合和传感器的混合10.210.2物联网与无线传感器网络物联网与无线传感器网络 10.2.110.2.1物联网的基本概念物联网的基本概念物联网物联网(Internet Of Things, IOT)(Internet Of Things, IOT)的概念首先由麻省理工的概念首先由麻省理工学院学院(MIT)(MIT)的自动识别实验室在的自动识别实验室在19991999年提出。它的定义很简单：年提出。它的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，

18、实把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。也就是说，物联网是指各类传感器和现有现智能化识别和管理。也就是说，物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一个新技术。的互联网相互衔接的一个新技术。 按照按照20052005年国际电信联盟年国际电信联盟(ITU)(ITU)的报告的报告物联网物联网。世界上所有的人和物。世界上所有的人和物在任何时间、任何地点，都可以方便地实现人与人、人与物、物与物之间的信在任何时间、任何地点，都可以方便地实现人与人、人与物、物与物之间的信息交互，物联网主要解决物品到物品息交互，物联网主要解决物品到物品(Thing to Thing(Thing to Thing，T2T)T2T)、人到物品、人到物品(Human to Thing(Human to Thing，H2T)H2T)、人到人、人到人(Human to Human(Human to Human，H2H)H2H)之间的互连。之间的互连。H2TH2T是是指人利用通用装置与物品之间的连接，指人利用通