《物联网》全册配套完整教学课件2

《物联网》全册配套完整教学课件2第一章绪论

物联网的由来与发展

物联网的定义

物联网的特征

物联网的框架结构4123

物联网的关键技术5

应用领域6目录物联网由来与发展1.11.1由来与发展2005年国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念，并且指出无所不在的“物联网”通信时代即将来临。然而，报告对物联网缺乏一个清晰的定义，并且覆盖范围有了较大的拓展2009年初美国国际商业机器公司，即IBM，提出“智慧的地球”概念，认为：信息产业下一阶段的任务是把新一代信息技术充分运用在各行各业之中，具体就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网2009年6月欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》，其目的为希望欧洲通过构建新型物联网管理框架来引领世界“物联网”发展。2009年8月日本提出“智慧泛在”构想，将传感网列为国家重要战略，致力于一个个性化的物联网智能服务体系发展之路发展之路（续）2009年8月国务院总理温家宝来到中科院无锡研发中心考察，指出关于物联网可以尽快去做三件事情：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心2009年10月韩国通信委员会通过《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网确定为新增长动力，树立了“通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流信息强国”的目标2010年3月

国务院总理温家宝在《政府工作报告》中，将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴，表明物联网已经被提升为国家战略，中国开启物联网元年物联网的定义1.21.2物联网定义

TheInternetofthings

物物相连

人-车-物-信息流让客观事物会说话AnytimeAnythingAnyoneAnywhere物联网是一种通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定协议，使物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。全面感知利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取可靠传送通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享智能处理利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制主要特征

物联网的特征1.3

网络化

物联化

互联化

自动化4123

感知化5

智能化6物联网的本质是网络通讯物联网核心技术是无线技术

框架结构1.4

物联网硬件软件感知控制层网络传输层应用服务层1.4框架结构框架结构感知控制层网络传输层应用服务层主要技术EPC编码和RFID射频识别技术无线传感器网络，PLC，蓝牙，Wi-Fi，现场总线云计算技术、数据融合与智能技术、中间件技术知识点EPC编码的标准和RFID的工作原理数据传输方式，算法，原理云连接、云安全、云存储、知识表达与获取、智能Agent知识单元产品编码标准、RFID标签、阅读器、天线、中间件组网技术，定位技术，时间同步技术，路由协议，MAC协议，数据融合数据库技术、智能技术、信息安全技术知识体系通过对产品按照合适的标准来进行编码实现对产品的辨别。和通过射频识别技术，完成对产品的信息读取，处理和管理技术框架，通信协议，技术标准云计算系统、人工智能系统、分布智能系统软件（平台）RFID中间件（产品信息转换软件、数据库等）NS2，IAR,KEIL,Wave数据库系统、中间件平台、云计算平台硬件（平台）RFID应答器、阅读器，天线组成的RFID系统。CC2430,EM250,JENNICLTD,FREESCALEBEEPC机和各种嵌入式终端相关课程编码理论、通信原理、数据库、电子电路无线传感器网络简明教程，电力线通信技术，蓝牙技术基础，现场总线技术微机原理与操作系统、计算机网络、数据库技术、信息安全软件应用服务层掌握应用系统设计技术关键，物联网应用软件开发；应用数据结构，数据流设计；能够独立设计不同需要的物联网应用系统硬件网络传输层多种网络网关设计，HF,UHF

－RFID读卡器设计；掌握主流无线和无线网络标准，主要路由算法掌握，网络监视和数据库设计感知控制层无线节点硬件和核心协议栈软件设计，RFID无源有源标签设计技术掌握，低功耗无线设计，基础无线网络技术掌握，安全和加密原理和设计物联网关键技术1.5

1.5关键技术RFID和EPC技术物联网中让物品“开口说话”的关键技术，物联网中，通过EPC编码，RFID标签上存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品（商品）的识别传感控制技术在物联网中，传感控制技术主要负责接收物品“讲话”的内容。传感控制技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理、变换和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进等活动无线网络技术物联网中，物品与人的无障碍交流，必然离不开高速、可进行大批量数据传输的无线网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离的蓝牙技术和红外技术组网技术组网技术就是网络组建技术，分为以太网组网技术和ATM局域网组网技术，也可分为有线、无线组网，在物联网中，组网技术起到“桥梁”的作用，其中应用最多的是无线自组网技术，它能将分散的节点在一定范围之内自动组成一个网络，来增加各采集节点获取信息的渠道。除了采集到的信息外，该节点还能获取一定范围之内的其他节点采集到的信息，因此在该范围内节点采集到的信息可以统一处理，统一传送，或者经过节点之间的相互“联系”后，它们协商传送各自的部分信息人工智能技术人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的技术。在物联网中，人工智能技术主要负责将物品“说话”的内容进行分析，从而实现计算机自动处理应用中的难点技术标准问题世界各国存在不同的标准，中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作数据安全问题信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑IP地址问题每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。IPv6协议已经从实验室走向了应用阶段物联网终端问题物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战应用领域1.6

物联网管理平台移动POS金融供应链智能运输工业自动化智能建筑消防公共安全环境保护气象数字化医疗遥感勘测军事农业林业水务电力煤炭石化物流、零售、自动服务设备、安全、节能生产、安全、防灾、水电油气防火、勘察、报警污染检测、报警水质、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪抄表、监控、节能设备、临床、辅助诊断、病程险情、油井、运输、管线联动、消防栓、定位、调度照明、信号、应急、灾害、识别大地勘测、森林、地震、海洋侦查、监控、定位、评估降水、防洪、远程设备交易、订单、跟踪、识别通风、瓦斯、救灾定位库存、车队、监控、导航、识别、货物电子支付、实时信息十大领域智能电网智能交通智能物流智能家居环境与安全检测医疗健康国防军事精细农牧业金融与服务业工业与自动化控制智能交通物联网系统组成小结

物联网的发展是随着互联网、传感器等发展而发展的。理念是在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信等技术，构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。物联网的显著特点是技术高度集成，学科复杂交叉，综合应用广泛，目前发展应用主要体现在智能电网、智能交通、智能物流、智能家居等领域。P31第2章物联网的体系结构P32

123本章要点物联网的体系结构物联网的技术体系EPC的编码系统P332.1物联网的体系结构物联网的英文名称是“InternetofThings”，它的概念最早是在1999年，由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出的。它是指利用产品电子代码EPC、射频识别技术，通过网络（当时网络的概念还仅限于通过互联网），实现在任何的时候，任何地点对任何物品识别和管理，即物品的互联互通。P342.1物联网的体系结构感知层——皮肤、传感器网络层——接入、传输应用层——目的、核心P352.1物联网的体系结构P362.1物联网的体系结构P372.1物联网的体系结构3.物联网体系架构物联网系统划分为三个层次:一是感知层，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是网络层，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是应用层，把感知层得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。P382.1物联网的体系结构P392.1物联网的体系结构4.物联网感知层感知层主要包括：自动识别技术产品和传感器(条码、RFID、传感器等)，无线传输技术（WLAN、Bluetooth、ZigBee、UWB），自织组网技术和中间件技术P402.1物联网的体系结构5.物联网网络层网络层起连接上下两层的作用。网络层的作用就是当感知层中的感应设备将物品信息传输到网络节点后,再通过网络层中的移动通信网、互联网和其他专用网络连接各个服务器,以此来使客户可以根据自己的需要获取物品信息。。P412.1物联网的体系结构6.物联网应用层物联网应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。应用层是物联网发展的目的。P422.2物联网的技术体系结构1.物联网的技术体系物联网技术涉及多个领域，这些技术在不同的行业具有不同的应用需求和技术形态。在这个技术体系中，物联网的技术构成主要包括感知与标识技术、网络与通信技术、计算、服务技术、管理与支撑技术、及应用技术与公共技术。P432.2物联网的技术体系结构EPC编码协议EPC系统结构EPC条形码标签EPC、条形码、RFID标签4123EPC编码系统ElectronicProductCode电子产品编码什么是EPC？EPC最终目标是为每一个商品建立全球的、开放的编码标准。我们身边的EPCEPC1EPC统一了对世界范围内的商品的标识编码的规则，并通过应用于RFID系统中，联合网络技术而组成了EPC系统。2EPC规定了用数字信息的形式存储于和具体的商品实物固定在一起的RFID应答器中EPC编码协议2.1

目前的EPC系统中应用的编码类型主要有三种：64位、96位和256位。EPC编码由版本号、产品域名管理、产品分类部分和序列号四个字段组成。64位EPC-64编码类型，分为typeⅠ、typeⅡ和typeⅢ三种类型目前只有一种typeⅠ型，版本号字段占8位，域名管理占28位，序列号为36位。目前主要三种EPC应用编码EPC-256编码类型，分为typeⅠ、typeⅡ和typeⅢ三种类型，它的域名管理分别占32位、64位和128位96位256位

Ⅰ型EPC-64编码提供的占有两个数字位的版本号编码。21位被分配给了具体的EPC域名管理编码，17位被用于标识产品具体的分类信息，最后的24位序列具体地标识了具体的产品的个体。

当Ⅰ型EPC-64无法满足需要时可以采用Ⅱ型EPC-64来满足大量产品和对价格反应敏感的消费品生产者的要求。Ⅱ型EPC-64编码采用34位的产品序列号，与13位对象分类区结合（允许多达8192库存单元），远远超过了世界上最大的消费品生产商的生产能力。

Ⅰ型EPC-96的设计目的是成为一个公开的物品标识代码。它的应用类似于目前的统一产品代码，具体的字段含义如下

EPC的64位编码和96位编码版本已经不足以长期使用。更长的EPC编码规则一直以来就广受期待并酝酿已久。EPC的256位编码标准就是在这种情况下应运而生的。EPC的系统结构2.2EPC的系统结构

全球电子产品编码体系

EPC识别系统

信息网络系统1ONS(ObjectNamingService)对象名称解服务器，它用来把EPC转化成IP地址，用来定位相应的计算机和完成相应的信息交互服务。2PML(PhysicalMarkupLanguage)实体标识语言服务器中，存储用PML语言描述的实物信息，如实物名称、种类、性质、生产日期、生产厂家信息、实物存放位置、实物的使用说明等。Step1EPC编码读写器读出商品中的EPC编码信息，Step2由EPC产品管理中间件，传输到Internet中，Step3经过网络传到ONS服务器，找到该EPC对应的IP地址，由IP地址找到PML服务器，从产品信息的数据库中，获取相关实物信息并作相应处理。2.3EPC条形码标签EPC条形码标签

条形码技术是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身。

条形码是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用来表达信息的图形标识符。一维条形码二维条形码一维条码是由一组宽度不同、反射率不同的平行相邻的线条和空白，按照一定的编码规则和技术标准组合而成，用来表示某种数据信息的符号。

在EPC条形码的编码方式中在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码，称为二维条码（2dimensionalbarcode），可直接显示英文、中文、数字、符号、图型条形码一维条形码二维条形码2.4EPC、条形码、RFID标签EPC、RFID、条形码的区别与联系EPCRFID条形码条形码是应用了不同宽度的黑白条码反射光来编码，具体成本低廉，使用方便，缺点是编码容量不足。RFID标签是存储了具体的EPC标准的产品编码信息的产品标签，它会因不同应用场合的具体要求而表现出不同的封装形式，如纽扣类、IC卡类以及条形码形式等等。EPC是编码标准，规定了对具体不同商品产品唯一的编码格式，完成RFID产品信息编码。EPC、条形码、RFID标签的区别

RFID标签与阅读器的信息交互的媒介是通过射频，即电磁场，同时它也具备微型存储器、微处理器、天线等部件。

日常看到的条形码只是利用不同宽度黑白条码来完成信息编码，物理上并不具备以上几部分。一维条形码一维条码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息，其一定的高度通常是为了便于阅读器的对准。在EPC条形码的编码方式中在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码。贮存数据量大，可存放1K字符，可用扫描仪直接读取内容，无需另接数据库二维条形码自动识别技术概念条形码（一维、二维）卡识别（磁卡、IC卡）生物识别（人脸、指纹、虹膜等）4123目录3.1自动识别技术

自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。常见的自动识别技术1.条码技术(Barcode)条形码是日常生活中经常会看到的一种自动识别技术，也是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。2.

条形码(barcode)识别技术P732.

条形码(barcode)识别技术P74一维条码优越性可靠性强

（误差概率1/15000）效率高。

（速率40字符/秒）成本低。

易于制作。

构造简单。灵活实用。实现自动化管理。2.

条形码(barcode)识别技术P75一维条码局限性数据容量较小只能包含字母和数字条码尺寸相对较大（空间利用率较低）2.

条形码(barcode)识别技术P76二维条码

二维条码正是为了解一维条码无法解决的问题而产生的。因为它具有高密度、高可靠性等特点，所以可以用它表示数据文件(包括汉字文件)、图像等。二维条码是大容量、高可靠性信息实现存储、携带并自动识读的最理想的方法2.

条形码(barcode)识别技术P77二维条码

二维码（dimensionalbarcode），又称二维条码，是在一维条码的基础上扩展出的一种具有可读性的条码。设备扫描二维条码，通过识别条码的长度和宽度中所记载的二进制数据，可获取其中所包含的信息。相比一维条码，二维码记载更复杂的数据，比如图片、网络链接等。2.

条形码(barcode)识别技术P78二维条码的优越性1．高密度编码，信息容量大：2．编码范围广：3．容错能力强，具有纠错功能（损毁面积50%正常读取）4．译码可靠性高（误码率：千万分之一）5．可引入加密措施：6．成本低，易制作，持久耐用。7．条码符号形状、尺寸大小比例可变。8．二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读。一维条形码二维条形码资料密度与容量密度低，容量小密度高，容量大错误侦测及自我纠正能力可以进行错误侦测，但没有错误纠正能力有错误检验及错误纠正能力，并可根据实际应用设置不同的安全等级垂直方向的资料不储存资料，垂直方向的高度是为了识读方便，并弥补印刷缺陷或局部损坏携带资料，可以纠正印刷缺陷或局部损坏等，并能恢复资料主要用途主要用于对物品的标识用于对物品的描述资料库与网络依赖性多数场合需依赖资料库及通讯网络可不依赖资料库及通讯网络而单独使用识读设备可用线型扫描器识读，如光笔、线型CCD等对于堆叠式可用线型扫描器，或图像扫描仪识读，对于矩阵式则只能用图像扫描仪识读一维条码和二维条码的比较

2.光学字符识别(OCR)

光学字符识别(OpticalCharacterRecognition，OCR)是指对文本资料进行扫描，然后对图像文件进行分析处理，获取文字及版面信息的过程。

常见自动识别技术3.卡识别技术磁条(卡)技术IC卡识别技术常见自动识别技术4.生物识别技术利用人的生物个体差异，通过计算技术，进行识别代表有：指纹识别人脸识别虹膜识别声音识别静脉识别………

4.1指纹识别

指纹识别技术是指利用人体指纹特征的差异进行身份认证的一种技术。常见自动识别技术4.2虹膜识别

虹膜识别技术是指利用人体虹膜特征的差异进行身份认证的一种技术。常见自动识别技术4.3静脉识别

静脉识别技术是指利用人体静脉血管特征的差异进行身份认证的一种技术。常见自动识别技术4.4人脸识别

人脸识别技术是指利用人体面部特征的差异进行身份认证的一种技术。常见自动识别技术人脸识别技术人脸识别的过程自主研发的人脸识别技术应用各级人大、政协两会自主研发的人脸识别技术RFID部分RFID概述RFID原理RFID分类RFID应用4123目录1RFID概述RFID概述

RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写，即无线射频识别，俗称电子标签。是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID原理RFID原理RFID系统的工作原理电磁感应工作方式一般适合于中低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125KHz、225KHz和13.56MHz。识别作用距离小于1米，典型作用距离为10～20厘米。电感耦合示意图电磁传播或电磁反向散射（BackScatter）耦合，即所谓的雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律，如图所示。电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz。识别作用距离大于1米，典型作用距离为3～l0米。

电磁反向散射耦合RFID构成和原理RFID系统可分为硬件和软件两大部分，硬件组件包括电子标签、读写器、天线。RFID系统的软件组件可分RFID系统软件、RFID中间件和主机应用程序。RFID构成和原理RFID的硬件组成1)电子标签电子标签也称应答器，是一个微型的无线收发装置，主要由内置天线和芯片组成。芯片中存储能够识别目标的信息，当读写器查询时它会发射数据给读写器。

RFID构成和原理2)读写器读写器是一个捕捉和处理RFID标签数据的设备，它可以是单独的个体，也可以嵌入到其他系统之中。读写器也是构成RFID系统的重要部件之一，由于它能够将数据写到RFID标签中，因此称为读写器。

RFID构成和原理3)天线天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的设备，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。RFID概述1940195019601970198019902000出现探索丰富发展商用提速广泛RFID发展历程RFID产品种类更加丰富，成本不断降低。1941—19601961—19801981—20002000—今RFID发展历史RFID技术有了大的发展，有了早期的应用RFID进入商业应用标准化出现，RFID产品逐渐进入生活。雷达的改进催生RFID技术，1948年奠定了RFID理论基础处于实验室阶段。RFID概述与其他自动识别技术相比，RFID的主要特性包括以下4个方面。(1)数据的读写(ReadWrite)机能;(2)小型化和多样化的形状;(3)耐环境性;(4)可重复使用3RFID分类RFID分类1.按供电方式不同的分类(1)有源电子标签(2)无源电子标签(3)半无源电子标签RFID分类2.按使用频率不同的分类低频(LowFrequency，LF)(2)高频(HighFrequency，HF)(3)超高频(UltraHighFrequency，UHF)(4)微波(Microwave，uW)RFID分类高频（HF）超高频（UHF）低频（LF）低频135KHz以下高频13.56MHz超高频860M~960MHz微波2.4G微波（MW）LF代表低频射频，在125KHz左右。HF代表高频射频，在13.54MHz左右。UHF代表超高频射频，在850～910MHz范围之内。还有2.4G的微波频段。RFID主要频段和特性RFID技术的应用RFID发展面临的难题(1)成本的下降；(2)国际标准的制定与推行；(3)可能引起隐私权的问题。RFID技术的应用RFID阅读器频率分类和我们听的收音机类似，射频应答器和阅读器同样要调制到相同的频率点才能工作。LF、HF、UHF就分别对应着不同频率的射频频段。具体见下表

在RFID系统中，识别信息存放于电子信息载体中，这个电子信息载体就是应答器，应答器在具体不同应用领域有表现为多种不同的形式，

应答器的基本是由天线、编/解码器、电源、解调器、存储器，控制器以及负载电路组成。

从应答器传送信息到阅读器，状态数据在CPU的控制下，从存储器中取出经过编码器和负载调制单元发送到阅读器。应答器天线部分主要用于数据通信和获取射频能量。

应答器能源不同可以分为：无源（被动式）应答器、半无源（半被动式）应答器和有源（主动式）应答器。

有源应答器，这种应答器工作所需的能量完全来自于自身的电源模块，它会主动地与阅读器信息传输。

由于这样的就需要比较大能量供应，所以有源应答器的体积往往比较大，重量也较重。控制器是应答器系统的核心部分，对于可读可写应答器，需要内部逻辑控制对读写的使能，读写的操作的支持。

对于有密码的答器，要求控制器能进行数字验证操作。

图中黑色区域就是该应答器的CPU、存储器、编解码功能单元，外围印制铜模线即为应答器的天线单元。RFID的应答器的存储容量一般在几字节到几千字节之间，存储器存储的数据量一般为产品的序列号，如EPC编码。5RFID的天线天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的装置，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。当前的RFID系统主要集中在LF、HF(13.56MHz)、UHF（860~960MHz）和微波频段，

(1)天线方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。(2)天线增益增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。(3)波瓣宽度方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。(4)天线的极化天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。如图所示为两种基本的单极化方式：垂直极化是最常用的；水平极化也是要被用到的。

第四章物联网传感器技术传感器与我们的生活密不可分灯光烟雾手机（数一数智能手机里的传感器）车辆（速度、胎压、灯光、雨刷、液位）工作娱乐………探空火箭人脸识别新能源汽车关键技术多用途无人机

航天英雄杨立伟发射北华航天研发的火箭北华航天成果在东北亚博览会开幕式上吴仪副总理参观北华航天新能源汽车副省长矫正中试乘北华智能车传感器是物体的“五官”

把特定的被测信号，按一定规律转换成某种可用信号。

可用信号：便于处理的信号，一般为电信号，如电压、电流、电阻、电容、频率等

利用各种物理、化学、生物效应实现对被测信号的测量。

传感器两个概念：

1、检测信号

2、能把检测信号转换成与被测量有对应函数关系、便于传输、处理的物理量。传统传感器基础知识

几种常用传感器介绍

智能传感器MEMS技术4123传感器接口技术

54.1

传统传感器基础知识

1传感器技术：是物联网的基础技术之一，处于物联网构架的感知层。2传感器：是一种能把特定的被测信号，按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。。是物联网的基础技术之一，处于物联网构架的感知层。互联互通。传感器技术3传感器作用：传感器处于研究对象与检测系统的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口，它提供物联网系统赖以进行决策和处理所必需的原始数据。按被测量分类

物理量传感器

力学量压力传感器、力传感器、力矩传感器、速度传感器、加速度传感器、流量传感器、位移传感器、位置传感器、尺度传感器、密度传感器、粘度传感器、硬度传感器、浊度传感器热学量温度传感器、热流传感器、热导率传感器光学量可见光传感器、红外光传感器、紫外光传感器、照度传感器、色度传感器、图像传感器、亮度传感器磁学量磁场强度传感器、磁通传感器电学量电流传感器、电压传感器、电场强度传感器声学量声压传感器、噪声传感器、超声波传感器、声表面波传感器射线x射线传感器、β射线传感器、γ射线传感器、辐射剂量传感器化学量传感器离子传感器、气体传感器、湿度传感器生理量传感器生物量体压传感器、脉搏传感器、心音传感器、体温传感器、血流传感器、呼吸传感器、血容量传感器、体电图传感器生化量酶式传感器、免疫血型传感器、微生物型传感器、血气传感器、血液电解质传感器的基本原理静态特性：

指被测量的值处于稳定状态时的输出和输入关系。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。动态特性：

输出对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的基本指标1.工业自动化系统：以传感器一微机为核心的自动检测与控制系统2.航空航天：飞行速度方向、飞行姿态进行检测3.资源探测与环境保护：大气、水质污染、放射性、噪声的检测4.医学领域：人体温度、血压及腔内压力、血液5.家用电子产品6.军事领城传感器的应用领域4.2几种常用传感器介绍

温度传感器湿度传感器

超声波传感器

气敏传感器基本介绍：1温标：用来度量物体温度数值的标尺。2敏感元件与被测介质接触与否，分为：

⑴接触式温度传感器⑵非接触式温度传感器3

材料及电子元件特性，分为：

⑴热电阻⑵热电偶1绝对湿度：是大气中水汽的密度，即单位大气中所含水汽的质量。2相对湿度：相对湿度，指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。湿空气的绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。3

露点：使大气中原来所含有的未饱和水汽变成饱和水汽所必须降低的温度值。基本介绍：分类：电阻湿度传感器

敏感元件为湿敏电阻，其主要材料一般为电介质、半导体、多孔陶瓷、有机物及高分子聚合物。电容湿度传感器

敏感元件为湿敏电容，主要材料一般为高分子聚合物、金属氧化物。这些材料对水分子有较强的吸附能力，吸附水分的多少随环境湿度而变化。

利用超声波的特性研制而成；一种振动频率高于声波的机械波；频率高、波长短、绕射现象小；特别是方向性好、能够成为射线而定向传播对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面，会产生显著反射，形成反射成回波碰到活动物体能产生多普勒效应。广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。超声波传感器

被测气体的种类繁多，它们的性质也各不相同。所以不可能用一种方法来检测各种气体，其分析方法也随气体的种类、浓度、成分和用途而异。气敏传感器1气敏传感器：指将被测气体浓度转换为与其成一定关系的电量输出的装置或器件。主要参数与特性：①灵敏度：气敏元件对气体的敏感程度②响应时间：气敏元件的反应速度③选择性：气敏元件对不同的气体有不同的灵敏度④稳定性：气敏元件的输出特性保持不变的能力应用

半导体气敏元件，由于具有灵敏度高、响应时间长、恢复时间短、使用寿命长和成本低等待点，所以半导体气敏传感器有很广的应用。4.3智能传感器基本概念：1智能传感器：（intelligentsensor）具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。2三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。系统组成功能⑴自补偿和计算⑵自诊断功能⑶复合敏感功能

⑷强大的通讯接口功能⑸现场学习功能⑹提供模拟和数字输出⑺数值处理功能⑻掉电保护功能特点

⑴一定程度的人工智能是硬件和软件的结合体，可实现学习功能，更能体现仪表在控制体统的作用。可以根据不同的测量要求，选择合适的方案，并能对信息进行综合处理，对系统状态进行检测。⑵多敏感功能将原来分散的、各自独立的单敏传感器集成为具有多敏功能的传感器，能同时测量多种物理量和化学量，全面反映被测量的综合信息。⑶精度高、测量范围宽，随时检测出被测量的变化对检测元件特性的影响，并完成各种运算，其输出信号更为精确，同时其量程比可达100:1，最高达400:1，可用一个智能传感器应付很宽的测量范围，特别适用要求量程比大的控制场合。⑷通信功能可采用标准化总线接口，进行信息交换，这事智能传感器的标志之一。基于IEEE1451的网络化智能传感器1IEEE1451：一种新的通用智能化传感器接口标准，它为即插即用智能传感器与现有的各种总线提供了通用的接口标准。2标准的目的：开发一种软硬件连接方案，将智能变送器连接到网络或直接支持现有的各种网络技术，包括各种现场总线、因特网等；为不同厂家生产的传感器提供具有即插即用功能的智能传感器接口。

IEEE1451系列准则代号名称与描述状态EEEP1451.0智能变送器接口标准IEEE1451.1-1999网络适配处理器信息模型IEEEP1451.1网络适配处理器信息模型修订版IEEE1451.2-1997变送器与微处理器通信协议和TEDS格式IEEEP1451.2变送器与微处理器通信协议和TEDS格式修订版IEEE1451.3-2003分布式多点系统数字通信与TEDS格式IEEE1451.4-2004混合模式通信协议与TEDS(TransducerElectronicDataSheets(TEDS))格式颁布标准IEEEP1451.5无线通信协议与TEDS格式IEEEP1451.6CAN开放式协议变送器网络接口(CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)的简称)IEEEP1451.7系统通信协议和变送器电子数据表格式IEEE1451体系内容①建立网络化智能传感器的软件模型，包括信息与通信模型；②定义网络化智能传感器的硬件模型，包括网络适配器NCAP、智能变送器接口模块STIM及两者间的有线、无线接口；③定义NCAP中封装不同网络通信协议接口，支持多种网络模式及总线标准；④对智能传感器的数据传输、寻址、中断、触发等做详细规定；⑤定义电子数据表格TEDS及其数据格式。该标准规定的软件接口①对象模型

该标准通过定义每个对象类的接口和行为定义每个对象类。系统中，该标准定义4种对象类：

块类、组件类、服务类和非本标准规定的对象类。通过对象模型、数据模型和网络通讯模型3种模型实现:②数据模型

该模型规范了符合IEEE1451标准网络化智能传感器所涉及的数据类型，含基本和结构类型、物理数量和对象属性类型及与网络通讯相关的类型。③网络通信模型:

包括对象模型、数据模型和网络通信模型，这3种模型为传感器、网络适配器、通信网络间确定相应的软件接口。网络化智能变送器模型IEEE1451.2协议1IEEE1451.2协议：一种网络化智能传感器接口标准。2IEEE1451.2协议：提出了一种数字化点到点的智能接口模块到网络适配器的有线传输接口方案。3IEEE1451.2协议：规定智能传感器由网络适配器和智能传感器接口模块两部分构成。智能传感器发展趋势（1）向高精度发展（2）向高可靠性、宽温度范围发展（3）向微型化发展（4）向微功耗及无源化发展（5）向智能化数字化发展（6）向网络化发展4.4MEMS技术MEMS是微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems）的英文缩写。MEMS是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS定义1MEMS：由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。2MEMS目标：把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。MEMS特点3MEMS特点：体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异、功能强大、可以批量生产等。⑴微机械压力传感器⑵微加速度传感器⑶微机械陀螺仪⑷微流量传感器⑸微气体传感器⑹微机械温度传感器

常用的MEMS传感器

微加速度传感器加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。目前最新IBMThinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。美国ICSensors加速度传感器，3031,3022,3052,3035,1210,1220,1230,1240等。适用于地震监测，低频应用，测试仪器，机械控制等。

微气体传感器4.5传感器接口技术传感器输出信号的特点

(1)输出信号比较微弱有的传感器输出电压仅有0.1μV。这就要求接口电路必须有一定的放大能力。

(2)输出阻抗比较高这样会使传感器信号输入到测量电路时产生较大的信号衰减。

(3)输出信号动态范围很宽。输出信号随着输人物理量的变化而变化，但它们之间的关系不一定是线性比例关系。传感器与微机接口的一般结构输入通道的特点：

⑴输入通道的结构类型取决于传感器送来的信号大小和类型。⑵输入通道的主要技术指标是信号转换精度和实时性，后者为实时检测和控制系统的特殊要求。⑶输入通道是一个模拟、数字信号混合的电路，其功耗小，一般没有功率驱动要求。⑷被测信号所在的现场可能存在各种电磁干扰。输出通道的特点：

⑴通道的结构取决于系统要求，其中的信号有数字量和模拟量两大类，要用到的转换器件是D／A转换器。⑵微机输出信号的电平和功率都很小，而被控装置所要求的信号电平和功率往铰比较大，因此在输出通道中要有功率放大，即输出驱动环节。⑶输出通道连接被控装置的执行机构，各种电磁干扰会经通道进人被控装置，因此必须在输出通道中采取抗干扰措施。第五章无线传感器网络技术无线传感器网络概述无线传感器网络的技术体系无线传感器网络的通信协议无线传感器网络的技术标准4123多传感器网络的信息融合

5目录第五章无线传感器网络技术5.1无线传感器网络概述5.1.1无线传感器网络介绍

5.1.2传感器网络体系结构

5.1.3传感器网络的发展5.1.1无线传感器网络介绍无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,WSN）是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内被监测对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络具有以下的特点：

无中心互相协作（1）大规模网络（2）自组织网络（3）多跳路由（4）动态性网络（5）可靠的网络（6）以数据为中心的网络（7）应用相关的网络5.1.1无线传感器网络介绍(3）计算和存储能力有限（1）电源能量有限（2）通信能力有限现实约束5.1.2传感器网络体系结构5.1.2传感器网络体系结构

传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。5.1.2传感器网络体系结构物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；网络层主要负责路由生成与路由选择；传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；能量管理平台管理传感器节点如何使用能源，在各个协议层都需要考虑节省能量；移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。5.1.3传感器网络的发展无线传感器网络的基本思想起源于20世纪70年代。1978年，DARPA在卡耐基-梅隆大学成立了分布式传感器网络工作组。1980年DARPA的分布式传感器网络项目（WSN）开启了传感器网络的研究先河。20世纪80年代至90年代，研究主要在军事领域，成为网络中心战的关键技术，拉开了无线传感器网络研究的序幕。20世纪90年代中后期，WSN引起了学术界、军界和工业界的广泛关注，开启了现代意义的无线传感器网络技术。5.2无线传感器网络的技术体系5.2.1自组网技术5.2.2节点定位技术5.2.3时间同步技术5.2.4安全技术5.2.1自组网技术

移动自组织(Ad-Hoc)网络是一种多跳的临时性自治系统，它的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973提出的PR(PacketRadio)网络。IEEE在开发802.11标准时，提出将PR网络改名为Ad-Hoc网络，也即今天我们常说的移动自组织网络。AdHoc源于拉丁语，意思是“forthis”引申为“forthispurposeonly”，即“为某种目的设置的，特别的”意思，即Adhoc网络是一种有特殊用途的网络5.2.1自组网技术与其他传统通信网络相比，自组织网络具有以下显著特点：(1)无中心和自组织性。(2)动态变化的网络拓扑。(3)受限的无线传输带宽。(4)安全性较差。(5)多跳路由。5.2.2节点定位技术在传感器网络节点定位技术中，根据节点是否已知自身的位置，把传感器节点分为信标节点和未知节点。5.2.2节点定位技术邻居节点（neighbornode）跳数（hopcount）跳段距离（hopdistance）基础设施（infrastructure）到达时间（TimeOfArrival，TOA）到达时间差（TimeDifferenceOfArrival，TDOA）接收信号强度指示（ReceivedSignalStrengthIndicator，RSSI）到达角度（AngleOfArrival，AOA）视线关系（LineofSight，LOS）非视线关系（NoLOS，NLOS）矿井救援及定位项目组师生深入800米矿井调研5.2.2节点定位技术

1）三边测量法

已知A、B、C三个节点的坐标以及它们到未知节点D的距离，假设节点D的坐标为(x,y)，那么，存在下列公式：

可以得到节点D的坐标为：5.2.2节点定位技术

2）三角测量法

已知A，B，C三个节点的坐标

，节点D相对于节点A，B，C的角度分别为：∠ADB，∠ADC，∠BDC，假设节点D的坐标为

（x，y）。

对于节点A，C和角∠ADC，如果弧段AC在△ABC内，那么能够惟一确定一个圆，设圆为O1(XO1,yO2)，半径为r1，那么α=∠AO1C=2π-2∠ADC5.2.2节点定位技术

2）三角测量法

并存在下列公式：

由式能够确定圆心

点的坐标和半径

。同理对A，B，∠ADB和B，C，∠BDC分别确定相应的圆心

、半径

、圆心

和半径

。最后利用三边测量法，确定D点坐标。5.2.2节点定位技术

3）极大似然估计法

极大似然估计法如图，已知1，2，3等n个节点的坐标和它们到节点D的距离，假设节点D的坐标为（x,y）

。那么，存在下列公式：从第一个方程开始分别减去最后一个方程，得：5.2.2节点定位技术

3）极大似然估计法线性方程表示方式为：AX=b，其中：使用标准的最小均方差估计方法可以得到节点D的坐标为：5.2.2节点定位技术

在传感器网络中，定位算法通常有以下几种分类：（1）基于距离的定位算法和距离无关的定位算法（2）递增式的定位算法和并发式的定位算法（3）基于信标节点的定位算法和无信标节点的定位算法

在基于距离的定位中，测量节点间距离或方位时采用的方法有TOA，TDOA，RSSI和AOA等5.2.2节点定位技术

2.基于TOA的定位

设两个节点间时间同步，发送节点的扬声器模块在发送伪噪声序列信号的同时，无线电模块通过无线电同步消息通知接收节点伪噪声序列信号发送的时间，接收节点的麦克风模块在检测到伪噪声序列信号后，根据声波信号的传播时间和速度计算发送节点和接收节点之间的距离。节点在计算出距离多个邻近信标节点的距离后，可以利用三边测量算法或极大似然估计算法计算出自身位置。5.2.2节点定位技术

3.基于TDOA的定位

在基于到达时间差TDOA的定位机制中，发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及已知这两种信号的传播速度，计算两个节点之间的距离，再通过已有基本的定位算法计算出节点的位置。

发射节点同时发射无线射频信号和超声波信号，接收节点记录两种信号到达的时间

，已知无线射频信号和超声波的传播速度

，那么两点之间的距离为(T2-T1)×S，其中S=C1C2/(C1-C2)。5.2.2节点定位技术

4.基于AOA的定位在基于到达角度AOA的定位机制中，接收节点通过天线阵列或多个超声波接收机感知发射节点信号的到达方向，计算接收节点和发射节点之间的相对方位或角度，再通过三角测量法计算出节点的位置。接收节点通过麦克风阵列，感知发射节点信号的到达方向。下面以每个节点配有两个接收机为例，简单阐述AOA测定方位角和定位的实现过程，定位过程可分为三个阶段。5.2.2节点定位技术

5.基于RSSI的定位

在基于接收信号强度指示RSSI的定位中，已知发射节点的发射信号强度，接收节点根据收到信号的强度，计算出信号的传播损耗，利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离，再利用已有的算法计算出节点的位置。

虽然在实验环境中RSSI表现出良好的特性，但是在现实环境中，温度、障碍物、传播模式等条件往往都是变化的，使得该技术在实际应用中仍然存在困难。5.2.3时间同步技术在分布式系统中，不同的节点都有自己的本地时钟。由于不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及温度变化和电磁波干扰等，即使在某个时刻所有节点都达到时间同步，它们的时间也会逐渐出现偏差，而分布式系统的协同工作需要节点间的时间同步，因此时间同步机制是分布式系统基础框架的一个关键机制。传感器网络的时间同步机制的主要性能参数如下：（1）最大误差（2）同步期限（3）同步范围（4）可用性（5）效率（6）代价和体积5.2.3时间同步技术

两种同步机制1.网络时间协议NTP在传统网络中提出了多种网络时间同步机制，C/S模式是其中一种常用的时间同步模式。时间服务器周期性地向客户端发送时间同步消息，同步消息中包含服务器的当前时间。

如果服务器到客户端的典型延迟相对期望精度小，只需要一个时间同步消息就能实现客户端与服务器之间的时间同步。5.2.3时间同步技术

为了详细分析时间同步误差，在从发送节点到接收节点之间的关键路径上，把消息传输延迟细分为四个部分。第一，发送时间；第二，访问时间；第三，传播延迟；第四，接收时间。5.2.3时间同步技术2.RBS机制的基本原理

RBS时间同步机制通过接收节点对时抵消发送时间和访问时间。

发送节点广播一个信标分组，广播域中两个节点都能够接收到这个分组。每个接收节点分别根据自己的本地时间记录接收到信标分组的时刻，然后交换它们记录的信标分组接收时间。

两个接收时间的差值相当于两个接收节点间的时间差值，其中一个接收节点可以根据这个时间差值更改它的本地时间，从而达到两个接收节点的时间同步。5.2.4安全技术传感器网络的安全和一般网络安全的出发点是相同的，都要解决如下问题：（1）机密性问题。（2）点到点的消息认证问题。（3）完整性鉴别问题。（4）新鲜性问题。（5）认证组播/广播问题。（6）安全管理问题。5.2.4安全技术传感器网络安全问题的解决思路和方法与传统网络安全问题不同，这主要是由网络自身的特点决定的：（1）有限的存储空间和计算能力（2）缺乏后期节点布置的先验知识（3）布置区域的物理安全无法保证（4）有限的带宽和通信能量（5）不仅是点到点的安全，更是整个网络的安全（6）应用相关性5.2.4安全技术网络层次攻击方法防御手段物理层拥塞攻击（jamming）宽频（跳频）、优先级消息、低占空比、区域映射、模式转换物理破坏（tampering）破坏证明、节点伪装和隐藏链路层碰撞攻击（collision）纠错码耗尽攻击（exhaustion）设置竞争门限非公平竞争（unfairness）使用短帧策略和非优先级策略网络层丢弃和贪婪破坏（neglectandgreed）使用冗余路径、探测机制汇聚节点攻击（homing）使用加密和逐跳认证机制方向误导攻击（misdirection）出口过滤；认证、监视机制黑洞攻击（blackholes）认证、监视、冗余机制传输层洪泛攻击（flooding）客户端谜题失步攻击（desynchronization）认证下面详细分析了传感器网络在网络协议栈的各个层次中可能受到的攻击方法和主要防御手段。5.3无线传感器网络的通信协议5.3.1无线传感器网络的路由协议

5.3.2无线传感器网络的MAC协议4.3.1无线传感器网络的路由协议路由是把信息从信息源穿过网络传递到目的地的行为。路由技术:决定最优路径和传输数据包。路由器是网络间的连接设备，它的重要工作之一是路径选择。路由包含两个基本的动作：确定最佳路径和通过网络传输信息。路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，它主要包括两个方面的功能：寻找源节点和目的节点间的优化路径，将数据分组沿着优化路径正确转发。5.3.1无线传感器网络的路由协议（1）路径选择（2）交换交换算法相对而言较简单，对大多数路由协议而言是相同的，多数情况下，某主机决定向另一个主机发送数据，通过某些方法获得路由器的地址后，源主机发送指向该路由器的物理地址的数据包，其协议地址是指向目的主机的。5.3.1无线传感器网络的路由协议无线传感器网络的路由协议具有以下特点：（1）能量优先。（2）基于局部拓扑信息。（3）以数据为中心。（4）应用相关。针对传感器网络路由机制的上述特点，在根据具体应用设计路由机制时，要满足下面的传感器网络路由机制的要求：（1）能量高效。（2）可扩展性。（3）鲁棒性。（4）快速收敛性。5.3.1无线传感器网络的路由协议根据不同应用对传感器网络各种特性的敏感度不同，将路由协议分为四种类型。

四种类型的路由协议分别是：（1）能量感知路由协议。（2）基于查询的路由协议。（3）地理位置路由协议。（4）可靠的路由协议。5.3.2无线传感器网络的MAC协议

在无线传感器网络中，介质访问控制（MediumAccessControl，MAC）协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络系统的底层基础结构。在设计无线传感器网络的MAC协议时，需要着重考虑以下几个方面：（1）节省能量。（2）可扩展性。（3）网络效率。5.3.2无线传感器网络的MAC协议目前针对不同的传感器网络应用，研究人员从不同方面提出了多个MAC协议，但对传感器网络MAC协议还缺乏一个统一的分类方式。可以按照下列条件分类MAC协议：第一，采用分布式控制还是集中控制；第二，使用单一共享信道还是多个信道；第三，采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式。5.3.2无线传感器网络的MAC协议按照第三种分类方法，将传感器网络的MAC协议分为三类：（1）采用无线信道的时分复用方式（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA），给每个传感器节点分配固定的无线信道使用时段，从而避免节点之间的相互干扰；（2）采用无线信道的随机竞争方式，节点在需要发送数据时随机使用无线信道，重点考虑尽量减少节点间的干扰；（3）其他MAC协议，如通过采用频分复用或者码分复用等方式，实现节点间无冲突的无线信道的分配。5.4无线传感器网络的技术标准 5.4.1IEEE802.15.4标准 5.4.2ZigBee协议规范 5.4.1IEEE802.15.4标准IEEE802.15工作组内有四个任务组，分别制定适合不同应用的标准。这四个标准如下.802.15.1本质上只是蓝牙低层协议的一个正式标准化版本。802.15.2是对蓝牙和802.15.1的一些改变，其目的是减轻与802.11b和802.11g网络的干扰。802.15.3也称WiMedia，旨在实现高速率。最初它瞄准的是消费类器件，如电视机和数码照相机等。IEEE802.15.4是一个低速率无线个人局域网标准。这种低速率无线个人局域网的网络结构简单、成本低廉、具有有限的功率和灵活的吞吐量。低速率无线个人局域网的主要目标是实现安装容易、数据传输可靠、短距离通信、极低的成本、合理的电池寿命，并且拥有一个简单而且灵活的通信网络协议。5.4.1IEEE802.15.4标准为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备，IEEE（电气及电子工程师学会）定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备,另一种是简化功能设备。5.4.1IEEE802.15.4标准IEEE802.15.4定义的LR-WPAN网络中具有两种拓扑结构：星型网拓扑对等网拓扑。5.4.1IEEE802.15.4标准IEEE802.15.4标准中给出了两种物理层定义：低频段：868.0MH~858.6MHz（欧洲）以及902MHz~928MHz（美洲大部分和太平洋地区）高频段：2.400GHz~2.485GHz（全世界范围）5.4.2ZigBee协议规范

ZigBee的技术优势如下。（1）低功耗。（2）低成本。（3）低速率。（4）近距离。（5）短时延。（6）高容量。（7）高安全。（8）免执照频段。

在交换数据的网络中，有三种典型的设备类型（i）协调器（ii）路由器（iii）终端设备5.4.2ZigBee协议规范协调器用于初始化一个ZigBee网络。它是网络中的第一个设备。协调器节点选择一个信道和一个网络标识符（也叫PANID），然后启动一个网络。协调器节点也可以用来在网络中设定安全措施和应用层绑定。路由器的功能有（i）允许其他设备加入到网络中（ii）多跳路由（iii）协助用电池供电的终端子设备的通信。通常，路由器一直要处于工作状态，因此需要使用干线电源供电。5.4.2ZigBee协议规范基本术语关系图5.5多传感器网络的信息融合

5.5.1无线传感器网络数据融合

5.5.2无线传感器网络数据融合分类模型5.5.1无线传感器网络数据融合

数据融合技术是无线传感器网络中实现节能的关键技术，通过去除冗余的数据信息，减少网络通信量，提高能源的有效性。数据融合具有如下4个显著特点：（1）信息的冗余性（2）信息的互补性（3）信息处理的及时性（4）信息处理的低成本性5.5.2无线传感器网络数据融合分类模型根据多传感器数据融合模型定义方法和无线传感器网络自身特点，数据融合可根据节点处理层次、融合前后的数据信息量、信息抽象层次的不同而划分为不同的形式。节点处理层次集中式融合分布式融合融合前后数据信息量无损融合有损融合信息抽象层次数据级融合特征级融合决策级融合5.5.2无线传感器网络数据融合分类模型融合级别抽象精度数据量实时性信息损失容错性融合度数据级高大差小差低特征级中中中中中中决策级低小好大好高短距无线通信技术

远程移动通信技术（M2M）通信技术Clicktoaddtitleinhere123第六章无线通信技术

1短距无线通信技术典型的有蓝牙（802.15.1协议）、紫蜂ZigBee（802.15.4协议）、红外、WiFi、近场无线通信NFC等。无线传输频段比较

1.1蓝牙技术（Bluetooth）蓝牙技术是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的技术。能