物联网解决方案感知层通信网络层.docx
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物联网解决方案感知层通信网络层
物联网解决方案,感知层,通信网络层
篇一：
物联网感知层技术
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，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”——即传感器。
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。
（2）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。
（4）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，属于近距离接触式识别类。
其产品的主要工作频率有低频125KHZ、高频、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，微波和。
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RFID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）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的。
二维码是DOI（DigitalObjectUniqueIdentifier，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：
DataMatrix,MaxiCode,Aztec,Vericode,Ultracode,Code49,Code16K等，QRCOde码是1994
年由日本DW公司发明。
QR来自英文「QuickResponse」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-Bee
Zigbee（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XX年中通过后，于XX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）。
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-128。
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XX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XX，或GOOGLE搜索栏中键入"Zigbee"，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，工作在频带，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，XX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，您不需要为使用Bluetooth技术再支付任何费用
设备范围
Bluetooth技术得到了空前广泛的应用，集成该技术的产品从手机、汽车到医疗设备，使用该技术的用户从消费者、工业市场到企业等等，不一而足。
低功耗，小体积以及低成本的芯片解决方案使得Bluetooth技术甚至可以应用于极微小的设备中。
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易于使用
Bluetooth技术是一项即时技术，它不要求固定的基础设施，且易于安装和设置。
您不需要电缆即可实现连接。
新用户使用亦不费力–您只需拥有Bluetooth品牌产品，检查可用的配置文件，将其连接至使用同一配置文件的另一Bluetooth设备即可。
后续的PIN码流程就如同您在ATM机器上操作一样简单。
外出时，您可以随身带上您的个人局域网（PAN），甚至可以与其它网络连接
全球通用的规格
Bluetooth无线技术是当今市场上支持范围最广泛，功能最丰富且安全的无线标准。
全球范围内的资格认证程序可以测试成员的产品是否符合标准。
自1999年发布Bluetooth规格以来，总共有超过4000家公司成为Bluetooth特别兴趣小组（SIG）的成员。
同时，市场上Bluetooth产品的数量也成倍的迅速增长。
产品数量已连续四年成倍增长，安装的基站数量在XX年底也可能达到5亿个。
篇二：
物联网感知层
物联网感知层
一、概述
物联网是“传感网”在国际上的通称，是传感网在概念上的一次拓展。
通俗地讲，物联网就是万物都接入到互联网，物体通过装入射频识别设备、红外感应器、GPS或其他方式进行连接，然后通过移动通信网络或其他方式接入到互联网，最终形成智能网络，通过电脑或手机实现对物体的智能化管理和信息采集分析。
物联网应该具备三个特征，一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，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；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。
在业界，物联网大致被公认为有三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层。
其中感知层由各种具有感知能力的设备组成，主要用于感知和采集物理世界中发生的物理事件和数据。
感知层至关重要,是物物相连的基础,是实现物联网的最底层技术。
物联网感知层是物联网络建立的基础，深入的了解物联网感知层的网络层部分为建立低成本、高效、灵敏的物联网络提供一定的一局。
感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。
物联网与传统网络的主要区别在于，物联网扩大了传统网络的通信范围，即物联网不仅仅局限于人与人之间的通信，还扩展到人与物、物与物之间的通信。
作为下一代信息浪潮的新热点，国内外政府公司和研究机构对物联网投入了极大的关注，IBM公司提出“智慧地球”，日本和韩国分别提出了“U-japan”和“U-Korea”战略，这都是从国家工业角度提出的重大信息发展战略。
中国针对物联网到来的信息浪潮，提出了“感知中国”的发展战略。
二、感知层技术
1．传感器技术
人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感觉来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断和处理，大脑再指挥人做出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的能力。
但是通过人的五官感知外界的信息非常有限，例如，人无法利用触觉来感知超过几十甚至上千度的温度，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，利用电子仪器特别像计算机控制的自动化装置来代替人的劳动时，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”显然是不够的，计算机也还需要它们的“五官”—传感器。
传感器是一种检测装置，能感受到被测的信息，并能将检测感受到的信息，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。
在物联网系统中，对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备，被称为物联
网传感器。
传感器可以独立存在，也可以与其他设备以一体方式呈现，但无论哪种方式，它都是物联网中的感知和输入部分。
在未来的物联网中，传感器及其组成的传感器网络将在数据采集前端发挥重要的作用。
传感器的分类方法多种多样，比较常用的有按传感器的物理量、工作原理、输出信号的性质这3种方式来分类。
此外，按照是否具有信息处理功能来分类的意义越来越重要，特别是在未来的物联网时代。
按照这种分类方式，传感器可分为一般传感器和智能传感器。
一般传感器采集的信息需要计算机进行处理；智能传感器带有微处理器，本身具有采集、处理、交换信息的能力，具备数据精度高、高可靠性与高稳定性、高信噪比与高分辨力、强自适应性、低价格性能比等特点。
传感器是摄取信息的关键器件，它是物联网中不可缺少的信息采集手段，也是采用微电子技术改造传统产业的重要方法，对提高经济效益、科学研究与生产技术的水平有着举足轻重的作用。
传感器技术水平高低不但直接影响信息技术水平，而且还影响信息技术的发展与应用。
目前，传感器技术已渗透到科学和国民经济的各个领域，在工农业生产、科学研究及改善人民生活等方面，起着越来越重要的作用。
2．RFID技术
RFID是射频识别（RadioFrequencyIdentification）的英文缩写，是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别。
RFID既可以看做是一种设备标识技术，也可以归类为短距离传输技术。
RFID是一种能够让物品“开口说话”的技术，也是物联网感知层的一个关键技术。
在对物联网的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过有线或无线的方式把它们自动采集到中央信息系统，实现物品（商品）的识别，进而通过开放式的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。
RFID系统主要由三部分组成：
电子标签（Tag）、读写器（Reader）和天线（Antenna）。
其中，电子标签芯片具有数据存储区，用于存储待识别物品的标识信息；读写器是将约定格式的待识别物品的标识信息写入电子标签的存储区中（写入功能），或在读写器的阅读范围内以无接触的方式将电子标签内保存的信息读取出来（读出功能）；天线用于发射和接收射频信号，往往内置在电子标签和读写器中。
RFID技术的工作原理是：
电子标签进入读写器产生的磁场后，读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签）；读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
由于RFID具有无需接触、自动化程度高、耐用可靠、识别速度快、适应各种工作环境、可实现高速和多标签同时识别等优势，因此可用于广泛的领域，如物流和供应链管理、门禁安防系统、道路自动收费、航空行李处理、文档追踪/图书馆管理、电子支付、生产制造和装配、物品监视、汽车监控、动物身份标识等。
以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的读写器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。
3．二维码技术
二维码（2-dimensionalbarcode）技术是物联网感知层实现过程中最基本和关键的技术之一。
二维码也叫二维条码或二维条形码，是用某种特定的几何形体按一定规律在平面上分布（黑白相间）的图形来记录信息的应用技术。
从技术原理来看，二维码在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”和“1”比特流的概念，使用若干与二进制相对应的几何形体来表示数值信息，并通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息的自动处理。
与一维条形码相比二维码有着明显的优势，归纳起来主要有以下几个方面：
数据容量更大，二维码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息；超越了字母数字的限制；条形码相对尺寸小；具有抗损毁能力。
此外，二维码还可以引入保密措施，其保密性较一维码要强很多。
二维码可分为堆叠式/行排式二维码和矩阵式二维码。
其中，堆叠式/行排式二维码形态上是由多行短截的一维码堆叠而成；矩阵式二维码以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上用“点”表示二进制“1”，用“空”表示二进制“0”，并由“点”和“空”的排列组成代码。
二维码具有条码技术的一些共性：
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。
二维码的特点归纳如下：
（1）高密度编码，信息容量大：
可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节或500多个汉字，比普通条码信息容量约高几十倍；
（2）编码范围广：
二维码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码，并用条码表示；
（3）容错能力强，具有纠错功能：
二维码因穿孔、污损等引起局部损坏时，甚至损坏面积达50%时，仍可以正确得到识读；
（4）译码可靠性高：
比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一；
（5）可引入加密措施：
保密性、防伪性好；
（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）二维码可以使用激光或CCD摄像
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