1.传感与检测技术
传感与检测技术是物联网感知层的关键技术之一。
感知和标识技术是物联网的基础,它负责采集物理世界中发生的物理事件和数据,实现对外部世界信息的感知和识别。
感知是指对客观事物的信息直接获取并进行认知和理解的过程。人类对事物的信息需求是指利用各种感知、标识及定位技术,获取目标物体状态变化的动态信息,并通过专家系统辅助分析和决策,最终实现对物理世界的反馈控制,构成一个闭环的过程。通过感知识别技术,让物品“开口说话、发布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一环,是物联网区别于其他网络的最独特的部分。物联网的“触手”是位于感知识别层的大量信息生成设备,既包括采用自动生成方式的RFID、传感器、定位系统等,也包括采用人工生成方式的各种智能设备,例如智能手机、PDA、多媒体播放器、上网本、笔记本电脑等。信息生成方式多样化是物联网的重要特征之一。
感知识别层位于物联网四层模型的最底端,是所有上层结构的基础。感知层是物联网的基础,它由大量的具有感知、通信、识别(或执行)能力的智能物体与感知网络组成,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。
传感与检测技术是研究如何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、检测技术、信息转换和处理技术等。
传感与检测是科学地认识各种现象的基础性方法和手段,是人类认识物质世界、改造物质世界的重要手段。
传感器作为物联网感知的主要设备之一,它是将能感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。其中,敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量(输入量)的部分;转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和(或)测量的电信号的部分。
物联网是通过各种智能设备之间的互联互通结合形成的一个包含亿万物体的巨大网络。因此,在物联网的应用过程中,首先需要解决的是“物”的识别,实现“物”的数字化编码过程。
标识技术(Identification Technology)是通过RFID、条码等设备所感知到的目标外在特征信息来证实和判断目标本质的技术。目标标识过程是将感知到的目标外在特征信息转换成属性信息的过程。
物联网系统中一项主要的应用是事件的监测,而事件发生的位置对于监测消息是至关重要的,没有位置信息的监测,消息毫无意义,因此需要利用定位技术来确定相应的位置信息。定位技术(Location Technology)是测量目标的位置参数、时间参数、运动参数等时空信息的技术,它利用信息化手段来得知某一用户或物体的具体位置。目前,常见的定位技术包括卫星定位、蜂窝定位、室内定位技术等。
2.物联网通信技术
物联网通信技术是物联网传输层的关键技术之一。与物联网相关的各种信息传递技术包括有线通信技术和无线通信技术。有线通信技术包括双绞线和光纤组网。无线通信技术包括短距离通信,如蓝牙、NFC;中距离无线,如WiFi、Zigbee;远距离无线,如3G、4G、5G;长距离无线,如微波、卫星。
有线通信是指利用金属导线、光纤等有形媒质传送信息的技术。有线连接可靠性高,稳定性高;缺点是连接受限于传输媒介。(www.xing528.com)
无线通信是利用电磁波信号在空间中直接传播进行信息交换的通信技术,无须有形的媒介连接。无线连接自由灵活,终端可以移动,没有空间限制,但是可靠性受传输空间里的其他电磁波及障碍物的影响,因此可靠性较低。
通常把通信距离在100 m以内的称为短距离通信,而把通信距离超过1 000 m的称为长距离通信。
WiFi(Wireless Fidelity,无线保真)是一种无线局域网通信技术。最早是基于IEEE 802.11协议,发表于1997年,定义了WLAN的MAC层和物理层标准。继IEEE 802.11协议之后,相继有众多版本被推出,最典型的是IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n。
IEEE 802.11是1997年的标准,速率为2 Mb/s,工作在2.4 GHz ISM频段。IEEE 802.11b是1999年推出的,工作在2.4 GHz ISM频段,兼容802.11。802.11b修改了802.11物理层标准,速率可达11 Mb/s。IEEE 802.11a是1999年推出的802.11b的后继标准,又称高速WLAN标准,工作在5 GHz ISM频段,速率可高达54 Mb/s,但与802.11b不兼容。IEEE 802.11g是2003年推出的,工作在2.4 GHz ISM频段,其组合了802.11b和802.11a标准的优点,速率可高达54 Mb/s。IEEE 802.11n是2009年批准的,其兼容IEEE 802.11b/a/g,理论速率最高可达600 Mb/s(目前业界主流为300 Mb/s),可工作在2.4 GHz和5 GHz两个频段。
WiFi局域网的本质特点是不使用通信电缆将计算机与网络进行连接,而是用无线的方式,从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。
WiFi局域网有两个重要的基本概念:一个是站点(Station,STA),即每一个连接到无线网络中的终端(如笔记本电脑、手机等可联网的设备)都称为一个站点;另一个是无线接入点(Access Point,AP),也就是无线网络的创建者,也是网络的中心节点。一般家庭或办公室使用的无线路由器就一个AP。
WiFi无线网络包括两种类型的拓扑形式:基础网(Infrastructure)、自组网(Adhoc)。
两者的差别是:基础网基于AP组建,自组网中仅含有STA,不存在AP。
基于AP组建的基础无线网络,由AP创建,有众多的STA加入。AP是整个网络的中心,各STA间不能直接通信,需经AP转发。
3.物联网数据处理技术
物联网数据处理技术是物联网应用层的关键技术之一。物联网产生大量的数据,所以物联网必然是大数据的物联网,对物联网的数据处理必然是大数据处理。这些数据的特点是海量、多样、高速、真实、有价值。
物联网的应用
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