1、单元 02 物联网工程的关键技术单元目标掌握物联网工程所涉及的各种关键技术学习任务学习任务1 11.任务描述技术的发展与进步促成了物联网的快速发展， 而其中的关键技术对物联网更是具有不同凡响的影响和意义。 本文首先介绍这些技术的基本原理和发展，并就其中的几个核心技术进行详细的认识和探究。知识准备物联网的关键技术主要分为三个方面：第一，终端的数据采集、处理、传输、终端网络的部署和协同等，以无线传感器网络和 RFID技术为代表；第二，异构的接入网络和基础的核心网络，包括基础的核心、和 3G、Wi-Fi、蓝牙等接入技术；第三，由中间件、信息开放平台和服务支撑子层以及物联网应用领域示范系统等。2.1
2、感知技术感知技术也可以称为信息采集技术，它是实现物联网的基础。目前， 信息采集主要采用电子标签和传感器等方式完成。 在感知技术中，电子标签用于对采集的信息进行标准化标识， 数据采集和设备控制通过射频识别读写器、二维码识读器等实现。2.1.1 RFID射频识别（RFID）即射频识别技术，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据， 而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，即是一种非接触式的自动识别技术。由三部分组成：标签由耦合元件及芯片组成，具有存储与计算功能，可附着或植入手机、护照、身份证、人体、动物、物品、票据中，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上用于唯一标识目
3、标对象。根据标签的能量来源，可以将其分为：被动式标签、半被动式标签和主动式标签。 根据标签的工作频率， 又可将其分为： 低频 （Low Frequency, LF）（30-300kHz） 、高频（High Frequency, HF） （3-30MHz） 、超高频（ Ultra High Frequency, UHF ）（ 300-968MHz ） 和 微 波（Micro Wave, MW） （2.45-5.8GHz） 。阅读器读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式，阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是 RFID 系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合
4、模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换， 同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过 Ethernet 或 WLAN 等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。天线在标签和读取器间传递射频信号。RFID 技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，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， 或者由标签主动发送某一频率的信号，解读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。2.1.2 传感器传感器是机器感知物质世界的“感觉器官” ，用来感知信息采集点的环境参数；
5、它可以感知热、力、光、电、声、位移等信号，为物联网系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。随着电子技术的不断进步，传统的传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化；同时，我们也正经历着一个从传统传感器到智能传感器再到嵌入式 Web 传感器不断发展的过程。2.2 网络通信技术在物联网的机器到机器、人到机器和机器到人的信息传输中，有多种通信技术可供选择，他们主要分为有线（如 DSL、PON 等）和无线（如 CDMA、GPRS、IEEE 802.11a/b/g WLAN 等）两大类技术，这些技术均已相对成熟。在物联网的实现中，格外重要的是无线传感网技术。2.2.1 M2M即机器对机器通信，
6、 M2M 重点在于机器对机器的无线通信， 存在以下三种方式：机器对机器，机器对移动电话（如用户远程监视） ，移动电话对机器 （如用户远程控制） 。 在 M2M 中， GSM/GPRS/UMTS是主要的远距离连接技术，其近距离连接技术主要有 802.11b/g、BlueTooth、Zigbee、RFID 和 UWB。此外，还有一些其他技术，如XML 和 Corba，以及基于 GPS、无线终端和网络的位置服务技术。2.2.2 无线传感网传感网的定义为随机分布的集成有传感器、 数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。借助于节点中内置的传感器测量周边环境中的热、 红外、 声纳
7、、 雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的速度和方向等物质现象。集分布式信息采集，传输和处理技术与一体的网络信息系统，以其低成本，微型化，低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛重视。M2M 中，GSM/GPRS/UMTS 是主要的远距离连接技术，其近距离连接技术主要有 802.11b/g、BlueTooth、Zigbee、RFID 和 UWB。此外，还有一些其他技术，如 XML 和 Corba，以及基于 GPS、无线终端和网络的位置服务技术。目前，面向物联网的传感网，主要涉及以下几项技术，测试及网络化测控技术、智能化传感网节点
8、技术、传感网组织结构及底层协议、对传感网自身的检测与自组织、传感网安全。2.3 数据融合与智能技术物联网是由大量传感网节点构成的，在信息感知的过程中，采用各个节点单独传输数据到汇聚节点的方法是不可行的。 因为网络存在大量冗余信息，会浪费大量的通信带宽和宝贵的能量资源。此外，还会降低信息的收集效率，影响信息采集的及时性，所以需要采用数据融合与智能技术进行处理。所谓数据融合是指将多种数据或信息进行处理， 组合出高效且符合用户需求的数据的过程。 海量信息智能分析与控制是指依托先进的软件工程技术，对物联网的各种信息进行海量存储与快速处理，并将处理结果实时反馈给物联网的各种“控制”部件。智能技术是为了有
9、效地达到某种预期的目的， 利用知识分析后所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统，可以使得物体具备一定的智能性，能够主动或被动的实现与用户的沟通，这也是物联网的关键技术之一。根据物联网的内涵可知，要真正实现物联网需要感知、传输、控制及智能等多项技术。 物联网的研究将带动整个产业链或者说推动产业链的共同发展。信息感知技术、网络通信技术、数据融合与智能技术、云计算等技术的研究与应用，将直接影响物联网的发展与应用，只有综合研究解决了这些关键技术问题，物联网才能得到快速推广，造福于人类社会，实现智慧地球的美好愿望。2.4 纳米技术纳米技术是研究尺寸在 0.1100nm 的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能实际应用中的技术。目前，纳米技术在物联网技术中的应用主要体现在 RFID 设备，感应器设备的微小化设计，加工材料和微纳米加工技术上。任务实训1.实训目的 通过本章学习 充分了解物联网的关键技术
