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物物之连——解析物联网的通信技术

原创 Linux操作系统 作者:g310093785 时间:2013-10-30 16:24:58 0 删除 编辑
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【导读:按照官方资料的说法:典型的物联网是将所有的物品通过短距离射频识别(RFID)等信息传感设备与互联网连接起来,实现局域范围内的物品智能化识别和管理。换句话说,从智慧地球到感知中国,无论物联网的概念如何扩展和延伸,其最基础的物物之间感知和通信是不可替代的关键技术。】

 

商品交换是以物易物,而M2M使物物相连

  按照官方资料的说法:典型的物联网是将所有的物品通过短距离射频识别(RFID)等信息传感设备与互联网连接起来,实现局域范围内的物品智能化识别和管理。换句话说,从智慧地球到感知中国,无论物联网的概念如何扩展和延伸,其最基础的物物之间感知和通信是不可替代的关键技术。

  目前业界普遍认为,M2M技术是物联网实现的关键。M2M技术原意是机器对机器(Machine-To-Machine)通信的简称,是指所有实现人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段,广义上也指人对机器(ManToMachine)、机器对人(MachineTo Man)以及移动网络对机器(Mobile To Machine)之间的连接与通信。

M2M是无线通信和信息技术的整合,用于双向通信,因此适用范围广泛,可以结合GSM/GPRS/UMTS等远距离连接技术,也可以结合Wifi、蓝牙、ZigbeeRFIDUWB等近距离连接技术,此外还可以结合XMLCorba,以及基于GPS、无线终端和网络的位置服务技术等。

 

无线感知是物物相连的关键

  有一个形象的比喻:传感器网络如果是,传感器就是五官,而网络则是大脑和神经,这可以很形象地概括出传感网的工作原理和过程,即通过多个不同种类传感器的协同和融合对物体进行全面的感知。虽然这种通信技术名为传感器网络,但其关键影响力和价值既不是网络本身,也不是传感器单元,而是能够实现多种方式的综合与判断,是从物体到物体的感知技术。

  IEEE1451工作组(IEEE 1451)建立了一个智能传感器即插即用plug-and-play标准,使所有符合标准的传感器能和其他仪器和系统一起工作。这就为无线传通信技术的实现提供了技术基础。

  在上海世博会中,传感器网络有多个典型应用,其中最不起眼的一个案例涉及到遍布世博园中的成千上万个垃圾桶。这些垃圾桶被亲切的称作会说话的垃圾桶。原来这种垃圾桶能够通过安置在桶壁上的传感器自动感应筒内垃圾的多少,当垃圾装满时,传感器可以实时地将位置信息和报警信号通过无线网络传递到控制中心,并通知附近的保洁人员前来清理。

  完整的无线传感器网络可以划分为传感器网络和无线接收与传输网络两部分。传感器网络一般由在空间分布的独立网络节点组成。节点包含有传感器,以监控相关的物理或环境条件,如温度、声音、震动、压力、运动或污染物等。每个节点通常带有无线电收发器或其他无线通信设备,它们发出的信号被无线接收器采集,并通过无线网络把传感数据传输给数据库和其他用户。这样,无线传感器网络就具备了数据感知和收集 (Data Collection)、目标跟踪(Object tracking)以及报警监控(Alarm monitoring)等功能。

  无线传感器网络包含一系列标准,IEEE 1451的智能传感器(包括传感器和驱动器)接口标准,界定不同接口的不同标准用来连接传感器和微处理器、仪表系统以及控制异地网络。IEEE 1451.5部分是目前很多研发活动的集中点。它规定了能使与1451兼容的传感器和其他设备进行无线通信的技术。

  在传统的传感器应用之外,被应用于前端感知感网络的一个被广泛看好的技术是RFIDRFID技术并不是什么新的技术,它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(电感或电磁耦合)传输特性实现对被识别物体的自动识别。

  虽然早在20年前,RFID技术就已经被人们认识,但其真正的发展机会还是与物联网的深度融合。因此,近来RFID的发展已经成为多项技术的综合应用,包括芯片技术、天线技术、无线技术、电磁传播技术、数据交换与编码技术等。一套RFID系统由电子标签、读写器和信息处理系统组成。电子标签与读写器配合完成对被识别对象的信息采集功能;信息处理系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。根据工作频率的不同,RFID系统大体分为中低频和高频两类,典型的工作频率为135kHz以下、13.56MHz433MHz860MHz960MHz2.45GHz5.8GHz等。不同频率RFID系统的工作距离不同,应用的领域也有差异。低频段的RFID技术主要应用于移动物体识别、工厂数据自动采集系统等领域;13.56MHzRFID技术已相对成熟,并且大部分以IC卡的形式广泛应用于智能交通、门禁、防伪等多个领域,但其工作距离小于1m。较高频段的433MHzRFID技术被美国国防部用于物流托盘追踪管理;而在RFID技术中,当前研究和推广的重点是高频段的860MHz960MHz的远距离电子标签,有效工作距离达到36m,适用于对物流、供应链的环节进行管理;2.45GHz5.8GHzRFID技术以有源电子标签的形式应用在集装箱管理、公路收费等领域。

 

在前端的传感网络,完成了对物体信息的感知和采集之后,相关信息被集中传输到后端的无线传输网络。而在这一部分,各种新旧无线技术应用的丰富程度并不比传感技术逊色。据悉,IEEE目前正在制定无线个人区域网路(WPAN)的两个标准IEEE 802.11IEEE 802.15。其中,IEEE 802.15.4标准正逐渐被接受成为低速率无线个人区域网络(LR-WPANs)物理层和媒体访问控制的标准。另外,无线传感器网领域还有两个基于 IEEE 802.15.4的工业标准:GigaWirelessHARTGiga是一种作为一个开放的全球标准而制定的无线技术,是为解决低成本、低功耗无线传感器网络的特殊需求开发的。该标准充分利用IEEE 802.15.4的无线收发器物理层规范,并采用在全球均可经营而无需特殊许可的频率范围:2.400—2.484千兆赫,902—928 兆赫和868.0—868.6兆赫;WirelessHART是另一个由HART通信基金会开发的开放标准无线网络技术。该协议采用了时间同步、自我组织和自我修复的网状网络结构。该协议目前支持通过使用IEEE 802.15.4标准的无线电媒体并在2.4GHz ISM波段操作。

 

在未来,无论是智慧地球还是感知中国,智能化物联网来都将给人类生活带来颠覆性的变革和巨大的商机。应用将无处不在,而物物之间的通信也将在现有额度基础上实现跨越,传感网、RFID、无线、有线、3G/4GGPS、移动电信网络、**网甚至电力网络,跨网络通信的协同和融合将像物与物之间的相连一样,成为一种普遍的承载和更为广义的生态系统。

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