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物联专题
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物联网感知层传感技术解析及应用
林1勇 谭清中 唐1彦
"四川省达州市电信分公司 网络部#四川 达州 &$2"""$
摘1要 物联网的实现离不开三大关键技术的推进 传感技术就是其中之一 通过对传感技术的解析 明确了传感 技术的发展方向 使新的传感技术得以完整的展示 同时 对新传感产品的实际应用 使传感器技术在物联网感知 层大规模的部署和应用推广奠定了一些实践基础 其经验具有实际的指导意义 关键词 物联网 感知层 传感技术 3453
$%引%言
物联网是现今整个信息化产业的新宠和发展 方向#以美日为代表#纷纷将其上升至国家战略高 度#是% 智慧地球& 实现的技术关键#并因此成为全 球经济新走向' 美国次贷引发全球经济的大动摇# 使得物联网的推出速度大幅加快' 中国紧跟技术 大浪潮#提出了% 感知中国& 的国家战略计划(!)
#将 物联网作为新的科技革命以推进社会变革#使其成 为创新型经济的巨大推动力'
物联网分为感知层*网络层和应用层#感知层 的传感技术至关重要#是物物相连的基础#是实现 物联网的最底层技术' 本文通过对传感技术的解 析和应用探讨#展示了当今传感技术的发展现状和 未来的发 展 方 向# 提 出 了 较 完 备 的 传 感 技 术 解 决 方案'
&%物联网传感网络技术概述
物联网感知层的传感技术体现在传感器及其
组网技术上#传感器位于物联网的末梢#是实现感 知的首要环节#通过有线或无线的方式接入至与互 联网相结合而成的泛在网络#实现物节点的识别和 管理#使计算无处不在' 传感器对外界模拟信号进 行探测#将声*光*温*压等模拟信号转化为适合计
收稿日期 ."!!,"$, 算机处理的数字信号#以达到信息的传送*处理*存 储*显示*记录和控制的要求#使物联网中的节点充 满感应能力(.)
#通过与信息平台的相互配合实现自 检和自控的功能'
目前物联网传感技术有多种技术路线#业界公 认的应用前景最为广泛的物联网传感技术路线仍 是无线技术发展的方向#其新技术主要有以下 . 种! !$ 3453" 智能射频识别$ 技术+.$ 7879" 微电机系 统$ 微传感器技术与 &:;<=>?技术的结合' 无论 这 . 种技术在实现和应用场景上有怎样的不同#其 工作任务都只有一个!传感数据的采集*自带预处 理功能和实现传感网络的互联' 在下文中将着重 介绍这 . 种传感技术及其具体应用案例'
'%#(*# 技术解析和应用实例
453 是一种非接触式的自动识别技术#其本身 就是一个简单的无线收发系统#由阅读器和电子标 签组成#在 阅 读 器 和 电 子 标 签 之 间 通 过 射 频 信 号 " 工作频率一般为!低频 !$2 @AB 以下*高频 !$C 2& 7AB 超高频 -&" D%&" 7AB 微波 .C/ E 和 2C- E 进行非接触双向数据的传送和交换#对物节点进行 识别并获取相应采集数据' 453 对环境的依赖性 小#空间易扩展#能识别高速移动的物体#并且对于 多个物体的同时识别也能很好地实现'
3453 技术是在 453 技术上发展而来的#其
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技术组成结构和实现原理与453基本一致#只是
在电子标签内新增了一块智能芯片#使传感器具有
本地预处理和计算的功能#使传感网更具价值'3 453技术由以下2个部分组成'
!$FGH电子标签$'
453中的电子标签也就是应答器#通常是一块射频卡#由耦合器件和周围电路芯片及内置天线组
成#而3453则有些不同#是在453电子标签内加入了一块智能芯片'电子标签的工作方式分为无
源和有源两大类#453中无源工作方式应用较多#
利用电感耦合原理#使进入453无线覆盖工作区
间的电子标签#在其天线两端产生感应电势差#从
而电子标签电路获得一定强度的电流#以供电驱动
电路中的芯片进行工作#通过对电子标签中的存储
器8=4I7的读写操作#获得物节点的编码信息"电子标签中的存储器8=4I7存储空间远远大于物节点的编码$#实现了单物品级的识别'
3453则偏重于有源工作方式#综合体积*功耗*成本和传输距离各方面的因素#采用小型电池
供电#通过电子标签加入智能芯片的方式实现了对
有源工作方式的改进#产生了待和定的半有源工作
方式'待是指超低功耗待机#定是指固定行为的周
期循环'在智能芯片预先写好的程序控制下#电子
标签对协调器"协调器的巧妙设置实现了电子标签
工作启动的开关作用#这种按需工作的方式不仅使
功耗降至最低#有源器件的寿命延至数年#并且对
实时无用的信息起到了过滤作用'$的广播信号进
行一定时间间隔的监听#电子标签若监听到信号则
立即跳转至读写器的工作频道#实现传感数据的双
向传输#并按智能芯片程度设置的方式与信息平台
进行互交流#快速完成工作任务'若没监听到信号
则进入休眠状态#继而继续周期性地监听协调器的
信号指令'
.$阅读器'
阅读器是对电子标签进行读写操作的设备#
由射频收发模块和69=组成'读写器是453中承上启下的关键设备!对下层电子标签的射频信号进行>'转换#再通过69=处理解调出电子标签的信息#完成电子标签的识别和读写操作+对上与中间
件和信息平台的应用程序进行交互#实现指令的执
行和数据汇总的上传#并且在数据上传之前#还会
对电子标签中的事件进行简单条件的过滤和数据
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加工#以最大程度降低读写器与中间件和应用软件间数据交换的流量'读写器的未来发展方向是集
通信*控制和计算于一身的接入核心设备'
$$天线'
天线是电子标签和读写器之间射频信号传递
的桥梁'453中的天线有两类!电子标签中的天线和读写器天线'电子标签中的天线#内置在电子标签电路中'读写器的天线既可内置#又可以通过自身射频输出端口与外置天线相连接'天线技术是
很复杂的技术#但往往被人忽视'电子标签的识别范围与天线有直接的关系#除具有良好的阻抗匹配特性外#还必须根据具体环境的应用特点进行方向性*极化性和频率性的专业设计'
/$中间件'
解析中间件就必须引入另一概念8=J电子产品编码$#8=J是互联网和453的结合产物#利用全球唯一标识编码系统赋予每个物节点相对应的
唯一标识($)#其目的是构建全球范围内实时共享的实物互联网#这对于高效实现全球产品的物流控制和物流配置具有重大意义'8=J与阅读器之间的数据传送和管理是实现这一目的的关键性难题#中间件的出现则是解决这一难题较好的方案'中间
件就是转换件#是8=J和阅读器之间的桥梁#实质是指模块化的9GKG+L分布式网络软件$#一种软件程序#实现453硬件与应用系统之间数据传送*过滤和数据格式转换的功能#将阅读器中的各种数据信息#经过提取*解密*过滤和格式转换#导入管理
信息平台中的应用系统#并通过应用系统在前台上显示#为信息管理员提供相应的操作结果'同时#
中间件技术降低了应用系统开发的难度#不需要从软件底层架构进行开发#只需直接开发并调用中间件即可#体现了良好的兼容和扩展性'9GKG+L在具体应用中#对阅读器中的数据进行冗余过滤#避免
重复信息的出现#然后对信息进行复杂事情逻辑分析#将零碎的有用信息经过聚合#最后通过MN>的消息服务搭建9GKG+L与应用程序间的传送数据平台从而完成数据传送'
2$应用程序'
应用程序是可视化面向用户的交互操作软件
平台#其作为支撑系统协助操作者完成指令下发和中间件的逻辑设置#以使453的原始数据逐步整理为用户可理解的业务事件#并将结果显示在屏幕
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