物联网技术及应用3.无线传感网技术

第6期2021年3月No.6March，20210 引言随着我国科学技术整体水平的不断发展和提升，现阶段5G 信息通信模式的出现，为物联网全面发展提供了有力的基础理论支持。

计算机系统、互联网平台以及信息通信技术的发展，为世界范围内的工业发展带来了全新提升。

而物联网平台在未来还将实现原创类型的技术突破，推出智能家电、智能电力网络以及智能化汽车等技术创新成果，最终构成全面互联网的整体系统局面。

1 物联网概述物联网的网络运行从本质上看属于一种网络连接理念，其主要运行目的是将信息流通以及设备感应与互联网相互连接，进而有效完成物体与物体、人与物体的直接连接，最终在此基础上，构成相互连接的网络结构体系。

在实际操作和运转过程中，物联网模式的主要优势是针对物品对象进行全面管理，故物联网系统的构建需要在移动信息通信技术的基础上，开展系统优化和完善，其中RFID 电子技术起到了重要作用，具有现实意义。

换句话说，物联网基础网络结构体系需要在RFID 电子技术的基础上开展，并且通过先进技术手段，有效与互联网平台、信息数据管理系统以及连接技术等有机结合，以此形成大型应用的终端模式，并且以大量移动模式标签所连接的网络作为运作核心。

物联网模式由于自身的优势和运作特点，在未来系统操作中会进一步超越互联网模式，最终实现全球化的物联网模式覆盖，最大限度提升社会发展以及人们生活水平[1]。

2 ZigBee技术概述ZigBee 技术是一种双向无线数传技术和系统，具有成本低廉、方面快捷、使用简便、能耗低等优势，受到了世界各个国家的积极研究和探索。

采用ZigBee 技术的无线传送感应网络结构在实际系统运转过程中，主要的作用是将物联网网络平台内部目标区域里具有一定特殊功能的微型传出节点，通过无线信息通信的模式进行相互连接，一旦节点接收到网络管理层的指令，其系统内部运行软件程序会通过网络线路的选择、信息接收模块等相关功能实现物联网信息的流通。

无线传感网络技术及其应用随着科技的不断发展，无线传感网络技术（Wireless sensor network）已经出现在我们日常生活中的各个领域。

它可以被用于农业、环境、医疗、军事、交通等各种业务和领域，对我们的生产和生活带来了革命性的变化。

一、无线传感网络技术的原理和特点无线传感网络技术是一种分散控制、分布式系统的新型技术，包含了无线通信技术、传感技术、微处理器技术等多种科技手段。

它通过无线传感器节点来进行数据采集、处理、传输等任务，以实现对于物理世界的感知，从而辅助我们的生产、生活等方面。

一般而言，无线传感网络技术可以分为三个层次，即感知层、通信层、网络层。

其中感知层是由传感器节点组成的，用于采集并处理外界的信号；通信层是指利用无线通信技术来实现节点之间的信息交互；网络层则负责对节点所采集的数据进行处理和汇聚，并将数据传输到用户端。

相比于传统感知技术，无线传感网络技术具有以下几个特点：1. 网络范围大：无线传感网络技术可以覆盖范围非常广，从个人的办公室到整个城市都可以实现网络连接。

2. 处理能力强：无线传感网络技术有独特的数据处理能力，在数据采集和传输上有很高的效率，能实时处理复杂的数据。

3. 结构模块化：无线传感网络技术是由多个节点构成的分散控制系统，在实现联网的情况下，这些节点能够适应整个系统的性能。

4. 自组建能力强：无线传感网络技术可以自组建成一个节点网络，基本上不需要人为干预；同时，系统非常灵活，可以根据应用场景和需求来灵活配置节点数量、布置方式和连接方式。

二、无线传感网络技术在农业领域中的应用作为一个生产生活领域，农业生产对运用现代科技领域的需求比较高，随着无线传感网络技术的不断发展，其在农业领域中的应用也越来越广泛。

1. 物联网农业无线传感网络技术的物联网技术是应用于农业系统中的一个重要方面，通过构建物联网农业系统，可实现对于农业生产的全面自动化。

物联网农业系统可以监测农作物的生长状态、土壤的温度、湿度、大气气体成分和光照条件等重要参数，从而进行自动控制灌溉、施肥和杀虫处理等步骤，从而提高农业生产质量和数量。

《物联网技术及应用》(第2版)复习思考题及参考答案一、基本概念解释题1.物联网（Internet of Things，简称IoT）：即物-物相联的互联网。

是指通过装置在物体上的各种信息感知设备，如射频识别RFID(Radio Frequency Identification)装置、红外感应器、全球定位系统GPS、激光扫描器等，按照约定的协议，并通过相应的接口，把物品与互联网相连，进行信息交换和通信，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种巨大网络。

2.RFID：射频识别（Radio Frequency Identification）3.EPC：电子产品编码（Electronic product code）4.智慧地球：英文为Smarter Planet，就是把感应器嵌入和装备到地球村的各种物理实体中，如电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水大坝、油气管道等等，并被普遍联接，形成物联网；然后将物联网与现有的互联网整合起来，实现地球物理系统与虚拟系统的充分融合，使得地球具有智慧化。

5.E-社会：电子社会6.U-社会：泛在社会7.物联网的泛在性：物联网的泛在性表现在可以使人和物在任何时间、任何地点，通过任何途径（或网络）和服务连接到一起，即4A（Anyone，Anytime，Anywhere，Anything）8.物联网的三层结构：感知层、网络层和应用层9.物联网的关键技术：感知与识别技术、网络与传输技术、无线传感网技术、智能处理技术10.WSN：无线传感器网络（Wireless Sensor Network）11.MEMS：微电子机械系统（Micro Electro Mechanical Systems）12.SCADA：数据采集与监控系统Supervisory Control And Data Acquisition）13.MCU：微控制器（Micro Control Unit）14.DSP：数字信号处理器（Digital Signal Processor）15.IPC：工业控制计算机（Industrial Personal Computer）16.AIDS：自动识别系统（Auto Identification System）17.GPS：全球定位系统GPS（Global Position System）18.移动互联网：是移动和互联网融合的产物，继承了移动随时、随地、随身和互联网分享、开放、互动的优势。

《物联网技术及应用》课程教学大纲课程名称：物联网技术及应用课程编码：暂不填写学分： 2.0 总学时：32理论学时： 32 实验学时： 0 上机学时： 0 实践学时：0开设实验（上机）项目总数 0 个，其中，必修（0）个，选修（0）个开课单位：物联网工程学院自动化系适用专业：自动化一、课程的性质、目的该课程是物联网学院自动化专业的专业选修课，旨在帮助学生对物联网有一个整体认识，掌握其体系结构和相关技术。

通过对自动识别技术与RFID、传感技术、定位系统、智能信息设备的学习，掌握感知识别层的基本知识；通过对无线宽带网、无限低速网、移动通信网的学习，掌握网络构建层的基本知识；通过对大数据与海量信息存储、数据库系统、物联网中的信息安全与隐私保护的学习，掌握管理服务层的基本知识；通过对智能交通、智能物流、智能建筑等系统的学习，了解物联网技术在多个领域中的应用；最后还应将物联网前沿状况介绍给学生。

在这个过程中强调掌握物联网涉及的基本概念和知识，提高自身对不断变化的物联网的适应能力。

二、课程培养目标1.立德树人通过课程学习了解物联网技术的发展历史以及其应用成果，明确科技进步和科技创新对国民经济的发展、国家军事力量的进步所发挥的作用，引领学生树立为中华民族伟大复兴的中国梦努力奋斗的信念。

通过介绍国家在物联网领域所取得的进步和发展，培养学生的民族自豪感和民族自信心。

通过介绍我国物联网领域的前沿发展，引导学生树立家国情怀、民族精神以及敢为人先、开拓创新、追究卓越的科学精神。

同时要意识到我国在一些领域与国外还存在较大差距，激发学生承担社会责任，以国家富强、民族复兴为己任，努力学习。

2.课程目标通过本课程的学习，学生所具备的素质、掌握的技能、知识和能力如下：课程目标1. 使学生了解一定的物联网相关技术。

掌握低频、高频、超高频和2.4G 有源RFID 读写器的原理及应用；了解低功耗WiFi、ZigBee、Bluetooth 4.0 BLE等多种无线传感网络。

无线传感器网络技术与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由许多具有自主能力的传感器节点组成的网络系统，这些节点能够感知环境中的物理量，进行数据处理和通信传输。

它具有广泛的应用领域，包括环境监测、无线通信、智能交通等。

本文将对无线传感器网络技术及其应用进行探讨。

一、无线传感器网络的基本原理无线传感器网络由大量的传感器节点组成，这些节点分布在被监测的区域内，通过无线通信相互连接。

每个节点都具备感知、数据处理和通信功能。

节点通过感知环境中的物理量，如温度、湿度、压力等，将数据进行处理并传输给其他节点。

为了降低能耗，节点通常采用分层的工作体系结构，包括传感层、网络层和应用层。

二、无线传感器网络的特点1. 自组织性：无线传感器网络中的节点可以自行组织成网络，无需人工干预。

当有新的节点加入网络或旧节点离开网络时，网络能够自动调整。

2. 自适应性：无线传感器节点可以根据环境的变化，动态地调整自身的工作模式。

节点可以自主决策是否进行数据处理和传输，从而降低能耗。

3. 分布式处理：无线传感器节点在感知和数据处理过程中分布在整个监测范围内，并通过无线通信相互交换信息。

节点之间的通信通常采用多跳传输的方式。

三、无线传感器网络的应用领域1. 环境监测：无线传感器网络广泛应用于环境监测领域。

通过节点感知环境中的温度、湿度、气体等物理量，可以实时监测环境的变化。

例如，在农业领域，可以利用无线传感器网络监测土壤温湿度，并根据监测结果进行灌溉控制。

2. 智能交通：无线传感器网络在智能交通领域的应用越来越广泛。

通过节点感知交通流量、车辆速度等信息，可以实时监测路况，为交通管理部门提供决策支持。

此外，无线传感器网络还可以用于车辆定位、电子收费等方面。

3. 物联网：无线传感器网络是物联网的基础技术之一。

物联网通过将各种物理设备和传感器连接起来，实现设备之间的信息交互和互联互通。

无线传感器网络作为物联网的关键组成部分，可以为物联网提供大量的感知数据。

物联网技术与应用一、物联网概述物联网（InternetofThings，简称IoT）是指通过信息传感设备，将物品连接到网络上进行信息交换和通信的技术。

物联网的核心理念是将物理世界与数字世界相结合，实现智能化管理和控制。

物联网技术已经广泛应用于各个领域，如智能家居、智能交通、智能医疗等，为人们的生活和工作带来了极大的便利。

二、物联网关键技术1.传感器技术：传感器是物联网中最重要的组成部分之一，它能够感知环境中的各种参数，如温度、湿度、光照等，并将这些信息转换为数字信号传输给其他设备。

传感器技术的进步使得物联网能够更好地感知和适应环境。

2.通信技术：物联网中的设备需要通过通信技术进行信息交换和通信。

常见的通信技术包括无线通信、有线通信和卫星通信等。

其中，无线通信技术是物联网中应用最广泛的技术之一，如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。

3.数据处理技术：物联网中的设备会产生大量的数据，如何对这些数据进行有效的处理和分析是物联网技术的重要问题。

数据处理技术包括数据清洗、数据挖掘、数据融合等，通过这些技术可以从海量数据中提取出有价值的信息，并用于决策和预测。

4.云计算技术：物联网中的设备会产生大量的数据，如何存储和处理这些数据是一个挑战。

云计算技术提供了一种有效的解决方案，它可以将数据存储在云端，并通过云计算平台进行数据处理和分析。

云计算技术还可以提供强大的计算能力和存储能力，为物联网应用提供支持。

三、物联网应用领域1.智能家居：智能家居是物联网应用最为广泛的领域之一。

通过将家电、照明、安防等设备连接到网络上，可以实现远程控制、智能调节等功能，为人们的生活带来便利和舒适。

2.智能交通：物联网技术在智能交通领域的应用包括智能交通信号灯、智能停车、智能公交等。

通过实时监测和分析交通数据，可以优化交通流量，减少拥堵和事故，提高道路通行效率。

3.智能医疗：物联网技术在医疗领域的应用可以实现远程医疗、智能监护等功能。

物联网的关键技术随着物联网的兴起，越来越多的设备和设施开始连接到互联网上。

物联网是一种以互联网为基础，通过新一代信息技术实现物理设备之间互联互通，无缝连接人与物事物之间的网状网络。

物联网涉及的设备种类繁多，涵盖了从简单的传感器到智能家居、智能制造等大量领域。

物联网的核心是连接，然而连接是有技术含量的，下面我们将详细介绍物联网中的关键技术。

1. 无线传感网络技术（WSN）无线传感器网络（WSN）是一种多节点且具有自组织、分布式的无线网络。

它利用一组小型无线传感器构建一个网络，这些传感器可以捕捉到各种世界上的事件，例如环境温度、气压、光强等，并通过传感器之间的通信进行信息交换。

无线传感器通常采用低功耗的技术，因为这些传感器往往在不间断的环境中长时间运行，因此连接到WSN之后，用户可以实时掌握网络中的各种信息。

2. 射频识别技术（RFID）射频识别技术（RFID）是一种无线通讯技术，利用无源的 RFID 标签（Tag）与读写器进行无线沟通，并将所读取的数据进行解码和处理。

RFID技术因其优异的识别功能，随着物联网的普及，在不同的领域得到广泛的应用，如智能物流、工业自动化、智能零售等。

RFID标签还支持远程读写，能够实现远程管理，提升生产效率等。

3. 机器视觉技术（MV）机器视觉技术(MV)是基于视觉感知技术和人工智能算法，通过智能摄像头和计算机软件等技术手段，实现对物体、场景的自动识别、分析、处理、控制与优化。

机器视觉技术具有识别速度快、精度高等优点，可以广泛应用于生产自动化、智能监控、人脸识别等多个领域。

随着互联网的兴起，机器视觉技术结合物联网技术将扮演越来越重要的角色。

4. 云计算技术（CC）云计算技术（Cloud Computing）是指通过互联网基础设施，为用户提供最新的IT资源，如计算、存储、应用等，而无需自行购买、配置硬件。

云计算是物联网的核心，它最大程度地利用各种计算能力和存储能力，使得IoT应用在计算方面无处不在。

物联网传感器技术与应用第一部分物联网传感器技术概述 (2)第二部分传感器类型及其工作原理 (5)第三部分物联网传感器网络架构 (9)第四部分传感器数据处理与分析方法 (12)第五部分物联网传感器在智能家居中的应用 (16)第六部分物联网传感器在智慧城市中的实践 (19)第七部分物联网传感器的挑战与未来趋势 (23)第八部分安全性与隐私保护在传感器网络中的考虑 (26)第一部分物联网传感器技术概述**物联网传感器技术与应用****摘要**：随着物联网技术的迅速发展，物联网传感器技术作为其重要的基础组成部分，在现代社会生产和生活中发挥着越来越重要的作用。

本文简要概述了物联网传感器技术的基本概念、分类、工作原理、应用领域和发展趋势，旨在为读者提供该技术领域的全面而深入的了解。

**关键词**：物联网；传感器；技术；应用**一、物联网传感器技术的基本概念**物联网传感器技术是指通过特定的传感器设备，将现实世界的各种物理量、化学量等转化为可测量、可处理的电信号，进而实现物与物、物与人之间的信息交互与智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种技术。

它是物联网感知层的重要组成部分，为物联网应用提供了丰富的数据源。

**二、物联网传感器的分类**根据测量原理和应用领域，物联网传感器可分为多种类型，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加速度传感器、气体传感器、生物传感器等。

不同类型的传感器针对特定的环境参数进行监测和数据采集。

**三、物联网传感器的工作原理**物联网传感器的工作原理大致可分为三个步骤：感知、转换和传输。

首先，传感器通过感知元件对环境中的被测量进行感知，然后将感知到的非电信号转换为可测量的电信号。

最后，经过信号调理和数据处理，将结果通过无线或有线方式传输到上位机或数据中心进行进一步的分析和处理。

**四、物联网传感器的应用领域**1.**智能家居**：在智能家居系统中，物联网传感器用于监测室内温度、湿度、光线等环境参数，实现智能照明、空调自动调节等功能。

物联网技术及其应用在当今科技飞速发展的时代，物联网技术正逐渐渗透到我们生活的方方面面，改变着我们的生活方式和社会运行模式。

那么，什么是物联网技术呢？简单来说，物联网就是通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等，按照约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网技术的核心在于实现物与物、人与物之间的互联互通。

它主要包括感知层、网络层和应用层三个层次。

感知层负责采集物理世界中的各种信息，通过传感器等设备将其转化为数字信号；网络层则负责将这些信息传输到指定的地点，包括各种有线和无线网络；应用层则是对这些数据进行处理和分析，以实现各种具体的应用，如智能家居、智能交通、智能医疗等。

在感知层，传感器是最为关键的部件之一。

它们能够感知温度、湿度、压力、光照等各种物理量，并将其转换为电信号。

例如，在智能农业中，土壤湿度传感器可以实时监测土壤的水分含量，当水分不足时，自动灌溉系统会启动，为农作物提供适量的水分。

RFID 技术则可以实现对物品的快速识别和跟踪，在物流领域有着广泛的应用。

通过在货物上贴上 RFID 标签，在运输过程中可以实时了解货物的位置和状态。

网络层是物联网的“桥梁”，它将感知层采集到的数据传输到应用层。

目前，常用的网络技术包括移动通信网络（如 4G、5G）、蓝牙、WiFi 以及低功耗广域网（LPWAN）等。

5G 网络的出现，为物联网的发展提供了更强大的支持。

其高速率、低延迟和大容量的特点，使得更多复杂的物联网应用成为可能，如远程医疗手术、无人驾驶等。

应用层是物联网技术的“价值体现”。

智能家居是物联网应用的一个典型场景。

通过智能手机或其他终端设备，用户可以远程控制家中的灯光、电器、窗帘等，还可以实现智能安防、环境监测等功能。

智能交通系统可以实时监测道路状况、车辆流量，实现智能导航、智能停车等，提高交通效率和安全性。

物联网技术与应用1、物联网的概念物联网是在计算机互联网的基础上，利用射频识别、无线数据通信、计算机等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的实物互联网。

物联网内每个产品都有一个唯一的产品电子码，叫做EPC, 通常EPC 码被存入硅芯片做成的电子标签内，附在被标识产品上，被高层的信息处理软件识别、传递、查询，进而在互联网的基础上形成专为供应链企业服务的各种信息服务，就是物联网。

RFID 即射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID 技术具有条形码所不具备很多优点。

特别是电子标签与产品电子编码EPC、互联网技术的融合，孕育出被称为下一代互联网的物联网。

2、物联网的关键技术物联网要实现物与物之间的感知、识别、通信等功能需要有大量先进技术的支持。

目前物联网关键性的技术包括：感知事物的传感器网络技术，联系事物的组网和互联技术，判别事物位置的全球定位系统，思考事物的智能技术，认识事物的射频识别技术RFID 以及提高事物性能的新材料技术。

2. 1 传感器网络技术传感器是机器感知物质世界的“感觉器官”, 能够探测、感受外界的信号、物理条件或化学组成，并将探知的信息传递给其他装置或器官。

目前传感器节点技术的研究主要包括传感器技术、RFID 射频技术、微型嵌入式系统。

其中传感器技术是研究的重点，因为传感器节点技术是传感网信息采集和数据预处理的基础和核心，而传感器技术则是传感器节点技术的前提。

随着科技技术的不断发展，传统的传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化，朝着智能传感器、web 传感器的方向发展。

2. 2 组网和互联技术传感器组网和互联技术是实现物联网功能的纽带，主要研究方向包括：构建新型分布式无线传感网络组网结构；基于分布式感知的动态分组技术；实现高可靠性的物联网单元冗余技术；无缝接入、断开和网络自平衡技术。

2. 3 全球定位系统全球卫星定位系统（gps）是一种结合卫星及通讯发展的技术，利用导航卫星进行测时和测距，从而实现物体的精确定位。