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物联网之感知层和传输层

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1文档收集于互联网，如有不妥请联系删除. 感知中国：物联网掀起信息革命第三次浪潮

之系列专栏文章第五期：物联网之感知层和传输层

周洪波

1. 物联网DCM三驾马车之感知层

前期文章中把物联网产业链分为DCM三个大业务层面，同时DCM也是一个物联网系统的典型技术架构。本期将介绍DCM三层架构的感知层（Device）和传输层（Connect）。

感知层由传感器和部分与传感器连成一体的传感网（无源传感器）组成，处于三层架构的最底层，这也是物联网最基础的联接和管理对象。 最广义来说，传感器是把各种非电量转换成电量的装置，非电量可以是物理量、化学量、生物量等等。

一说到传感器，可能大家就会往“小”的方面想，如前文提到的“电子尘埃”。在物联网的大概念下，一个泛在的物联网系统，随着参照物的不同，传感器可以是一个“大”的“智能物件”，它可以是一个机器人，一台机床，一列火车，甚至是一个卫星或太空探测器。这也是为什么在笔者DCM划分中我们用“Device”，即设备或装置，来描述物联网底层的原因，笔者认为，这样描述更符合物联网目前的战略地位。

传统的、狭义的传感器种类已有很多，有很多种分类方法，例如，可分为有源和无源两大类。有源传感器将非电量转换为电能量，无源程序传感器不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量。每一类传感器又可做进一步细分，如上图所示的生物传感器，纳米传感器的细分。物联网关注传感器的实际应用，下表是我们按应用方式的一个分类。

名称 特点 应用

生物传感器 生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。 物传感器涉及的是生物物质，主要用于临床诊断检查、治疗时实施监控、发酵工业、食品工业、环境和机器人等

汽车传感器 它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机 测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等

液位传感器 利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用。 适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量

速度传感器 是一种将非电量（如速度、压力）的变化转变为电量变化的传感器 速度监测

加速度传感器 是一种能够测量加速力的电子设备。 可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

2文档收集于互联网，如有不妥请联系删除. 监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上

核辐射传感器 利用放射性同位素来进行测量的传感器。 核辐射监测

振动传感器 是一种目前广泛应用的报警检测传感器，它内部用压电陶瓷片加弹簧重锤结构检测振动信号。 用于机动车,保险柜,库房门窗等场合的防盗装置中

湿度传感器 分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。 湿度监测

磁敏传感器 利用磁场作为媒介可以检测很多物理量的传感器 测量位移、振动、力、转速、加速度、流量、电流、电功率等。

气敏传感器 是一种检测特定气体的传感器。 一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等

力敏传感器 是用来检测气体、固体、液体等物质间相互作用力的传感器。 力度监测

位置传感器 用来测量机器人自身位置的传感器。 机器人控制系统

光敏传感器 是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器 对光的探测；还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测

光纤传感器 是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。 磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量

纳米传感器 运用纳米技术制造的传感器. 生物、化学、机械、航空、军事等

压力传感器 是工业实践中最为常用的一种传感器 广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

3文档收集于互联网，如有不妥请联系删除. 井、电力、船舶、机床、管道等众多行业

位移传感器 又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。 主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制

激光传感器 利用激光技术进行测量的传感器 广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等

MEMS传感器 有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。 广泛应用于汽车电子、消费电子、工业电子等

半导体传感器 利用半导体材料的各种物理、化学和生物学特性制成的传感器 工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程

气压传感器 用于测量气体的绝对压强。 适用于与气体压强相关的物理实验,

也可以在生物和化学实验中测量干燥、无腐蚀性的气体压强。

红外线传感器 利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。 常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等

超声波传感器 是利用超声波的特性研制而成的传感器。 广泛应用在工业、国防、生物医学等

遥感传感器 是测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具。 地表物质探测、遥感飞机上或是人造卫星

高度传感器 其原理是测得滑臂与基准线的夹角的大小来换算出相应的熨平板的高度。 高度测量

地磅传感器 是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。 称重

图像传感器 是利用光电器件的光电转换功能，将其感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号“图像”的一种功能器件。 广泛用于自动控制和自动测量，尤其是适用于图像识别技术中

厚度传感器 测量材料及其表面镀层厚度的传感器 厚度测量

微波传感器 是利用微波特性来检测一些物理广泛用于工业，交通及民用装置中 文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

4文档收集于互联网，如有不妥请联系删除. 量的器件。

视觉传感器 具有从一整幅图像捕获光线的数以千计的像素。 工业应用包括检验、计量、测量、定向、瑕疵检测和分捡

空气流量传感器 是测定吸入发动机的空气流量的传感器。 汽车发动机

化学传感器 对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。 矿产资源的探测、气象观测和遥测、工业自动化、医学上远距离诊断和实时监测、农业上生鲜保存和鱼群探测、防盗、安全报警和节能等

2009年中国传感器市场研究报告指出，据不完全统计，目前我国已有1688家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用，其中从事MEMS（因为在iPhone和Wii等产品中的成功使用得到广泛关注和大力发展）研制生产的企业已经有50多家。我国的传感器同国外水平相比，新品研制仍落后国际水平5-10年，而规模生产技术则落后10-15年。

传感器解决的是“上行”的感知和监测问题，要实现控制，还需要“下行”的执行器（Actuator），如阀门等，实现完整的“管控一体化”。 执行器也是目前物联网讨论中往往被忽视的一环，它的原理和分类和传感器基本类似，这里不再细述。

传统的传感器（包括执行器）是物联网产业的一个关注点，但笔者认为物联网的核心还是“联网”和应用，传感器是“点”的问题，不是“面”的问题，我们在传统传感器领域的落后状况对我国在物联网领域力争世界产业发展制高点的努力不会起决定的制约作用。

传感网研究人群一般把传感网和传感器都当作感知层来对待。传感网既然是“网”，本应该属于传输层，但有一些和传感器合为一体的传感网应该属于感知层，因此笔者认为传感网介于传输层和感知层之间。下图所示的ESN（Environmental Sensor Networks），OSN（Object SensorNetworks）,以及前文中提到的VSN，BSN都属于“二合一”的感知层。此外，RFID其实也是传感器和传感网“二合一”的技术和应用。

2. 物联网DCM三驾马车之传输层

前期文章在谈到DCM划分时曾经提到过传输层主要分有线和无线两种通讯方式，目前业界在谈论物联网时，往往对无线通讯方式谈得很多，RFID、传感网、3G等都属于无线通讯范畴，尤其是大家对3G技术寄予厚望 。笔者认为，目前两种通讯方式对物联网产业来说可能处于同等重要、互相补充的作用，例如，工业化和信息化“两化融合”业务中大部分还是有线通讯，智能楼宇等领域也还是以有线通讯为主。

下图（未特别标注的图均来至互联网）展示了无线和有线通讯的发展状况和趋势。勿庸置疑，有线通讯将来会成为物联网产业发展的主要支撑，但有线通讯技术也将永远是不可或缺的。下面我们对两种通许技术的应用范围做了一些归类整理，也许会对大家在物联网实际应用中考虑该选择哪种技术时有所帮助。

2.1物联网之有线通信传输层

有线通信技术可分为短距离的现场总线（Field Bus，也包括PLC电力线载波等技术）和中、长距离（WAN）的广域网络（包括PSTN, ADSL和HFC数字电视Cable等）两大类。 文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

5文档收集于互联网，如有不妥请联系删除. 2.1.1 物联网之三网融合

现有的电信网、有线电视网、和计算机网（如下图）是物联网业务可以利用的中、长距离有线网络。还有一些和这三大网络规模相当的未公开的覆盖全国的专网，如公安系统的专网，据说国家电网的专网比有线电视网规模还要大。

有线广域网在物联网应用中的一个劣势就是众所周知的IP地址不够的问题，在IPv6未全面实施之前，这个问题将制约有线网在物联网业务中的使用。而无线广域网可以通过发SIM卡（电话ID号码）的方式解决每个智能物件对应一个ID（号码）的问题。尽管如此，中国电信，歌华有线等以有线网络为主的营运商也都有宏大的物联网业务计划，例如在智能家庭网关（Home Gateway）领域，歌华有线凭借机顶盒的部署基础占据一定优势。

2.1.2 物联网之现场总线

关于现场总线的特点和应用范围，我们总结了以下表格。

下图展示了现场总线在工业信息化/SCADA等方面的应用。

由于现场总线种类繁多，已存在巨大的部署量（如下图），难以通过一个通用网络协议标准化，在工业信息化、楼宇自控等行业应用中，一般需要物联网软件、中间件（如同方的ezM2M物联网业务基础中间件）通过软件总线（如MQ,ESB等）加适配器（Adaptor）的方式实现高效率的互联互通。

2.2物联网之无线通信传输层

和有线通讯一样，无线通讯也可分为长距离的无线广域网（WWAN）和中、短距离的无线局域网（WLAN），但无线网络中还有一种超短距离的WPAN（无线个人网，Wireless

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物联网的感知层主要包括什么

物联网的感知层主要包括什么

物联网感知层的关键技术包括传感器技术、射频识别技术、二维码技术、蓝牙技术以及

ZigBee技术等。物联网感知层的主要功能是采集和捕获外界环境或物品的状态信息，在采集和捕获相应信息时，会利用射频识别技术先识别物品，然后通过安装在物品上的高度集成化微型传感器来感知物品所处环境信息以及物品本身状态信息等，实现对物品的实时监控和自动管理。而这种功能得以实现，离不开各种技术的协调合作。

传感器技术

物联网实现感知功能离不开传感器，传感器的最大作用是帮助人们完成对物品的自动检测和自动控制。目前，传感器的相关技术已经相对成熟，被应用于多个领域，比如地质勘探、航天探索、医疗诊断、商品质检、交通安全、文物保护、机械工程等。作为一种检测装置，传感器会先感知外界信息，然后将这些信息通过特定规则转换为电信号，最后由传感网传输到计算机上，供人们或人工智能分析和利用。

传感器的物理组成包括敏感元件、转换元件以及电子线路三部分。敏感元件可以直接感受对应的物品，转换元件也叫传感元件，主要作用是将其他形式的数据信号转换为电信号；电子线路作为转换电路可以调节信号，将电信号转换为可供人和计算机处理、管理的有用电信号。

射频识别技术

射频识别的简称为RFID，该技术是无线自动识别技术之一，人们又将其称为电子标签技术。利用该技术，无需接触物体就能通过电磁耦合原理获取物品的相关信息。

物联网中的感知层通常都要建立一个射频识别系统，该识别系统由电子标签、读写器以及中间信息系统三部分组成。其中，电子标签一般安装在物品的表面或者内嵌在物品内层，标签内存储着物品的基本信息，以便于被物联网设备识别；读写器有三个作用，一是读取电子标签中有关待识别物品的信息，二是修改电子标签中待识别物品的信息，三是将所获取的物品信息传输到中央信息系统中进行处理；中央信息系统的作用是分析和管理读写器从电子标签中读取的数据信息。

二维码技术

物联网分层安全体系结构

物联网分层安全体系结构

物联网分层安全体系结构

丁姝郁

【摘 要】继互联网、移动通信网之后，物联网已经成为信息技术发展的重要趋势。由于物联网涉及到海量数据的采集、传输和处理，因此如何确保这些数据的安全性变得尤为重要。文章分析了物联网的网络构架及其存在的安全隐患，对物联网的数据特点和安全威胁进行分类，并在此基础上提出了分层安全体系结构，从而实现物联网在数据采集、传输、处理等各环节的数据安全性保护。%After the Internet,

mobile communications network, the Internet of things has become an

important trend in the development of information technology. Since the

Internet of things involves the collection, transmission and processing of

mass data, it is important to ensure the security of the data.. Based on the

analysis of the network architecture of Internet of things and the existence

of security risks, to classify the networking features of the data and the

security threats, and based on this proposed layered security architecture,

in order to achieve things in the data acquisition, transmission, processing

and other aspects of data security protection.

物联网概论

物联网概论

物联网概述

1、物联网-概念

物联网（The Internet of things）的概念是在1999年提出的，所谓物联网，简单的来说就是“物物相连的互联网”。其定义为：物联网是指将各种信息传感设备及系统（如传感器网络、射频识别（RFID）、条码与二维码、红外感应器、激光扫描器全球定位系统和其它基于物-物通信模式（Machine to Machine M2M）的短程无线网络），通过各种接入网与互联网结合形成的一个巨大的智能网络，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

国际电信联盟（ITU）2005年的一份报告《ITU互联网报告2005：物联网》，描绘了“物联网”时代的蓝图：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。

由此可见，物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中。它把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、供水系统、油气管道等各种物体中，然后将其与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制。在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而，不谈什么隐私权和辐射问题，单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向“物联网”时代，但这个过程可能需要很长很长的时间。

2、物联网-意义

物联网的出现，把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。在这个物物相联的世界中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。物联网利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。可以说，物联网描绘的是充满智能化的世界。在物联网的世界里，物物相连、天罗地网。

互联网与物联网的区别

互联网与物联网的区别

互联网与物联网的区别

互联网与物联网的区别

一：概述

互联网和物联网是两个相互关联但是又有着明显区别的概念。互联网是一个全球性的网络系统，通过各种通信协议将全球范围内的计算机互相连接起来，实现信息的共享和传递。而物联网则是基于互联网的概念，将传感器、设备、物体等物理实体与互联网进行连接，实现智能化的数据交换和互联互通。

二：架构

互联网的架构是基于TCP/IP协议的分层模型，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。物联网的架构则更加复杂，它包括前端感知层、网络层、中间层和应用层。前端感知层负责感知实体的状态和环境信息，网络层负责数据传输和通信，中间层负责数据处理和分析，应用层负责提供服务和应用。

三：通信方式

互联网的通信方式主要是点对点通信和客户端-服务器模式。数据在发送端和接收端之间通过网络进行传输。而物联网则涉及到更多的通信方式，包括点对点通信、网状通信、星型通信、环形通信等。此外，物联网还引入了近场通信、蓝牙、WiFi、蜂窝网络等无线通信技术。

四：安全性

互联网的安全性一直是一个重要的问题，因为它涉及到大量的数据传输和用户隐私。互联网的安全性需要依靠防火墙、加密技术和认证机制来保护。物联网的安全性更加复杂，因为它涉及到更多的接入点和设备。除了防火墙和加密技术外，物联网还需要考虑物理安全、设备认证和访问控制等问题。

五：应用领域

互联网的应用领域非常广泛，包括电子商务、社交媒体、在线教育、云计算等。物联网的应用领域主要集中在智能家居、智能交通、智能物流、智能制造等。物联网通过连接各种设备和物体，实现了物与物的互联互通，为各个领域带来了更多的智能化和自动化的可能性。

六：附件

本文档涉及的附件包括相关的图表、数据和参考资料。这些附件可以提供更多的详细信息，供读者参考和进一步研究。

七：法律名词及注释

1. 互联网：全球范围内的计算机网络系统。 2. 物联网：将物理实体与互联网进行连接的网络系统。