传感网和物联网

1传感网和物联网目录传感网和物联网综述................................................................................2识别、传感和通讯....................................................................................7网络技术和应用......................................................................................12物联网——下一个信息产业革命..........................................................182传感网和物联网综述大纲一、硬件技术1．射频识别技术2．传感技术/遥感技术二、网络技术三、国内外应用实例四、前景展望知识点汇总概念C01：传感网C02：物联网C03：射频识别技术C04：传感技术/遥感技术C05：无线传感器原理K01：电子标签的种类K02：射频识别技术和遥感技术的相同点和不同点K03：无线传感器的优点K04：无线传感网络的优点K05：无线传感器网络节点的关键技术K06：物联网的应用范围K07：物联网和传感网对我国的重大战略意义正文传感网，顾名思义，就是由无线传感器节点组成的网络。无线传感器节点在传感网中是以一个群体出现，而不是以单一个体出现的。无线传感器节点间的协同工作是传感网的基础，这种协同工作体现在传感网的自配置、自组织、数据收3集、汇报处理以及节点定位、网络覆盖等机制中。物联网是通过RFID（RadioFrequencyIdentification即射频识别，俗称电子标签）、传感器、GPS(GlobalPositioningSystem,GPS是全球定位系统的简称)、激光扫描等各种设备，按约定的协议把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。互联网主要是实现人与人的交互；物联网则不仅可以实现人与人的交互，还可以实现人与物、物与物的交互。简而言之，物联网就是连接世界万物的网络。一、硬件技术1．射频识别技术射频识别技术（RFID），俗称电子标签，是一项利用无线射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息识别目的的技术。与传统的识别方式相比，RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，且操作方便快捷；它还给每个物体在信息世界里提供一个标识，就像互联网中的地址。射频识别系统由电子标签和阅读器两部分组成。（1）电子标签的种类标签的种类有两种：无源标签（如交通卡，特点是距离近、便宜），它只有在阅读器阅读范围之内，才能对阅读器所产生的电磁场发生感应，使其所带的信息数据被读取；有源标签（距离远、昂贵），它自带电源，标签可以通过无线发射模块主动向阅读器发射识别信号。（2）阅读器阅读器以非接触式的方式读取标签信息，每秒可以阅读上百单位的标签，并与后台服务器和数据库连接。2．传感技术/遥感技术遥感技术（RemoteSensing）从广义上讲，就是使用各种传感仪器对远距离目标和现象进行信息获取。由于需要适用于远距离目标，所以通常采用无线的或者非接触式的传感仪器。传感器是一个非常宽泛的概念，即能把物理世界的物理量转换成一定信息表达的装置，而这个信息可以是模拟或者数字信号，也可以是一个图像或者数据。如今，感知技术已经深入到我们社会生活和生产的各个领域，如针对地理、环境的卫星遥感；针对医学健康的超声波、X光成像等。无线传感器是一种集成了传感能力、处理能力和无线通讯能力三个主要模块4的新型仪器。它自带的处理和存储能力可以支持多种应用场景,并具有快捷部署的优点：即节点自配置、节点间协同工作、对部署环境自适应。对比射频识别技术和遥感技术，二者的相同点是：它们都是把信息从物理世界提取和转换到信息世界的技术；而它们的不同点在于：使用射频识别技术，标识被附着在物体上，这样信息的源头在物体上；而在传感技术里，信息是由传感器感知产生的。二、网络技术虽然遥感仪器都使用无线和非接触式的探测、感应技术，但是其后台系统往往还是采取布线的方法来连接信息收集终端和信息处理分析系统，传感器作为遥感仪器的终端测量装置也通常使用有线的方式和其他部件连接在一起。在这些系统里，一般都有确定的用途和使用机制，即在遥感系统里，它们所提供的信息以及信息的用途都是确定和不可变的，一个遥感系统往往只能为一个单一的探测目的工作。随着因特网的兴起，无线通讯被广泛使用的同时，无线传感器也渐渐地在应用和科研的舞台上崭露头角。无线传感器是一种集成了传感能力、处理能力和无线通讯能力三个主要模块的新型仪器，并通常由供电模块提供工作所需的电能。与传统的传感器相比，无线传感器具有体积小、成本低、部署灵活等特性；而且无线传感器自带的处理和存储能力可以支持多种应用场景；使用无线通讯也使得无线传感器之间的信息交流变得灵通，使它们的协同工作变得可能。无线传感网络具有无需固定设备支持、可以快速部署、易于组网、有效降低大规模布撒成本、不受有线网络的约束等优点。它是传统计算机网络技术发展的延伸，是一个全新的研究领域，其中孕育了巨大的创新空间。无线传感器网络节点的关键技术主要有：（1）自配置（Self-configuration）无线传感器节点需要具备自行配置的能力来应对大规模的部署，包括对地址、网络连通、网关等信息的配置。（2）自组织（Self-organization）各传感器节点之间协同合作对网络拓扑进行组织，并形成针对应用优化的虚拟拓扑结构，用来更有效地支撑路由、数据查询、数据收集等机制。（3）定位（Localization）5GPS不足以满足传感网的室内和低能耗的定位需求，无线传感器网络技术可以通过一定数目的已标识位置节点，通过节点间的协同计算得到其他节点的位置信息。（4）覆盖（Coverage）保证传感器节点对相关区域的覆盖是监控应用的关键问题。（5）追踪（Tracking）节点之间协调工作，判断目标物体的轨迹和减少探测误差。（6）节能（EnergySaving）节能贯穿于传感网各项技术中，同时它也限制了传感网中可使用算法的复杂度、通讯消息的数量等，使其设计更充满了挑战。物联网和传感网在军事和反恐上的重要性毋容置疑。此外，在其他的诸如健康护理和森林防火等应用上也是非常重要的。三、国内外应用实例物联网的应用范围：农林牧渔方面有农业生产、食品安全等；工业方面有工业生产、供应链管理、节能减排等；服务业方面有零售、物流、金融等；基础设施和社会管理方面有智能交通、智能电网、智能水利和环境检测等。除此之外，物联网还在数字生活、军事安全等方面有较广泛的应用。国内外比较著名的应用案例包括：英特尔的研究小组和加州大学伯克利分校以及巴港大西洋大学搭建的大鸭岛监测系统；由美国佐治亚理工学院和健康系统研究所合作的普适健康护理系统试验应用平台；由美国航天局NASA主导的使用地面传感网和卫星遥感系统的集成系统——感知网；由IUT（法国大学科技学院）主导的新加坡普适网络社会计划——新加坡普适网络社会；由中国科学院微系统研究所和无锡市政府联合开展的物联网示范工程项目：“感知太湖，智慧水利”是针对太湖水域保护建立的一套集蓝藻湖泛智能感知、打捞车船智能调度和信息综合管理于一体的智慧水利物联网系统；由香港科技大学发起的，国内多所高校参加的山林传感网项目——绿野千6传；由上海交通大学无线和传感器网络实验室搭建的，基于实时出租车定位信息的智能交通分析、演示和预测系统；物联网提供了海量信息，但它若受到攻击，很可能产生信息被泄露或被篡改、基础设施被攻击以及基础设施被破坏等问题。如何保证一些重要信息的安全性和隐私性？这是值得深思的一个问题。四、前景展望1．物联网和传感网对我国的重大战略意义国务院将传感网和物联网上升为国家五大战略性新兴产业中的第二位。我国的研究与国外几乎同时起步，因此，在信息网络技术上要抢占先机。物联网和传感网通过信息网络技术可以控制一个国家的经济，事关国家安全和社会稳定问题。物联网把百姓生活中的各种事物都感知和抽象到信息网络中，因此其各种应用与百姓的日常生活也息息相关。物联网可以并将广泛应用于交通、家居、环保、政务、安保、消防、电网、食品安全和国防等各个行业和生活的各个方面。物联网是信息社会发展的趋势，并被各国视为新的经济增长点，大规模发展物联网技术是国家和地区性的发展的重要战略。2．物联网发展现状和发展趋势行业应用将成为未来几年物联网产业发展的主要驱动力。智能交通、城市安防、智能电网等行业市场成熟度较高，这些行业传感技术成熟、政府扶持力度大，在许多城市已经开始规模化应用，市场前景广阔，投资机会巨大，将成为未来几年物联网产业发展的重点领域；医疗卫生、家庭、个人等领域的智能传感应用则需要较长的时间，技术、标准均有待进一步完善，大多数的产品还处于试验阶段，短时间内不会大规模应用。同时物联网的发展也需要标准化体系的建立、积极的可行性政策出台、自主知识产权的核心技术突破、各行业主管部门的积极协调与互动以及重点应用领域的重大专项实施。7识别、传感和通讯大纲一、射频识别技术1．射频识别技术的概念2．射频识别技术的发展历史3．从条形码到电子标签二、传感技术1．传感原理2．传感器定义和扩展3．RFID技术和传感技术的比较三、认识传感器节点1．无线传感器节点结构2．传感器低端平台3．传感器高端平台四、从有线到无线知识点汇总概念C01：射频识别技术C02：传感原理C03：传感器C04：Zigbee(802.15.4)无线通讯协议原理K01：射频识别技术的发展历史K02：条形码与电子标签的区别K03：主动传感与被动传感K04：常用的传感器类型K05：RFID技术和传感技术的比较8K06：有线通讯和无线通讯的比较重要信息I01：无线通讯技术正文一、射频识别技术1．射频识别技术的概念射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是一项利用无线射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息识别目的的技术。射频识别系统由电子标签（射频标签）和阅读器组成。电子标签内存有一定格式的信息数据，这些数据符合一定的标准规范，并以此作为待识别物品的标识性信息（产品类型、生产厂商、生产日期和价格等）。这个电子标签在应用中将附着在待识别物品上。电子标签可以分为两种，一种是无源标签，一种是有源标签。无源标签自己不带电源，只有在阅读器阅读范围之内，对阅读器所产生的电磁场发生感应而获得电能，从而使其所带的信息数据被读取，主要应用在：门禁控制、物流管理等。有源标签自带电源或可再生能源，标签可以通过无线发射模块主动向阅读器发射识别信号，主要应用在：远程电子付费、远程识别监控系统等。2．射频识别技术的发展历史RFID技术最早源于二战时期的雷达技术。1948年，美国人哈里斯·托克曼（HarryStockman）发表的《利用反射功率的通讯》（CommunicationbyMeansofReflectedPower）奠定了RFID技术的理论基础；20世纪60年代，出现了RFID技术的第一例商业应用；20世纪80年代，由于成本的降低，出现了RFID技术的大量应用；进入21世纪后，RFID被更多地赋予条形码替代产品的角色，受到零售业和物流公司的大力追捧。随着物联网概念的提出，RFID已成为使物品进入信息系统的一种重要手段。3．从条形码到电子标签条形码的特点是：读取必须在视线以内；单个读取；近距离读取；仅提供储存标识信息；标签信息不可修改；印刷成本低。9电子标签的特点是：障碍物影响小，无方向性；多个读取；读取范围大；储存信息量大；可修改标签储存信息；成本逐渐降低。二、传感技术1．传感原理传感原理，即使用各种传感仪器通过反射和辐射电磁信号，对远距离目标和现象进行信息获取。物理量获取方面，如温度、湿度；化学量获取方面，如浓度；生物量获