《物聯(lián)網(wǎng)》全冊配套完整教學課件2

《物聯(lián)網(wǎng)》全冊配套完整教學課件2第一章緒論

物聯(lián)網(wǎng)的由來與發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)的特征

物聯(lián)網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)4123

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)5

應(yīng)用領(lǐng)域6目錄物聯(lián)網(wǎng)由來與發(fā)展1.11.1由來與發(fā)展2005年國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，引用了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，并且指出無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨。然而，報告對物聯(lián)網(wǎng)缺乏一個清晰的定義，并且覆蓋范圍有了較大的拓展2009年初美國國際商業(yè)機器公司，即IBM，提出“智慧的地球”概念，認為：信息產(chǎn)業(yè)下一階段的任務(wù)是把新一代信息技術(shù)充分運用在各行各業(yè)之中，具體就是把傳感器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成物聯(lián)網(wǎng)2009年6月歐盟委員會向歐盟議會、理事會、歐洲經(jīng)濟和社會委員會及地區(qū)委員會遞交了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》，其目的為希望歐洲通過構(gòu)建新型物聯(lián)網(wǎng)管理框架來引領(lǐng)世界“物聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展。2009年8月日本提出“智慧泛在”構(gòu)想，將傳感網(wǎng)列為國家重要戰(zhàn)略，致力于一個個性化的物聯(lián)網(wǎng)智能服務(wù)體系發(fā)展之路發(fā)展之路（續(xù)）2009年8月國務(wù)院總理溫家寶來到中科院無錫研發(fā)中心考察，指出關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)可以盡快去做三件事情：一是把傳感系統(tǒng)和3G中的TD技術(shù)結(jié)合起來；二是在國家重大科技專項中，加快推進傳感網(wǎng)發(fā)展；三是盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心2009年10月韓國通信委員會通過《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》，將物聯(lián)網(wǎng)確定為新增長動力，樹立了“通過構(gòu)建世界最先進的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實施，打造未來廣播通信融合領(lǐng)域超一流信息強國”的目標2010年3月

國務(wù)院總理溫家寶在《政府工作報告》中，將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”明確納入重點產(chǎn)業(yè)振興，表明物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被提升為國家戰(zhàn)略，中國開啟物聯(lián)網(wǎng)元年物聯(lián)網(wǎng)的定義1.21.2物聯(lián)網(wǎng)定義

TheInternetofthings

物物相連

人-車-物-信息流讓客觀事物會說話AnytimeAnythingAnyoneAnywhere物聯(lián)網(wǎng)是一種通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定協(xié)議，使物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。全面感知利用射頻識別、二維碼、傳感器等感知、捕獲、測量技術(shù)隨時隨地對物體進行信息采集和獲取可靠傳送通過將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，依托各種通信網(wǎng)絡(luò)，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享智能處理利用各種智能計算技術(shù)，對海量的感知數(shù)據(jù)和信息進行分析并處理，實現(xiàn)智能化的決策和控制主要特征

物聯(lián)網(wǎng)的特征1.3

網(wǎng)絡(luò)化

物聯(lián)化

互聯(lián)化

自動化4123

感知化5

智能化6物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)通訊物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)是無線技術(shù)

框架結(jié)構(gòu)1.4

物聯(lián)網(wǎng)硬件軟件感知控制層網(wǎng)絡(luò)傳輸層應(yīng)用服務(wù)層1.4框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)感知控制層網(wǎng)絡(luò)傳輸層應(yīng)用服務(wù)層主要技術(shù)EPC編碼和RFID射頻識別技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，PLC，藍牙，Wi-Fi，現(xiàn)場總線云計算技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)、中間件技術(shù)知識點EPC編碼的標準和RFID的工作原理數(shù)據(jù)傳輸方式，算法，原理云連接、云安全、云存儲、知識表達與獲取、智能Agent知識單元產(chǎn)品編碼標準、RFID標簽、閱讀器、天線、中間件組網(wǎng)技術(shù)，定位技術(shù)，時間同步技術(shù)，路由協(xié)議，MAC協(xié)議，數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、智能技術(shù)、信息安全技術(shù)知識體系通過對產(chǎn)品按照合適的標準來進行編碼實現(xiàn)對產(chǎn)品的辨別。和通過射頻識別技術(shù)，完成對產(chǎn)品的信息讀取，處理和管理技術(shù)框架，通信協(xié)議，技術(shù)標準云計算系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)、分布智能系統(tǒng)軟件（平臺）RFID中間件（產(chǎn)品信息轉(zhuǎn)換軟件、數(shù)據(jù)庫等）NS2，IAR,KEIL,Wave數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、中間件平臺、云計算平臺硬件（平臺）RFID應(yīng)答器、閱讀器，天線組成的RFID系統(tǒng)。CC2430,EM250,JENNICLTD,FREESCALEBEEPC機和各種嵌入式終端相關(guān)課程編碼理論、通信原理、數(shù)據(jù)庫、電子電路無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡明教程，電力線通信技術(shù)，藍牙技術(shù)基礎(chǔ)，現(xiàn)場總線技術(shù)微機原理與操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息安全軟件應(yīng)用服務(wù)層掌握應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)關(guān)鍵，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件開發(fā)；應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)流設(shè)計；能夠獨立設(shè)計不同需要的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)傳輸層多種網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)計，HF,UHF

－RFID讀卡器設(shè)計；掌握主流無線和無線網(wǎng)絡(luò)標準，主要路由算法掌握，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和數(shù)據(jù)庫設(shè)計感知控制層無線節(jié)點硬件和核心協(xié)議棧軟件設(shè)計，RFID無源有源標簽設(shè)計技術(shù)掌握，低功耗無線設(shè)計，基礎(chǔ)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)掌握，安全和加密原理和設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)1.5

1.5關(guān)鍵技術(shù)RFID和EPC技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)中讓物品“開口說話”的關(guān)鍵技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)中，通過EPC編碼，RFID標簽上存儲著規(guī)范而具有互用性的信息，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)把它們自動采集到中央信息系統(tǒng)，實現(xiàn)物品（商品）的識別傳感控制技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感控制技術(shù)主要負責接收物品“講話”的內(nèi)容。傳感控制技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信息，并對之進行處理、變換和識別的一門多學科交叉的現(xiàn)代科學與工程技術(shù)，它涉及傳感器、信息處理和識別的規(guī)劃設(shè)計、開發(fā)、制造、測試、應(yīng)用及評價改進等活動無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)中，物品與人的無障礙交流，必然離不開高速、可進行大批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也包括為近距離的藍牙技術(shù)和紅外技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)就是網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)，分為以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)和ATM局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，也可分為有線、無線組網(wǎng)，在物聯(lián)網(wǎng)中，組網(wǎng)技術(shù)起到“橋梁”的作用，其中應(yīng)用最多的是無線自組網(wǎng)技術(shù)，它能將分散的節(jié)點在一定范圍之內(nèi)自動組成一個網(wǎng)絡(luò)，來增加各采集節(jié)點獲取信息的渠道。除了采集到的信息外，該節(jié)點還能獲取一定范圍之內(nèi)的其他節(jié)點采集到的信息，因此在該范圍內(nèi)節(jié)點采集到的信息可以統(tǒng)一處理，統(tǒng)一傳送，或者經(jīng)過節(jié)點之間的相互“聯(lián)系”后，它們協(xié)商傳送各自的部分信息人工智能技術(shù)人工智能是研究使計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學習、推理、思考、規(guī)劃等）的技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技術(shù)主要負責將物品“說話”的內(nèi)容進行分析，從而實現(xiàn)計算機自動處理應(yīng)用中的難點技術(shù)標準問題世界各國存在不同的標準，中國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會于2006年成立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標準項目組。2009年9月，傳感器網(wǎng)絡(luò)標準組正式成立了PG1(國際標準化)、PG2(標準體系與系統(tǒng)架構(gòu))、PG3(通信與信息交互)、PG4(協(xié)同信息處理)、PG5(標識)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(電力行業(yè)應(yīng)用調(diào)研)等8個專項組，開展具體的國家標準的制定工作數(shù)據(jù)安全問題信息采集頻繁，其數(shù)據(jù)安全必須重點考慮IP地址問題每個物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址，就需要一個地址。物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址，IPv4資源即將耗盡，那就需要IPv6來支撐。IPv6協(xié)議已經(jīng)從實驗室走向了應(yīng)用階段物聯(lián)網(wǎng)終端問題物聯(lián)網(wǎng)終端除具有本身功能外還擁有傳感器和網(wǎng)絡(luò)接入等功能，且不同行業(yè)需求千差萬別，如何滿足終端產(chǎn)品的多樣化需求，對運營商來說是一大挑戰(zhàn)應(yīng)用領(lǐng)域1.6

物聯(lián)網(wǎng)管理平臺移動POS金融供應(yīng)鏈智能運輸工業(yè)自動化智能建筑消防公共安全環(huán)境保護氣象數(shù)字化醫(yī)療遙感勘測軍事農(nóng)業(yè)林業(yè)水務(wù)電力煤炭石化物流、零售、自動服務(wù)設(shè)備、安全、節(jié)能生產(chǎn)、安全、防災(zāi)、水電油氣防火、勘察、報警污染檢測、報警水質(zhì)、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、環(huán)境、跟蹤抄表、監(jiān)控、節(jié)能設(shè)備、臨床、輔助診斷、病程險情、油井、運輸、管線聯(lián)動、消防栓、定位、調(diào)度照明、信號、應(yīng)急、災(zāi)害、識別大地勘測、森林、地震、海洋偵查、監(jiān)控、定位、評估降水、防洪、遠程設(shè)備交易、訂單、跟蹤、識別通風、瓦斯、救災(zāi)定位庫存、車隊、監(jiān)控、導航、識別、貨物電子支付、實時信息十大領(lǐng)域智能電網(wǎng)智能交通智能物流智能家居環(huán)境與安全檢測醫(yī)療健康國防軍事精細農(nóng)牧業(yè)金融與服務(wù)業(yè)工業(yè)與自動化控制智能交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成小結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是隨著互聯(lián)網(wǎng)、傳感器等發(fā)展而發(fā)展的。理念是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識別技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的顯著特點是技術(shù)高度集成，學科復雜交叉，綜合應(yīng)用廣泛，目前發(fā)展應(yīng)用主要體現(xiàn)在智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流、智能家居等領(lǐng)域。P31第2章物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)P32

123本章要點物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系EPC的編碼系統(tǒng)P332.1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱是“InternetofThings”，它的概念最早是在1999年，由麻省理工學院Auto-ID研究中心提出的。它是指利用產(chǎn)品電子代碼EPC、射頻識別技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)（當時網(wǎng)絡(luò)的概念還僅限于通過互聯(lián)網(wǎng)），實現(xiàn)在任何的時候，任何地點對任何物品識別和管理，即物品的互聯(lián)互通。P342.1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)感知層——皮膚、傳感器網(wǎng)絡(luò)層——接入、傳輸應(yīng)用層——目的、核心P352.1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)P362.1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)P372.1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)3.物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)劃分為三個層次:一是感知層，即利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息；二是網(wǎng)絡(luò)層，通過各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去；三是應(yīng)用層，把感知層得到的信息進行處理，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等實際應(yīng)用。P382.1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)P392.1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)4.物聯(lián)網(wǎng)感知層感知層主要包括：自動識別技術(shù)產(chǎn)品和傳感器(條碼、RFID、傳感器等)，無線傳輸技術(shù)（WLAN、Bluetooth、ZigBee、UWB），自織組網(wǎng)技術(shù)和中間件技術(shù)P402.1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)5.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層起連接上下兩層的作用。網(wǎng)絡(luò)層的作用就是當感知層中的感應(yīng)設(shè)備將物品信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)節(jié)點后,再通過網(wǎng)絡(luò)層中的移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和其他專用網(wǎng)絡(luò)連接各個服務(wù)器,以此來使客戶可以根據(jù)自己的需要獲取物品信息。。P412.1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)6.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的。P422.2物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)1.物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及多個領(lǐng)域，這些技術(shù)在不同的行業(yè)具有不同的應(yīng)用需求和技術(shù)形態(tài)。在這個技術(shù)體系中，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)成主要包括感知與標識技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、計算、服務(wù)技術(shù)、管理與支撐技術(shù)、及應(yīng)用技術(shù)與公共技術(shù)。P432.2物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)EPC編碼協(xié)議EPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)EPC條形碼標簽EPC、條形碼、RFID標簽4123EPC編碼系統(tǒng)ElectronicProductCode電子產(chǎn)品編碼什么是EPC？EPC最終目標是為每一個商品建立全球的、開放的編碼標準。我們身邊的EPCEPC1EPC統(tǒng)一了對世界范圍內(nèi)的商品的標識編碼的規(guī)則，并通過應(yīng)用于RFID系統(tǒng)中，聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而組成了EPC系統(tǒng)。2EPC規(guī)定了用數(shù)字信息的形式存儲于和具體的商品實物固定在一起的RFID應(yīng)答器中EPC編碼協(xié)議2.1

目前的EPC系統(tǒng)中應(yīng)用的編碼類型主要有三種：64位、96位和256位。EPC編碼由版本號、產(chǎn)品域名管理、產(chǎn)品分類部分和序列號四個字段組成。64位EPC-64編碼類型，分為typeⅠ、typeⅡ和typeⅢ三種類型目前只有一種typeⅠ型，版本號字段占8位，域名管理占28位，序列號為36位。目前主要三種EPC應(yīng)用編碼EPC-256編碼類型，分為typeⅠ、typeⅡ和typeⅢ三種類型，它的域名管理分別占32位、64位和128位96位256位

Ⅰ型EPC-64編碼提供的占有兩個數(shù)字位的版本號編碼。21位被分配給了具體的EPC域名管理編碼，17位被用于標識產(chǎn)品具體的分類信息，最后的24位序列具體地標識了具體的產(chǎn)品的個體。

當Ⅰ型EPC-64無法滿足需要時可以采用Ⅱ型EPC-64來滿足大量產(chǎn)品和對價格反應(yīng)敏感的消費品生產(chǎn)者的要求。Ⅱ型EPC-64編碼采用34位的產(chǎn)品序列號，與13位對象分類區(qū)結(jié)合（允許多達8192庫存單元），遠遠超過了世界上最大的消費品生產(chǎn)商的生產(chǎn)能力。

Ⅰ型EPC-96的設(shè)計目的是成為一個公開的物品標識代碼。它的應(yīng)用類似于目前的統(tǒng)一產(chǎn)品代碼，具體的字段含義如下

EPC的64位編碼和96位編碼版本已經(jīng)不足以長期使用。更長的EPC編碼規(guī)則一直以來就廣受期待并醞釀已久。EPC的256位編碼標準就是在這種情況下應(yīng)運而生的。EPC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2EPC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

全球電子產(chǎn)品編碼體系

EPC識別系統(tǒng)

信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1ONS(ObjectNamingService)對象名稱解服務(wù)器，它用來把EPC轉(zhuǎn)化成IP地址，用來定位相應(yīng)的計算機和完成相應(yīng)的信息交互服務(wù)。2PML(PhysicalMarkupLanguage)實體標識語言服務(wù)器中，存儲用PML語言描述的實物信息，如實物名稱、種類、性質(zhì)、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家信息、實物存放位置、實物的使用說明等。Step1EPC編碼讀寫器讀出商品中的EPC編碼信息，Step2由EPC產(chǎn)品管理中間件，傳輸?shù)絀nternet中，Step3經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳到ONS服務(wù)器，找到該EPC對應(yīng)的IP地址，由IP地址找到PML服務(wù)器，從產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)庫中，獲取相關(guān)實物信息并作相應(yīng)處理。2.3EPC條形碼標簽EPC條形碼標簽

條形碼技術(shù)是集編碼、印刷、識別、數(shù)據(jù)采集和處理于一身。

條形碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用來表達信息的圖形標識符。一維條形碼二維條形碼一維條碼是由一組寬度不同、反射率不同的平行相鄰的線條和空白，按照一定的編碼規(guī)則和技術(shù)標準組合而成，用來表示某種數(shù)據(jù)信息的符號。

在EPC條形碼的編碼方式中在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條碼，稱為二維條碼（2dimensionalbarcode），可直接顯示英文、中文、數(shù)字、符號、圖型條形碼一維條形碼二維條形碼2.4EPC、條形碼、RFID標簽EPC、RFID、條形碼的區(qū)別與聯(lián)系EPCRFID條形碼條形碼是應(yīng)用了不同寬度的黑白條碼反射光來編碼，具體成本低廉，使用方便，缺點是編碼容量不足。RFID標簽是存儲了具體的EPC標準的產(chǎn)品編碼信息的產(chǎn)品標簽，它會因不同應(yīng)用場合的具體要求而表現(xiàn)出不同的封裝形式，如紐扣類、IC卡類以及條形碼形式等等。EPC是編碼標準，規(guī)定了對具體不同商品產(chǎn)品唯一的編碼格式，完成RFID產(chǎn)品信息編碼。EPC、條形碼、RFID標簽的區(qū)別

RFID標簽與閱讀器的信息交互的媒介是通過射頻，即電磁場，同時它也具備微型存儲器、微處理器、天線等部件。

日?？吹降臈l形碼只是利用不同寬度黑白條碼來完成信息編碼，物理上并不具備以上幾部分。一維條形碼一維條碼只是在一個方向（一般是水平方向）表達信息，而在垂直方向則不表達任何信息，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的對準。在EPC條形碼的編碼方式中在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條碼。貯存數(shù)據(jù)量大，可存放1K字符，可用掃描儀直接讀取內(nèi)容，無需另接數(shù)據(jù)庫二維條形碼自動識別技術(shù)概念條形碼（一維、二維）卡識別（磁卡、IC卡）生物識別（人臉、指紋、虹膜等）4123目錄3.1自動識別技術(shù)

自動識別技術(shù)就是應(yīng)用一定的識別裝置，通過被識別物品和識別裝置之間的接近活動，自動地獲取被識別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺的計算機處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。常見的自動識別技術(shù)1.條碼技術(shù)(Barcode)條形碼是日常生活中經(jīng)常會看到的一種自動識別技術(shù)，也是迄今為止最經(jīng)濟、實用的一種自動識別技術(shù)。2.

條形碼(barcode)識別技術(shù)P732.

條形碼(barcode)識別技術(shù)P74一維條碼優(yōu)越性可靠性強

（誤差概率1/15000）效率高。

（速率40字符/秒）成本低。

易于制作。

構(gòu)造簡單。靈活實用。實現(xiàn)自動化管理。2.

條形碼(barcode)識別技術(shù)P75一維條碼局限性數(shù)據(jù)容量較小只能包含字母和數(shù)字條碼尺寸相對較大（空間利用率較低）2.

條形碼(barcode)識別技術(shù)P76二維條碼

二維條碼正是為了解一維條碼無法解決的問題而產(chǎn)生的。因為它具有高密度、高可靠性等特點，所以可以用它表示數(shù)據(jù)文件(包括漢字文件)、圖像等。二維條碼是大容量、高可靠性信息實現(xiàn)存儲、攜帶并自動識讀的最理想的方法2.

條形碼(barcode)識別技術(shù)P77二維條碼

二維碼（dimensionalbarcode），又稱二維條碼，是在一維條碼的基礎(chǔ)上擴展出的一種具有可讀性的條碼。設(shè)備掃描二維條碼，通過識別條碼的長度和寬度中所記載的二進制數(shù)據(jù)，可獲取其中所包含的信息。相比一維條碼，二維碼記載更復雜的數(shù)據(jù)，比如圖片、網(wǎng)絡(luò)鏈接等。2.

條形碼(barcode)識別技術(shù)P78二維條碼的優(yōu)越性1．高密度編碼，信息容量大：2．編碼范圍廣：3．容錯能力強，具有糾錯功能（損毀面積50%正常讀?。?．譯碼可靠性高（誤碼率：千萬分之一）5．可引入加密措施：6．成本低，易制作，持久耐用。7．條碼符號形狀、尺寸大小比例可變。8．二維條碼可以使用激光或CCD閱讀器識讀。一維條形碼二維條形碼資料密度與容量密度低，容量小密度高，容量大錯誤偵測及自我糾正能力可以進行錯誤偵測，但沒有錯誤糾正能力有錯誤檢驗及錯誤糾正能力，并可根據(jù)實際應(yīng)用設(shè)置不同的安全等級垂直方向的資料不儲存資料，垂直方向的高度是為了識讀方便，并彌補印刷缺陷或局部損壞攜帶資料，可以糾正印刷缺陷或局部損壞等，并能恢復資料主要用途主要用于對物品的標識用于對物品的描述資料庫與網(wǎng)絡(luò)依賴性多數(shù)場合需依賴資料庫及通訊網(wǎng)絡(luò)可不依賴資料庫及通訊網(wǎng)絡(luò)而單獨使用識讀設(shè)備可用線型掃描器識讀，如光筆、線型CCD等對于堆疊式可用線型掃描器，或圖像掃描儀識讀，對于矩陣式則只能用圖像掃描儀識讀一維條碼和二維條碼的比較

2.光學字符識別(OCR)

光學字符識別(OpticalCharacterRecognition，OCR)是指對文本資料進行掃描，然后對圖像文件進行分析處理，獲取文字及版面信息的過程。

常見自動識別技術(shù)3.卡識別技術(shù)磁條(卡)技術(shù)IC卡識別技術(shù)常見自動識別技術(shù)4.生物識別技術(shù)利用人的生物個體差異，通過計算技術(shù)，進行識別代表有：指紋識別人臉識別虹膜識別聲音識別靜脈識別………

4.1指紋識別

指紋識別技術(shù)是指利用人體指紋特征的差異進行身份認證的一種技術(shù)。常見自動識別技術(shù)4.2虹膜識別

虹膜識別技術(shù)是指利用人體虹膜特征的差異進行身份認證的一種技術(shù)。常見自動識別技術(shù)4.3靜脈識別

靜脈識別技術(shù)是指利用人體靜脈血管特征的差異進行身份認證的一種技術(shù)。常見自動識別技術(shù)4.4人臉識別

人臉識別技術(shù)是指利用人體面部特征的差異進行身份認證的一種技術(shù)。常見自動識別技術(shù)人臉識別技術(shù)人臉識別的過程自主研發(fā)的人臉識別技術(shù)應(yīng)用各級人大、政協(xié)兩會自主研發(fā)的人臉識別技術(shù)RFID部分RFID概述RFID原理RFID分類RFID應(yīng)用4123目錄1RFID概述RFID概述

RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即無線射頻識別，俗稱電子標簽。是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID原理RFID原理RFID系統(tǒng)的工作原理電磁感應(yīng)工作方式一般適合于中低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125KHz、225KHz和13.56MHz。識別作用距離小于1米，典型作用距離為10～20厘米。電感耦合示意圖電磁傳播或電磁反向散射（BackScatter）耦合，即所謂的雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律，如圖所示。電磁反向散射耦合方式一般適合于超高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz。識別作用距離大于1米，典型作用距離為3～l0米。

電磁反向散射耦合RFID構(gòu)成和原理RFID系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩大部分，硬件組件包括電子標簽、讀寫器、天線。RFID系統(tǒng)的軟件組件可分RFID系統(tǒng)軟件、RFID中間件和主機應(yīng)用程序。RFID構(gòu)成和原理RFID的硬件組成1)電子標簽電子標簽也稱應(yīng)答器，是一個微型的無線收發(fā)裝置，主要由內(nèi)置天線和芯片組成。芯片中存儲能夠識別目標的信息，當讀寫器查詢時它會發(fā)射數(shù)據(jù)給讀寫器。

RFID構(gòu)成和原理2)讀寫器讀寫器是一個捕捉和處理RFID標簽數(shù)據(jù)的設(shè)備，它可以是單獨的個體，也可以嵌入到其他系統(tǒng)之中。讀寫器也是構(gòu)成RFID系統(tǒng)的重要部件之一，由于它能夠?qū)?shù)據(jù)寫到RFID標簽中，因此稱為讀寫器。

RFID構(gòu)成和原理3)天線天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號功率接收或輻射出去的設(shè)備，是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導行波與自由空間波能量的轉(zhuǎn)化。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔接收能量和發(fā)射能量的作用。RFID概述1940195019601970198019902000出現(xiàn)探索豐富發(fā)展商用提速廣泛RFID發(fā)展歷程RFID產(chǎn)品種類更加豐富，成本不斷降低。1941—19601961—19801981—20002000—今RFID發(fā)展歷史RFID技術(shù)有了大的發(fā)展，有了早期的應(yīng)用RFID進入商業(yè)應(yīng)用標準化出現(xiàn)，RFID產(chǎn)品逐漸進入生活。雷達的改進催生RFID技術(shù)，1948年奠定了RFID理論基礎(chǔ)處于實驗室階段。RFID概述與其他自動識別技術(shù)相比，RFID的主要特性包括以下4個方面。(1)數(shù)據(jù)的讀寫(ReadWrite)機能;(2)小型化和多樣化的形狀;(3)耐環(huán)境性;(4)可重復使用3RFID分類RFID分類1.按供電方式不同的分類(1)有源電子標簽(2)無源電子標簽(3)半無源電子標簽RFID分類2.按使用頻率不同的分類低頻(LowFrequency，LF)(2)高頻(HighFrequency，HF)(3)超高頻(UltraHighFrequency，UHF)(4)微波(Microwave，uW)RFID分類高頻（HF）超高頻（UHF）低頻（LF）低頻135KHz以下高頻13.56MHz超高頻860M~960MHz微波2.4G微波（MW）LF代表低頻射頻，在125KHz左右。HF代表高頻射頻，在13.54MHz左右。UHF代表超高頻射頻，在850～910MHz范圍之內(nèi)。還有2.4G的微波頻段。RFID主要頻段和特性RFID技術(shù)的應(yīng)用RFID發(fā)展面臨的難題(1)成本的下降；(2)國際標準的制定與推行；(3)可能引起隱私權(quán)的問題。RFID技術(shù)的應(yīng)用RFID閱讀器頻率分類和我們聽的收音機類似，射頻應(yīng)答器和閱讀器同樣要調(diào)制到相同的頻率點才能工作。LF、HF、UHF就分別對應(yīng)著不同頻率的射頻頻段。具體見下表

在RFID系統(tǒng)中，識別信息存放于電子信息載體中，這個電子信息載體就是應(yīng)答器，應(yīng)答器在具體不同應(yīng)用領(lǐng)域有表現(xiàn)為多種不同的形式，

應(yīng)答器的基本是由天線、編/解碼器、電源、解調(diào)器、存儲器，控制器以及負載電路組成。

從應(yīng)答器傳送信息到閱讀器，狀態(tài)數(shù)據(jù)在CPU的控制下，從存儲器中取出經(jīng)過編碼器和負載調(diào)制單元發(fā)送到閱讀器。應(yīng)答器天線部分主要用于數(shù)據(jù)通信和獲取射頻能量。

應(yīng)答器能源不同可以分為：無源（被動式）應(yīng)答器、半無源（半被動式）應(yīng)答器和有源（主動式）應(yīng)答器。

有源應(yīng)答器，這種應(yīng)答器工作所需的能量完全來自于自身的電源模塊，它會主動地與閱讀器信息傳輸。

由于這樣的就需要比較大能量供應(yīng)，所以有源應(yīng)答器的體積往往比較大，重量也較重?？刂破魇菓?yīng)答器系統(tǒng)的核心部分，對于可讀可寫應(yīng)答器，需要內(nèi)部邏輯控制對讀寫的使能，讀寫的操作的支持。

對于有密碼的答器，要求控制器能進行數(shù)字驗證操作。

圖中黑色區(qū)域就是該應(yīng)答器的CPU、存儲器、編解碼功能單元，外圍印制銅模線即為應(yīng)答器的天線單元。RFID的應(yīng)答器的存儲容量一般在幾字節(jié)到幾千字節(jié)之間，存儲器存儲的數(shù)據(jù)量一般為產(chǎn)品的序列號，如EPC編碼。5RFID的天線天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號功率接收或輻射出去的裝置，是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導行波與自由空間波能量的轉(zhuǎn)化。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔接收能量和發(fā)射能量的作用。當前的RFID系統(tǒng)主要集中在LF、HF(13.56MHz)、UHF（860~960MHz）和微波頻段，

(1)天線方向性發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。(2)天線增益增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。(3)波瓣寬度方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低3dB的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱波束寬度或主瓣寬度或半功率角）。(4)天線的極化天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。如圖所示為兩種基本的單極化方式：垂直極化是最常用的；水平極化也是要被用到的。

第四章物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)傳感器與我們的生活密不可分燈光煙霧手機（數(shù)一數(shù)智能手機里的傳感器）車輛（速度、胎壓、燈光、雨刷、液位）工作娛樂………探空火箭人臉識別新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)多用途無人機

航天英雄楊立偉發(fā)射北華航天研發(fā)的火箭北華航天成果在東北亞博覽會開幕式上吳儀副總理參觀北華航天新能源汽車副省長矯正中試乘北華智能車傳感器是物體的“五官”

把特定的被測信號，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號。

可用信號：便于處理的信號，一般為電信號，如電壓、電流、電阻、電容、頻率等

利用各種物理、化學、生物效應(yīng)實現(xiàn)對被測信號的測量。

傳感器兩個概念：

1、檢測信號

2、能把檢測信號轉(zhuǎn)換成與被測量有對應(yīng)函數(shù)關(guān)系、便于傳輸、處理的物理量。傳統(tǒng)傳感器基礎(chǔ)知識

幾種常用傳感器介紹

智能傳感器MEMS技術(shù)4123傳感器接口技術(shù)

54.1

傳統(tǒng)傳感器基礎(chǔ)知識

1傳感器技術(shù)：是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，處于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架的感知層。2傳感器：是一種能把特定的被測信號，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件或裝置，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。。是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，處于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架的感知層。互聯(lián)互通。傳感器技術(shù)3傳感器作用：傳感器處于研究對象與檢測系統(tǒng)的接口位置，是感知、獲取與檢測信息的窗口，它提供物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)賴以進行決策和處理所必需的原始數(shù)據(jù)。按被測量分類

物理量傳感器

力學量壓力傳感器、力傳感器、力矩傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、位移傳感器、位置傳感器、尺度傳感器、密度傳感器、粘度傳感器、硬度傳感器、濁度傳感器熱學量溫度傳感器、熱流傳感器、熱導率傳感器光學量可見光傳感器、紅外光傳感器、紫外光傳感器、照度傳感器、色度傳感器、圖像傳感器、亮度傳感器磁學量磁場強度傳感器、磁通傳感器電學量電流傳感器、電壓傳感器、電場強度傳感器聲學量聲壓傳感器、噪聲傳感器、超聲波傳感器、聲表面波傳感器射線x射線傳感器、β射線傳感器、γ射線傳感器、輻射劑量傳感器化學量傳感器離子傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器生理量傳感器生物量體壓傳感器、脈搏傳感器、心音傳感器、體溫傳感器、血流傳感器、呼吸傳感器、血容量傳感器、體電圖傳感器生化量酶式傳感器、免疫血型傳感器、微生物型傳感器、血氣傳感器、血液電解質(zhì)傳感器的基本原理靜態(tài)特性：

指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出和輸入關(guān)系。衡量靜態(tài)特性的重要指標是線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。動態(tài)特性：

輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的基本指標1.工業(yè)自動化系統(tǒng)：以傳感器一微機為核心的自動檢測與控制系統(tǒng)2.航空航天：飛行速度方向、飛行姿態(tài)進行檢測3.資源探測與環(huán)境保護：大氣、水質(zhì)污染、放射性、噪聲的檢測4.醫(yī)學領(lǐng)域：人體溫度、血壓及腔內(nèi)壓力、血液5.家用電子產(chǎn)品6.軍事領(lǐng)城傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域4.2幾種常用傳感器介紹

溫度傳感器濕度傳感器

超聲波傳感器

氣敏傳感器基本介紹：1溫標：用來度量物體溫度數(shù)值的標尺。2敏感元件與被測介質(zhì)接觸與否，分為：

⑴接觸式溫度傳感器⑵非接觸式溫度傳感器3

材料及電子元件特性，分為：

⑴熱電阻⑵熱電偶1絕對濕度：是大氣中水汽的密度，即單位大氣中所含水汽的質(zhì)量。2相對濕度：相對濕度，指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。濕空氣的絕對濕度與相同溫度下可能達到的最大絕對濕度之比。3

露點：使大氣中原來所含有的未飽和水汽變成飽和水汽所必須降低的溫度值?；窘榻B：分類：電阻濕度傳感器

敏感元件為濕敏電阻，其主要材料一般為電介質(zhì)、半導體、多孔陶瓷、有機物及高分子聚合物。電容濕度傳感器

敏感元件為濕敏電容，主要材料一般為高分子聚合物、金屬氧化物。這些材料對水分子有較強的吸附能力，吸附水分的多少隨環(huán)境濕度而變化。

利用超聲波的特性研制而成；一種振動頻率高于聲波的機械波；頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小；特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面，會產(chǎn)生顯著反射，形成反射成回波碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。超聲波傳感器

被測氣體的種類繁多，它們的性質(zhì)也各不相同。所以不可能用一種方法來檢測各種氣體，其分析方法也隨氣體的種類、濃度、成分和用途而異。氣敏傳感器1氣敏傳感器：指將被測氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出的裝置或器件。主要參數(shù)與特性：①靈敏度：氣敏元件對氣體的敏感程度②響應(yīng)時間：氣敏元件的反應(yīng)速度③選擇性：氣敏元件對不同的氣體有不同的靈敏度④穩(wěn)定性：氣敏元件的輸出特性保持不變的能力應(yīng)用

半導體氣敏元件，由于具有靈敏度高、響應(yīng)時間長、恢復時間短、使用壽命長和成本低等待點，所以半導體氣敏傳感器有很廣的應(yīng)用。4.3智能傳感器基本概念：1智能傳感器：（intelligentsensor）具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結(jié)合的產(chǎn)物。2三個優(yōu)點：通過軟件技術(shù)可實現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動化能力；功能多樣化。系統(tǒng)組成功能⑴自補償和計算⑵自診斷功能⑶復合敏感功能

⑷強大的通訊接口功能⑸現(xiàn)場學習功能⑹提供模擬和數(shù)字輸出⑺數(shù)值處理功能⑻掉電保護功能特點

⑴一定程度的人工智能是硬件和軟件的結(jié)合體，可實現(xiàn)學習功能，更能體現(xiàn)儀表在控制體統(tǒng)的作用?？梢愿鶕?jù)不同的測量要求，選擇合適的方案，并能對信息進行綜合處理，對系統(tǒng)狀態(tài)進行檢測。⑵多敏感功能將原來分散的、各自獨立的單敏傳感器集成為具有多敏功能的傳感器，能同時測量多種物理量和化學量，全面反映被測量的綜合信息。⑶精度高、測量范圍寬，隨時檢測出被測量的變化對檢測元件特性的影響，并完成各種運算，其輸出信號更為精確，同時其量程比可達100:1，最高達400:1，可用一個智能傳感器應(yīng)付很寬的測量范圍，特別適用要求量程比大的控制場合。⑷通信功能可采用標準化總線接口，進行信息交換，這事智能傳感器的標志之一?；贗EEE1451的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器1IEEE1451：一種新的通用智能化傳感器接口標準，它為即插即用智能傳感器與現(xiàn)有的各種總線提供了通用的接口標準。2標準的目的：開發(fā)一種軟硬件連接方案，將智能變送器連接到網(wǎng)絡(luò)或直接支持現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括各種現(xiàn)場總線、因特網(wǎng)等；為不同廠家生產(chǎn)的傳感器提供具有即插即用功能的智能傳感器接口。

IEEE1451系列準則代號名稱與描述狀態(tài)EEEP1451.0智能變送器接口標準IEEE1451.1-1999網(wǎng)絡(luò)適配處理器信息模型IEEEP1451.1網(wǎng)絡(luò)適配處理器信息模型修訂版IEEE1451.2-1997變送器與微處理器通信協(xié)議和TEDS格式IEEEP1451.2變送器與微處理器通信協(xié)議和TEDS格式修訂版IEEE1451.3-2003分布式多點系統(tǒng)數(shù)字通信與TEDS格式IEEE1451.4-2004混合模式通信協(xié)議與TEDS(TransducerElectronicDataSheets(TEDS))格式頒布標準IEEEP1451.5無線通信協(xié)議與TEDS格式IEEEP1451.6CAN開放式協(xié)議變送器網(wǎng)絡(luò)接口(CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerAreaNetwork,CAN)的簡稱)IEEEP1451.7系統(tǒng)通信協(xié)議和變送器電子數(shù)據(jù)表格式IEEE1451體系內(nèi)容①建立網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的軟件模型，包括信息與通信模型；②定義網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的硬件模型，包括網(wǎng)絡(luò)適配器NCAP、智能變送器接口模塊STIM及兩者間的有線、無線接口；③定義NCAP中封裝不同網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議接口，支持多種網(wǎng)絡(luò)模式及總線標準；④對智能傳感器的數(shù)據(jù)傳輸、尋址、中斷、觸發(fā)等做詳細規(guī)定；⑤定義電子數(shù)據(jù)表格TEDS及其數(shù)據(jù)格式。該標準規(guī)定的軟件接口①對象模型

該標準通過定義每個對象類的接口和行為定義每個對象類。系統(tǒng)中，該標準定義4種對象類：

塊類、組件類、服務(wù)類和非本標準規(guī)定的對象類。通過對象模型、數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)絡(luò)通訊模型3種模型實現(xiàn):②數(shù)據(jù)模型

該模型規(guī)范了符合IEEE1451標準網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器所涉及的數(shù)據(jù)類型，含基本和結(jié)構(gòu)類型、物理數(shù)量和對象屬性類型及與網(wǎng)絡(luò)通訊相關(guān)的類型。③網(wǎng)絡(luò)通信模型:

包括對象模型、數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)絡(luò)通信模型，這3種模型為傳感器、網(wǎng)絡(luò)適配器、通信網(wǎng)絡(luò)間確定相應(yīng)的軟件接口。網(wǎng)絡(luò)化智能變送器模型IEEE1451.2協(xié)議1IEEE1451.2協(xié)議：一種網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器接口標準。2IEEE1451.2協(xié)議：提出了一種數(shù)字化點到點的智能接口模塊到網(wǎng)絡(luò)適配器的有線傳輸接口方案。3IEEE1451.2協(xié)議：規(guī)定智能傳感器由網(wǎng)絡(luò)適配器和智能傳感器接口模塊兩部分構(gòu)成。智能傳感器發(fā)展趨勢（1）向高精度發(fā)展（2）向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展（3）向微型化發(fā)展（4）向微功耗及無源化發(fā)展（5）向智能化數(shù)字化發(fā)展（6）向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展4.4MEMS技術(shù)MEMS是微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-MechanicalSystems）的英文縮寫。MEMS是美國的叫法，在日本被稱為微機械，在歐洲被稱為微系統(tǒng)，它是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS定義1MEMS：由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。2MEMS目標：把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平。MEMS特點3MEMS特點：體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異、功能強大、可以批量生產(chǎn)等。⑴微機械壓力傳感器⑵微加速度傳感器⑶微機械陀螺儀⑷微流量傳感器⑸微氣體傳感器⑹微機械溫度傳感器

常用的MEMS傳感器

微加速度傳感器加速度傳感器可以幫助你的機器人了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境。是在爬山？還是在走下坡，摔倒了沒有？或者對于飛行類的機器人來說，對于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。更要確保的是，你的機器人沒有帶著炸彈自己前往人群密集處。加速度傳感器甚至可以用來分析發(fā)動機的振動。目前最新IBMThinkpad手提電腦里就內(nèi)置了加速度傳感器，能夠動態(tài)的監(jiān)測出筆記本在使用中的振動，并根據(jù)這些振動數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會智能的選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運行，這樣可以最大程度的保護由于振動，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦做造成的硬盤損害，最大程度的保護里面的數(shù)據(jù)。另外一個用處就是目前用的數(shù)碼相機和攝像機里，也有加速度傳感器，用來檢測拍攝時候的手部的振動，并根據(jù)這些振動，自動調(diào)節(jié)相機的聚焦。概括起來，加速度傳感器可應(yīng)用在控制，手柄振動和搖晃，儀器儀表，汽車制動啟動檢測，地震檢測，報警系統(tǒng)，玩具，結(jié)構(gòu)物、環(huán)境監(jiān)視，工程測振、地質(zhì)勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析；鼠標，高層建筑結(jié)構(gòu)動態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動偵察上。美國ICSensors加速度傳感器，3031,3022,3052,3035,1210,1220,1230,1240等。適用于地震監(jiān)測，低頻應(yīng)用，測試儀器，機械控制等。

微氣體傳感器4.5傳感器接口技術(shù)傳感器輸出信號的特點

(1)輸出信號比較微弱有的傳感器輸出電壓僅有0.1μV。這就要求接口電路必須有一定的放大能力。

(2)輸出阻抗比較高這樣會使傳感器信號輸入到測量電路時產(chǎn)生較大的信號衰減。

(3)輸出信號動態(tài)范圍很寬。輸出信號隨著輸人物理量的變化而變化，但它們之間的關(guān)系不一定是線性比例關(guān)系。傳感器與微機接口的一般結(jié)構(gòu)輸入通道的特點：

⑴輸入通道的結(jié)構(gòu)類型取決于傳感器送來的信號大小和類型。⑵輸入通道的主要技術(shù)指標是信號轉(zhuǎn)換精度和實時性，后者為實時檢測和控制系統(tǒng)的特殊要求。⑶輸入通道是一個模擬、數(shù)字信號混合的電路，其功耗小，一般沒有功率驅(qū)動要求。⑷被測信號所在的現(xiàn)場可能存在各種電磁干擾。輸出通道的特點：

⑴通道的結(jié)構(gòu)取決于系統(tǒng)要求，其中的信號有數(shù)字量和模擬量兩大類，要用到的轉(zhuǎn)換器件是D／A轉(zhuǎn)換器。⑵微機輸出信號的電平和功率都很小，而被控裝置所要求的信號電平和功率往鉸比較大，因此在輸出通道中要有功率放大，即輸出驅(qū)動環(huán)節(jié)。⑶輸出通道連接被控裝置的執(zhí)行機構(gòu)，各種電磁干擾會經(jīng)通道進人被控裝置，因此必須在輸出通道中采取抗干擾措施。第五章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體系無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標準4123多傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息融合

5目錄第五章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述5.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹

5.1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

5.1.3傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展5.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork,WSN）是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點通過無線電通信形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測對象的信息，并發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下的特點：

無中心互相協(xié)作（1）大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)（2）自組織網(wǎng)絡(luò)（3）多跳路由（4）動態(tài)性網(wǎng)絡(luò)（5）可靠的網(wǎng)絡(luò)（6）以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)（7）應(yīng)用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)5.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹(3）計算和存儲能力有限（1）電源能量有限（2）通信能力有限現(xiàn)實約束5.1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)5.1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成。5.1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)物理層提供簡單但健壯的信號調(diào)制和無線收發(fā)技術(shù)；數(shù)據(jù)鏈路層負責數(shù)據(jù)成幀、幀檢測、媒體訪問和差錯控制；網(wǎng)絡(luò)層主要負責路由生成與路由選擇；傳輸層負責數(shù)據(jù)流的傳輸控制，是保證通信服務(wù)質(zhì)量的重要部分；應(yīng)用層包括一系列基于監(jiān)測任務(wù)的應(yīng)用層軟件；能量管理平臺管理傳感器節(jié)點如何使用能源，在各個協(xié)議層都需要考慮節(jié)省能量；移動管理平臺檢測并注冊傳感器節(jié)點的移動，維護到匯聚節(jié)點的路由，使得傳感器節(jié)點能夠動態(tài)跟蹤其鄰居的位置；任務(wù)管理平臺在一個給定的區(qū)域內(nèi)平衡和調(diào)度監(jiān)測任務(wù)。5.1.3傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本思想起源于20世紀70年代。1978年，DARPA在卡耐基-梅隆大學成立了分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)工作組。1980年DARPA的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)項目（WSN）開啟了傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究先河。20世紀80年代至90年代，研究主要在軍事領(lǐng)域，成為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)，拉開了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的序幕。20世紀90年代中后期，WSN引起了學術(shù)界、軍界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，開啟了現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。5.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體系5.2.1自組網(wǎng)技術(shù)5.2.2節(jié)點定位技術(shù)5.2.3時間同步技術(shù)5.2.4安全技術(shù)5.2.1自組網(wǎng)技術(shù)

移動自組織(Ad-Hoc)網(wǎng)絡(luò)是一種多跳的臨時性自治系統(tǒng)，它的原型是美國早在1968年建立的ALOHA網(wǎng)絡(luò)和之后于1973提出的PR(PacketRadio)網(wǎng)絡(luò)。IEEE在開發(fā)802.11標準時，提出將PR網(wǎng)絡(luò)改名為Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)，也即今天我們常說的移動自組織網(wǎng)絡(luò)。AdHoc源于拉丁語，意思是“forthis”引申為“forthispurposeonly”，即“為某種目的設(shè)置的，特別的”意思，即Adhoc網(wǎng)絡(luò)是一種有特殊用途的網(wǎng)絡(luò)5.2.1自組網(wǎng)技術(shù)與其他傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，自組織網(wǎng)絡(luò)具有以下顯著特點：(1)無中心和自組織性。(2)動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲。(3)受限的無線傳輸帶寬。(4)安全性較差。(5)多跳路由。5.2.2節(jié)點定位技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)中，根據(jù)節(jié)點是否已知自身的位置，把傳感器節(jié)點分為信標節(jié)點和未知節(jié)點。5.2.2節(jié)點定位技術(shù)鄰居節(jié)點（neighbornode）跳數(shù)（hopcount）跳段距離（hopdistance）基礎(chǔ)設(shè)施（infrastructure）到達時間（TimeOfArrival，TOA）到達時間差（TimeDifferenceOfArrival，TDOA）接收信號強度指示（ReceivedSignalStrengthIndicator，RSSI）到達角度（AngleOfArrival，AOA）視線關(guān)系（LineofSight，LOS）非視線關(guān)系（NoLOS，NLOS）礦井救援及定位項目組師生深入800米礦井調(diào)研5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

1）三邊測量法

已知A、B、C三個節(jié)點的坐標以及它們到未知節(jié)點D的距離，假設(shè)節(jié)點D的坐標為(x,y)，那么，存在下列公式：

可以得到節(jié)點D的坐標為：5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

2）三角測量法

已知A，B，C三個節(jié)點的坐標

，節(jié)點D相對于節(jié)點A，B，C的角度分別為：∠ADB，∠ADC，∠BDC，假設(shè)節(jié)點D的坐標為

（x，y）。

對于節(jié)點A，C和角∠ADC，如果弧段AC在△ABC內(nèi)，那么能夠惟一確定一個圓，設(shè)圓為O1(XO1,yO2)，半徑為r1，那么α=∠AO1C=2π-2∠ADC5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

2）三角測量法

并存在下列公式：

由式能夠確定圓心

點的坐標和半徑

。同理對A，B，∠ADB和B，C，∠BDC分別確定相應(yīng)的圓心

、半徑

、圓心

和半徑

。最后利用三邊測量法，確定D點坐標。5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

3）極大似然估計法

極大似然估計法如圖，已知1，2，3等n個節(jié)點的坐標和它們到節(jié)點D的距離，假設(shè)節(jié)點D的坐標為（x,y）

。那么，存在下列公式：從第一個方程開始分別減去最后一個方程，得：5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

3）極大似然估計法線性方程表示方式為：AX=b，其中：使用標準的最小均方差估計方法可以得到節(jié)點D的坐標為：5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，定位算法通常有以下幾種分類：（1）基于距離的定位算法和距離無關(guān)的定位算法（2）遞增式的定位算法和并發(fā)式的定位算法（3）基于信標節(jié)點的定位算法和無信標節(jié)點的定位算法

在基于距離的定位中，測量節(jié)點間距離或方位時采用的方法有TOA，TDOA，RSSI和AOA等5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

2.基于TOA的定位

設(shè)兩個節(jié)點間時間同步，發(fā)送節(jié)點的揚聲器模塊在發(fā)送偽噪聲序列信號的同時，無線電模塊通過無線電同步消息通知接收節(jié)點偽噪聲序列信號發(fā)送的時間，接收節(jié)點的麥克風模塊在檢測到偽噪聲序列信號后，根據(jù)聲波信號的傳播時間和速度計算發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點之間的距離。節(jié)點在計算出距離多個鄰近信標節(jié)點的距離后，可以利用三邊測量算法或極大似然估計算法計算出自身位置。5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

3.基于TDOA的定位

在基于到達時間差TDOA的定位機制中，發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號，接收節(jié)點根據(jù)兩種信號到達的時間差以及已知這兩種信號的傳播速度，計算兩個節(jié)點之間的距離，再通過已有基本的定位算法計算出節(jié)點的位置。

發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射無線射頻信號和超聲波信號，接收節(jié)點記錄兩種信號到達的時間

，已知無線射頻信號和超聲波的傳播速度

，那么兩點之間的距離為(T2-T1)×S，其中S=C1C2/(C1-C2)。5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

4.基于AOA的定位在基于到達角度AOA的定位機制中，接收節(jié)點通過天線陣列或多個超聲波接收機感知發(fā)射節(jié)點信號的到達方向，計算接收節(jié)點和發(fā)射節(jié)點之間的相對方位或角度，再通過三角測量法計算出節(jié)點的位置。接收節(jié)點通過麥克風陣列，感知發(fā)射節(jié)點信號的到達方向。下面以每個節(jié)點配有兩個接收機為例，簡單闡述AOA測定方位角和定位的實現(xiàn)過程，定位過程可分為三個階段。5.2.2節(jié)點定位技術(shù)

5.基于RSSI的定位

在基于接收信號強度指示RSSI的定位中，已知發(fā)射節(jié)點的發(fā)射信號強度，接收節(jié)點根據(jù)收到信號的強度，計算出信號的傳播損耗，利用理論和經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯鬏敁p耗轉(zhuǎn)化為距離，再利用已有的算法計算出節(jié)點的位置。

雖然在實驗環(huán)境中RSSI表現(xiàn)出良好的特性，但是在現(xiàn)實環(huán)境中，溫度、障礙物、傳播模式等條件往往都是變化的，使得該技術(shù)在實際應(yīng)用中仍然存在困難。5.2.3時間同步技術(shù)在分布式系統(tǒng)中，不同的節(jié)點都有自己的本地時鐘。由于不同節(jié)點的晶體振蕩器頻率存在偏差，以及溫度變化和電磁波干擾等，即使在某個時刻所有節(jié)點都達到時間同步，它們的時間也會逐漸出現(xiàn)偏差，而分布式系統(tǒng)的協(xié)同工作需要節(jié)點間的時間同步，因此時間同步機制是分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)框架的一個關(guān)鍵機制。傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步機制的主要性能參數(shù)如下：（1）最大誤差（2）同步期限（3）同步范圍（4）可用性（5）效率（6）代價和體積5.2.3時間同步技術(shù)

兩種同步機制1.網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議NTP在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中提出了多種網(wǎng)絡(luò)時間同步機制，C/S模式是其中一種常用的時間同步模式。時間服務(wù)器周期性地向客戶端發(fā)送時間同步消息，同步消息中包含服務(wù)器的當前時間。

如果服務(wù)器到客戶端的典型延遲相對期望精度小，只需要一個時間同步消息就能實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器之間的時間同步。5.2.3時間同步技術(shù)

為了詳細分析時間同步誤差，在從發(fā)送節(jié)點到接收節(jié)點之間的關(guān)鍵路徑上，把消息傳輸延遲細分為四個部分。第一，發(fā)送時間；第二，訪問時間；第三，傳播延遲；第四，接收時間。5.2.3時間同步技術(shù)2.RBS機制的基本原理

RBS時間同步機制通過接收節(jié)點對時抵消發(fā)送時間和訪問時間。

發(fā)送節(jié)點廣播一個信標分組，廣播域中兩個節(jié)點都能夠接收到這個分組。每個接收節(jié)點分別根據(jù)自己的本地時間記錄接收到信標分組的時刻，然后交換它們記錄的信標分組接收時間。

兩個接收時間的差值相當于兩個接收節(jié)點間的時間差值，其中一個接收節(jié)點可以根據(jù)這個時間差值更改它的本地時間，從而達到兩個接收節(jié)點的時間同步。5.2.4安全技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全和一般網(wǎng)絡(luò)安全的出發(fā)點是相同的，都要解決如下問題：（1）機密性問題。（2）點到點的消息認證問題。（3）完整性鑒別問題。（4）新鮮性問題。（5）認證組播/廣播問題。（6）安全管理問題。5.2.4安全技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)安全問題的解決思路和方法與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全問題不同，這主要是由網(wǎng)絡(luò)自身的特點決定的：（1）有限的存儲空間和計算能力（2）缺乏后期節(jié)點布置的先驗知識（3）布置區(qū)域的物理安全無法保證（4）有限的帶寬和通信能量（5）不僅是點到點的安全，更是整個網(wǎng)絡(luò)的安全（6）應(yīng)用相關(guān)性5.2.4安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層次攻擊方法防御手段物理層擁塞攻擊（jamming）寬頻（跳頻）、優(yōu)先級消息、低占空比、區(qū)域映射、模式轉(zhuǎn)換物理破壞（tampering）破壞證明、節(jié)點偽裝和隱藏鏈路層碰撞攻擊（collision）糾錯碼耗盡攻擊（exhaustion）設(shè)置競爭門限非公平競爭（unfairness）使用短幀策略和非優(yōu)先級策略網(wǎng)絡(luò)層丟棄和貪婪破壞（neglectandgreed）使用冗余路徑、探測機制匯聚節(jié)點攻擊（homing）使用加密和逐跳認證機制方向誤導攻擊（misdirection）出口過濾；認證、監(jiān)視機制黑洞攻擊（blackholes）認證、監(jiān)視、冗余機制傳輸層洪泛攻擊（flooding）客戶端謎題失步攻擊（desynchronization）認證下面詳細分析了傳感器網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的各個層次中可能受到的攻擊方法和主要防御手段。5.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議5.3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議

5.3.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議4.3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議路由是把信息從信息源穿過網(wǎng)絡(luò)傳遞到目的地的行為。路由技術(shù):決定最優(yōu)路徑和傳輸數(shù)據(jù)包。路由器是網(wǎng)絡(luò)間的連接設(shè)備，它的重要工作之一是路徑選擇。路由包含兩個基本的動作：確定最佳路徑和通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息。路由協(xié)議負責將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點，它主要包括兩個方面的功能：尋找源節(jié)點和目的節(jié)點間的優(yōu)化路徑，將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。5.3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議（1）路徑選擇（2）交換交換算法相對而言較簡單，對大多數(shù)路由協(xié)議而言是相同的，多數(shù)情況下，某主機決定向另一個主機發(fā)送數(shù)據(jù)，通過某些方法獲得路由器的地址后，源主機發(fā)送指向該路由器的物理地址的數(shù)據(jù)包，其協(xié)議地址是指向目的主機的。5.3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議具有以下特點：（1）能量優(yōu)先。（2）基于局部拓撲信息。（3）以數(shù)據(jù)為中心。（4）應(yīng)用相關(guān)。針對傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機制的上述特點，在根據(jù)具體應(yīng)用設(shè)計路由機制時，要滿足下面的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機制的要求：（1）能量高效。（2）可擴展性。（3）魯棒性。（4）快速收斂性。5.3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議根據(jù)不同應(yīng)用對傳感器網(wǎng)絡(luò)各種特性的敏感度不同，將路由協(xié)議分為四種類型。

四種類型的路由協(xié)議分別是：（1）能量感知路由協(xié)議。（2）基于查詢的路由協(xié)議。（3）地理位置路由協(xié)議。（4）可靠的路由協(xié)議。5.3.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，介質(zhì)訪問控制（MediumAccessControl，MAC）協(xié)議決定無線信道的使用方式，在傳感器節(jié)點之間分配有限的無線通信資源，用來構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議時，需要著重考慮以下幾個方面：（1）節(jié)省能量。（2）可擴展性。（3）網(wǎng)絡(luò)效率。5.3.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議目前針對不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，研究人員從不同方面提出了多個MAC協(xié)議，但對傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議還缺乏一個統(tǒng)一的分類方式?？梢园凑障铝袟l件分類MAC協(xié)議：第一，采用分布式控制還是集中控制；第二，使用單一共享信道還是多個信道；第三，采用固定分配信道方式還是隨機訪問信道方式。5.3.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議按照第三種分類方法，將傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議分為三類：（1）采用無線信道的時分復用方式（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA），給每個傳感器節(jié)點分配固定的無線信道使用時段，從而避免節(jié)點之間的相互干擾；（2）采用無線信道的隨機競爭方式，節(jié)點在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時隨機使用無線信道，重點考慮盡量減少節(jié)點間的干擾；（3）其他MAC協(xié)議，如通過采用頻分復用或者碼分復用等方式，實現(xiàn)節(jié)點間無沖突的無線信道的分配。5.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標準 5.4.1IEEE802.15.4標準 5.4.2ZigBee協(xié)議規(guī)范 5.4.1IEEE802.15.4標準IEEE802.15工作組內(nèi)有四個任務(wù)組，分別制定適合不同應(yīng)用的標準。這四個標準如下.802.15.1本質(zhì)上只是藍牙低層協(xié)議的一個正式標準化版本。802.15.2是對藍牙和802.15.1的一些改變，其目的是減輕與802.11b和802.11g網(wǎng)絡(luò)的干擾。802.15.3也稱WiMedia，旨在實現(xiàn)高速率。最初它瞄準的是消費類器件，如電視機和數(shù)碼照相機等。IEEE802.15.4是一個低速率無線個人局域網(wǎng)標準。這種低速率無線個人局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、具有有限的功率和靈活的吞吐量。低速率無線個人局域網(wǎng)的主要目標是實現(xiàn)安裝容易、數(shù)據(jù)傳輸可靠、短距離通信、極低的成本、合理的電池壽命，并且擁有一個簡單而且靈活的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。5.4.1IEEE802.15.4標準為了使供應(yīng)商能夠提供最低可能功耗的設(shè)備，IEEE（電氣及電子工程師學會）定義了兩種不同類型的設(shè)備：一種是完整功能設(shè)備,另一種是簡化功能設(shè)備。5.4.1IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4定義的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)中具有兩種拓撲結(jié)構(gòu)：星型網(wǎng)拓撲對等網(wǎng)拓撲。5.4.1IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4標準中給出了兩種物理層定義：低頻段：868.0MH~858.6MHz（歐洲）以及902MHz~928MHz（美洲大部分和太平洋地區(qū)）高頻段：2.400GHz~2.485GHz（全世界范圍）5.4.2ZigBee協(xié)議規(guī)范

ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢如下。（1）低功耗。（2）低成本。（3）低速率。（4）近距離。（5）短時延。（6）高容量。（7）高安全。（8）免執(zhí)照頻段。

在交換數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)中，有三種典型的設(shè)備類型（i）協(xié)調(diào)器（ii）路由器（iii）終端設(shè)備5.4.2ZigBee協(xié)議規(guī)范協(xié)調(diào)器用于初始化一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)。它是網(wǎng)絡(luò)中的第一個設(shè)備。協(xié)調(diào)器節(jié)點選擇一個信道和一個網(wǎng)絡(luò)標識符（也叫PANID），然后啟動一個網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器節(jié)點也可以用來在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)定安全措施和應(yīng)用層綁定。路由器的功能有（i）允許其他設(shè)備加入到網(wǎng)絡(luò)中（ii）多跳路由（iii）協(xié)助用電池供電的終端子設(shè)備的通信。通常，路由器一直要處于工作狀態(tài)，因此需要使用干線電源供電。5.4.2ZigBee協(xié)議規(guī)范基本術(shù)語關(guān)系圖5.5多傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息融合

5.5.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合

5.5.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合分類模型5.5.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合

數(shù)據(jù)融合技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)，通過去除冗余的數(shù)據(jù)信息，減少網(wǎng)絡(luò)通信量，提高能源的有效性。數(shù)據(jù)融合具有如下4個顯著特點：（1）信息的冗余性（2）信息的互補性（3）信息處理的及時性（4）信息處理的低成本性5.5.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合分類模型根據(jù)多傳感器數(shù)據(jù)融合模型定義方法和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身特點，數(shù)據(jù)融合可根據(jù)節(jié)點處理層次、融合前后的數(shù)據(jù)信息量、信息抽象層次的不同而劃分為不同的形式。節(jié)點處理層次集中式融合分布式融合融合前后數(shù)據(jù)信息量無損融合有損融合信息抽象層次數(shù)據(jù)級融合特征級融合決策級融合5.5.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合分類模型融合級別抽象精度數(shù)據(jù)量實時性信息損失容錯性融合度數(shù)據(jù)級高大差小差低特征級中中中中中中決策級低小好大好高短距無線通信技術(shù)

遠程移動通信技術(shù)（M2M）通信技術(shù)Clicktoaddtitleinhere123第六章無線通信技術(shù)

1短距無線通信技術(shù)典型的有藍牙（802.15.1協(xié)議）、紫蜂ZigBee（802.15.4協(xié)議）、紅外、WiFi、近場無線通信NFC等。無線傳輸頻段比較

1.1藍牙技術(shù)（Bluetooth）藍牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的技術(shù)。能