第6章 傳感器網(wǎng)絡(luò)

第6章傳感器網(wǎng)絡(luò)6.1傳感器網(wǎng)絡(luò)概述6.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)6.3多傳感器信息融合6.4物聯(lián)網(wǎng)

6.1傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

6.1.1傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展自20世紀(jì)50年代以來,傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了一段漫長的發(fā)展過程,可以概括為四個(gè)比較明顯的發(fā)展階段,如圖6-1所示。圖6-1傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程

6.1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量分布式傳感器節(jié)點(diǎn)通過某種有線或無線通信協(xié)議連接而成的測(cè)控系統(tǒng),起到協(xié)作感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)的感知對(duì)象監(jiān)測(cè)信息的作用。

一個(gè)比較典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖6-2所示,除了傳感器節(jié)點(diǎn)外,網(wǎng)絡(luò)中的主控計(jì)算機(jī)可以通過傳感器總線控制器與傳感器總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信,并完成上層監(jiān)控和決策過程。圖6-2傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是由它的空間位置和傳感器類型共同確定的,這是其與普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最大的區(qū)別。而且,傳感器網(wǎng)絡(luò)采用單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳感器總線或無線

連接方式,減少了電纜的工程架設(shè),在傳感器節(jié)點(diǎn)端就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的自檢、模擬信號(hào)調(diào)理、數(shù)字信號(hào)處理和網(wǎng)絡(luò)通信的功能,極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和時(shí)效性。

6.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)是一項(xiàng)通過無線通信技術(shù)把數(shù)以萬計(jì)的傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式進(jìn)行自由組織與結(jié)合而形成的網(wǎng)絡(luò)形式。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中眾多類型的傳感器模塊,可以探測(cè)周邊環(huán)境中多種多樣的數(shù)據(jù)或現(xiàn)象,如地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體大小、速度、方向等。較為普遍或者潛在的應(yīng)用領(lǐng)域包括軍事、航空、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等。

6.2.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和任務(wù)管理節(jié)點(diǎn),如圖6-3所示。圖6-3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建及整體工作流程一般可以概括為如下五個(gè)步驟:

①用戶在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)通過飛機(jī)播撒、炮彈發(fā)射或其他人工方式隨機(jī)部署大量廉價(jià)的微型傳感器節(jié)點(diǎn)。

②用戶通過任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)對(duì)部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行正確的配置。

③用戶通過任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)發(fā)布無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)任務(wù)。

④無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,當(dāng)監(jiān)測(cè)到與監(jiān)測(cè)任務(wù)一致的事件或信息時(shí),立即通過多跳路由的方式發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。

⑤任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)通過外部網(wǎng)絡(luò)接收需要采集和監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息。

1.傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn),結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)十分相似,根據(jù)通信方式的不同略有差異。一般情況下,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)也由以下四個(gè)基本單元組

成:數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元以及能量供應(yīng)單元,如圖6-4所示。圖6-4傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最主要的特點(diǎn)之一就是不需要底層的基礎(chǔ)設(shè)施支撐,在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部署好傳感器節(jié)點(diǎn)后,就可以自行組織并構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般可以分為基于簇的結(jié)構(gòu)和基于平面的結(jié)構(gòu)兩種。

1)基于簇的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中,簇一般被定義為具有某種關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的集合,每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇成員組成?；诖氐耐?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6-5所示,其中,每個(gè)簇成員都會(huì)把數(shù)據(jù)傳遞到簇頭,由簇頭完成數(shù)據(jù)的分布式處理和融合,然后借助其他簇頭的多跳轉(zhuǎn)發(fā)或直接傳遞,將信息發(fā)送到用戶節(jié)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)具有天然的分布式處理能力,其結(jié)構(gòu)與普通的傳感器節(jié)點(diǎn)并無區(qū)別,由簇頭負(fù)責(zé)大量的通信和計(jì)算任務(wù)。為了降低能量的消耗速度,簇中的成員通常會(huì)按照某種規(guī)則選擇簇頭,或者選擇剩余能量最多的成員作為簇頭。圖6-5基于簇的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2)基于平面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基于平面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括兩種,分別是基于網(wǎng)的平面結(jié)構(gòu)和基于鏈的線結(jié)構(gòu),如圖6-6所示。圖6-6-基于平面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧與以太網(wǎng)的協(xié)議棧(五層協(xié)議)對(duì)應(yīng),分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層,如圖6-7所示。圖6-7無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)

1)物理層

物理層可以讓網(wǎng)絡(luò)通信獲得簡單且健壯的信號(hào)調(diào)制和無線收發(fā)能力,物理層的協(xié)議涵蓋有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的傳輸介質(zhì)、選擇的頻段以及調(diào)制方式等,常用的傳輸介質(zhì)主要有無線電、紅外線和光波等。

2)數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)成幀、幀檢查、介質(zhì)訪問控制、差錯(cuò)控制及數(shù)據(jù)流的多路復(fù)用等工作,可以保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)點(diǎn)到點(diǎn)和單點(diǎn)到多點(diǎn)的可靠連接以及傳輸數(shù)據(jù)的正確

性。其中,差錯(cuò)控制側(cè)重于保證目標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠準(zhǔn)確無誤地接收源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息。

3)網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)路由生成與路由選擇,如分組路由、網(wǎng)絡(luò)互連、擁塞控制等。由于大多數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)與基站之間無法進(jìn)行直接的通信,所以需要通過中間節(jié)點(diǎn)以多跳路由的方式將數(shù)據(jù)傳輸至匯聚節(jié)點(diǎn),在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)特殊的路由協(xié)議建立傳輸路徑,保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

4)傳輸層

傳輸層的主要任務(wù)是對(duì)數(shù)據(jù)流的傳輸控制,實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層和外部應(yīng)用層之間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,向應(yīng)用層提供可靠、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的

數(shù)據(jù)在匯聚節(jié)點(diǎn)處融合,經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)以及移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等與外部網(wǎng)絡(luò)連接,將傳感器網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部數(shù)據(jù)尋址方式變換為外部IP地址尋址方式,保證用戶享受到高質(zhì)量的應(yīng)用服務(wù)體驗(yàn)。

5)應(yīng)用層

應(yīng)用層包含一系列基于監(jiān)測(cè)任務(wù)的應(yīng)用層軟件,可以為不同的應(yīng)用提供一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的高層接口。應(yīng)用層軟件與具體的應(yīng)用場(chǎng)合和環(huán)境密切相關(guān),必須根據(jù)感知任務(wù)的類別設(shè)計(jì)不同類型的應(yīng)用層軟件。

6)能量管理平臺(tái)

能量管理平臺(tái)負(fù)責(zé)全面管控傳感器節(jié)點(diǎn)的能源使用條件和方式,需要對(duì)各個(gè)協(xié)議層進(jìn)行管理,以降低系統(tǒng)的能源損耗。

7)拓?fù)涔芾砥脚_(tái)

拓?fù)涔芾砥脚_(tái)的主要職責(zé)是檢測(cè)并注冊(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的移動(dòng),維護(hù)與匯聚節(jié)點(diǎn)相關(guān)的路由,使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠動(dòng)態(tài)地跟蹤相鄰節(jié)點(diǎn)的位置信息,平衡能源消耗和任務(wù)。為了支持和適應(yīng)傳感器的移動(dòng)屬性,系統(tǒng)必須在物理層完成測(cè)量任務(wù),在控制層進(jìn)行切換控制操作,在網(wǎng)絡(luò)層對(duì)路由進(jìn)行調(diào)整和維護(hù),在更上面的層級(jí)中提供數(shù)據(jù)緩存和擁塞解決方案。

8)任務(wù)管理平臺(tái)

任務(wù)管理平臺(tái)可以在一個(gè)給定的區(qū)域內(nèi)平衡和調(diào)度監(jiān)測(cè)任務(wù)。任務(wù)管理平臺(tái)根據(jù)任務(wù)量的大小以及各節(jié)點(diǎn)能量的多少,對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的任務(wù)量進(jìn)行協(xié)調(diào)與分配,剩余能量較高的節(jié)點(diǎn)需要承擔(dān)更多的感知任務(wù)。

6.2.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為信息領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科的交叉研究,并且衍生出了許多新型的應(yīng)用和經(jīng)典的技術(shù),這些技術(shù)是支撐傳感器網(wǎng)絡(luò)完成任務(wù)的關(guān)鍵,也是網(wǎng)絡(luò)用戶實(shí)現(xiàn)功能體驗(yàn)的前提與保障。

1.基礎(chǔ)服務(wù)方面的關(guān)鍵技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在基礎(chǔ)服務(wù)方面的關(guān)鍵技術(shù)有傳感器節(jié)點(diǎn)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、時(shí)間同步技術(shù)、定位技術(shù)等。

1)傳感器節(jié)點(diǎn)管理

對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中,傳感器節(jié)點(diǎn)的管理已經(jīng)成為核心研究內(nèi)容之一。節(jié)點(diǎn)管理的目的是在保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)能量的有效使用。節(jié)點(diǎn)管理

的研究方向比較集中于節(jié)點(diǎn)的休眠/喚醒機(jī)制和節(jié)點(diǎn)的功率管理機(jī)制。

2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò),雖然網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的場(chǎng)所和硬件部署不盡相同,但是從數(shù)據(jù)層面分析,傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)注重點(diǎn)是如何有效地存儲(chǔ)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)感知

的數(shù)據(jù),以及如何保障數(shù)據(jù)訪問的效率、可靠性和實(shí)時(shí)性,因此,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問策略及其相關(guān)技術(shù)是重點(diǎn)研究方向。具體來說,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問技術(shù)研究的主要內(nèi)容包括如何將采

集到的感知數(shù)據(jù)按照一定的存儲(chǔ)策略存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)上的特定位置,以及其他傳感器節(jié)點(diǎn)或者基站如何根據(jù)數(shù)據(jù)訪問請(qǐng)求按照相應(yīng)的訪問策略路由到相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置,將滿足數(shù)據(jù)

訪問請(qǐng)求的結(jié)果反饋給用戶,究其本質(zhì),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問是一個(gè)信息中介過程。

3)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

數(shù)據(jù)融合技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一,通過一定的算法可以對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的大量原始數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行處理,剔除冗余信息只將少量有意義的處理結(jié)果傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)中。采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠極大減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)量,降低數(shù)據(jù)沖突,減輕網(wǎng)絡(luò)擁塞,有效節(jié)省能源開銷,延長網(wǎng)絡(luò)使用壽命。

4)時(shí)間同步技術(shù)

在分布式系統(tǒng)中,不同的節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時(shí)鐘,由于節(jié)點(diǎn)的晶振頻率彼此存在一定的偏差,以及受到溫度變化和電磁波等因素的干擾,時(shí)鐘不一致的問題不可避免。即使在某個(gè)時(shí)刻所有傳感器節(jié)點(diǎn)都達(dá)到了時(shí)間的同步,也不能保證這種同步能夠在隨后的任意時(shí)間不變。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步機(jī)制主要關(guān)注如何使同步誤差值最小化,而并不關(guān)心計(jì)算和通信復(fù)雜度等的影響。

5)定位技術(shù)

由于大部分無線傳感器節(jié)點(diǎn)都是大量隨機(jī)部署的,所以在監(jiān)測(cè)應(yīng)用中需要節(jié)點(diǎn)在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中補(bǔ)充所在的位置信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的定位技術(shù)包括傳感器節(jié)點(diǎn)自定位和網(wǎng)

絡(luò)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)定位跟蹤兩個(gè)方面。全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)是最為常用的自定位手段,但是這項(xiàng)技術(shù)的成本較高,而且要求節(jié)點(diǎn)所在環(huán)境必須能夠接收到GPS信號(hào),所以并不適用于室內(nèi)或者水下環(huán)境。

2.網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)可以將孤立的工作站或主機(jī)連接起來構(gòu)成數(shù)據(jù)的鏈路,實(shí)現(xiàn)資源的共享和通信。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)包括有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)兩種,能夠適應(yīng)長短距離的融合,提高物與物間的

傳輸效率。生活中并不陌生的Wi-Fi、藍(lán)牙等通信方式,是極具代表性的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),已經(jīng)極大地改變了人們的生活方式和體驗(yàn)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用成功的關(guān)鍵,除了依賴上述基礎(chǔ)服務(wù)技術(shù)外,無線通信網(wǎng)絡(luò)的功能與性能也非常重要,網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)安全等多個(gè)方面的研究也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究的核心任務(wù)。

1)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)通信中最重要的就是網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,局域網(wǎng)中目前最常用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議有Microsoft的NETBEUI、NOVELL的IPX/SPX和TCP/IP協(xié)議。受限于傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、通信資源以及能量,每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)只能獲取龐大網(wǎng)絡(luò)中的部分拓?fù)湫畔?所以與傳感器節(jié)點(diǎn)通信的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議也不能過于復(fù)雜。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議要求使各個(gè)獨(dú)立的傳感器節(jié)點(diǎn)相互連接并通信,形成一個(gè)多跳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的正確傳輸。

2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制技術(shù)

對(duì)采用自組織方式進(jìn)行組網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有著重大影響。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制主要研究的是如何在保障網(wǎng)絡(luò)覆蓋度和連通性

的前提下,設(shè)置或調(diào)整節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率,然后按照一定的原則選擇出骨干節(jié)點(diǎn)參與網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸,以此達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂频哪康摹?/p>

3)網(wǎng)絡(luò)安全

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于部署環(huán)境和傳播介質(zhì)的開放性,很容易遭受到各種攻擊,而作為一種源于軍事應(yīng)用領(lǐng)域的自組織網(wǎng)絡(luò),其安全通信和認(rèn)證技術(shù)顯得尤為重要,需要制定一套完善高效的安全保護(hù)機(jī)制為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)保駕護(hù)航。

3.故障診斷技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)易發(fā)的故障類型有網(wǎng)絡(luò)級(jí)故障和節(jié)點(diǎn)級(jí)故障兩類。網(wǎng)絡(luò)級(jí)故障是指因網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議或協(xié)作管理方面的問題或其他原因造成的較大規(guī)模的故障,容易導(dǎo)致整

個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的癱瘓,而且網(wǎng)絡(luò)級(jí)故障的很大一部分誘因是構(gòu)成節(jié)點(diǎn)的部件本身發(fā)生了故障。節(jié)點(diǎn)級(jí)故障是指故障節(jié)點(diǎn)不能與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行正常的通信,對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連通性和覆蓋性造成了影響,或者指故障節(jié)點(diǎn)雖然能夠與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行正常通信,但是其測(cè)量的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的,也會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)任務(wù)帶來影響。

故障診斷技術(shù)是指根據(jù)設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息查找故障源,同時(shí)確定相應(yīng)的診斷策略的技術(shù),這項(xiàng)技術(shù)可以及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的各種故障狀態(tài)作出及時(shí)的感知和判斷,使系統(tǒng)能夠更加可靠、安全、有效的運(yùn)行。故障診斷技術(shù)的研究和發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用起到了非常重要的推進(jìn)作用。

為了保證傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的使用安全以及服務(wù)質(zhì)量,準(zhǔn)確地排除網(wǎng)絡(luò)中的故障節(jié)點(diǎn)尤為重要。

6.2.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應(yīng)用,是信息技術(shù)的一個(gè)新領(lǐng)域,它除了與無線自組織網(wǎng)絡(luò)具有共同特征(移動(dòng)性、電源能力局限性等)外,還具有很多其他鮮明的特點(diǎn),包括大規(guī)模、自組織、以數(shù)據(jù)為中心。

1)大規(guī)模

為了很好地完成監(jiān)測(cè)任務(wù),獲取精確的感知信息,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)通常會(huì)部署數(shù)以千萬計(jì)甚至更多的傳感器節(jié)點(diǎn),因而傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模十分宏大。其實(shí),這里所說的大規(guī)模包括兩個(gè)方面的含義:一方面是說傳感器節(jié)點(diǎn)分布在很大的地理區(qū)域內(nèi),如在原始森林采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行森林防火和環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí)就需要部署大量的節(jié)點(diǎn);另一方面是說傳感器節(jié)點(diǎn)的部署相對(duì)密集,在很小的范圍內(nèi)就會(huì)密集部署大量的節(jié)點(diǎn)。

2)自組織

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中,傳感器節(jié)點(diǎn)通常會(huì)被放置在沒有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的地方,比如,當(dāng)通過飛機(jī)播撒的方式將大量傳感器節(jié)點(diǎn)放置于面積廣闊的原始森林或人員不可到達(dá)的危險(xiǎn)區(qū)域時(shí),節(jié)點(diǎn)的安裝位置并不能預(yù)先精確設(shè)定,而且相鄰節(jié)點(diǎn)的關(guān)系也未知,這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)具有自組織的能力,能夠自動(dòng)完成配置和管理工作,通過拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動(dòng)形成能轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

另一方面,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中部分傳感器節(jié)點(diǎn)因電能耗盡或環(huán)境因素會(huì)導(dǎo)致失效或故障,為了避免失效節(jié)點(diǎn)引起的功能異常,增加監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精度,也需要補(bǔ)充部分新的傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中,使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)地增加或減少。除此之外,環(huán)境條件變化導(dǎo)致的無線通信鏈路帶寬變化,傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器、感知對(duì)象和觀察者的移動(dòng),都有可能使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生動(dòng)態(tài)的調(diào)整,這就要求傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠利用網(wǎng)絡(luò)的自組織性來適應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化,具有動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的可重構(gòu)能力。

3)以數(shù)據(jù)為中心

計(jì)算機(jī)終端系統(tǒng)的互聯(lián)互通形成了互聯(lián)網(wǎng)的組織架構(gòu)形式,互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備利用唯一的IP地址標(biāo)識(shí)進(jìn)行資源定位,依賴終端、路由器、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址來

完成信息的傳輸任務(wù),也就是說,如果想要訪問互聯(lián)網(wǎng)中的資源,首先就需要知道存放資源的服務(wù)器IP地址,互聯(lián)網(wǎng)可以視為以地址為中心的網(wǎng)絡(luò)。

6.2.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含大量的可探測(cè)振動(dòng)、磁熱、圖像和聲音等信息的傳感器節(jié)點(diǎn),可以用于實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境的連續(xù)監(jiān)測(cè)、物體探測(cè)、位置識(shí)別和跟蹤、本地控制執(zhí)行等任務(wù)。它是一門涉及微電子、傳感器以及無線通信技術(shù)的交叉學(xué)科,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域(包括農(nóng)業(yè)、環(huán)境、工業(yè)、醫(yī)療、家居生活等眾多方面),同時(shí),在空間探索、土木

工程、物流管理等方面也有著廣闊的應(yīng)用前景。

1)軍事領(lǐng)域

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中,早在20世紀(jì)90年代美國就開始了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的研究工作,在監(jiān)測(cè)敵軍區(qū)域、戰(zhàn)場(chǎng)狀況、核攻擊或者

生物化學(xué)攻擊、定位目標(biāo)物等方面均挖掘了巨大的價(jià)值,為作戰(zhàn)提供了有力的支持。

2)民用領(lǐng)域

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展之初,由于受到傳感技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的制約,在民用領(lǐng)域還不能大范圍普及,但是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,加之制作工藝的優(yōu)化、硬件成本的降低,在民用領(lǐng)域也開始被大量投入使用。

(1)環(huán)境保護(hù)。

人們對(duì)環(huán)境情況的關(guān)注度不斷提高,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、環(huán)境保護(hù)的研究提供了便利,這種非接觸式的環(huán)境感知方式很好地避免了對(duì)環(huán)境本身的破壞,

非常適合用于候鳥跟蹤、昆蟲遷移等方面的研究,或者用于探究氣象和地理環(huán)境,監(jiān)測(cè)地震、洪水、火災(zāi)等自然或人為災(zāi)害場(chǎng)景。

(2)醫(yī)療。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療方面也有很深的滲透,如對(duì)人體生理數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集、醫(yī)護(hù)人員和患者之間的互動(dòng)、藥品的管理等。

(3)智能建筑。

文物保護(hù)和古建筑物保護(hù)的目的就是最大程度地降低各種因素的影響,避免珍貴的古建筑或者文物的損壞。

(4)空間探索。

空間探索一直是人類的夢(mèng)想,但是空間探索的范圍廣闊,僅僅依靠發(fā)射少量的航天器難以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他天體及外太空的全面探測(cè)。

6.3多傳感器信息融合

6.3.1多傳感器信息融合概述圖6-8以人體為例,形象地解釋了多傳感器信息融合的基本原理,其中,大腦是信息融合的決策中心,眼、耳、鼻等各種功能器官感知到的具有不同度量特征的信息可以在大腦中借助先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行綜合處理,形成統(tǒng)一的融合決策,進(jìn)而轉(zhuǎn)化成為能夠?qū)Νh(huán)境進(jìn)行有價(jià)值的解釋以及用于解釋這些組合信息的知識(shí)庫。圖6-8多傳感器信息融合基本原理

傳統(tǒng)意義上的信息融合(也稱為數(shù)據(jù)融合)是一種對(duì)信息多層次、多方面的處理過程,這個(gè)過程是指對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、結(jié)合、相關(guān)、估計(jì)和組合,用以達(dá)到精確的狀態(tài)估計(jì)和身份估計(jì),以及獲得完整及時(shí)的態(tài)勢(shì)評(píng)估和威脅評(píng)估。目前對(duì)于信息融合比較確切的定義可以概括為:利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的若干傳感器的觀測(cè)信息,在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)而進(jìn)行的信息處理過程。通過定義可以發(fā)現(xiàn),這一過程將會(huì)涉及數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)決策和數(shù)據(jù)融合等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。多傳感器信息融合的優(yōu)勢(shì)很多,比較突出和重要的是下面幾點(diǎn),在此,結(jié)合如圖6-9所示的多傳感器信息融合示意圖,更加直觀地加以闡明。圖6-9多傳感器信息融合示意圖

(1)提高系統(tǒng)檢測(cè)精度。

獨(dú)立地觀察各傳感器采集到的信息,往往是片面或者不精確的,它們都只反映出檢測(cè)對(duì)象某一維度的信息,而無法對(duì)目標(biāo)形成一個(gè)全面的整體認(rèn)知。多傳感器信息融合系統(tǒng)充

分利用傳感器信息的互補(bǔ)性,綜合多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)內(nèi)容后進(jìn)行分析、決策或判斷,從而獲取對(duì)檢測(cè)目標(biāo)的共性反映,降低信息的不確定性,提高信息的利用率和系統(tǒng)的檢測(cè)精度,得到比單個(gè)傳感器更有保障的結(jié)果或結(jié)論。

(2)增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性。

不同傳感器所提供的信息特征是不完全相同的,多傳感器信息融合系統(tǒng)能夠匯聚大量傳感器感知信息,宏觀而全面地捕獲和挖掘與事物本質(zhì)更加貼近的特征內(nèi)容,從而大大加強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。圖6-9中,多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)之間會(huì)存在一定的重疊區(qū)域,導(dǎo)致冗余信息的生成,但恰恰因?yàn)檫@些冗余信息的存在,系統(tǒng)的抗干擾性反而會(huì)增強(qiáng),保障了在某個(gè)傳感器出現(xiàn)故障或錯(cuò)誤時(shí),整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)提高系統(tǒng)容錯(cuò)能力。

在傳統(tǒng)的單傳感器系統(tǒng)中,任何一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障,都可能對(duì)系統(tǒng)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)帶來影響,然而在多傳感器信息融合系統(tǒng)中,可以通過增加測(cè)量維度和置信度的方式來屏蔽出錯(cuò)或故障傳感器的影響,提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力,改進(jìn)系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性。

(4)擴(kuò)展信息獲取的時(shí)空范圍。

多傳感器信息融合系統(tǒng)擴(kuò)展了信息獲取的時(shí)空范圍,一方面可以在不同時(shí)刻獲得更加全面、精確的狀態(tài)數(shù)據(jù),以及在相同的時(shí)間內(nèi)獲得更多的信息內(nèi)容,在提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的

同時(shí)又降低了信息獲取的成本;另一方面利用多傳感器的分布式探測(cè)結(jié)構(gòu),可以擴(kuò)大傳感器的空間探測(cè)區(qū)域,提高探測(cè)能力。

6.3.2多傳感器信息融合模型

1.層次模型

多傳感器信息融合與經(jīng)典信號(hào)處理方法之間存在本質(zhì)的區(qū)別,多傳感器的信息表征具有更加復(fù)雜的形式,而且可以從不同的層次上獲得,將與目標(biāo)屬性相關(guān)的多傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)通過融合算法進(jìn)行綜合分析處理后,通?？梢援a(chǎn)生比任何單傳感器更加具體和精確的屬性估計(jì)和判決。

1)數(shù)據(jù)層融合

數(shù)據(jù)層融合也稱低級(jí)或像素級(jí)融合,數(shù)據(jù)層融合結(jié)構(gòu)如圖6-10所示,數(shù)據(jù)層融合通常是以集中式融合體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。圖6-10數(shù)據(jù)層融合

2)特征層融合

特征層融合也稱中級(jí)或特征級(jí)融合,通常采用分布式或集中式的融合體系。特征層融合結(jié)構(gòu)圖6-11所示圖6-11特征層融合

3)決策層融合

決策層融合也稱高級(jí)或決策級(jí)融合。決策層融合結(jié)構(gòu)如圖6-12所示,不同類型的傳感器從不同維度對(duì)同一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè),每個(gè)傳感器在本地獨(dú)立地完成數(shù)據(jù)采樣、預(yù)處理、特征提取、判決等操作,建立各自對(duì)所觀測(cè)目的初步結(jié)論,決策層基于對(duì)這些結(jié)論的融合判決,得出最終的聯(lián)合推斷結(jié)果。決策層信息融合過程對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行了更大幅度的濃縮,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小,對(duì)通信帶寬的要求最低,但是產(chǎn)生的結(jié)果是三種方式中準(zhǔn)確度最低的。圖6-12決策層融合

2.結(jié)構(gòu)模型

多傳感器信息融合的主要過程如圖6-13所示,包括傳感器的信息獲取(如A/D數(shù)據(jù)采集)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、信息特征提取、數(shù)據(jù)融合計(jì)算和融合結(jié)果輸出,其中,信息特征提取和數(shù)據(jù)融合計(jì)算共同組成了數(shù)據(jù)融合中心。根據(jù)傳感器和數(shù)據(jù)融合中心信息流的關(guān)系,信息融合的基本結(jié)構(gòu)可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、串并混聯(lián)型和分散型四種形式。圖6-13多傳感器信息融合過程

1)串聯(lián)型

串聯(lián)型融合結(jié)構(gòu)如圖6-14所示,首先將兩個(gè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行一次融合,再將得到的融合結(jié)果與下一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,以此類推直至將所有的傳感器數(shù)據(jù)全部融合在一起并輸出最終的融合結(jié)果。在串聯(lián)型融合的結(jié)構(gòu)中,每個(gè)單傳感器均有各自的輸入和輸出數(shù)據(jù),各傳感器數(shù)據(jù)與上一級(jí)傳感器的輸出數(shù)據(jù)形式有一定的關(guān)聯(lián)性,所以這種融合結(jié)構(gòu)的前一級(jí)傳感器的輸出會(huì)對(duì)后一級(jí)傳感器的輸出產(chǎn)生比較大的影響,最終輸出的融合結(jié)果會(huì)受到前級(jí)所有輸出信息的共同影響。圖6-14多傳感器信息串聯(lián)型融合結(jié)構(gòu)

2)并聯(lián)型

多傳感器信息并聯(lián)型融合結(jié)構(gòu)如圖6-15所示圖6-15多傳感器信息并聯(lián)型融合結(jié)構(gòu)

3)串并混聯(lián)型

串并混聯(lián)型多傳感器數(shù)據(jù)融合可以理解為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種融合結(jié)構(gòu)的組合,可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求,選擇合適的串并聯(lián)組合形式和順序。

4)分散型

多傳感器信息分散型融合結(jié)構(gòu)如圖6-16所示,這種結(jié)構(gòu)首先將若干個(gè)傳感器分組后進(jìn)行初級(jí)融合,然后針對(duì)初級(jí)融合的結(jié)果再次進(jìn)行融合,最終輸出融合結(jié)果。圖6-16-多傳感器信息分散型融合結(jié)構(gòu)

3.算法模型

多傳感器信息融合采用的算法模型主要分為三類,如圖6-17所示,包括基于物理模型的算法、基于特征推理技術(shù)的算法和基于知識(shí)的算法。圖6-17多傳感器信息融合算法分類

1)基于物理模型的算法

基于物理模型的算法主要是將實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)與各物理模型或預(yù)先存儲(chǔ)的目標(biāo)信息進(jìn)行匹配計(jì)算,從而實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)融合的一類算法,通常會(huì)涉及仿真、估計(jì)及句法的相關(guān)

內(nèi)容。

2)基于特征推理技術(shù)的算法

基于特征推理技術(shù)的算法是通過將物體的統(tǒng)計(jì)信息或物體的特征數(shù)據(jù)映射到識(shí)別空間來實(shí)現(xiàn)的,又可以細(xì)分為基于參數(shù)的方法和基于信息論的方法。

(1)基于參數(shù)的方法。

①經(jīng)典推理法。該方法在假設(shè)目標(biāo)存在的條件下,計(jì)算觀測(cè)到的數(shù)據(jù)與標(biāo)識(shí)相關(guān)的概率值。這種方法的主要缺點(diǎn)在于獲取用于分類物體或事件的觀測(cè)量的概率密度函數(shù)十分困

難,一次推理通常只能針對(duì)兩個(gè)假設(shè)進(jìn)行估計(jì),如果遇到復(fù)雜性很大的多變量數(shù)據(jù)集,就無法直接應(yīng)用先驗(yàn)似然函數(shù)進(jìn)行估計(jì)。

②貝葉斯理論(推理法)。該方法把每個(gè)傳感器都看作是貝葉斯估計(jì)器,實(shí)現(xiàn)將每個(gè)目標(biāo)各自的關(guān)聯(lián)概率分布綜合成一個(gè)聯(lián)合后驗(yàn)分布函數(shù),隨著觀測(cè)值的輸入,不斷更新這個(gè)聯(lián)合分布似然函數(shù),并通過計(jì)算似然函數(shù)的極大值或極小值進(jìn)行信息的最后融合。盡管貝葉斯推理法解決了經(jīng)典推理方法的一些不足,但是這種推理算法仍然需要先驗(yàn)知識(shí)的支持,在實(shí)際應(yīng)用中具有很大的局限性。

③D-S理論算法。該方法可以通過集合來表示假設(shè),把對(duì)假設(shè)的不確定性描述轉(zhuǎn)化為對(duì)集合的不確定性描述,利用概率分布函數(shù)、信任函數(shù)、似然函數(shù)來描述客觀證據(jù)對(duì)假設(shè)

的支持程度,基于對(duì)它們之間的推理與運(yùn)算達(dá)到目標(biāo)識(shí)別的目的。

(2)基于信息論的方法。

①神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。該方法是在現(xiàn)代神經(jīng)生物學(xué)和認(rèn)知科學(xué)對(duì)人類信息處理研究成果的基礎(chǔ)上提出的,利用大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模擬人類神經(jīng)元系統(tǒng)的分布式并行方式來處理信息,具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性及自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)的能力,非常適合模擬復(fù)雜的非線性映射,解決信息融合系統(tǒng)中信息量過大的問題。

②熵量測(cè)法。該方法主要用于計(jì)算和假設(shè)與信息的度量、主觀和經(jīng)驗(yàn)概率估計(jì)等有關(guān)的問題,解決多傳感器數(shù)據(jù)融合目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的因各傳感器提供信息的不完整性、模糊性、矛盾性所引發(fā)的問題。熵的概念起源于熱力學(xué),可以利用信息熵的思想對(duì)事物的不確定性進(jìn)行判決,信息熵的大小決定著系統(tǒng)不確定性的強(qiáng)弱。

③表決算法。該方法的思路是,由每個(gè)傳感器提供對(duì)被測(cè)對(duì)象狀態(tài)的一個(gè)判斷,然后對(duì)這些判斷采取其他較為簡單的判定規(guī)則進(jìn)行搜索,找到一個(gè)由半數(shù)以上傳感器支持的判

斷,輸出表決結(jié)果。這種算法非常適合應(yīng)用于沒有可以利用的準(zhǔn)確先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的情況。

④聚類算法。該方法通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)建模,可以將混亂的數(shù)據(jù)自然組合或者按照一定的規(guī)律或要求分類組合,適用于對(duì)大數(shù)據(jù)集合的快速處理。聚類算法能夠挖掘出數(shù)據(jù)的關(guān)

聯(lián),適用于信息融合技術(shù)中數(shù)據(jù)級(jí)的處理部分,通過對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和特征提取來有效減小融合中心的計(jì)算負(fù)擔(dān),提高融合算法的性能。影響這種算法性能的主要因素有數(shù)據(jù)排列方式、相似性參數(shù)的選擇以及算法本身的選擇等。

⑤模式識(shí)別。該方法可以用來解決數(shù)據(jù)描述與分類的問題,在高分辨率圖像目標(biāo)和多像素圖像技術(shù)中的應(yīng)用較多。

(3)基于知識(shí)的算法。

①邏輯模板方法。邏輯模板方法本質(zhì)上是一種匹配識(shí)別的方法,是指將系統(tǒng)的一個(gè)預(yù)先確定的模式與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配計(jì)算,實(shí)現(xiàn)分類、識(shí)別和推理。預(yù)先確定的模式形式可以多種多樣,如邏輯條件、模糊概念、觀測(cè)數(shù)據(jù)以及用來定義一個(gè)模式的邏輯關(guān)系的不確定性等都可以作為匹配計(jì)算的對(duì)象。

②模糊集理論。模糊集理論模仿了人類的思維方式,將不精確的知識(shí)或不確定邊界的定義引入數(shù)學(xué)運(yùn)算,在對(duì)客觀事物的認(rèn)知過程中抽象提取事物的共同特點(diǎn),再進(jìn)行概括總

結(jié),將系統(tǒng)的狀態(tài)變量映射成控制量、分類或其他類型的數(shù)據(jù)輸出。

③基于知識(shí)的專家系統(tǒng)?；谥R(shí)的專家系統(tǒng)將規(guī)則與專家知識(shí)相結(jié)合,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別。專家系統(tǒng)通常由先驗(yàn)知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)制、人機(jī)交互界面組成,先驗(yàn)知識(shí)庫的質(zhì)量優(yōu)劣很大程度上決定了專家系統(tǒng)的效能。

6.4物聯(lián)網(wǎng)

6.4.1物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings,IoT)是信息科技產(chǎn)業(yè)的第三次革命,成為引領(lǐng)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)勃發(fā)展離不開物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮的積極推動(dòng)作用。物聯(lián)網(wǎng)即“萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)”,是一種利用射頻識(shí)別、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,按照約定的協(xié)議規(guī)則,將任何物品接入互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境進(jìn)行信息的交換和通信,以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)如圖6-18所示,主要分為了感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層以及應(yīng)用決策層四個(gè)部分。

感知控制層簡稱感知層,它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀事物信息的直接獲取并進(jìn)行認(rèn)知和理解的過程。

數(shù)據(jù)傳輸層的主要任務(wù)是通過各種接入設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同類型的網(wǎng)絡(luò)融合,保障對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)的高效、安全、可靠傳輸,應(yīng)用于信息的傳送時(shí),其主要功能有提供路由、格式轉(zhuǎn)換、地址轉(zhuǎn)換等。圖6-18物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)

6.4.2物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

1)物聯(lián)網(wǎng)與智慧農(nóng)業(yè)

從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的過程中,農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展大致經(jīng)歷了電腦農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)