2 急需的物联网总体标准
3 传感器标准
4 传感器标准
5 传感器标准进展情况
6 传感器标准体系框架
认知感知层
1.感知层的概念
物联网层次结构分为三层,分别为感知层、网络层、应用层。感知层位于最 底层,它是物联网的核心,其功能为“感知”,即通过传感网络获取环境信息。 感知层是物联网的核心,是信息采集的关键部分。
2.感知层的应用
感知层包括二维码标签及识读器、RFID 标签及读写器、摄像头、GPS 导航、 各种功能传感器、M2M 终端、传感器网关等,主要功能是识别物体、采集信息, 与人体结构中皮肤和五官的作用类似。
3.感知层的关键技术
(1) 传感器:传感器是物联网中获得信息的主要设备,它利用各种机制把被 测量转换为电信号,然后由相应信号处理装置进行处理,并产生响应动作。 (2)RFID:它的全称为 Radio Frequency Identification,即射频识别, 又称为电子标签。RFID 是一种非接触式的自动识别技术,可以通过无线电讯号 识别特定目标并读写相关数据。它主要用来为物联网中的各物品建立唯一的身份 标示。
(3)无线传感网络:它的英文名称为 Wireless Sensor Network,简称 WSN。 传感器网络是一种由传感器节点组成网络,其中每个传感器节点都具有传感器、 微处理器和通信单元。节点间通过通信网络组成传感器网络,共同协作来感知和 采集环境或物体的准确信息。它是目前发展迅速,应用最广的传感器网络。
认知网络层
1 网络层的概念
网络层位于物联网三层结构中的第二层,它功能是通过通信网络进行信息传 输。网络层作为纽带连接着感知层和应用层,它由各种私有网络、互联网、有线 和无线通信网等组成,相当于人的神经中枢系统,负责将感知层获取的信息,安 全可靠地传输到应用层,然后根据不同的应用需求进行信息处理。
2 网络层的组成
物联网网络层包含接入网和传输网,分别实现接入功能和传输功能。传输网 由公网与专网组成,典型传输网络包括电信网、广电网、互联网。接入网包括光 纤接入、无线接入、以太网接入、卫星接入等各类接入方式,实现底层的传感器 网络、RFID 网络最后一公里的接入。
3 网络层的主要技术
物联网用到的通信技术主要包括 3G/4G 通信、IPv6、WI-FI 和 WIMAX、蓝牙、 ZigBee 自组网技术等。正在向更快的传输速率,更宽的传输宽带、更高的频谱 利用率、更智能化的接入和网络管理发展。
认知应用层
1 应用层的概念
应用层位于物联网三层结构中的最顶层,它的功能是通过云计算等计算平台 进行信息处理。应用层与最低端的感知层一起,是物联网的显著特征和核心所在, 应用层可以对感知层采集数据进行计算、处理和知识挖掘,从而实现对物理世界 的实时控制、精确管理和科学决策。
2 应用层的技术
(1)物联网应用:它是用户直接使用的各种应用,通常用应用软件的形式 表现。如智能 *** 控、安防、电力抄表、远程医疗、智能农业等。
(2)物联网中间件:物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序,将 各种可以公用的能力进行统一封装,提供给物联网应用使用。
(3)云计算:它对物联网海量数据的存储和分析。根据服务类型不同将云 计算分为:基础架构即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、服务和软件即服务(SaaS)。
3 应用层与其他两层的关系 感知层将采集到的数据通过网络层传递给应用层,应用层将接收到的数据进 行分析管理,再将这些数据根据各行各业的应用做出反应处理。例如,在智能电 网中的远程电力抄表应用:安置于用户家中的读表器上显示感知层中的传感器采 集到的数据,通过网络层将数据发送并汇总到发电厂的处理器上,该处理器及其 对应工作就属于应用层,它将完成对用户用电信息的分析,并自动采取相关措施。物联网层次结构分为三层,自下向上依次是:感知层、网络层、应用层。感知层是物联网的核心,是信息采集的关键部分。感知层位于物联网三层结构中的最底层,其功能为“感知”,即通过传感网络获取环境信息。感知层是物联网的核心,是信息采集的关键部分。
感知层是物联网的皮肤和五官-用于识别 物体,采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等,主要功能是识别物体、采集信息,与人体结构中皮肤和五官的作用类似。
对我们人类而言,是使用五官和皮肤,通过视觉、味觉、嗅觉、听觉和触觉感知外部世界。而感知层就是物联网的五官和皮肤,用于识别外界物体和采集信息。感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题。它首先通过传感器、数码相机等设备,采集外部物理世界的数据,然后通过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据。感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术等。
感知层由基本的感应器件(例如RFID标签和读写器、各类传感器、摄像头、GPS、二维码标签和识读器等基本标识和传感器件组成)以及感应器组成的网络(例如RFID网络、传感器网络等)两大部分组成。该层的核心技术包括射频技术、新兴传感技术、无线网络组网技术、现场总线控制技术(FCS)等,涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。
一些感知层常见的关键技术如下:
l 传感器:传感器是物联网中获得信息的主要设备,它利用各种机制把被测量转换为电信号,然后由相应信号处理装置进行处理,并产生响应动作。常见的传感器包括温度、湿度、压力、光电传感器等。
2 RFID:RFID的全称为Radio Frequency Identification,即射频识别,又称为电子标签。RFID是一种非接触式的自动识别技术,可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。它主要用来为物联网中的各物品建立唯一的身份标示。
3 传感器网络:传感器网络是一种由传感器节点组成网络,其中每个传感器节点都具有传感器、微处理器、以及通信单元。节点间通过通信网络组成传感器网络,共同协作来感知和采集环境或物体的准确信息。而无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN),则是目前发展迅速,应用最广的传感器网络。
对于目前关注和应用较多的RFID网络来说,附着在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器都属于物联网的感知层。在这一类物联网中被检测的信息就是RFID标签的内容,现在的电子(不停车),收费系统(Electronic Toll Collection,ETC)、超市仓储管理系统、飞机场的行李自动分类系统等都属于这一类结构的物联网应用。刚泡好的清茶摆在面前,你眼睛看到的是杯子,鼻子闻到的是茶香,嘴巴尝到的是微苦味,用手摸一下还较烫……
人体器官的感知综合在一起时,人便得出了这一杯清茶的判断。假如把清茶的感知信息传上互联网,人们便能通过网络随时了解清茶的情况。
若成万上亿计物品的感知信息,都能如这杯清茶一样上传到互联网供人使用,这就是“传感网”,又称“物联网”。
虚拟世界和物理世界的纽带
那么,物联过程是怎么实现的?
据微软亚洲研究院常务副院长赵峰介绍,首先,每一个物理世界中每一样东西,无论钥匙还是电饭煲,都有一个智能“身份z”,比如IP地址。这个虚拟“身份z”记录了包括该物品材质、位置、大小、温度等信息。
那物品感知信息如何上网呢?这就需要传感器出场了。传感器里面有一个很小的微处理器,能够测量环境当中的温度、湿度、位置、方向等信息,可以做数据处理,并通过无线传输直接传到网上去。由此,互联网与物理世界就能够对应起来。
这样一来,人们就可以在网上检索物理世界。“有了物联网,我再也不用担心找不着我的钥匙了。上网查一下位置就能找到。”赵峰说。
然而,人们不禁纳闷,我们已经有了移动通信网和互联网,还要物联网何用?
作为中国物联网的领路人,中科院上海微系统与信息技术研究所副所长、无锡物联网产业研究院院长刘海涛说,移动通信网是人和人的互联,传感网是物和物的互联,是感知的网络;互联网是信息共享的平台;而物联网则一头连着虚拟世界,一头连着现实的物理世界。
刘海涛表示,物和物、物和人简单地互联意义不大。物联网的精髓是感知,但是若不能达到对物控制、指挥的目的,就没有意义。
将带来第三次产业化浪潮
据介绍,物联网技术已经在上海世博会和浦东机场上应用,分别布置了防入侵传感网。其中,浦东机场的应用系统可以说是国际上应用规模最大的案例之一。
浦东机场的应用系统铺设了3万多个传感节点,覆盖了地面、栅栏和低空探测,可以防止翻越、恐怖袭击等攻击性入侵。
物联网的应用不仅限于此,还可用于家居、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。
刘海涛举了个例子,比如你在开车上桥时,是无法看到桥另一端情况的。如果这时候另一端有一个人在过马路,就难免会发生交通事故;而如果我们在马路下面安装了传感网,并与你车上的传感网终端或手机相联接,一旦有人过马路,马上就会通过传感网告诉你,就能避免灾难的发生。
家居应用更是会方便人们生活。赵峰说,我坐在办公室里打开手机的话,就可以通过手机观察物理世界当中所有的东西,我就可以知道我小孩上学没有,下学后是不是赶上班车了,身体状况怎么样啊,也可以知道家里哪些电器出门时忘记关了。
“物联网今后的应用和规模会远远超出我们现在的想象。”赵峰指出。
业内人士判断,物联网给人类社会带来的深刻的影响甚至变革,可能要远远大于互联网。
如果把计算机的出现使信息处理获得了质的飞跃,视作信息技术第一次产业化浪潮;如果把互联网和移动网的发展使信息传输获得了巨大提升,视作第二次产业化浪潮。那么,专家表示,以物联网为代表的信息获取技术的突破,将掀起第三次产业化浪潮。
“中国物联网的春天来了”
一个新兴产业的发展,最重要的是掌握标准。在互联网时代,中国仍扮演着追赶者的角色,那在物联网领域,是否能一举成为领先者?
专家指出,在物联网技术浪潮中中国与国际同步,具有同发优势,处于同等水平,并做到了部分领先。
中科院上海微系统所是我国最早开展物联网技术的单位。2005年该所作为技术牵头单位,在国标委下属的信标委领导下,和标准化研究所合作推进国家传感网的标准化工作,这要早于国际标准的启动。
在2008年国际标准化组织的传感网络研究小组首届大会上,由中科院上海微系统所代表中国牵头提出了整个传感网的体系架构、产业的演进路线、协议站架构等,获得一致通过。第二届大会是在德国开的,其主要议题就是讨论中国的系列提案。而在此后的会议上,基本上都是由中国代表国际标准化组织做总体报告和特邀报告。
刘海涛自豪地说,在标准化方向上我们具有举足轻重的主导话语权。这在我国的信息技术发展史上是第一次。
赵峰说,国内很多单位做的基础研究很不错,我们消费者数量是其他国家无法比拟的,而且想法也很前沿,中国在今后十年当中能够领先。
好消息一个接着一个传来,日前,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。
刘海涛兴奋地说,中国物联网的春天来了。1、感知层
感知层是物联网发展和应用的基础。感知层相当于物联网的皮肤和五官,完成识别物体、
采集信息的任务。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读/写器、摄像头、GPS、各
种传感器、视频摄像头、终端、传感器网络等数据采集设备。也包括数据接入到网关之前的传
感器网络。RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术是感知层涉及的主要技术。
2、接入层
接入层由末梢节点和接入网关(Access Gateway)组成,完成应用末梢各节点信息的组
网控制和信息汇集,或完成向末梢节点下发信息的转发等功能。这些末梢节点构成了末梢网络
或传感网(由大量各类传感器节点组成的自治网络)。
3网络层
网络层相当于物联网的神经中枢和大脑,实现信息传递和处理。网络层包括通信与互联网
的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等,网络层将感知层和接入层获取的信
息进行传递和处理。网络层也包括信息存储查询、网络管理等功能。
4、应用层
应用层相当于物联网的“社会分工”,即与行业需求结合,实现广泛智能化。应用层是物
联网与行业专业技术的深度融合,与行业需求结合,实现行业智能化,这类似于人的社会分
工,最终构成人类社会。
物联网网关作为一个新名词,将在未来物联网时代发挥非常重要的作用。它将成为感知网络和传统通讯网络之间的纽带。物联网网关作为一种网关设备,能够完成感知网络与通讯网络以及不同类型感知网络之间的协议转化。
网关既能够完成广域互连,也能够完成局域网互连,具备设备办理功能。运营商能够办理底层传感节点,了解每个节点的相关信息,经过物联网网关设备完成长途 *** 控。
这一部分强调了一个要害点,即物联网网关完成感知网络与通讯网络的互联,但感知网络中有许多不同的协议,如LonWorks、ZigBee、6LoWPAN、rubee等来完成这种互联网,网关有必要具有协议转化才能。一起,网关有两个要害点,即完成广域互联。当广域网不行用时,网关往往能完成局域网互连,即近端之间的交互与协作。
lora网关
主要功能:一广泛的访问才能
现在,短程通讯的技能规范许多,只有LonWorks、ZigBee、6LoWPAN、rubee等常用的无线传感器网络技能,各种技能主要是针对某一应用开发的,缺少兼容性和体系规划。现在,国内外现已开展了物联网网关的规范化作业,如3GPP、传感器作业组等,以完成各种通讯技能规范的互联互通。
二可办理性
强壮的办理才能关于任何大型网络都是必不行少的。首先,需要对网关进行办理,如注册办理、权限办理、国家监管等。网关完成了子网中节点的办理,例如获取节点的标识、状况、特点、能量等,以及因为子网的技能规范和协议复杂性的不同,唤醒、 *** 控、确诊、升级和保护等的长途完成,网关具有不同的办理功能。根据物联网的模块化网关来办理不同感知网络、不同应用,保证使用一致的办理接口技能来办理终端网络节点。
三协议转化才能
不同感知网络到接入网络的协议转化,低规范格局的数据一致封装,保证不同感知网络的协议能够成为一致的数据和信令;将上层宣布的数据包分析成可由感知层协议识别的信令和 *** 控指令。
总结这些基本网关才能没有问题,但关于物联网网关来说,要害点之一是网关本身是完成感知层和通讯层的仅有入口和出口通道。外部只需要处理网关,而网关用于调度和 *** 控下面访问和注册的各种类型的传感设备。
因而,网关具有相似于API网关的要害才能,即对传感层中各种传感设备供给的不同类型的协议进行接入和适配,一起在协议接入后能够转化为规范接口协议和通讯层交互。关于实时接口,它能够选用相似的>
一般来说,物联网网关在架构和实现进程中会提供硬件设备,实现协议转化、路由、转发、自动注册办理、南北一体化的接口才能。这个网关通常是布置在局域网端的设备。对于整个云架构,只有网关设备和云能够交互。
边缘计算的终究落地能够在物联网网关层实现,即进一步提高物联网网关的存储和核算才能。一方面,在网关层实现本地收集后的数据自动收集,二次处理后收集上传到云端。另一方面,将云的要害核算规矩和逻辑散布到网关层,支撑网关层的本地化核算。这也是网关层功用的一个要害扩展。
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