物联网技术基础(第三章)课件

第三章物联网感知与识别技术射频识别技术无线传感器网络传感器技术其他典型感知与识别技术030102了解物联网主流感知与识别技术的分类了解各种物联网感知技术的应用情况。了解物联网不同类型感知技术的工作过程和技术特点030201能够说出射频识别技术的基本工作原理与应用方法能够说出传感器的分类和常见传感器的基本工作原理掌握无线传感器网络的体系结构和特点RFID在身份证中的应用射频识别技术第一节射频识别技术射频识别技术（RFID）是通过无线电波进行数据传送的技术，它是一种典型的非接触自动识别技术，是国家战略新兴专业物联网的重要组成部分，同时也是物联网技术感知层的支撑技术之一。自动化人工智能信息安全通信技术0402050103计算机科学与技术RFID范围包含：STEP01STEP02STEP03STEP04STEP05科技民生智慧生活资源协调物流配送智能安防应用第一节射频识别技术第一节射频识别技术RFID系统构成RFID系统分类RFID工作原理RFID在物联网行业中的典型应用射频识别技术（RFID）1234第一节射频识别技术RFID系统构成1读写器电子标签计算机系统典型的RFID系统的核心是射频识别技术，主要结构包括电子标签、读写器和天线等。而作为一个完整的RFID系统，在包括上述组件之外，还需要有与之配套的应用软件和计算机网络系统，才能实现完整的自动识别系统功能，如图所示。

RFID系统的主要结构第一节射频识别技术RFID系统构成1电子标签又称射频标签或射频卡，它由耦合元件和芯片组成，是RFID系统真正的数据载体，如图所示。每个电子标签具有唯一的电子编码，它通过内置天线与读写器内的射频天线进行通信。

RFID电子标签第一节射频识别技术RFID系统构成1读写器又称阅读器，根据设计结构和技术不同，可以用来作为电子标签内存信息的只读设备或者读写设备，它是RFID系统信息和控制的处理中心，通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成，如图所示。RFID读写器结构图第一节射频识别技术RFID系统构成1天线主要用于在电子标签和读写器之间传递射频信号。电子标签和读写器中都包含天线，其中电子标签中的天线属于内置天线，而读写器中可以使用内置或者外置天线。应用软件可以针对不同应用领域进行管理和操作，而计算机网络则用来进行数据的传输和查询。第一节射频识别技术RFID系统构成RFID系统分类RFID工作原理RFID在物联网行业中的典型应用射频识别技术（RFID）1234第一节射频识别技术RFID系统分类2根据工作频率分类根据标签与读写器之间的通信工作时序分类根据标签和读写器之间的耦合方式分类根据标签的可读写性分类根据标签供电方式分类060305010204分类方法根据标签的数据调制方式分类第一节射频识别技术RFID系统分类2根据工作频率分类01高频（HF，3MHz～30MHz）常用：

6.75MHZ,13.56MHZ微波（UWF，2.45GHz～5.8GHz）常用：2.45GHz，5.8GHZ低频（LF，30kHz～300kHz常用：125KHZ,135KHZ

超高频（UHF，300MHz～968MHz）常用：860/960MHz第一节射频识别技术RFID系统分类202根据标签供电方式分类132内有电池，但电池仅对维持数据的电路及维持芯片工作电压的电路提供支持半有源电子标签内没有电池，电子标签利用读写器发出的波束供电有源电子标签无源电子标签电子标签内有电池，电池可以为电子标签提供全部能量第一节射频识别技术RFID系统分类203根据标签和读写器之间的耦合方式分类一般适用于中、低频工作的近距离射频识别系统。电感耦合系统典型的工作频率为125kHz，225kHz和13.56MHz，该系统的识别距离小于1m，典型作用距离为10～20cm。电感耦合方式一般适用于高频、微波工作的远距离射频识别系统。电磁反向散射耦合系统典型的工作频率为433MHz，915MHz，2.45GHz和5.8GHz，该系统的识别距离大于1m，典型作用距离为3～10m。电磁反向散射方式第一节射频识别技术RFID系统分类204根据标签的可读写性分类2一次写入多次读出型标签（WORM）3只读型标签（RO）1可读写型标签（RW）第一节射频识别技术RFID系统分类2只读型标签（RO）只读型标签内只包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）和缓冲存储器，并且标签内存有一个唯一的、不可修改的ID号码，可以保证标签的安全性；一次写入多次读出型标签是用户数据可以进行一次性写入的标签，写入后数据不能改变；而可读写型标签一般还有非活动可编程记忆存储器，这种存储器除了具有存储数据功能外，还具有在适当条件下允许多次写入数据的功能。第一节射频识别技术RFID系统分类2标签数据调制方式分类的依据是标签通过何种形式方法与读写器之间进行数据交换，一般可分为主动式、被动式和半主动式3种。通常，无源系统为被动式，有源系统为主动式，半有源系统为半主动式。05根据标签的数据调制方式分类1233主动式被动式半主动式第一节射频识别技术RFID系统分类21233主动式被动式半主动式用自身的射频能量主动发送数据给读写器，主动式标签是单向的，即只有标签向读写器不断传送信息，而读写器对标签的信息只是被动地接收。

不能主动发送数据，只能利用读写器的能量进行工作，因此只能在一定范围内进行工作。本身也带有电池，但只能为标签内部电路供电，只有通过读写器的能量才能传送自身数据。第一节射频识别技术RFID系统分类206根据标签与读写器之间的通信工作时序分类时序分类是根据标签和读写器的工作次序进行分类，分为读写器主动唤醒标签（ReaderTalkFirst，RTF）和标签首先自报家门（TagTalkFirst，TTF）的方式。第一节射频识别技术RFID系统构成RFID系统分类RFID工作原理RFID在物联网行业中的典型应用射频识别技术（RFID）1234第一节射频识别技术RFID工作原理3当RFID系统开始工作时，读写器的天线作为发射天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进入读写器工作范围时，其天线感应到读写器天线发送的射频信号，产生感应电流，从而使电子标签获得能量，内部电路被激活，使得电子标签将自身的编码信息通过内置天线发送出去；此时读写器的天线作为接收天线接收从电子标签发送过来的信号，经过天线发送给内部处理模块，经过相应的处理后将有效信息发送到后台的主机系统进行识别，最后根据不同设备做出相应的处理与控制。RFID工作原理第一节射频识别技术影响RFID系统读写距离的因素主要有读写器产生的磁场、感应的灵敏度（尤其在复杂环境下）、电子标签本身获得能量并发送信息的能力等。读写器产生的磁场感应的灵敏度获得能量并发送信息的能力第一节射频识别技术RFID系统构成RFID系统分类RFID工作原理RFID在物联网行业中的典型应用射频识别技术（RFID）1234第一节射频识别技术RFID在物联网行业中的典型应用4RFID技术在物联网领域使用广泛，比较典型的应用就是在物流领域的使用。通过RFID系统可以实现商品从原料、半成品、成品、运输、仓储、配送、上架、最终销售，甚至退货处理等所有环节进行实时监控，不仅能极大地提高自动化程度，而且可以大幅降低差错率，从而显著提高供应链的透明度和管理效率。RFID物流管理系统使物流企业在对货物的仓储、分捡、配送、运输等方面的管理更加高效、准确、科学，如图所示。第一节射频识别技术RFID在物联网行业中的典型应用4ISO17364应用标准3ISO17358应用标准1ISO17367系列标准ISO17366系列标准5ISO17363应用标准2ISO17365应用标准46第一节射频识别技术RFID在物联网行业中的典型应用41．ISO17358应用要求这是供应链RFID的应用要求标准，该标准定义了供应链物流单元各个层次的参数，定义了环境标识和数据流程。2．ISO17363～17367系列标准供应链RFID物流单元系列标准分别对货运集装箱、可回收运输单元、运输单元、产品包装、产品标签的RFID应用进行了规范。该系列标准的内容基本类同，如空中接口协议采用ISO/IEC18000系列标准等。在具体规定上存在差异，分别针对不同的使用对象做了补充规定，如使用环境条件、标签的尺寸、标签张贴的位置等特性，根据对象的差异要求采用电子标签的载波频率也不同。货运集装箱、可回收运输单元和运输单元使用的电子标签一定是重复使用的，产品包装则要根据实际情况而定，而对产品标签来说通常是一次性的。另外还要考虑数据的完整性、可视识读标识等。可回收运输单元在数据容量、安全性、通信距离方面要求较高。需要注意的是，ISO10374、ISO18185和ISO17363三个标准之间的关系，它们都针对集装箱，但是ISO10374是针对集装箱本身的管理，ISO18185是海关为了监视集装箱，而ISO17363是针对供应链管理目的而在货运集装箱上使用可读写的RFID标识标签和货运标签。第一节射频识别技术第一节射频识别技术重庆已发行350万张RFID汽车电子车牌其他典型感知与识别技术第二节传感器技术随着人类社会在20世纪末进入了信息时代，人们的社会活动更依赖于对信息资源的开发、获取、传输和实现。这种现象促成了传感器技术的快速发展。在物联网体系结构中，感知层作为信息的获取与数据采集的主要手段，可以把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的设备，可以感知周围的温度、速度、电磁辐射或气体成分等，获取传感器周围的各种信息。第二节传感器技术传感器的定义传感器的分类传感器的工作原理传感器在物联网行业中的典型应用第二节传感器技术传感器的定义传感器是一种检测装置，能够感测被测量并按照一定规律将其转换成可用电信号或其他所需形式的信息输出，用以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是物联网感知层的触角，是物联网感知的主要来源。第二节传感器技术传感器组成转换元件敏感元件01转换电路能直接感受和检出被测对象的待测信息。

将敏感元件所感受出的信息直接转换成电路参数的部分。将转换元件输出的电路参数接入转换电路，进行信号的放大或调节，输出电信号。第二节传感器技术传感器分类按工作机理分类01按被测量类别分类02按敏感材料分类03按能量关系分类04其他分类05传感器的种类很多，原理各异，检测对象类别繁多，分类形式也没有统一的标准，但比较常用的有如下几种分类方法第二节传感器技术按工作机理分类01

按工作机理分类的方法是以工作原理划分，将物理、化学和生物等学科的原理、规律、效应等作为分类的依据，如应变式、压电式、热电式传感器等。这种分类方法的优点在于对传感器工作原理的分析较为直接，类别少，有利于传感器工作者从原理和设计上进行掌握。这也是大多数教材的通用分类方法。第二节传感器技术按被测量类别分类02按照传感器被测量类别分类的方法是按被测量的性质不同对传感器进行划分。把不同被测量的传感器分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器三大类。物理量传感器01化学量传感器02生物量传感器03第二节传感器技术按被测量类别分类02这种方法又把种类繁多的被测量分为基本物理量和派生物理量两大类，如表所示。基本物理量派生物理量速度线速度速度、振动、流量、动量等角速度转速、角振动等加速度线加速度振动、冲击、质量等角加速度角振动、扭矩、转动惯量等位移线位移长度、厚度、应变、震动、磨损、不平度等角位移旋转角、偏转角、角振动等力压力重量、应力、力矩等时间频率周期、计数、统计分布等温度热容量、气体、涡流等光光通量与密度、光谱分布等由于这种分类方法是根据被测量进行传感器命名的，因此能明确地指出传感器的用途，便于使用者根据其用途选择使用。第二节传感器技术按敏感材料分类03根据制造传感器的材料类别分类，可以将传感器分为半导体传感器、陶瓷传感器、光导纤维传感器、高分子材料传感器、金属传感器等。半导体传感器金属传感器陶瓷传感器光导纤维传感器高分子材料传感器第二节传感器技术按能量关系分类04有源传感器一般是将非电量转换为电能量，可以称之为能量转换型传感器或换能器。通常它们配备有电压测量和放大电路，常见的类型有压电式传感器、热电式传感器、压阻式传感器等。无源传感器也被称为能量控制型传感器。它本身不是一个换能装置，被测非电量仅对传感器中的能量起控制或调解作用。因此，它们必须配有辅助电源，这类传感器常见类型有电阻式传感器、电容式传感器和电感式传感器等。无源传感器还常配有电桥和谐振电路等进行测量调谐。能量控制型传感器能量转换型传感器或换能器有源传感器无源传感器第二节传感器技术其他分类05除上述几种分类方法以外，还可以根据用途、功能、输出型号类型等方法进行分类，这里就不一一描述了。用途功能输出型号第二节传感器技术传感器的工作原理010203040506070809电阻式传感器智能传感器光敏传感器激光传感器压阻式传感器电容式传感器电感式传感器热电式传感器霍尔传感器1011超声波传感器生物传感器传感器的主要工作原理是将物理量、化学量和生物量等非电量转换为可使用的电信号量，不同类别的传感器的工作原理各有不同。第二节传感器技术传感器的工作原理01电阻式传感器电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换成电阻值的这样一种传感器，如图所示。工作时，传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分；半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。

电阻式传感器第二节传感器技术传感器的工作原理压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件，如图所示。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片。以硅片为敏感材料而制成的硅压阻式传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。02压阻式传感器压阻式传感器第二节传感器技术传感器的工作原理电容式传感器是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器，如图3所示。电容式传感器的敏感部分是具有可变参数的电容器。典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。当薄膜受压力作用时，会发生一定的变形，因此上下电极之间的距离发生一定的变化，从而使电容发生变化。但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系，因此，要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。电容式传感器03电容式传感器第二节传感器技术传感器的工作原理电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量，如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换，如图所示电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、密度、转矩等）的测量电感式传感器04电感式传感器第二节传感器技术传感器的工作原理热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置，如图所示。它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特征来达到测量的目的。通常将被测温度转换为敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可由电压、电流这些电参数的变化来表达所测温度的变化。其中，将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器；将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。05热电式传感器热电式传感器第二节传感器技术传感器的工作原理霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面，如图3-12所示。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。06霍尔传感器霍尔传感器第二节传感器技术传感器的工作原理激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器，如图所示。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。激光传感器07激光传感器第二节传感器技术传感器的工作原理07激光传感器激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点，可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。第二节传感器技术传感器的工作原理08光敏传感器光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，其原理是利用光敏元件将光信号转换为电信号，如图所示。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光敏传感器不只局限于对光的探测，它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，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光敏传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。光敏传感器第二节传感器技术传感器的工作原理智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的，是一个相对独立的智能单元。它的出现对原来的硬件性能苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。09智能传感器第二节传感器技术传感器的工作原理10生物传感器生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。生物传感器通过将待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度，如图所示。生物传感器第二节传感器技术传感器的工作原理超声波传感器采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物之间的距离，如图所示。11超声波传感器采用小角度、小盲区超声波传感器，具有测量准确、无接触、防水、防腐蚀、低成本等优点，可用于液位和物位检测。特有的液位和料位检测方式，可保证在液面有泡沫或大的晃动、不易检测到回波的情况下有稳定的输出。第二节传感器技术传感器在物联网行业中的典型应用随着我国物联网领域的不断拓展，传感器的应用已经日趋成熟，深入广大民众的工作、生活领域。据报道，美国研究人员开发出一种类似皮肤贴纸的柔性传感器，可监测心率和识别语音，如图所示。该器件的潜在应用包括诊断病情、操纵机器人，以及在没有手柄的情况下玩电脑游戏等。第二节传感器技术传感器在物联网行业中的典型应用新器件的主要研发者、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学家刘宇浩（音译）表示，与听诊器这种常见传感器相比，最新研发的新器件所使用的低功率商用微型机电系统（MEMS）加速度计，被包裹在具有黏性的弹性硅胶中，穿戴性很强。研究人员说，这些加速度计的振动频率被调谐到0.5Hz～550Hz范围内，这是人体重要器官发出的典型声音。可伸缩铜线则将这些加速度计与放大器、电阻和电容连接起来。第二节传感器技术传感器在物联网行业中的典型应用研究人员表示，将新器件放置在人的喉咙部位时，其可作为人机接口将命令发送至计算机，从而完成控制机器人、玩视频游戏等任务。例如，用户只需说出“上、下、左、右”就可控制吃豆人游戏，语音识别率可达90%。新器件还包含可记录身体信号的电极，这些电极可帮助传感器监测心脏起搏器的运行情况。研究人员称，为了更加实用，拟将传感器的数据传输升级为无线方式。未来还可将器件的振动频率扩展到2000Hz范围，使之能检获人类语音振动的全频率并用作一个麦克风。第二节传感器技术为独居老人安装智能传感器可实现“即刻救援”无线传感器网络第三节无线传感器网络无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）由大量部署在监测区域内的体积很微小的传感器节点组成，节点通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络。无线传感器网络是物联网的基本组成部分，它可以将客观物理世界与信息世界融合在一起，改变人与自然界的交互方式，极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。132无线传感器网络无线传感器网络的工程案例无线传感器网络的体系结构无线传感器网络的特点第三节无线传感器网络第三节无线传感器网络大量传感器节点随机部署在检测区域内部或者附近，通过自组织的方式构成网络。传感器节点检测到的数据沿着其他节点逐跳地进行传输，在传输过程中检测数据可能被多个节点处理，经过多跳路由后到达汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。1无线传感器网络的体系结构传感器节点汇聚节点管理节点无线传感器网络通常包含：第三节无线传感器网络传感器节点的组成结构一般都包括数据采集、数据处理、数据传输和电源，如图3-19所示。根据不同的应用需求，可能包括定位单元、移动单元或特殊供电装置等。此外，还必须有一些应用相关部分，例如某些传感器节点有可能在深海或者海底，也有可能出现在化学污染或生物污染的地方，这就需要在传感器节点的设计上采用一些特殊的防护措施。1无线传感器网络的体系结构传感器节点结构图第三节无线传感器网络传感器节点通常散布于待监测地域。网络中的各个节点具有数据收集和将数据路由到接收器的功能，如图所示。1无线传感器网络的体系结构无线传感器网络体系结构图第三节无线传感器网络1无线传感器网络的体系结构传感器网络需要根据用户对网络的需求设计适应自身特点的网络体系结构，为网络协议和算法的标准化提供统一的技术规范，使其能够满足用户的需求。传感器网络体系结构包括横向的通信协议层和纵向的传感器网络管理面。通信协议层可以划分为物理层、链路层、网络层、传输层和应用层，而网络管理面则可以划分为能耗管理面、移动性管理面和任务管理面。2无线传感器网络的特点第三节无线传感器网络58761432应用相关规模大高冗余空间位置寻址分布式、自组织性健壮性可扩展性动态拓扑2无线传感器网络的特点第三节无线传感器网络无线传感器网络是由对等节点构成的网络，不存在中心控制。管理和组网都非常简单灵活。不依赖固定的基础设施，每个节点都具有路由功能，可以通过自我协调、自动布置而形成网络，不需要其他辅助设施和人为手段。由于能量限制、环境干扰和人为破坏等因素的影响，传感器节点会损坏，导致一些传感器节点不能正常工作，但随机分布的大量节点之间可以协调互补，保证部分传感器节点的损坏不会影响到全局任务。0102分布式、自组织性

健壮性2无线传感器网络的特点第三节无线传感器网络当网络中增加新的无线传感器节点时，也不需要其他外界条件，原有的无线传感器网络可以有效地融纳新增节点，使新增节点快速融入网络，参与全局工作。无线传感器网络是一个动态的网络，网络内的节点可能会因为能量耗尽或其他故障退出网络；有些节点可能处于工作状态，有些节点可能处于关闭状态，没有参与网络通信；也有可能又会新增大量的节点融入网络，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。0304

可扩展性

动态拓扑2无线传感器网络的特点第三节无线传感器网络无线传感器网络用来感知客观物理世界，获取物理世界信息。不同的传感器网络应用关心不同的物理量，因此不同应用背景将导致不同的节点硬件平台、软件系统和网络协议。无线传感器网络不能像Internet一样具有统一的通信协议平台，必须针对具体应用来研究传感器网络技术。这也是无线传感器网络区别于传统网络系统的显着特征。为了提高网络的可靠性，通常在目标区域内部署大量传感器节点，传感器网络可能包含多达数千甚至上万个传感器节点。传感器网络的大规模性还能够通过不同空间视角获得更大的信噪比，从而提高监测准确性。0506

应用相关

规模大2无线传感器网络的特点第三节无线传感器网络节点的大规模部署使得无线传感器网络通常具有较高的节点冗余、网络链路冗余及采集的数据冗余，从而使得系统具有很强的容错能力。无线传感器网络一般不需要支持任意两个传感器节点之间的点对点通信，传感器节点不必具有全球唯一的标识，不必采用因特网的IP寻址。用户往往不关心数据采集于哪一个节点，而关心数据所属的空间位置，因此可采取空间位置寻址方式。传感器网络是一个以数据为中心的网络。0708

高冗余

空间位置寻址3无线传感器网络的工程案例第三节无线传感器网络无线传感器网络的应用现在已经非常广泛，其中一个主要应用就体现在智能电网系统中，智能电网系统涵盖了发电、输电、配电和用电的各个环节，对通信的实时性、可靠性及其功耗等提出了新的要求。3无线传感器网络的工程案例第三节无线传感器网络智能用电的通信建设中设计各个层次上的算法和网络协议，包括从物理层、信道编码、媒介访问控制层到路由、传输、应用层的优化和综合考虑，以降低系统功耗，减少电磁辐射通过优化智能用电中的量测设备，实现更好的量测可靠性、稳定性及节能性。一方面另一方面将无线传感器网络技术应用于智能用电中3无线传感器网络的工程案例第三节无线传感器网络如图所示，智能无线抄表系统随着智能电网的不断推进而被广泛应用，其设计和生产使用受到了业界的广泛关注。2009年11月，中国国家电网公司发布了智能电表新标准，并于2010年首次集中招标智能无线电表2000余万只。在接下来的几年内，我国安装了1.3亿只智能电表，智能无线抄表总投资达到380亿元。第三节无线传感器网络2016工业无线传感器网络产品发展现状及趋势2010～2019年中国工业无线传感器网络产品市场规模与增长预测其他典型感知与识别技术第四节其他典型感知与识别技术010203条码技术红外感应技术定位技术第四节其他典型感知与识别技术01条码技术条码技术是在计算机应用发展过程中，为消除数据录入的“瓶颈”问题而产生的，是出现比较早的自动识别技术。它具有速度快、精度高、成本低、可靠性强等优点，已被广泛应用于各行各业。第四节其他典型感知与识别技术条码可以标示出物品的生产国、制造商、产品名称、生产日期以及图案分类等信息，是商品的“身份证”，是商品流通于国际市场的“通用语言”。第四节其他典型感知与识别技术01条码技术条码分为一维条码和二维码。一维条码和二维码都有许多码制，条、空图案对数据不同的编码方法，构成了不同形式的码制。到目前为止，常见的一维条码的码制大概有20多种，其中广泛使用的码制包括EAN码、Code39码、交叉25码、UPC码、128码、Code93码、ISBN码、CODABAR码等。不同的码制具有不同的特点，适用于特定的应用领域。一维条码示例第四节其他典型感知与识别技术01条码技术线性堆叠式二维码邮政码矩阵式二维码通过不同长度的条进行编码，主要用于邮件编码，如Postnet，BPO4-State等。在一维条码的基础上，通过降低条码行的高度，将多个一维条码在纵向堆叠而成。典型的线性堆叠式二维码有Code16K，Code49和PDF417等即采用统一的黑白方块的组合，它比线性堆叠式二维码具有更强的自动纠错能力，更适合于条码容易受到损坏的场合。典型的矩阵式二维码有Aztec，MaxiCode，QRCode和DataMatrix等。第四节其他典型感知与识别技术01条码技术国外对二维码技术的研究始于20世纪80年代末，在二维码符号表示技术研究方面已研制出多种码制，常见的有PDF417，QRCode，Code49，Code16K，CodeOne等。这些二维码的信息密度都比传统的一维条码有了较大提高，如PDF417的信息密度是一维条码Code39的20多倍。在二维码标准化研究方面，国际自动识别制造商协会（AIM）、美国标准化协会（ANSI）已完成了PDF417，QRCode，Code49，Code16K，CodeOne等码制的符号标准。我国二维码技术的研究开始于1993年。中国物品编码中心对几种常用二维码的技术规范进行了翻译和跟踪研究。随着我国市场经济的不断完善和信息技术的迅速发展，国内对二维码这一新技术的需求与日俱增。中国物品编码中心在原国家质量技术监督局和国家有关部门的大力支持下，对二维码技术的研究不断深入。在消化国外相关技术资料的基础上，我国制定了两个二维码的国家标准：二维码网格矩阵码和二维码紧密矩阵码，从而大大促进了我国具有自主知识产权技术的二维码的研发。手机二维码是二维码在我们生活中最常见的形态。二维码技术标准在全球范围的推广和应用，为企业带来了可观的经济效益。手机与二维码的结合，进一步拓展了二维码的应用价值，促进了行业的融合。随着市场、产业链、商业模式的不断成熟，手机二维码将为通信、媒体及其他传统行业带来更多机会，手机二维码正在慢慢走进更多人的生活。第四节其他典型感知与识别技术第四节其他典型感知与识别技术01条码技术

条码技术的应用已经非常成熟，尤其在企业的生产过程管理、销售管理、物流管理等领域使用得更多。生产过程管理是一个企业的灵魂，企业产品的好坏主要取决于生产过程的管理和控制。生产过程是指企业内零部件最终变成成品的过程。在没有物联网条码技术应用的阶段，每个产品在每条生产线，都必须手工记载生成这个产品所需的工序和零件，领料员按这个分配好物料后，开始生产。在每条生产线，每个产品都有记录表单，每一个工序完成后，填上元件号与工人的工号，直至操作完成。在这个过程中，工作量是很大、很复杂的，而且不能即时反映产品在生产线上的流动状况。第四节其他典型感知与识别技术02红外感应技术红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用，人们一方面通过提高与改善传感器的技术性能；一方面通过寻找新原理、新材料、新工艺及新功能来改善传感器性能，制造出更多的传感器。红外线是波长在750nm～1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75μm～25μm之间。由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，适合于短距离、方向性强的无线通信场合。红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通信方案，主要应用于近距离的无线数据传输，也有用于近距离无线网络接入的。第四节其他典型感知与识别技术02红外感应技术辐射型搜索和跟踪型02热成像型03红外测距和通信型04混合型0501红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能可以分成5类。用于辐射和光谱测量用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对其运动进行跟踪可产生整个目标红外辐射的分布图像是指以上各类型中的两个或者多个的组合第四节其他典型感知与识别技术03定位技术随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。专家学者提出了许多定位技术。Wi-Fi定位超宽带定位红外线定位超声波定位GPS与A-GPS定位RFID定位蓝牙定位基站定位（CellID定位）ZigBee定位第四节其他典型感知与识别技术03定位技术GPS与A-GPS定位GPS定位的原理：由24颗工作卫星组成，使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。通过GPS进行定位时，在使用地图时经常会先出现一个大的圈，之后才会精确到某一个点。如果在进行定位之前能够事先知道我们的粗略位置，查找卫星的速度就可以大大缩短。第四节其他典型感知与识别技术03定位技术GPS与A-GPS定位GPS使用的伪码共两种，分别是民用的C/A码和军用的P（Y）码。民用精度约10m，军用精度约1m。优点在于无辐射，但是穿透力很弱，无法穿透钢筋水泥。由于GPS的这种缺点，经常需要辅助定位系统帮助完成定位即A-GPS。如iPhone使用了A-GPS，即基站或Wi-FiAP初步定位后，根据机器内存储的GPS卫星表来快速寻星，然后进行GPS定位。例如在民用的车载导航设备领域，较成熟的是GPS+加速度传感器补正算法定位。第四节其他典型感知与识别技术03定位技术小区识别码（CellID）通过识别网络中哪一个小区传输用户呼叫并将该信息翻译成纬度和经度来确定用户位置。CellID实现定位的基本原理为：无线网络上报终端所处的小区号（根据服务的基站来估计），位置业务平台把小区号翻译成经纬度坐标。基站定位（CellID定位）第四节其他典型感知与识别技术03定位技术基站定位（CellID定位）定位流程①设备先从基站获得当前位置（CellID），即第一次定位；②设备通过网络将位置传送给A-GPS位置服务器；③A-GPS服务器根据位置查询区域内当前可用的卫星信息，并返回设备；④设备中的GPS接收器根据可用卫星，快速查找可用的GPS卫星，并返回GPS定位信息。第四节其他典型感知与识别技术03定位技术无线局域网（WLAN）是一种全新的信息获取平台，可在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务，而网络节点自身定位是大多数应用的基础和前提。当前比较流行的Wi-Fi定位是无线局域网系列标准之IEEE802.11的一种定位解决方案。它采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装，需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，系统总精度高。Wi-Fi定位第四节其他典型感知与识别技术03定位技术一次成功的定位需要两个先决条件：第一，客户端能上网；第二，侦听到的热点的坐标在数据库里有相关记录。Wi-Fi定位第四节其他典型感知与识别技术03定位技术芬兰的Ekahau公司开发了能够利用Wi-Fi进行室内定位的软件。Wi-Fi绘图的精确度大约在1～20m的范围内，它比蜂窝网络三角测量定位方法更精确。但如果定位的测算仅仅依赖于哪个Wi-Fi的接入点最近，而不是依赖于合成的信号强度图，那么在楼层定位上就很容易出错。Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90m以内的区域，而且