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物联网需要突破的关键技能

发布时间:2018-12-24 01:06:04 文章来源:未来智讯    
    物联网需要突破的关键技能作者: 刘丹   摘 要:文章分析了传统传感器与射频识别器的区别,传感网与传感器网两个观念的区别,联合实际对物联网需要突破的射频识别、传感器设计制造、传感网应用支撑、无线传感器组网和物联网络应用层这5项关键技能进行了探讨。
  关键词:物联网;关键技能;传感
  物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任意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。随着信息技能的不时发展,物联网在各个领域得到了广泛的应用。从长远看,物联网的发展要按照“应用引领、统筹集成、创新发展、确保平安”的思绪,着重突破射频识别、传感器设计制造、传感网应用支撑、无线传感器组网和物联网络应用层这5项关键技能。
  1 射频识别技能
  射频识别是一种非接触式的自动识别技能,它通过射频信号自动识别指标对象并获取相关数据,识别事务无需人工干预,可事务于各种恶劣环境。射频识别技能具有操作快捷方便、可识别高速运动物体并能同时识别多个标签的特点。按应用频率的不同,射频识别技能包括低频、高频、超高频和微波。该技能是沟通自然物与人类社会的关键技能,能使自然物具有“语言”和“感官”,因此是物联网运转的依托。
  2 传感器设计制造技能
  传统的传感器指现场感知设备,我们常常讲的传感器或传感器网络,都是指现场感知设备,不包括遥感设备。但许多国家将探测雷达、侦察卫星等遥测遥感设备也称为传感器。实际上,后者已经不是一般意义上的元器件,而是一个庞大的系统,是远距离感知,其事务原理要比传统的传感器复杂得多。
  根据物联网的定义,射频识别器、红外感应器、激光扫描器等均列为感知设备。它们与传统的传感器一样,具有近距离感知功能,均选取无线传输方式,是连接物理世界与数字世界的桥梁。然而,与射频识别器相比,传统的传感器有三点根本性差异。一是不确定性感知。传感器对被感知对象的属性特征、出现的时间地点没有任何先验知识,所以存在漏判、误判的可能性,尤其是当传感器休眠时。而射频识别器并不关心被感知对象自身的性质,无论在任何情况下,无论射频识别器是有源还是无源的,总能将芯片中的信息读出来。二是非合法性感知。射频识别器的感知过程属于“问询-应答”式,传输的是数据,信息是完整正确的。而传感器在感知过程中,被感知对象是不会主动配合的,偶尔还会刻意回避;感知部件获得的物理量、化学量等要通过模数变换(A/D)才能向外发送;加之环境噪声的干扰,通常导致感知的结果不精确、有误,甚至错误。三是多点协同感知。基于上述原因,单个传感器往往不能正确感知、识别特定物体的属性,需要多个同构或异构的传感器协同事务,才能达到预期目的。而射频识别器在任一时刻,老是点对点感知,一个阅读器(扫描器)就足以将芯片(条形码)中的信息全部取出来。
  当前,对传感器的体积、本能、容量和功能等方面要求很高。因此,在传感器节点模块、芯片的设计上,必须高度集成,以减小模块体积。为适应高速传输、大数据量处理、多元化采集、高可靠性的要求,针对传感器网络的特点,必须加强中高速传感器网络射频芯片和可编程基带处理芯片等专用集成电路的研制。专用嵌入式软件、网络软件及管理软件是降低成本和体积、高效完成传感器数据处理传输交换、充分发挥传感器网络优势的关键。所以,要对新型传感器理论和技能、新型传感器材料、传感器装置、高速低功耗智能核心传感器芯片、高本能核心处理器进行研发,以用于自主设计、应用环境和不同类型的传感器。
  3 传感网应用支撑技能
  传感网与传感器网两个观念的区别在于:一是关于传感网。多个射频识别器的芯片之间或阅读器之间均不需要交换信息,不需要互联成网,只需将阅读器与后台的处理机或服务器相联即可,所以从功能角度上能够成为“传感网”,但从网络结构上看决不是“众多传感器互联成网”。二是关于传感器网。严格意义上的传感器是感知、处理、发送和接收之功能集成,是无线的Ad hoc网络中的一个个节点,它们之间要交换路由信息或遵守某种路由协议。与典型的以IP路由器组网的计算机网络(又称IPRnet)类似,传感器网是以传感器为节点组成的网络,其功能是传送现场感知的信息,故偶尔也被简称为“传感网”。总之,传感网的观念对照宽泛,工业抑制系统还有前述的遥感系统,都可认为是一种传感网。两种网络所选取的技能体制也截然不同,传感器网络严格遵循个域网标准IEEE802.15系列,传感网则选取通用的局域网或广域网体制,如机到机通讯(M2M)甚至选取移动通讯网体制。
  传感网应用支撑技能主要包括传感器网络数据传输、信息处理与融合、网络能耗抑制和平安防范技能。传感器网络数据传输具有部署快速、抗毁性强、不依赖于基础设施的优点,可以提升传感器本能,扩大传感器网络应用范围;信息处理与融合技能是利用传感器网络获取信息,选取基于网络化的分布式处理技能、信息分发共享技能,以及网络快速搜索和指标定位技能,达到数据的快速处理、分发和共享;网络能耗抑制技能需要设计或选取专门的协议和技能来提高传感器网络能量效率,这些协议和技能涉及到网络的各个层次;由于传感器网络多选取无线传输方式,导致网络存在窃听、恶意路由、消息窜改等平安问题。传感器网络中的节点能量有限,处理、存储能力较小,一般网络中选取的平安与可靠性算法不能运行,且传感器网络受到的平安威胁,同移动自组织等网络所受到的平安威胁不同。所以,需要开发针对传感器网络的平安防护技能。
  4 无线传感器组网技能
  无线传感器网络需要突破的关键技能主要包括低耗自组机制、异构系统的互联互通、大结构关联协同数据处理和无线传感器组网。无线传感网络中传感器节点的部署,具有网络拓扑结构自组织、分布式的特点。这种特点使整个网络的能源使用管理,始终处于一种动态变化的调整中,从而需要建立整个网络系统的低耗自组机制来增加节点寿命,提高系统可用性,降低使用本;传输网络在多数情况下能够由多种不同的网络充当,也能够使用多种不同制式的网络组成一个复合环境下的传输网络。要使多种不同制式的网络构成一个能畅通传输信息数据的网络,需要解决不同制式的异构网络的互联互通及融合问题;在很多应用局面,需要大规模部署无线传感器节点,变成一个覆盖面很大的监控区域。在这样的网络系统中,传感器节点经过数据采集后,使用多跳路由将数据送往下一个传感器节点进行数据传输,对大量数据进行协同处理;未来应用中,无线传感器网将是物联网末端互联的普遍形态,突破该技能至关重要。
  5 物联网络应用层技能
  物联网的网络应用层技能包括指标定位识别技能、时空统一技能、专用编码技能、专家决策技能、专用数据加工技能、专用计算技能、响应抑制技能及智能技能,等等。网络应用层是确保物联网“实用、管用”的前提,能够避免“在高速公路上跑拖拉机”的不良后果。对于具体的用户,应用层技能是其指标规划和需求分析的重点,也是解决物流等具体应用问题的抓手。
  当前,物联网发展仍处于起步阶段,并未实现真正意义上的“智能”、“物与物对话”。因此,要加强物联网建设的规划及关键技能的突破,实现“真正物联网”。
  参考文献
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  作者简介:刘丹(1982-),女,四川西充人,硕士,重庆电子工程职业学院,讲师,研讨方向:计算机科学与技能、软件工程。
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