物聯(lián)網(wǎng)感知層常見(jiàn)的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)分為三層，自下向上依次是：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)中的最底層，其功能為“感知”，即通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)獲取環(huán)境信息。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。

感知層包括二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭、GPS、傳感器、M2M終端、傳感器網(wǎng)關(guān)等，主要功能是識(shí)別物體、采集信息，與人體結(jié)構(gòu)中皮膚和五官的作用類似。

對(duì)我們?nèi)祟惗?，是使用五官和皮膚，通過(guò)視覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)感知外部世界。而感知層就是物聯(lián)網(wǎng)的五官和皮膚，用于識(shí)別外界物體和采集信息。感知層解決的是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題。它首先通過(guò)傳感器、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備，采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)RFID、條碼、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、藍(lán)牙、紅外等短距離傳輸技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)。感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測(cè)技術(shù)、短距離無(wú)線通信技術(shù)等。

感知層由基本的感應(yīng)器件（例如RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、各類傳感器、攝像頭、GPS、二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器等基本標(biāo)識(shí)和傳感器件組成）以及感應(yīng)器組成的網(wǎng)絡(luò)（例如RFID網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等）兩大部分組成。該層的核心技術(shù)包括射頻識(shí)別技術(shù)、新興傳感技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)（FCS）等，涉及的核心產(chǎn)品包括傳感器、電子標(biāo)簽、傳感器節(jié)點(diǎn)、無(wú)線路由器、無(wú)線網(wǎng)關(guān)等。

一些感知層常見(jiàn)的關(guān)鍵技術(shù)如下：

傳感器技術(shù)

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)中獲得信息的主要設(shè)備，它最大作用是幫助人們完成對(duì)物品的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制。目前，傳感器的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，常見(jiàn)的傳感器包括溫度、濕度、壓力、光電傳感器等，它被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，比如地質(zhì)勘探、智慧農(nóng)業(yè)、醫(yī)療診斷、商品質(zhì)檢、交通安全、文物保護(hù)、機(jī)械工程等。作為一種檢測(cè)裝置，傳感器會(huì)先感知外界信息，然后將這些信息通過(guò)特定規(guī)則轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后由傳感網(wǎng)傳輸?shù)?u>計(jì)算機(jī)上，供人們或人工智能分析和利用。

傳感器的物理組成包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件以及電子線路三部分。敏感元件可以直接感受對(duì)應(yīng)的物品，轉(zhuǎn)換元件也叫傳感元件，主要作用是將其他形式的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；電子線路作為轉(zhuǎn)換電路可以調(diào)節(jié)信號(hào)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可供人和計(jì)算機(jī)處理、管理的有用電信號(hào)。

射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別（RFID，Radio Frequency Identification），又稱為電子標(biāo)簽技術(shù)，該技術(shù)是無(wú)線非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)。它主要用來(lái)為物聯(lián)網(wǎng)中的各物品建立唯一的身份標(biāo)示。

物聯(lián)網(wǎng)中的感知層通常都要建立一個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)，該識(shí)別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器以及中央信息系統(tǒng)三部分組成。其中，電子標(biāo)簽一般安裝在物品的表面或者內(nèi)嵌在物品內(nèi)層，標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)著物品的基本信息，以便于被物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備識(shí)別；讀寫(xiě)器有三個(gè)作用，一是讀取電子標(biāo)簽中有關(guān)待識(shí)別物品的信息，二是修改電子標(biāo)簽中待識(shí)別物品的信息，三是將所獲取的物品信息傳輸?shù)街醒胄畔⑾到y(tǒng)中進(jìn)行處理；中央信息系統(tǒng)的作用是分析和管理讀寫(xiě)器從電子標(biāo)簽中讀取的數(shù)據(jù)信息。

二維碼技術(shù)

二維碼（2-dimensional bar code）又稱二維條碼、二維條形碼，是一種信息識(shí)別技術(shù)。二維碼通過(guò)黑白相間的圖形記錄信息，這些黑白相間的圖形是按照特定的規(guī)律分布在二維平面上，圖形與計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)相對(duì)應(yīng)，人們通過(guò)對(duì)應(yīng)的光電識(shí)別設(shè)備就能將二維碼輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的識(shí)別和處理。

二維碼有兩類，第一類是堆疊式/行排式二維碼，另一類是矩陣式二維碼。堆疊式/行排式二維碼與矩陣式二維碼在形態(tài)上有所區(qū)別，前者是由一維碼堆疊而成，后者是以矩陣的形式組成。兩者雖然在形態(tài)上有所不同，但都采用了共同的原理：每一個(gè)二維碼都有特定的字符集，都有相應(yīng)寬度的“黑條”和“空白”來(lái)代替不同的字符，都有校驗(yàn)碼等。

藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是典型的短距離無(wú)線通訊技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)感知層得到了廣泛應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)感知層重要的短距離信息傳輸技術(shù)之一。藍(lán)牙技術(shù)既可在移動(dòng)設(shè)備之間配對(duì)使用，也可在固定設(shè)備之間配對(duì)使用，還可在固定和移動(dòng)設(shè)備之間配對(duì)使用。該技術(shù)將計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，解決了在無(wú)電線、無(wú)電纜的情況下進(jìn)行短距離信息傳輸?shù)膯?wèn)題。

藍(lán)牙集合了時(shí)分多址、高頻跳段等多種先進(jìn)技術(shù)，既能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信息交流，又能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的信息交流。藍(lán)牙在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面已經(jīng)相對(duì)成熟，相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)，例如，其傳輸頻段就采用了國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)2.4GHz頻段。另外，該頻段之外還有間隔為1MHz的特殊頻段。藍(lán)牙設(shè)備在使用不同功率時(shí)，通信的距離有所不同，若功率為0dBm和20dBm，對(duì)應(yīng)的通信距離分別是10m和100m。

ZigBee技術(shù)

ZigBee指的是IEEE802.15.4協(xié)議，它與藍(lán)牙技術(shù)一樣，也是一種短距離無(wú)限通信技術(shù)。根據(jù)這種技術(shù)的相關(guān)特性來(lái)看，它介于藍(lán)牙技術(shù)和無(wú)線標(biāo)記技術(shù)之間，因此，它與藍(lán)牙技術(shù)并不等同。

ZigBee傳輸信息的距離較短、功率較低，因此，日常生活中的一些小型電子設(shè)備之間多采用這種低功耗的通信技術(shù)。與藍(lán)牙技術(shù)相同，ZigBee所采用的公共無(wú)線頻段也是2.4GHz，同時(shí)也采用了跳頻、分組等技術(shù)。但ZigBee的可使用頻段只有三個(gè)，分別是2.4GHz（公共無(wú)線頻段）、868MHz（歐洲使用頻段）、915MHz（美國(guó)使用頻段）。ZigBee的基本速率是250Kbit/s，低于藍(lán)牙的速率，但比藍(lán)牙成本低，也更簡(jiǎn)單。ZigBee的速率與傳輸距離并不成正比，當(dāng)傳輸距離擴(kuò)大到134m時(shí)，其速率只有28Kbit/s，不過(guò)，值得一提的是，ZigBee處于該速率時(shí)的傳輸可靠性會(huì)變得更高。采用ZigBee技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)幾百個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連，最高可達(dá)254個(gè)之多。這些特性決定了ZigBee技術(shù)能夠在一些特定領(lǐng)域比藍(lán)牙技術(shù)表現(xiàn)得更好，這些特定領(lǐng)域包括消費(fèi)精密儀器、消費(fèi)電子、家居自動(dòng)化等。然而，ZigBee只能完成短距離、小量級(jí)的數(shù)據(jù)流量傳輸，這是因?yàn)樗乃俾瘦^低且通信范圍較小。

ZigBee元件可以嵌入多種電子設(shè)備，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)這些電子設(shè)備的短距離信息傳輸和自動(dòng)化控制。