摘 要：文章分析了傳統(tǒng)傳感器與射頻識別器的區(qū)別，傳感網(wǎng)與傳感器網(wǎng)兩個概念的區(qū)別，結(jié)合實際對物聯(lián)網(wǎng)需要突破的射頻識別、傳感器設(shè)計制造、傳感網(wǎng)應(yīng)用支撐、無線傳感器組網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層這5項關(guān)鍵技術(shù)進行了探討。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；關(guān)鍵技術(shù)；傳感

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別、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，按約定的協(xié)議，把任意物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。從長遠看，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要按照“應(yīng)用引領(lǐng)、統(tǒng)籌集成、創(chuàng)新發(fā)展、確保安全”的思路，著重突破射頻識別、傳感器設(shè)計制造、傳感網(wǎng)應(yīng)用支撐、無線傳感器組網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層這5項關(guān)鍵技術(shù)。

1 射頻識別技術(shù)

射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。射頻識別技術(shù)具有操作快捷方便、可識別高速運動物體并能同時識別多個標簽的特點。按應(yīng)用頻率的不同，射頻識別技術(shù)包括低頻、高頻、超高頻和微波。該技術(shù)是溝通自然物與人類社會的關(guān)鍵技術(shù)，能使自然物具有“語言”和“感官”，因此是物聯(lián)網(wǎng)運轉(zhuǎn)的依托。

2 傳感器設(shè)計制造技術(shù)

傳統(tǒng)的傳感器指現(xiàn)場感知設(shè)備，我們通常講的傳感器或傳感器網(wǎng)絡(luò)，都是指現(xiàn)場感知設(shè)備，不包括遙感設(shè)備。但許多國家將探測雷達、偵察衛(wèi)星等遙測遙感設(shè)備也稱為傳感器。實際上，后者已經(jīng)不是一般意義上的元器件，而是一個龐大的系統(tǒng)，是遠距離感知，其工作原理要比傳統(tǒng)的傳感器復(fù)雜得多。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的定義，射頻識別器、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等均列為感知設(shè)備。它們與傳統(tǒng)的傳感器一樣，具有近距離感知功能，均采用無線傳輸方式，是連接物理世界與數(shù)字世界的橋梁。但是，與射頻識別器相比，傳統(tǒng)的傳感器有三點根本性差異。一是不確定性感知。傳感器對被感知對象的屬性特征、出現(xiàn)的時間地點沒有任何先驗知識，所以存在漏判、誤判的可能性，尤其是當(dāng)傳感器休眠時。而射頻識別器并不關(guān)心被感知對象自身的性質(zhì)，無論在任何情況下，無論射頻識別器是有源還是無源的，總能將芯片中的信息讀出來。二是非合法性感知。射頻識別器的感知過程屬于“詢問-應(yīng)答”式，傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，信息是完整準確的。而傳感器在感知過程中，被感知對象是不會主動配合的，有時還會刻意回避；感知部件獲得的物理量、化學(xué)量等要通過模數(shù)變換（A/D）才能向外發(fā)送；加之環(huán)境噪聲的干擾，常常導(dǎo)致感知的結(jié)果不精確、有誤，甚至錯誤。三是多點協(xié)同感知?；谏鲜鲈?，單個傳感器往往不能準確感知、識別特定物體的屬性，需要多個同構(gòu)或異構(gòu)的傳感器協(xié)同工作，才能達到預(yù)期目的。而射頻識別器在任一時刻，總是點對點感知，一個閱讀器（掃描器）就足以將芯片（條形碼）中的信息全部取出來。

當(dāng)前，對傳感器的體積、性能、容量和功能等方面要求很高。因此，在傳感器節(jié)點模塊、芯片的設(shè)計上，必須高度集成，以減小模塊體積。為適應(yīng)高速傳輸、大數(shù)據(jù)量處理、多元化采集、高可靠性的要求，針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，必須加強中高速傳感器網(wǎng)絡(luò)射頻芯片和可編程基帶處理芯片等專用集成電路的研制。專用嵌入式軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件及管理軟件是降低成本和體積、高效完成傳感器數(shù)據(jù)處理傳輸交換、充分發(fā)揮傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的關(guān)鍵。所以，要對新型傳感器理論和技術(shù)、新型傳感器材料、傳感器裝置、高速低功耗智能核心傳感器芯片、高性能核心處理器進行研發(fā)，以用于自主設(shè)計、應(yīng)用環(huán)境和不同類型的傳感器。

3 傳感網(wǎng)應(yīng)用支撐技術(shù)

傳感網(wǎng)與傳感器網(wǎng)兩個概念的區(qū)別在于：一是關(guān)于傳感網(wǎng)。多個射頻識別器的芯片之間或閱讀器之間均不需要交換信息，不需要互聯(lián)成網(wǎng)，只需將閱讀器與后臺的處理機或服務(wù)器相聯(lián)即可，所以從功能角度上可以成為“傳感網(wǎng)”，但從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看決不是“眾多傳感器互聯(lián)成網(wǎng)”。二是關(guān)于傳感器網(wǎng)。嚴格意義上的傳感器是感知、處理、發(fā)送和接收之功能集成，是無線的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的一個個節(jié)點，它們之間要交換路由信息或遵守某種路由協(xié)議。與典型的以IP路由器組網(wǎng)的計算機網(wǎng)絡(luò)（又稱IPRnet）類似，傳感器網(wǎng)是以傳感器為節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，其功能是傳送現(xiàn)場感知的信息，故有時也被簡稱為“傳感網(wǎng)”?？傊?，傳感網(wǎng)的概念比較寬泛，工業(yè)控制系統(tǒng)還有前述的遙感系統(tǒng)，都可認為是一種傳感網(wǎng)。兩種網(wǎng)絡(luò)所采用的技術(shù)體制也截然不同，傳感器網(wǎng)絡(luò)嚴格遵循個域網(wǎng)標準IEEE802.15系列，傳感網(wǎng)則采用通用的局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)體制，如機到機通信（M2M）甚至采用移動通信網(wǎng)體制。

傳感網(wǎng)應(yīng)用支撐技術(shù)主要包括傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、信息處理與融合、網(wǎng)絡(luò)能耗控制和安全防范技術(shù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸具有部署快速、抗毀性強、不依賴于基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)點，能夠提升傳感器性能，擴大傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍；信息處理與融合技術(shù)是利用傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取信息，采用基于網(wǎng)絡(luò)化的分布式處理技術(shù)、信息分發(fā)共享技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)快速搜索和目標定位技術(shù)，達到數(shù)據(jù)的快速處理、分發(fā)和共享；網(wǎng)絡(luò)能耗控制技術(shù)需要設(shè)計或采用專門的協(xié)議和技術(shù)來提高傳感器網(wǎng)絡(luò)能量效率，這些協(xié)議和技術(shù)涉及到網(wǎng)絡(luò)的各個層次；由于傳感器網(wǎng)絡(luò)多采用無線傳輸方式，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)存在竊聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能量有限，處理、存儲能力較小，一般網(wǎng)絡(luò)中采用的安全與可靠性算法不能運行，且傳感器網(wǎng)絡(luò)受到的安全威脅，同移動自組織等網(wǎng)絡(luò)所受到的安全威脅不同。所以，需要開發(fā)針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全防護技術(shù)。

4 無線傳感器組網(wǎng)技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要突破的關(guān)鍵技術(shù)主要包括低耗自組機制、異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)互通、大結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)協(xié)同數(shù)據(jù)處理和無線傳感器組網(wǎng)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的部署，具有網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)自組織、分布式的特點。這種特點使整個網(wǎng)絡(luò)的能源使用管理，始終處于一種動態(tài)變化的調(diào)整中，從而需要建立整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的低耗自組機制來增加節(jié)點壽命，提高系統(tǒng)可用性，降低使用本；傳輸網(wǎng)絡(luò)在多數(shù)情況下可以由多種不同的網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)，也可以使用多種不同制式的網(wǎng)絡(luò)組成一個復(fù)合環(huán)境下的傳輸網(wǎng)絡(luò)。要使多種不同制式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個能暢通傳輸信息數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，需要解決不同制式的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通及融合問題；在很多應(yīng)用場合，需要大規(guī)模部署無線傳感器節(jié)點，形成一個覆蓋面很大的監(jiān)控區(qū)域。在這樣的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點經(jīng)過數(shù)據(jù)采集后，使用多跳路由將數(shù)據(jù)送往下一個傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸，對大量數(shù)據(jù)進行協(xié)同處理；未來應(yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)將是物聯(lián)網(wǎng)末端互聯(lián)的普遍形態(tài)，突破該技術(shù)至關(guān)重要。

5 物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層技術(shù)包括目標定位識別技術(shù)、時空統(tǒng)一技術(shù)、專用編碼技術(shù)、專家決策技術(shù)、專用數(shù)據(jù)加工技術(shù)、專用計算技術(shù)、響應(yīng)控制技術(shù)及智能技術(shù)，等等。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層是確保物聯(lián)網(wǎng)“實用、管用”的前提，可以避免“在高速公路上跑拖拉機”的不良后果。對于具體的用戶，應(yīng)用層技術(shù)是其目標規(guī)劃和需求分析的重點，也是解決物流等具體應(yīng)用問題的抓手。

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展仍處于起步階段，并未實現(xiàn)真正意義上的“智能”、“物與物對話”。因此，要加強物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃及關(guān)鍵技術(shù)的突破，實現(xiàn)“真正物聯(lián)網(wǎng)”。

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作者簡介：劉丹（1982-），女，四川西充人，碩士，重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，講師，研究方向：計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程。