物聯(lián)網(wǎng)感知技術探討

馬海晶

MA Hai-jing

（廣東技術師范學院 自動化學院，廣州 510635）

0 引言

百度搜索的物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。國家傳感網(wǎng)標準工作組給出的物聯(lián)網(wǎng)的定義：就是指在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力的各種信息傳感設備，通過網(wǎng)絡設施實現(xiàn)信息獲取、傳輸和處理，從而實現(xiàn)廣域或大范圍的人與人、人與物、物與物之間信息交換需求的互聯(lián)。后者的觀點更具體、更廣義，可見物聯(lián)網(wǎng)的理念在我國業(yè)界有共識、有發(fā)展。本文通過分析比較自動識別技術、傳感技術等感知技術特性，探討融合多種感知技術的物聯(lián)網(wǎng)應用。

1 感知技術分析

物聯(lián)網(wǎng)的架構分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層，本文將感知層涉及的相關技術統(tǒng)稱為感知技術。感知技術是物聯(lián)網(wǎng)的基礎，它跟現(xiàn)在的一些基礎網(wǎng)絡設施結合能夠為未來人類社會提供無所不在、全面的感知服務，真正實現(xiàn)所謂的物理世界無所不在，物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接的對象包括智能裝置及通過傳感器感知的整個物理世界。物聯(lián)網(wǎng)感知層涉及的技術眾多，這里對自動識別技術、傳感技術、定位技術、傳感網(wǎng)標準作簡要分析。

1.1 自動識別技術

自動識別技術是以計算機技術和通信技術為基礎的一門綜合性科學技術，是數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)標識、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴驶侄?。包括條碼識別技術、射頻識別技術、語音識別技術、生物特征識別技術、圖象識別技術、OCR、磁識別技術等。自動識別技術要素是標識與識讀，物聯(lián)網(wǎng)中用標識代表連接對象，具有唯一數(shù)字編碼或可辨特征，識別分別是數(shù)據(jù)采集技術和特征提取技術，標識編碼和特征的唯一性、統(tǒng)一性對物聯(lián)網(wǎng)應用至關重要。目前常用自動識別技術特性分析比較如表1所示。

每一中自動識別技術的固有特性都使應用具有優(yōu)勢和限制，許多情況下必須多種技術、多種手段并用，來滿足實際應用需要，如：條碼和RFID就經(jīng)常聯(lián)合采用。

1.2 傳感技術

傳感器將物理世界中的物理量、化學量、生物量轉化成供處理的數(shù)字信號，從而為感知物理世界提供最初的信息來源。感知的對象包括溫度、壓力、流量、位移、速度等。物聯(lián)網(wǎng)感知層除了有傳感器，還有執(zhí)行器和控制器，通過通信模塊與網(wǎng)關互聯(lián)或先行組網(wǎng)與網(wǎng)關互聯(lián)，包括傳感網(wǎng)、工業(yè)總線等。IEEE 1451傳感器接口標準規(guī)定了智能傳感器的通用接口命令和操合，一定程度上解決了當前工業(yè)總線標準不統(tǒng)一問題，降低了傳感網(wǎng)應用集成開發(fā)的難度。目前市場上智能化、網(wǎng)絡化的傳感器種類和功能都有成長，隨著技術進步體積和成本呈下降趨勢。

1.3 定位技術

可應用于物聯(lián)網(wǎng)的定位技術分為衛(wèi)星定位、無線電波定位、傳感定位等。

表1 自動識別技術特性分析

衛(wèi)星定位技術有GPS、GLONASS、北斗等。美國GPS技術比較成熟，且廣泛應用。我國的北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)也已經(jīng)取得較大進展，中國北斗導航定位系統(tǒng)預計2020年前后覆蓋全球，但目前北斗系統(tǒng)的并發(fā)容量、定位精度和終端成本還有待進一步發(fā)展。俄羅斯的GLONASS也在從新布網(wǎng)，但競爭力還無從判斷。

無線電波定位主要是蜂窩移動通信系統(tǒng)的小區(qū)定位技術，運營商提供小區(qū)定位服務，但定位精度與GPS有差距。

另外，可利用物聯(lián)網(wǎng)感知層進行定位，如利用RFID傳感、車牌/集裝箱圖像識別等也可感知物體的位置。

1.4 傳感網(wǎng)標準

傳感網(wǎng)就是是感知設備組網(wǎng)，通常是指由大量傳感器節(jié)點構成的無線傳感器網(wǎng)絡，是物聯(lián)網(wǎng)應用的重要技術和建設熱點。傳感網(wǎng)與通信網(wǎng)的融合，實現(xiàn)人與物、物與物的互聯(lián)，形成物聯(lián)網(wǎng)。如此多種類和數(shù)量的物理設備整合，需要相應的技術標準和行業(yè)標準。ITU是最早進行傳感網(wǎng)標準化的組織之一。 ISO/IEC JTC1正式成立傳感網(wǎng)標準化工組（WG7）。我國成立了國家傳感器網(wǎng)絡標準化工作組，積極參與國際傳感網(wǎng)標準化工作，具有較高的話語權。作為物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術之一，國際國內(nèi)傳感網(wǎng)技術標準工作正在進行當中，將不斷有新標準出臺，其對能建立什么樣服務價值鏈的的產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模意義非凡。

2 物聯(lián)網(wǎng)應用技術探討

廣義概念的物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物理世界無所不在的全面的感知服務”，各種感知技術分布在物聯(lián)網(wǎng)感知層，感知層的傳感器、執(zhí)行器、智能裝置以及通過RFID、條碼等標識的各種物體通過通信模塊連接網(wǎng)關，或感知層設備組網(wǎng)連接網(wǎng)關，形成了多種感知技術物聯(lián)網(wǎng)。大量的感知層設備分布式連接和信息交互，感知層設備組網(wǎng)、中間件（連接感知設備和應用）、統(tǒng)一標識標準的解析服務、應用模式（專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用、公共服務物聯(lián)網(wǎng)應用）都有必要進行技術討論。本文通過案例分析和總結要點的方式進行探討

2.1 案例分析

下面通過某大型港區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應用示范項目案例，分析探討融合多種感知技術的物聯(lián)網(wǎng)應用。

某大型港區(qū)擁有碼頭、加工區(qū)、高新區(qū)、保稅區(qū)及生活設施，提供交通管理、基礎設施管理、安防監(jiān)控、港務、物流倉儲及生活服務等眾多公共服務功能。前期，該區(qū)已建設了專用車輛GPS系統(tǒng)、碼頭RFID門禁系統(tǒng)、保稅區(qū)RFID及車牌識別門禁系統(tǒng)、保稅區(qū)安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)、港區(qū)智能交通監(jiān)控系統(tǒng)（具車牌抓拍識別功能）、環(huán)境監(jiān)控及很多信息管理系統(tǒng)（港務、航務、倉儲及生活服務等）項目。港區(qū)物聯(lián)網(wǎng)綜合應用解決方案面臨的情況十分復雜。感知方面，涉及條碼、RFID、接觸式IC卡、GPS、地感線圈、紅外感應、圖像識別、環(huán)境傳感器（大氣、水等）各種智能設備（執(zhí)行器、控制器、工業(yè)總線等）等多種感知技術，且自成體系。標識和感知設備編碼方面，涉及車輛號牌、集裝箱號、EAN·UCC編碼、EPC編碼及各種自定義編碼，個別的有解析服務，組網(wǎng)后的解析服務十分困難，關鍵是沒有統(tǒng)一的編碼標準。支撐技術方面，連接各種感知設備的中間件更無從談起。

以港區(qū)智能交通物聯(lián)網(wǎng)應用為例，車輛調(diào)度功能目標設想情景之一是：船務公司向港務提交某車前往提柜請求，港務通過集裝箱箱號圖像識別確知該集裝箱的場位，并預約時間為車吊柜裝車，指示該車按時進入碼頭，門禁傳感器感知或車載GPS監(jiān)控該車輛進入碼頭，吊機進行吊箱作業(yè)，車、箱同時到位。避免交通擁堵和長時間排隊，實現(xiàn)港區(qū)交通合理調(diào)度。這其中，將車、吊裝設備、集裝箱、船務公司、港務公司等人和物連接起來，分別采用RFID、GPS、車牌識別、集裝箱號識別等感知設備。實現(xiàn)這樣的目標情景面臨很多難題，1）標識和識讀設備分布在不同位置、不同系統(tǒng)中，如何將其組網(wǎng)；2）如此多數(shù)量和多種類的感知信息，怎樣判斷信息代表的屬性，那些是冗余信息，如何統(tǒng)一編碼及建立相應的解析服務體系，3）如此多數(shù)量和多種類的感知設備用什么軟件連接，設計或選用什么中間件。等等。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)應用的技術關鍵

物聯(lián)網(wǎng)天生就是為大系統(tǒng)、大應用而生的，暨“實現(xiàn)廣域或大范圍的人與人、人與物、物與物之間信息交換需求的互聯(lián)”、“物理世界無所不在的全面的感知服務”、“感知中國”等，融合多種感知技術的物聯(lián)網(wǎng)大系統(tǒng)、大應用才能尋找出巨大的服務價值鏈，從而打造形成有價值的產(chǎn)業(yè)鏈。在目前的條件下，某大型港區(qū)物聯(lián)網(wǎng)綜合應用解決方案只能是專有的、個異的應用，但從中可以總結出多種感知技術物聯(lián)網(wǎng)應用的要點：

1）物聯(lián)網(wǎng)是多網(wǎng)絡和多技術協(xié)同工作的一個體系架構，融合多種感知技術的物聯(lián)網(wǎng)應用，需要多方面的手段。上述案例分析描述了物聯(lián)網(wǎng)應用面臨的局面和現(xiàn)狀。個異的自定技術標準的物聯(lián)網(wǎng)應用和建立新技術標準的新布網(wǎng)新平臺物聯(lián)網(wǎng)應用，都不可回避整合、融合已存在各種應用，物聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展階段必然是由個異的自定技術標準的物聯(lián)網(wǎng)示范應用向用新技術標準整合的物聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展，其過程的長短即取決產(chǎn)業(yè)引導、標準制定，也和相關產(chǎn)業(yè)同步發(fā)展相關聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)應用模式會專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用與公共物聯(lián)網(wǎng)應用服務并舉，但重點是打造高起點的公共應用服務。

2）符合傳感網(wǎng)新標準，能構成大量微型傳感器節(jié)點的無線傳感網(wǎng)，將成為傳感技術的發(fā)展方向，也就是傳感技術的智能化、網(wǎng)絡化方向。應加大開發(fā)智能傳感器，制定傳感器新技術標準，專業(yè)組網(wǎng)和公共組網(wǎng)，實現(xiàn)傳感組網(wǎng)暨“感知組網(wǎng)”。

3）EPC、UID、EAN/UCC都有自己的編碼和解析體系，物聯(lián)網(wǎng)中，解析服務是將傳感設備的ID或感知對象ID解析成其對應的數(shù)據(jù)訪問通道信息，如EPC 的ONS（Object Name Service）。應建立統(tǒng)一標識編碼，制定唯一標識標準，融合已有編碼標準，打造統(tǒng)一可解析的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

4）強調(diào)中間件的作用。中間件是把傳感網(wǎng)、通訊網(wǎng)和應用連接起來支撐技術，某種意義上講，中間件就是平臺加通信。如此大量的感知技術和設備互連，很難想象沒有中間件的技術支撐能夠實現(xiàn)。中間件是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術，掌握它，未來有可能成為物聯(lián)網(wǎng)應用的一個最上游的產(chǎn)業(yè)鏈。

3 結束語

應不斷努力加強研究和應用，特別是要參與和主導物聯(lián)網(wǎng)標準的制定，使我國站在這一技術趨勢的前沿，打造未來物聯(lián)網(wǎng)的上游產(chǎn)業(yè)鏈。

[1] 中國物品編碼中心 中國自動識別技術協(xié)會.自動識別技術導論[M].武昌：武漢大學出版社,2007,1-5,150-199.

[2] 李健.物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術和標準化分析[J].通信管理與技術,2010,3：17-20.

[3] 譚雪清,付瑞平,高倩.物聯(lián)網(wǎng)識別是基礎[J].中國自動識別技術,2009,6：29-34.