第12章傳感器網(wǎng)絡(luò)

12.1傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

12.2傳感器網(wǎng)絡(luò)信息交換體系

12.3OSI開放系統(tǒng)互連參考模型

12.4傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

12.5無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

12.6物聯(lián)網(wǎng)

12.7實訓-傳感器移動通信網(wǎng)絡(luò)12.1傳感器網(wǎng)絡(luò)概述通信技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，人類社會已經(jīng)進入了網(wǎng)絡(luò)時代。智能傳感器的開發(fā)和大量使用，導(dǎo)致了在分布式控制系統(tǒng)中，對傳感信息交換提出了許多新的要求。單獨的傳感器數(shù)據(jù)采集已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代控制技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)展，取而代之的是分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器1傳感器2傳感器3信號處理器信號處理器信號處理器計算機計算機計算機傳輸線執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器圖12-1分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

傳感器網(wǎng)絡(luò)的作用：

1.可以實施遠程采集數(shù)據(jù)，并進行分類存儲和應(yīng)用。

2.多個用戶可同時對同一過程進行監(jiān)控。

3.憑借智能化軟硬件，靈活調(diào)用網(wǎng)上各種計算機、儀器儀表和傳感器各自的資源特性和潛力。

4.區(qū)別不同的時空條件和儀器儀表、傳感器的類別特征，測出臨界值，作出不同的特征響應(yīng)，完成各種形式、各種要求的任務(wù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于人類工作、生活、娛樂的各個方面。

可用于辦公室、工廠、家庭、住宅小區(qū)、機器人、汽車等多種領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，可以是如圖12-1所示全部互連形的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

也可以是如圖12-2所示的多個傳感器計算機工作站和一臺服務(wù)器組成的主從結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)?？梢允且蕴W(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)形式，

總線連接可以是環(huán)形、星形、線形。傳感器1傳感器n計算機n計算機1執(zhí)行器執(zhí)行器存儲器服務(wù)器總線連接圖12-2主從結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以是多個傳感器和一臺計算機或單片機組成的智能傳感器，如圖12-3所示。亮度傳感器煙霧傳感器溫度傳感器聲音傳感器氣壓傳感器按鍵接口電路數(shù)字信號處理接口單片機執(zhí)行設(shè)備LCD顯示設(shè)備圖12-3傳感器網(wǎng)絡(luò)組成的智能傳感器傳感器網(wǎng)絡(luò)可以組成個人網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)，甚至可以連上遍布全球的Internet互聯(lián)網(wǎng)，如圖12-4所示。若將數(shù)量巨大的傳感器加入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，則可以將互聯(lián)網(wǎng)延伸到更多的人類活動領(lǐng)域。傳感器1傳感器n數(shù)字信號處理器A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號處理器Internet網(wǎng)用戶1用戶n圖12-4數(shù)量巨大的傳感器加入Internet互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

目前，傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作遇到的最大問題是傳感器的供電電源問題。理想的情況是能保持幾年不更換的高效能電池，或采用耗電少的傳感器。值得關(guān)注的是，隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)也正朝著開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。12.2傳感器網(wǎng)絡(luò)信息交換體系傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息交換體系涉及到：協(xié)議、總線、器件標準總線、復(fù)合傳輸、隱藏、數(shù)據(jù)鏈接控制。

協(xié)議是傳感器網(wǎng)絡(luò)上各分布式系統(tǒng)之間進行信息交換而達成共識的一套規(guī)則或約定。

對于一個給定的具體應(yīng)用，在選擇協(xié)議時，必須考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能和使用硬件、軟件與開發(fā)工具的能力。傳感器網(wǎng)絡(luò)上各分布式系統(tǒng)之間進行可靠的信息交換，最重要的是選擇和制定協(xié)議。一個統(tǒng)一國際標準的協(xié)議

可以使各廠家都生產(chǎn)符合標準規(guī)定的產(chǎn)品，

不同廠家的傳感器和儀器儀表可以互相代用，

不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以互相連接，相互通信。12.3OSI開放系統(tǒng)互連參考模型有好幾個工業(yè)委員會和公司花費了大量精力去創(chuàng)造一種各個企業(yè)和機構(gòu)可接受的協(xié)議。其中最重要的為

國際標準化組織（ISO）定義了一種開放系統(tǒng)互連參考模型，即OSI參考模型。12.3.1OSI參考模型的層次結(jié)構(gòu)

OSI參考模型規(guī)定了一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，把網(wǎng)絡(luò)從邏輯上分為七層。各層通信設(shè)備和功能模塊分別為一個實體，相對獨立，通過接口與其相鄰層連接。相應(yīng)協(xié)議也分七層，

每一層都建立在下層之上，每一層的目的都是為上層提供一定的服務(wù)，并對上層屏蔽服務(wù)實現(xiàn)的細節(jié)。各層協(xié)議互相協(xié)作構(gòu)成一個整體，稱為協(xié)議簇或協(xié)議套。所謂開放系統(tǒng)互連，是指按這個標準設(shè)計和建成的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都可以互相連接。

用戶進程（設(shè)備和文件）經(jīng)過OSI開放系統(tǒng)互連參考模型的七層模型規(guī)范操作后，

進入光纖、電纜、電波等物理傳輸媒質(zhì)，傳輸?shù)綄Ψ健?/p>

OSI的七層模型和規(guī)范如圖12-5所示。用戶設(shè)備和文件第六層表示層數(shù)據(jù)表示形式轉(zhuǎn)換及加密等規(guī)范第七層應(yīng)用層應(yīng)用程序間的通信步驟規(guī)范第五層會話層用戶間會話的傳輸控制步驟規(guī)范第四層傳輸層數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆纸M、異?；貜?fù)規(guī)范第三層網(wǎng)絡(luò)層虛擬的通信線路選擇確定方式規(guī)范第二層鏈路層相同媒體間的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范第一層物理層線路上連接的設(shè)備電氣特性規(guī)范光纖、電纜、電波等物理傳輸媒質(zhì)

圖12-5OSI的七層模型和規(guī)范

發(fā)送用戶數(shù)據(jù)信息進入第七層實體，經(jīng)該層協(xié)議操作后，在其前面加上該層協(xié)議操作標頭（協(xié)議控制信息PCI），組成協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。

PDU進入下一層實體后稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU。再經(jīng)下一層協(xié)議操作，再加上下一層協(xié)議控制信息PCI，又組成下一層協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。這樣經(jīng)一層一層實體的協(xié)議操作控制后，進入物理傳輸媒質(zhì)（光纖、電纜、自由空間等）傳輸。

接收設(shè)備從物理傳輸媒質(zhì)上接收到協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。第一層功能模塊根據(jù)標頭信息（協(xié)議控制信息PCI），對協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU進行數(shù)據(jù)恢復(fù)，并去掉標頭信息，交第二層實體。第二層實體根據(jù)本層標頭信息（PCI），對協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU進行數(shù)據(jù)恢復(fù)，并去掉本層標頭信息，再交上一層實體。這樣經(jīng)一層一層實體數(shù)據(jù)恢復(fù)后，第七層將發(fā)送用戶數(shù)據(jù)信息復(fù)原。接收用戶從第七層獲得發(fā)送用戶數(shù)據(jù)信息。12.3.2OSI參考模型各層規(guī)范的功能

1．物理層（1）規(guī)定二進制“位”比特流信號在線路上的碼型；（2）規(guī)定二進制“位”比特流信號在線路上的電平值；（3）當建立、維護與其它設(shè)備的物理連接時，規(guī)定需要的機械、電氣功能特性和規(guī)程特性。2．數(shù)據(jù)鏈路層（1）將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特流加上同步信息、校驗信息和地址信息封裝成數(shù)據(jù)幀；（2）數(shù)據(jù)幀傳輸順序的控制；（3）數(shù)據(jù)比特流差錯檢測與控制；（4）數(shù)據(jù)比特流傳輸流量控制。3．網(wǎng)絡(luò)層（1）通過路徑選擇將信息分包從最合適的路徑由發(fā)送端傳送到接收端；（2）防止信息流過大造成網(wǎng)絡(luò)阻塞；（3）信息傳輸收費記帳功能；（4）由多個子網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)的建立和管理；（5）與其他網(wǎng)絡(luò)連接的建立和管理。4．傳輸層（1）分割和重組報文，進行打包；（2）提供可靠的端到端的服務(wù)；（3）傳輸層的流量控制；（4）提供面向連接的和無連接數(shù)據(jù)的傳輸服務(wù)。5．會話層（1）使用遠程地址建立用戶連接；（2）允許用戶在設(shè)備之間建立、維持和終止會話；（3）管理會話。6．表示層（1）數(shù)據(jù)編碼格式轉(zhuǎn)換；（2）數(shù)據(jù)壓縮與解壓；（3）建立數(shù)據(jù)交換格式；（4）數(shù)據(jù)的安全與保密；（5）其它特殊服務(wù)。7．應(yīng)用層（1）作為用戶應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)間的接口；（2）使用戶的應(yīng)用程序能夠與網(wǎng)絡(luò)進行交互式聯(lián)系。很多情況下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點并不一定要提供全部七層功能，可根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)格決定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。例如傳感器網(wǎng)絡(luò)通常提供第一層到第三層功能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層等5層結(jié)構(gòu)。12.4傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議在分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點應(yīng)包括傳感器（或執(zhí)行器）、本地硬件和網(wǎng)絡(luò)接口。傳感器用一個并行總線提供數(shù)據(jù)包從不同的發(fā)送者到不同的接收者間傳送。一個高水平的傳感器網(wǎng)絡(luò)使用OSI模型中第一到第三層以提供更多的信息并且簡化用戶系統(tǒng)的設(shè)計及維護。12.4.1汽車協(xié)議及其應(yīng)用汽車的發(fā)動機、變速器、車身與行駛系統(tǒng)、顯示與診斷裝置有大量的傳感器。它們與微型計算機、存儲器、執(zhí)行元件一起組成電子控制系統(tǒng)。來自某一個傳感器的信息和來自某一個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)

能與多路復(fù)用的其他系統(tǒng)通信，

以減少傳感器的數(shù)目和車輛需擁有的線路。該電子控制系統(tǒng)就是一個汽車傳感器網(wǎng)絡(luò)。

汽車傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)點：（1）只要保證傳感器輸出具有重復(fù)再現(xiàn)性，并不要求輸入輸出線性化?？梢酝ㄟ^微型計算機對信號進行修正計算來獲得精確值。（2）傳感器信號可以共享并可以加工。（3）能夠從傳感器信號間接獲取其它信息。

用于汽車傳感器網(wǎng)絡(luò)的汽車協(xié)議已經(jīng)趨于規(guī)范化。其中SAEJ1850協(xié)議和CAN協(xié)議已形成標準。還有其他幾個協(xié)議因為特定制造商的應(yīng)用也同時存在。1.SAEJ1850協(xié)議作為美國汽車制造商的標準協(xié)議，于1994年被批準實行，定義了應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層及物理層。信息傳輸速率為11.7Kb/s和10.4Kb/s兩種。每幀僅包含一個信息，每幀的最大長度是101b(位)，幀內(nèi)標頭部分包含了信息的優(yōu)先級、信息源、目標地址、信息格式和幀內(nèi)信息的狀況。2.CAN協(xié)議是一種串行通信的協(xié)議，初衷是應(yīng)用于汽車內(nèi)部測量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。現(xiàn)在主要用于汽車之外的離散控制領(lǐng)域中的過程監(jiān)測和控制，特別是工業(yè)自動化的低層監(jiān)控，解決控制與測試之間的可靠和實時的數(shù)據(jù)交換。原CAN規(guī)則在1980年宣布，而CAN2.0（修訂版）在1991年宣布。CAN是一種多用戶協(xié)議，它允許任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在同一網(wǎng)絡(luò)上與其他節(jié)點通信，傳輸速率范圍為5Kb/s～1Mb/s。

CAN利用載波監(jiān)聽、多路復(fù)用來解決多用戶的信息沖突。

CAN的物理傳輸介質(zhì)包括屏蔽或非屏蔽的雙絞線、單股線、光纖和耦合動力線。一些CAN用戶已在進行射頻傳送的研制。3.其他汽車業(yè)協(xié)議汽車串行位通用接口系統(tǒng)（A-bus）。車輛局域網(wǎng)絡(luò)（VAN）。時間觸發(fā)協(xié)議（TTP）。汽車電子學操作系統(tǒng)OS標準。4.汽車協(xié)議應(yīng)用實例基于分布式控制的航空發(fā)動機智能溫度傳感器構(gòu)成如圖12-6所示。包括上電自檢測電路、熱電偶信號處理電路、顯示電路接口、DSP與CAN的接口電路、

電源電路等幾部分。上電自檢測電路熱電偶傳感器電子模擬開關(guān)熱電偶信號處理電路DSP顯示電路接口CAN驅(qū)動器DC-DC開關(guān)電源電源總線CAN總線圖12-6航空發(fā)動機智能溫度傳感器顯示器控制系統(tǒng)12.4.2工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能很容易在工廠自動化的應(yīng)用中顯示出來。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有更多的提議和正在研發(fā)的標準。“現(xiàn)場總線”是在自動化工業(yè)進程中的非專有雙向數(shù)字通信標準。定義了ISO模型的應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，并帶有一些第四層的服務(wù)內(nèi)容。圖12-7為一個現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。操作員工作站操作員工作站電源驅(qū)動自動控制器件工程師工作站監(jiān)管系統(tǒng)傳感器執(zhí)行器傳感器執(zhí)行器傳感器執(zhí)行器高速現(xiàn)場總線低速現(xiàn)場總線高速現(xiàn)場總線圖12-7現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)1.CAN協(xié)議的工業(yè)應(yīng)用

CAN協(xié)議通信網(wǎng)絡(luò)由于更簡單和更低成本而獲得發(fā)展，并作為了一種工業(yè)標準。2.LonTalkTM協(xié)議該協(xié)議定義了OSI模型中的所有七個層。其數(shù)據(jù)長度為256B(字節(jié))，通信速率高達1.25Mb/s，具有沖突檢測和優(yōu)先級選擇功能。3.其他工業(yè)協(xié)議（1）可尋址遠程傳感器通道HART（2）過程現(xiàn)場總線Profibus（3）TOPaz12.4.3辦公室與樓宇自動化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

如圖12-8所示。在辦公室和樓宇的各個需要的部位，節(jié)點傳感器的傳感信息隨環(huán)境而變。將狀態(tài)和信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送給能夠響應(yīng)這種改變的節(jié)點。由節(jié)點執(zhí)行器依據(jù)相關(guān)信息作出調(diào)整和動作。網(wǎng)管BACnet協(xié)議網(wǎng)絡(luò)存儲器辦公系統(tǒng)節(jié)點設(shè)備系統(tǒng)節(jié)點安保系統(tǒng)節(jié)點消防系統(tǒng)節(jié)點通信系統(tǒng)節(jié)點執(zhí)行器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器圖12-8樓宇自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)例如

斷開或關(guān)閉氣閥、改變風扇速度、

花木噴灌、能源使用監(jiān)視、

啟動防火開關(guān)、啟動報警、

故障自診斷、數(shù)據(jù)記錄、

接通線路、傳呼通信、

信號驗證，等等。12.4.4家庭自動化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議計算機控制是智能化住宅工程的目標。用于家庭自動化網(wǎng)絡(luò)接口的有：供暖、通風、空調(diào)系統(tǒng)、熱水器、安全系統(tǒng)和照明，還有公用事業(yè)公司在家庭應(yīng)用方面的遠程抄表和用戶設(shè)備管理。家庭自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖12-9所示。X-10傳感器網(wǎng)絡(luò)存儲器計算機音響電視通信節(jié)點空調(diào)通風供暖節(jié)點安防呼叫報警節(jié)點電炊具熱水器節(jié)點照明電器門磁節(jié)點分布在各房間、廚房、衛(wèi)生間、門外、窗外的微波、紅外、溫度、濕度、氣體傳感器各設(shè)備執(zhí)行器遠程抄表設(shè)備管理有線電視電話小區(qū)網(wǎng)圖12-9家庭自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

家庭自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息傳輸速度有高有低，取決于連接到系統(tǒng)的設(shè)備，

信息數(shù)量的大小及通信協(xié)議的復(fù)雜程度都屬于中等。家庭自動化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有：1.X-10協(xié)議2.CEBus3.TonTalkTM

12.5無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量移動或靜止傳感器節(jié)點，通過無線通信方式組成的自組織網(wǎng)絡(luò)。通過節(jié)點的溫度、濕度、壓力、振動、光照、氣體等微型傳感器的協(xié)作，實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息。由嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，用無線通信多跳中繼將信息傳送到用戶終端。12.5.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、移動通信或衛(wèi)星通信網(wǎng)、監(jiān)控／管理中心、終端用戶組成，如圖12-10所示。圖12-10典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.傳感器節(jié)點通過各種微型傳感器采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的環(huán)境或監(jiān)測對象的溫度、濕度、壓力、氣體、光照等信息，由嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，還要對其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進行存儲、管理和融合，再以多跳轉(zhuǎn)發(fā)的無線通信方式，把數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點。

傳感器節(jié)點一般由傳感器模塊（含模／數(shù)轉(zhuǎn)換）、處理器模塊、存儲器模塊、無線通信模塊、其他支持模塊（包括GPS定位、移動管理等）、電源模塊等組成，如圖12-11所示。用大規(guī)模集成電路工藝制造，例如0.18μm工藝。存儲模塊其他支持模塊處理器模塊無線通信模塊傳感器和模數(shù)變換模塊電源模塊被測量數(shù)據(jù)圖12-11傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)

無線通信頻率為超高頻頻段，例如300～348MHz，400～464MHz，800～928MHz等頻段。數(shù)據(jù)傳輸速率為100kbps上下。通常采用2節(jié)7號（AAA）電池或者紐扣電池供電，發(fā)射輸出功率為mW量級。為了節(jié)能，傳感器節(jié)點要在工作和休眠之間切換。2.匯聚節(jié)點匯聚節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖12-12所示。

匯聚節(jié)點具有相對較強的通信、存儲和處理能力，對收集到的數(shù)據(jù)處理后，通過網(wǎng)關(guān)送入移動通信網(wǎng)、Internet網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡(luò)，傳送到信息監(jiān)控管理中心，經(jīng)處理后發(fā)送給終端用戶。存儲器模塊處理器模塊節(jié)點通信模塊網(wǎng)絡(luò)通信模塊電源模塊傳感器模塊傳感器節(jié)點移動通信網(wǎng)

圖12-12匯聚節(jié)點結(jié)構(gòu)

匯聚節(jié)點也可以通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器，在服務(wù)器上通過相關(guān)的應(yīng)用軟件分析處理后，發(fā)送給終端用戶使用。既可以是一個增強功能的傳感器節(jié)點，也可以是沒有傳感檢測功能僅帶無線通信接口的特殊網(wǎng)關(guān)設(shè)備。3.監(jiān)控管理中心監(jiān)控管理中心對整個網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測、管理。它通常為運行有網(wǎng)絡(luò)管理軟件的PC機或手持網(wǎng)絡(luò)管理、服務(wù)設(shè)備，也可以是網(wǎng)絡(luò)運營部門的交換控制中心。4．終端用戶為傳感器節(jié)點采集的傳感信息的最終接收和使用者，包括記錄儀、顯示器、計算機和控制器等設(shè)備，進行現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、方案決策和操作控制。5．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層等5層結(jié)構(gòu)。應(yīng)用層采用不同的軟件，實現(xiàn)不同的應(yīng)用；傳輸層對傳輸數(shù)據(jù)進行打包組合和輸出流量控制；網(wǎng)絡(luò)層選擇將傳輸層提供的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮展?jié)點的路由；鏈路層將同步、糾錯和地址信息加入，進行傳輸路徑數(shù)據(jù)比特流量控制；物理層進行激活或休眠收發(fā)器管理，選擇無線信道頻率，生成比特流。12.5.2傳感器節(jié)點的設(shè)計1．傳感器模塊不同應(yīng)用的傳感器節(jié)點，應(yīng)分別選用不同參數(shù)、性能的傳感器。應(yīng)防滴漏、防爆、抗干擾。為了便于模／數(shù)轉(zhuǎn)換，應(yīng)線性好。2．處理器模塊應(yīng)體積小，集成度高，功耗低，有睡眠和喚醒功能，運行速度快，有合適數(shù)量的通用I/O端口和通信端口，成本低。3．無線通信模塊無線通信有多種方式，如紅外、聲波及無線電等。其中短距離的無線通信方式最適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。有1）一般收發(fā)芯片，2）符合ZigBee標準的無線芯片，3）藍牙芯片，4）802.11無線收發(fā)芯片，UMB通信芯片4．電源模塊一般采用微型電池供電。實際應(yīng)用中，可根據(jù)環(huán)境條件，選用太陽能電池、熱資源或者振動積蓄電能、風能積蓄電能等。電源管理需要考慮電壓監(jiān)測，了解動態(tài)電壓變化數(shù)據(jù)。12.5.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市管理、醫(yī)療護理、環(huán)境監(jiān)測、

搶險救災(zāi)、軍事國防等方面有極大的實用價值。圖所示為美國緬因州大鴨島生態(tài)環(huán)境檢測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

圖

大鴨島生態(tài)環(huán)境檢測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

還被應(yīng)用于礦井、核電廠等工業(yè)環(huán)境，實施安全監(jiān)測；交通領(lǐng)域用于車輛和物流監(jiān)控。圖12-13所示為城市物流管理跟蹤無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。圖12-13物流管理跟蹤無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

12.6物聯(lián)網(wǎng)12.6.1物聯(lián)網(wǎng)物理架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofthingsIOT）可以分為公共物聯(lián)網(wǎng)和專用物聯(lián)網(wǎng)。

公共物聯(lián)網(wǎng)是指可以連接所有事物，覆蓋某個社會行政區(qū)域，與互聯(lián)網(wǎng)連接，作為社會的公共信息基礎(chǔ)設(shè)施的物聯(lián)網(wǎng)。

公共物聯(lián)網(wǎng)物理架構(gòu)如圖12-14所示，是互聯(lián)網(wǎng)向物理世界的延伸和擴展。

使得整個世界上的事物能夠被智能地識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。圖12-14公共物聯(lián)網(wǎng)物理架構(gòu)框圖

專用物聯(lián)網(wǎng)是指通過局域網(wǎng)連接某些特定事物，覆蓋某個特定機構(gòu)區(qū)域，作為該機構(gòu)區(qū)域內(nèi)部特殊用途的物聯(lián)網(wǎng)。

例如智慧工廠、智慧校園、智慧醫(yī)院、智慧商場、智慧倉庫、快遞物品查詢等物聯(lián)網(wǎng)。

公共物聯(lián)網(wǎng)和專用物聯(lián)網(wǎng)有各自的技術(shù)標準體系。

公共物聯(lián)網(wǎng)能作為社會信息基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)揮公共信息技術(shù)平臺作用。

物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器可以是射頻識別（RFID）、無線傳感器、紅外線傳感器、圖像傳感器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器等信息設(shè)備，按協(xié)議通過物聯(lián)網(wǎng)終端與互聯(lián)網(wǎng)進行連接。

射頻識別（RFID）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)使用最多的一種事物信息識讀方式。

射頻識別系統(tǒng)包括電子產(chǎn)品碼（EPC）、EPC標簽和電子標簽讀寫器3部分。EPC標簽也稱電子標簽，是一種把天線和集成電路封裝到塑料基片上做成的無源電子卡片，具有數(shù)據(jù)存儲量大、小巧輕便、壽命長、防水、防磁和防偽等特點，內(nèi)存有電子產(chǎn)品碼，還可以存儲其他信息。

電子標簽讀寫器通過無線電波電磁場感應(yīng)，把能量傳輸給EPC標簽。EPC標簽得電后工作，快速實現(xiàn)電子標簽讀寫器對EPC標簽內(nèi)存電子產(chǎn)品碼的識讀。

識讀獲得的電子產(chǎn)品碼上傳給物聯(lián)網(wǎng)終端，經(jīng)處理后傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)，存儲在分布式數(shù)據(jù)庫中。

用戶查詢產(chǎn)品信息時，只要在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器地址