感知端的技術(shù)包括什么

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感知端的技術(shù)包括：1、傳感器技術(shù)，可以幫助人們完成對(duì)物品的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制；2、射頻識(shí)別技術(shù)，無(wú)需接觸物體就能通過(guò)電磁耦合原理獲取物品的相關(guān)信息；3、二維碼技術(shù)；4、藍(lán)牙技術(shù)；5、ZigBee技術(shù)等。

本教程操作環(huán)境：windows10系統(tǒng)、Dell G3電腦。

物聯(lián)網(wǎng)感知層（端）的關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、二維碼技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)以及 ZigBee技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)感知層的主要功能是采集和捕獲外界環(huán)境或物品的狀態(tài)信息，在采集和捕獲相應(yīng)信息時(shí)，會(huì)利用射頻識(shí)別技術(shù)先識(shí)別物品，然后通過(guò)安裝在物品上的高度集成化微型傳感器來(lái)感知物品所處環(huán)境信息以及物品本身狀態(tài)信息等，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)管理。而這種功能得以實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)各種技術(shù)的協(xié)調(diào)合作。

傳感器技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)感知功能離不開(kāi)傳感器，傳感器的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，被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，比如地質(zhì)勘探、航天探索、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)接?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)別的簡(jiǎn)稱為RFID，該技術(shù)是無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)之一，人們又將其稱為電子標(biāo)簽技術(shù)。利用該技術(shù)，無(wú)需接觸物體就能通過(guò)電磁耦合原理獲取物品的相關(guān)信息。

　　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)器以及中間信息系統(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。

二維碼具有較多的優(yōu)點(diǎn)：

　　第一，編碼的密度較高，信息容量很大。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)二維碼理論上能容納1850個(gè)大寫(xiě)字母，或者2710個(gè)數(shù)字。如果換算成字節(jié)的話，可包含1108個(gè)；換算成漢字，能包含500多個(gè)。

　　第二，編碼范圍廣。二維碼編碼的依據(jù)可以是指紋、圖片、文字、聲音、簽名等，具體操作是將這些依據(jù)先進(jìn)行數(shù)字化處理，再轉(zhuǎn)化成條碼的形式呈現(xiàn)。二維碼不僅能表示文字信息，還能表示圖像數(shù)據(jù)。

　　第三，容錯(cuò)能力強(qiáng)，具有糾錯(cuò)功能。二維碼局部沾染了油污，變得模糊不清；或者由于二維碼被利器穿透導(dǎo)致局部損壞，在這些極端情況下，二維碼都可以正常識(shí)讀和使用。也就是說(shuō)，只要二維碼損毀面積不超過(guò)50%，都可以利用技術(shù)手段恢復(fù)原有信息。

　　第四，譯碼可靠性高。二維碼的錯(cuò)誤率低于千萬(wàn)分之一，比普通條碼錯(cuò)誤率低了十幾倍。

　　第五，安全性高，保密性好。

　　第六，制作簡(jiǎn)單，成本較低，持久耐用。

　　第七，可隨意縮小和放大比例。

　　第八，能用多種設(shè)備識(shí)讀，如光電掃描器、CCD設(shè)想設(shè)備等。方便好用，效率高。

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。具體來(lái)說(shuō)，它具備了以下多種特點(diǎn)：

①網(wǎng)絡(luò)容量大。由于ZigBee設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)與254個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連，在加上其本身設(shè)備的基礎(chǔ)，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)服務(wù)于255設(shè)備ZigBee網(wǎng)絡(luò)不僅支持星形、簇形等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還支持其他復(fù)雜的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　②速率低，近距離。其通信速率最低為10 Kbit/s，最高為250Kbit/s，傳輸范圍在10m與134m之間。如果相鄰節(jié)點(diǎn)間的RF發(fā)射功率增加，其信息傳輸范圍最遠(yuǎn)可達(dá)3km左右，在利用路由的情況下，其節(jié)點(diǎn)間的通信范圍將會(huì)更大。

　?、鄢杀镜汀igBee的協(xié)議比較簡(jiǎn)單，功率低至藍(lán)牙的十分之一，因此，ZigBee對(duì)通信控制器的性能要求較低，這樣一來(lái)，只需利用性能不高的8位微控制器就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)測(cè)算。另外，ZigBee的子功能節(jié)點(diǎn)代碼只有4KB，在使用ZigBee協(xié)議時(shí)不需要支付專利費(fèi)用，因此，成本較低。

　　④低功耗。ZigBee網(wǎng)絡(luò)工作周期短，通信循環(huán)次數(shù)少，以該種網(wǎng)絡(luò)連接成的設(shè)備一般只有兩種狀態(tài)，即睡眠狀態(tài)和激活狀態(tài)。舉例來(lái)說(shuō)，要使ZigBee設(shè)備工作半年以上，只需消耗兩節(jié)普通五號(hào)干電池的電量。

　?、菘煽啃愿摺igBee網(wǎng)絡(luò)擁有信息碰撞避免機(jī)制，這種機(jī)制預(yù)留了專用數(shù)據(jù)間隙，可以避免數(shù)據(jù)沖突和碰撞，提高了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的整體可靠性。

　?、薅萄訒r(shí)。一般情況下，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)范圍為15～30ms，一些對(duì)延時(shí)比較敏感的應(yīng)用軟件可以在這樣的延時(shí)內(nèi)進(jìn)行正常工作。

　　⑦安全性高。ZigBee傳輸網(wǎng)絡(luò)之所以具備較高的安全性，是因?yàn)樵摷夹g(shù)采用了三級(jí)安全模式。第一級(jí)安全模式為無(wú)安全設(shè)定，第二級(jí)安全模式是基于控制清單的防數(shù)據(jù)泄露機(jī)制，第三級(jí)安全模式是高級(jí)對(duì)稱密碼設(shè)置，如AES-128加密算法。為了保證數(shù)據(jù)的完整性，ZigBee還具有鑒定和檢查數(shù)據(jù)的功能。

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