6.1 物联网

现在生活中对于智能家居、ETC（不停车电子收费系统）、远程监控、智能安防、无人驾驶、远程电表、远程启动汽车等应用已经非常常见，这些应用都归结于物联网。物联网其英文名称为“The Internet of Things”，简称IOT，是新一代信息技术的重要组成部分。

 
6.1.1 物联网定义

物联网就是“物物相连的互联网”，包含两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，是建立在互联网上的一种新的业务和应用模式。

6.1.2物联网特征及体系结构

1．物联网的三个基本特征

物联网的主要特征是：全面感知、可靠传输、智能处理。

（1）全面感知：利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术实时地对物体进行信息采集和获取。

（2）可靠传输：通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。

（3）智能处理：利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制。

 6.1.3 物联网识别技术

自动识别技术是指应用一定的识别装置,通过非人工手段获取被识别对象所包含的标识或特征信息，将数据自动采集和识读，并自动输入计算机的重要方法和手段。自动识别技术目前初步形成了一个涵盖条码识别技术、射频识别技术、生物特征识别技术、图像识别技术以及磁识别技术等的计算机、光、电、通信和网络技术为一体的高技术学科。

1.自动识别技术的分类

自动识别技术的分类方法很多，可以按照国际自动识别技术的分类标准进行分类，也可以按照应用领域和具体特征的分类标准进行分类。

2.条码识别技术

条码是一种可供电子仪器自动识别的信息图形化方法表示的标准符号，是在计算机应用和实践中产生并发展起来的一种广泛应用于商业、邮政、图书管理、仓储、工业生产过程控制、交通等领域的自动识别技术，条码分为一维条码和二维条码。

（1）一维条码

(2)二维条码

（3）条码阅读器

3.磁卡识别技术

磁卡是一种磁记录介质卡片，利用磁性载体记录字符与数字信息，它由高强度、高耐温的塑料或纸质涂覆塑料制成，能防潮、耐磨且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。按照使用基材的不同，磁卡可分为PET卡、PVC卡和纸卡三种；视磁层构造的不同，又可分为磁条卡和全涂磁卡两种。磁条内可分为三个独立的磁道，称为TK1、TK2、TK3，TK1最多可写79个字母或字符、TK2最多可写40个字符、TK3最多可写107个字符。

4. IC卡识别技术

IC卡也叫做智能卡，它是通过在集成电路芯片上写的数据来进行识别的一种电子式数据自动识别卡，IC卡分接触式IC卡和非接触式IC卡两种。

5.射频识别技术

射频识别技术是通过无线电波进行数据传递的自动识别技术，是一种非接触式的自动识别技术。它通过射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID系统以电子标签来标识某个物体，读写器通过无线通信将主机的读写命令传动到电子标签，再把电子标签返回的数据传动到主机，主机的数据交换与管理系统负责完成电子标签数据信息的存储、管理和控制。RFID系统由两部分构成。

（1）电子标签

（2）读写器

6. 图像识别技术

（1）光学字符识别是指电子设备对文本资料进行扫描，通过检测暗、亮的模式确定其形状，用字符识别方法将形状翻译成计算机文字、获取文字及版面信息的过程。

（2）步态识别的输入是一段行走的视频图像序列，主要提取的特征是人体每个关节的运动。

（3）签名识别是测量图像本身以及整个签名的动作—在每个字母以及字母之间的不同的速度、顺序和压力，是一种公认的身份识别的技术。

（4）面部识别技术是通过标准视频和热成像技术对通过视频摄像头摄取面部的图像和分析由面部的毛细血管的血液产生的热线来产生面部图像，对面部特征和它们之间的关系（眼睛，鼻子和嘴的位置以及它们之间的相对位置）来进行识别。

7.生物特征识别技术

（1）指纹识别技术是通过取像设备读取指纹图像，然后用计算机识别软件分析指纹的全局特征和指纹的局部特征。

（2）虹膜识别技术是利用虹膜虹膜包含的一个独一无二的基于水晶体、细丝、斑点、凹点、皱纹和条纹等特征的结构来识别身份的。

（3）掌纹识别技术是利用掌纹的线特征、点特征、纹理特征、几何特征等完全可以确定一个人的身份，目前采用的掌纹图像主要分脱机掌纹和在线掌纹两大类。

（4）手形识别技术是利用手形几何信息（手指不同部位的宽度、手掌宽度和厚度、手指的长度等）进行识别，它对设备的要求较低，图像处理简单，但由于手形特征不像指纹和掌纹特征那样具有高度的唯一性，因此，手形特征只用于认证，满足中/低级的安全要求。

（5）语音识别技术是将人类的语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入，识别时需要说话人讲一句或几句试验短句，对它们进行某些测量，然后计算量度矢量与存储的参考矢量之间的一个(或多个) 距离函数，主要包括特征提取技术、模式匹配准则及模型训练技术三个方面。

6.1.4 无线传感器网络

无线传感器网络（WirelessSensor Network, WSN）是由部署在监测区域内大量的具有感知、处理和无线通信能力的微型传感器节点通过无线通信形成的一个能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息的多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内被监测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点。

1.无线传感器网络特点

2.无线传感器网络协议栈

无线传感器网络的协议栈基本采用了计算机网络的框架，分为了通信协议层、网络管理平台和应用支撑平台。

3. IEEE802.15.4标准

（1）物理层

物理层通过射频连接件和硬件提供MAC层和无线物理信道之间的接口,在概念上提供“物理层管理实体”，该实体提供调用物理层管理功能的管理服务接口,通过物理层数据服务接入点提供物理层的数据服务、通过物理层管理实体的服务接入点提供物理层的管理服务。

（2）MAC层

传感器节点的能量、存储、计算和通信带宽等资源有限，无线传感器网络的强大功能需要众多节点密切协作才能实现。局部范围内的多点通信需要MAC协议协调节点间的无线信道分配，以高效的支持在整个网络范围内的路由选择与通信路径的正确连通。

4.ZigBee标准

ZigBee技术是一种面低速率、低功耗、低价格的无线网络方案， Zigbee联盟和IEEE 802.15.4工作组决定合作共同制定一种通信协议标准，该协议标准被命名为“ZigBee”。

（1）ZigBee的技术特点

数据传输速率低

有效范围小

工作频段灵活

省电

可靠

成本低

时延短

网络容量大

安全

（2）网络层

网络层负责拓扑结构的建立和维护网络连接，主要功能包括设备连接和断开网络时所采用的机制、在帧信息传输过程中所采用的安全性机制以及设备的路由发现、路由维护和转交。

（3）应用层

ZigBee 应用层有三个组成部分，包括应用支持子层、应用框架、ZigBee 设备对象。

6.拓扑控制

拓扑控制作为无线传感器网络的一种关键节能技术，通常在保证网络连通性和覆盖度的前提下改变、简化或优化网络的拓扑来节省能量。

7.覆盖

覆盖作为无线传感器网络中的一个基本问题，可以使无线传感器网络的空间资源得到优化分配，进而更好地完成环境感知、信息获取和有效传输的任务，在保证一定的服务质量前提下，达到网络覆盖范围最大化。

 8.时间同步

时间同步技术无线传感器网络的一项基础支撑技术，是完成实时信息采集的基本要求，也是提高定位精度的关键手段。

9.定位技术

传感器网络节点的定位是传感器网络基本功能之一，定位技术是无线传感器网络重要的支撑技术，对传感器网络的应用起着关键的作用。自组织的网络通过一定方法提供节点的位置信息，从而实现无线传感器网络的定位，自组织网络定位可分为节点自身定位和目标定位。

6.1.5 智能处理技术

物联网中传感设备种类繁多，数据分析和处理是物联网核心技术中最重要的一环，物联网系统中的数据表现为大规模、实时、繁杂，需要对来自不同网络、不同子系统的海量异构数据进行统一的处理及存储，海量数据处理任务需要多种资源，包括计算资源、存储资源、网络资源等，对这些资源的统一规划和调度，可以有效地加快海量数据处理的速度，要求物联网的海量数据处理机制能融合多网、多源、异构的海量数据并对这些数据进行高效快速的处理，获取有价值的信息，通过反馈使客户能够对物体进行智能管理和控制，提供智能决策。