物联网技术学习心得

“物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术；其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通讯。因此，物联网技术的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术。

物联网(Internet of Things)指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通（M2M)、应用大集成（Grand Integration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

物联网诞生于1999年 ，到2005年它已经相当普及普及，在2009年它得到了相当大的发展。

物联网(Internet of Things)这个词，国内外普遍公认的是MIT Auto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID时最早提出来的。在2005年国际电信联盟（ITU）发布的同名报告中，物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。

自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。

物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造”的概念，他的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。

简单讲，物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制。在物联网应用中有三项关键技术。

1、传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。[2] 

2、RFID标签也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。

3、政府应该加大对产业的投入，这个投入可以不是资金，而是给企业更多的政策，特别是在操作系统、开发工具、IC设计等产业链中高端领域上从政策到资金都要加大投入。在管理上引入重大资金投向问责制，对长期投入资金不能市场化、产业化的项目，定期论证评估，不能达标的关停并转甚至要追究责任。

4、减少盲目引进项目，在嵌入式与物联网的发展中，核心技术坚持鼓励国产化，从资金上、税收上加大力度向自主研发产品倾斜。杜绝盲目引进产业链的中高端技术，特别是不能出现像其他行业一样，重复引进同一个外国品牌多条生产线的状况。

5、《物联网“十二五”发展规划》中提出二维码作为物联网的一个核心应用，物联网终于从“概念”走向“实质”。二维码（2-dimensional bar code）是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理：二维条码/二维码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息。

物联网典型体系架构分为3层，自下而上分别是感知层、网络层和应用层。感知层实现物联网全面感知的核心能力，是物联网中关键技术、标准化、产业化方面亟需突破的部分，关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本问题。网络层主要以广泛覆盖的移动通信网络作为基础设施，是物联网中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分，关键在于为物联网应用特征进行优化改造，形成系统感知的网络。应用层提供丰富的应用，将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化的应用解决方案，关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障及有效商业模式的开发[3] 。

物联网体系主要由运营支撑系统、传感网络系统、业务应用系统、无线通信网系统等组成。

通过传感网络，可以采集所需的信息，顾客在实践中可运用RFID读写器与相关的传感器等采集其所需的数据信息，当网关终端进行汇聚后，可通过无线网络运程将其顺利地传输至指定的应用系统中。此外，传感器还可以运用ZigBee与蓝牙等技术实现与传感器网关有效通信的目的。市场上常见的传感器大部分都可以检测到相关的参数，包括压力、湿度或温度等。一些专业化、质量较高的传感器通常还可检测到重要的水质参数，包括浊度、水位、溶解氧、电导率、藻蓝素、pH值、叶绿素等。

运用传感器网关可以实现信息的汇聚，同时可运用通信网络技术使信息可以远距离传输，并顺利到达指定的应用系统中。我国无线通信网络主要有3G、WLAN、LTE、GPRS，而4G仍为试点阶段。

M2M平台具有一定的鉴权功能，因此可以为顾客提供必要的终端管理服务，同时，对于不同的接入方式，其都可顺利接入M2M平台，因此可以更顺利、更方便地进行数据传输。此外，M2M平台还具备一定的管理功能，其介意对用户鉴权、数据路由等进行有效地管理。而对于BOSS系统，其由于具备较强的计费管理功能，因此在物联网业务中得到广泛的应用。

业务应用系统主要提供必要的应用服务，包括智能家居服务，一卡通服务，水质监控服务等，所服务的对象，不仅仅为个人用户，也可以为行业用户或家庭用户。在物联网体系中，通常存在多个通信接口，对通信接口未实施标准化处理，而在物联网应用方面，相关的法律与法规并不健全，这不利于物联网的安全发展。

物联网技术运用于医学，安防，污水处理行业以及其他行业中，物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

物联网在中国迅速崛起得益于我国在物联网方面的几大优势。　第一，我国早在1999年就启动了物联网核心传感网技术研究，研发水平处于世界前列；第二，在世界传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高；第三，我国是能够实现物联网完整产业链的国家之一；第四，我国无线通信网络和宽带覆盖率高，为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持；第五，我国已经成为世界第二大经济体，有较为雄厚的经济实力支持物联网发展。

 

第二篇：物联网总结

物联网

一、 物联网新技术

物联网关键技术主要集中在物联网架构技术、统一标识技术、通信技术、网络技术、标准化、功率和能量存储、安全和隐私技术等

（1） 物联网架构技术

主要研究以下几个方面的架构技术：

? 端到端的分布式开放架构，异构系统的互操作性；

? 非中心控制的自治架构；

? 边缘节点移动智能架构；

? 云计算技术，事件驱动架构，掉线和同步操作；

? 支持语义互操作的体系结构；

? 事件驱动的体系结构；

? 支持有效缓存、信息同步和分布式信息融合的体系结构。

（2）统一标识技术

统一标识技术主要实现对物体进行统一标识，对该技术的研究主要要解决以下难题：

? 有多个组件，每个部件都有标识号（动态变化）；

? 如何处理物体的组合\合成\拆分\替换带来的唯一识别符变化；

? 如何处理唯一识别符与物体之间关系的映射关系；

? 不透明唯一识别符与匿名机制；

? 虚拟物体的ID分配问题；

? 标识的分配、管理、加密解密技术。

（3）通信技术

物联网的发展对通信的需求增加，从人与人通信、人与物通信扩展到物与物之间的通信。通信量的增加迫切要求解决海量物体的通信问题。本项目通过对以下几个通信技术问题的研究即可解决物联网海量数据通信的难题。

? 新的射频技术和新设备的连接需求问题；

? 物体间信息交换的通信技术；

? 底层无线协议之间的互操作；

? 分布式数据存储和传感数据收集，认证和跟踪系统相关的问题；

? 与物理世界用户的交互相关的通信问题；

? 数据挖掘和服务的通信与处理问题；

? 软件无线电技术和认知无线电通信技术；

? 无连接的通信问题。

（4）网络技术

研究物联网的网络技术旨在通过有线和无线方式，实现物体无缝和透明接入。主要从以下几个方向进行研究：

? 传感器网络、RFID组网方式；

? 移动通信或者卫星等其他简单组网方式；

? 组网系统间可扩展、跨平台兼容；

? 减小开销并为物体提供有效连接的解决方案；

? 芯片通信结构中参数动态配置；

? 通过功率感知来进行自适应；

? 开发“网络中的网络”的基础设施，支持动态区域组网；

? 移动断续连接场景下的组网技术；

? 网络自治管理技术：自感知、自学习、自配置、自修复、自管理；

? 适用于固定、移动、有线、无线的多层次组网技术；

? 基于IPv6的传感器网络。

（5）标准化

物联网是一个新欣热门概念，同时也是未来网络发展的趋势。它的发展必须有一套标准化体系来支撑。目前，物联网的标准化尚未形成，因此，对物联网标准化的研究乃大势所趋，研究意义重大。异构设备可通过标准接口和数据模型来确保不同系统间的信息交互。研究内容如下：

? 物联网的异构设备互联（接口标准与数据模型）；

? 无线方面：频谱分配、发射功率及通信协议的标准化；

? 数据方面：数据生成、数据可追溯的质量和完整性；

? 研究物联网异构设备接口的标准化和标识技术的标准化。

（6）功率和能量存储

在网联网应用中不可避免的药用到传感器设备。在实际应用环境中，传感设备的能量存储能力和工作功率往往决定了它的使用寿命。传感设备的失效对整个物联网的影响巨大。因此对传感设备的功率和能量存储的研究至关重要。通过研究能让传感设备从环境中获取能量，传感设备的电池可以自动地进行充电。研究工作主要解决以下问题：

? 微功率技术的应用；

? 大能量存储设备的小型化问题；

? 微能源技术；

? 光电池、微燃料电池和微反应堆、微高容量能量存储等技术；

? 印刷电池、热电系统、微型制冷器和微燃料发电机；

? 基于微机电系统（MEMS）设备的能量获取技术；

? 能量感知协议。

（7）安全和隐私技术

为确保个人隐私、商业机密和国家安全，安全与隐私技术在物联网建设和应用过程中显得十分重要。对该技术的研究主要解决以下几方面的问题：

? 云计算的安全和信任；

? 隐私策略管理；

? 阻止非授权实体的识别和跟踪；

? 异构设备间的隐私保护技术；

? 离散认证和可信模型；

? 能量高效的加密和数据保护；

? 标准化和标识技术的标准化。

二、 M2M应用

M2M 是一种信息化理念， 属于物联网的概念范畴，但不等同于物联网。M2M 所表达的是多种不同类型的通信技术（包括机器之间的通信、机器控制通信、人机交互通信、移动互联通信等）有机地结合在一起，它让机器、设备、应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。M2M 技术综合了数据采集、GPS、远程监控、通信、信息等技术，能够实现业务流程的自动化。M2M技术使所有机器设备都具备连网和通信能力，它让机器之间、人与机器之间实现超时空的无缝连接。

物联网（The Internet of Things）是一个物物相连的互联网。它把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。要实现真正的物联网，需要海量地址、海量带宽及海量存储，而且需要极高的通信智能和管理智能，还需要非常完善的监管法规去保证商业的可行性。

可见，M2M只是物联网的一个点或者一条线，只有当M2M 规模化、普及化，并彼此之间通过网络实现智能的融合和通信后，才能形成物联网。所以，彼此孤立的M2M 并不是物联网，但M2M应用是物联网的构成基础，M2M 的终极目标是物联网。

1、M2M 应用系统构成

从数据流的角度考虑，在M2M 技术中，信息总是以相同的顺序流动，其基本框架如下图所示：但无论哪一种M2M 技术与应用， 都涉及到5个重要的技术部分，即机器、M2M 硬件、通信网络、中间件和应用。

●智能化机器———使机器“开口说话”，让机器具备信息感知、信息加工（计算能力）及无线通信能力。其实现途径为：生产设备的时候嵌入M2M 硬件或对已有设备进行改装。

●M2M 硬件———是使机器获得远程通信和联网能力的部件，主要进行信息的提取，从各种机器/设备那里获取数据，并传送到通信网络。其产品可分为嵌入式硬件、可组装硬件、调制解调器、传感器、识别标识。

●通信网络———将信息传送到目的地，在整个M2M 技术框架中处于核心地位。包括广域网（无线移动通信网络、卫星通信网络、Internet、公众电话网）、局域网（以太网、无线局域网WLAN、Bluetooth）、个域网（ZigBee、传感器网络）等。虽然M2M可以通过多种网络实现，但无线移动通信网络将会是其主要实现方式。3G 的部署可大大改善M2M的网络基础条件，其普及将为M2M 业务提供承载基础，加速M2M 的发展。

●中间件———在通信网络和IT 系统间起桥接作用，主要包括M2M 网关和数据收集/集成部件；M2M 网关主要完成不同通信协议之间的转换；数据收集/集成部件主要对原始数据进行加工和处理。

●应用———对获得数据进行加工分析，为决策和控制提供依据。

2、M2M 应用领域及特点

M2M 技术可为各行业提供一种集数据采集、传输、处理和业务管理的综合解决方案，实现业务流程的自动化。其主要应用领域包括：交通领域（物流管理、定位导航）、电力领域（远程抄表和负载监控）、农业领域（大棚监控、动物溯源）、城市管理（电梯监控、路灯控制）、安全领域（城市和企业安防）、环保领域（污染监控、水土检测）、企业（生产监控和设备管理）和家居（老人和小孩看护、智能安防）等。行业应用体现的是M2M 技术应用的深度性，

而个人应用领域体现的是M2M 技术应用的广度。相关专家指出，未来M2M 的应用还会以行业应用为主，但会逐渐渗透到个人应用领域。大多数M2M应用与行业需求紧密结合，没有适合所有客户的横向产品，几乎所有的M2M 应用都需要针对特定客户群的实际需求进行一定程度的定制。

3、M2M 应用现状及发展

目前， 欧美发达国家和韩日等国已经实现了M2M 商用，主要应用于安全监测、自动贩卖机、公推出了终端认证标准及神州车管家、电梯监控、基站监控、危险源监控等系列产品，其车务通产品已在2008 年北京奥运会上成功应用。

●中国电信从2007 年开始建设M2M 平台，现已制定了MDMP 协议来规范M2M 的应用，在2008 年通信展上展示了其基于M2M 的智能家居；中国电信M2M 业务已经在一些省份进行了商用，如安徽电信在环保和烟草行业的应用等。

●中国联通也推出了行业性M2M 应用，在2009 中国国际信息通信展上，展示了其基于M2M技术的公共交通车管理平台和无线环保检测平台，前者已在北京地区投入试用，后者已在内蒙古投入试用。

4、M2M 应用面临的问题

由于大多数M2M 应用与行业需求紧密结合，因此在具体行业应用层面，M2M 市场集中体现着

技术标准规范不统一、产业集中度低、终端形态多样、产业链各环节缺乏协同等多种问题，难以实现M2M 的规模化商用。

●技术标准不规范： 不同行业的需求不同，不同的M2M 业务系统与各自的数据采集设备互联，

造成模块接口复杂。

●产业集中度低：大多数M2M 业务系统较少考虑可扩展性及可重用性，仅能提供单一种类的业务。

●终端形态多样：没有统一的标准，各个M2M业务提供商按各自业务的需求定制终端，造成终端难以大规模生产，成本高昂。

●产业链各环节缺乏协同：M2M 业务提供商各自为战，以满足具体业务为目的开发系统，造成系统无法整合，开发效率低下。

三、 无线传感

1、无线传感器

无线传感器的组成模块封装在一个外壳内，在工作时，它将由电池或振动发电机提供电源，构成无线传感器网络节点。它可以采集设备的数字信号通过无线传感器网络传输到监控中心的无线网关，直接送入计算机，进行分析处理。如果需要，无线传感器也可以实时传输采集的整个时间历程信号。监控中心也可以通过网关把控制、参数设置等信息无线传输给节点。原理图如下所示：

图1 原理框图

数据调理采集处理模块把传感器输出的微弱信号经过放大，滤波等调理电路后，送到模数转换器，转变为数字信号，送到主处理器进行数字信号处理，计算出传感器的有效值，位移值等。 

无线通讯模块采用基于IEEE802.15.4标准的无线协议进行数据传输。IEEE802.15.4主要针对工业，建筑，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。它具有低功耗，传输可靠性高，抗干扰能力强，网络容量大，能够自动组网等特点。

2、无线传感网络

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称 WSN）的基本功能是将一系列在空间上分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。

表1 WSN特征

WSN采用 Ad-hoc（多跳移动无线网络）方式进行自动组网，一个典型的WSN包括大量的传感节点和一个或若干个数据汇聚节点，因此能够实现大范围，低成本，灵活铺设的实时数据采集，从而进行更准确的分析和处理。

图2 WSN系统简易图

WSN节点通常由传感探测单元、控制分析单元、无线传输单元和电源管理单

元组成。

图3 WSN节点体系结构

传感探测单元主要负责对真实世界或经过标记设备标记的物理信息进行感知，并将之转化为数字化的信息数据。它通常由集成了传感器和简单数模转换电路的MEMS芯片和其周边电路组成。传感探测单元是WSN技术的基础，一切其它WSN应用都是以传感探测单元获得的数据为基础的。

无线传输单元主要包括数据接口和射频收发芯片，负责切实实现节点之间的无线通信和自动组网。无线传输单元通常占据WSN节点一半以上的功耗。低功耗无线传输单元的研发和无线传输单元电源管理方案的改进是降低WSN节点整体功耗的主要途径。

电源管理通常由电池或其它电源构成，负责提供WSN节点工作所需的能源。电源管理中新型电池和微型发电技术的发展，是延长WSN节点工作时间的重要手段之一。

3、WSN技术特点

WSN特殊的技术结构和组网方式，为其带来了一些独有的技术特点：

图4 WSN技术特点

●大范围

WSN通过节点间的多跳连接，使得其布设范围不受单节点传输距离的影响，可以覆盖几十平方公里甚至更大的范围。

●低成本

WSN节点采用高度集成化的集成电路芯片，整体生产成本较低。并且由于其一般不需要进行供电，布设之后可自行工作，避免了大量的布线成本和后期维护成本。在与传统网络的竞争中占有成本优势。

●高稳定性

作为一种自组织网络，WSN技术不依赖于任何一个单一节点，任何节点的损坏都不影响整合系统的正常运转，避免了传统网络核心节点故障对整个系统的威胁，避免了高昂的核心节点维护成本，同时大大提高了整个系统的稳定性。

●灵活布设

节点无需传输线缆支持，而且体积较小，布设之后由节点间自动组网，WSN无需后期维护，同时免去了大量的布线时间。因此，在一些对节点体积有特殊要求或者难于布线的区域有着难以替代的优势。

●移动支持

WSN节点之间采用无线连接，不依赖线缆传输，故而可以在数据源移动、采集点移动等多种场合体现巨大的优势。

4、无线传感器网络应用

（1）无线传感器网络技术的军事应用

信息化战争中，战场信息的及时获取和反应对于整个战局的影响至关重要。由于WSN具有生存能力强、探测精度高、成本低等特点，非常适合应用于恶劣的战场环境中，执行战场侦查与监控、目标定位、战争效能*估、核生化监测以及国土安全保护、边境监视等任务。

●战场侦查与监控

战场侦查与监控的基本思想，是在战场上布设大量的WSN，以收集和中继信息，并对大量的原始数据进行过滤；然后把重要信息传送到数据融合中心，将大量信息集成为一幅战场全景图，以满足作战力量“知己知彼”的要求，大大提升指挥员对战场态势的感知水平。

典型的WSN应用方式是用飞行器将大量微传感器节点散布于战场地域，并自组成网，将战场信息边收集、边传输、边融合。系统软件通过解读传感器节点传输的数据内容，将它们与诸如公路、建筑、天气、单元位置等相关信息，以及其他WSN的信息相互融合，向战场指挥员提供一个动态的、实时或近实时更新的战场信息数据库，为各作战平台更准确地制定战斗行动方案提供情报依据和服务，使情报侦察与获取能力产生质的飞跃。

对战场的监控可以分为对己方的监控和对敌方的监测，包括军事行动侦察与非军事行动的监测。通过在己方人员、装备上附带各种传感器，并将传感器采集的信息通过汇聚节点送至指挥所，同时融合来自战场的其他信息，可以形成己方完备的战场态势图，帮助指挥员及时准确地了解*、武器装备和军用物资的部署和供给情况。

通过飞机或其他手段在敌方阵地大量部署各种传感器，对潜在的地面目标进行探测与识别，可以使己方以远程、精确、低代价、隐蔽的方式近距离地观察敌方布防，迅速、全方位地收集利于作战的信息，并根据战况快速调整和部署新的WSN，及时发现敌方企图和对我方的威胁程度。通过对关键区域和可能路线的布控WSN，可以实现对敌方全天候的严密监控。

●目标定位

WSN中感知目标信息的节点将感知信息广播(无线传送)到管理节点，再由管理节点融合感知信息，对目标位置进行判断的过程称为目标定位。目标定位是WSN的重要应用之一，为火力控制和制导系统提供精确的目标定位信息，从而实现对预定目标的精确打击。

由于WSN具有扩展性强、实时性和隐蔽性好等特点，使得它非常适合对运动目标进行跟踪定位，为指挥中心提供被跟踪对象的实时位置信息。WSN的目标定位应用方式可以分为侦测、定位、报告三个阶段。在侦测阶段，每个传感器节点随机“启动”以探测可能的目标，并在目标出现后计算自身到目标的距离，同时向网络广播包括节点位置及与目标的距离等内容的信息。在定位阶段，各节点根据接收到的目标方位与自身位置信息，通过最大似然、三边测量或三角测量等方法，获得目标的位置信息，然后进入报告阶段。在报告阶段，WSN会向距离目标较近的传感器节点广播消息，使之启动并加入跟踪过程，同时WSN将目标信息通过汇聚节点传输到管理节点或指挥所，实现对目标的精确定位。

（2）无线传感器网络在瓦斯监测系统中的应用

在传统的煤矿瓦斯监测系统中，由于监测系统的设施、装置等位置比较固定，因而使瓦斯探头不能随着采掘的进度跟进到位，从而使得监测系统往往形同虚设，再加上矿井下联网有一定的难度，使有关人员

无法进行有效的监管，以致事故无法预警。所以我们的设计思想是要让瓦斯监测系统能够随着采掘的进度跟进到位，能够把井下信息实时、准确地传送到相关人员手中。具体实施方法如下：在坑道中每隔几十米放置一个传感器节点，每个矿工身上也都佩带一个这样的节点，矿工身上佩带的节点和坑道中放置的节点可以自组织成一个大规模的无线传感器网络，在矿井的入口处放置一个具有网关功能的节点作为 Sink 节点，它可以是一个具有增强功能的传感器节点，有足够的能量供给和更多的内存与计算资源，也可以是没有监测功能仅带有无线通信接口的特殊网关设备。Sink 节点连接传感器网络与Internet 等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时发布监测中心的监测任务，并把收集的数据转发到外部网上，最后传至我们的监控中心系统

图5 基于 ZIgBee 的无线传感器网络应用系统结构图

（3）基于无线传感器网络的智能家居网络

在智能家居无线网络中最基本的单元是无线传感器节点,它的功能是负责传感和对信息预处理,响应监控主机的指令发送数据。每一个传感器节点主要由4个系统组成:即由微处理器或微控制器构成的计算子系统；用于无线通信的短距离无线收发电路,即通信子系统;将节点与物理世界联系起来,由一组传感器和激励装置构成的传感子系统；能量供应子系统,包括电池和AC-DC转换器。节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或类头节点的角色.除此之外根据具体应用的需要,可能还会有定位系统、电源再生单元和移动单元等. 其硬件结构如图所示。

由于家居环境的特点,智能家居网络的无线传感器节点必须要求具有低功耗的特点,为了解决这个问题,在无线传感器节点的无线收发电路部分采用了基于IEEE802. 15. 4 技术的无线收发芯片, IEEE 802. 15. 4 技术是专为低功耗的无线互联应用而设计的.而基于这种技术的无线芯片能够很好的解决低能耗问题。无线传感器网络的数据传输易出错, 由于家居内的干扰源较多,搜寻的是可达设备后, 相应的1evel值在原来的基础之上加1, 作为当前的1evel值并保存。它所表达的实际物理意义是数据在传输过程中将会使设备多进行一次数据的转发。数据在网络中传送时,通过路由算法,保证数据经过最佳路径,让数据安全、快速地从发送设备到达目的设备。

（4）温度自动调控

蔬菜生产中，温室生产规模正在逐步扩大，传统温室监控系统成本高，移动性差等问题很突出。近年来，节能高效的WSN技术正在温室监控领域兴起。基于WSN的温度监控系统由汇聚节点和子节点构成。将传感器分布在温室中监控温室内土壤温度、湿度、PH值、光照强度等，通过无线网络传到汇聚结点，汇聚结点对数据进行处理，将命令通过无线网络下发给调控节点，调控节点根据所得命令对灌溉设备、加热器等进行控制，改变温室条件。汇聚节点还可接受人工控制，与互联网连接，使用户可以进行远程监控。

（5）无线传感器网络在交通的应用

不停车收费系统的关键技术是基于无线传感器网络的自动车辆识别技术实现对车辆、货物实时监控,并能实现高效、准确的管理。系统由电脑、管理软件、智能电子标签、智能电子标签阅读器、控制箱、道闸、含有地感线圈的无线传感器节点组成。基于无线传感器网络的ETC系统能实现自动检验、登记、放行等功能。每辆车在档风玻璃内放置一块记录本车基本信息的智能电子标签(射频卡大小)。在道口进出口上安放一台智能标签阅读器及一套控制箱,同时配置道闸和含有地感线圈的无线传感器节点。当带有智能电子标签的汽车进入地感线圈的节点时,地感线圈得到信号,同时智能标签阅读器也读到智能电子标签的信号,光学识别系统识别车的车牌。如果是合法的,就发出信号,打开道闸,允许车辆通过。另外,自动识别系统读取电子标签中的用户费用信息、车型信息和入口车道信息进行收费计算,完成IC 卡内收费额的扣除,收费记录写入IC卡,并向用户显示有关收费状态信息后给予放行。如果有非法ETC用户强行通过ETC专用车道,可进行车牌抓拍,生成违章记录,便于事后处理。此时车辆只要适当减速,不需要停车,也不需要伸手刷卡,就可以顺利通过道口。车辆过道闸后通过门内地感线圈的无线节点时,又产生信号,让道闸关闭。车辆通过高峰时,即车辆一辆接一辆进入时,可以通过软件设置,道闸处于常开状态,当最后一辆车辆进入时道闸关闭。车辆出入的全部信息均由电脑实时记录,并生成车流量的准确日报、月报统计表。

四、 典型实例

1、智能家居

无线传感器网络还可以应用于家居中，其家用远程环境监控系统的结构框图如图5所示。通过在家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连接在一起，用户可以通过远程监控系统完成对家电的远程遥控，例如用户可以在回家之前半小时打开空调，这样回家的时候就可以直接享受适合的室温，从而给用户提供更加舒适、方便和更具人性化的智能家居环境。

图5 家用无线传感器网络环境监控系统结构框图

2、矿井安全监控

矿井利用无线传感器网络实现井下安全监控的系统结构框图如图6所示。传感器节点负责井下多点数据采集，主要包括CO、瓦斯、风速和气压等参数，通过井场监控终端（基站）和地面基站传送给后台监控中心。后台监护人员通过该监测系统可及时、有效、全面的掌握矿井情况，有利于矿井实施指挥调度、安全监测，从而可以有效的防止矿井事故的发生。

图6 矿井无线传感器网络环境监控系统结构框图

3、生态环境监测

传感器网络在生态环境监测方面的应用非常典型。美国加州大学伯克利分校计算机系Intel实验室和大西洋学院（The College of the Atlantic, COA）联合开展了一个名为 “in-situ”的利用传感器网络监控海岛生态环境的项目。该研究组在大鸭岛（Great Duck Island）上部署了由43个传感器节点组成的传感器网络，节点上安装有多种传感器以监测海岛上不同类型的数据。如使用光敏传感器、数字温湿度传感器和压力传感器监测海燕地下巢穴的微观环境;使用低能耗的被动红外传感器监测巢穴的使用情况，系统的结构框图如图7所示。

图7 生态环境无线传感器网络环境监测系统结构框图

五、 推行物联网存在的主要问题

1）海量数据处理技术

物联网系统是一个综合的应用，除了大量不同类型传感器的实时信息外，还包括数据量最大的视频监控信息。如何压缩存储、分类处理，分析统计、智能协同，高效快速地将用户需要的信息分析结果呈现在用户面前，涉及到海量数据处理技术的应用。它不但对所使用的数据库工具的要求高，更要根据信息需要，搭建先进的软件工程架构、合理配置处理权限、优化处理流程和算法、才能满足物联网系统对数据处理的要求。

2）传感器误报

由于所有的紧急信号和事件分析资料会在第一时间通过无线平台发送到各级管理人员和领导手机上，为了防止传感器出问题时的误传误报给大家带来不必要的麻烦，需要采取相应的技术措施。目前的思路是在终端实施“多传感关联信息综合判别”，在后台实施“实时传感器数据正常性分析”，分辨正常的紧急信号和不正常的、不合理的紧急信号。前者由无线平台报警，后者进行跟踪分析或修复。避免出现工作干扰和可信度降低的情况。

3）自组织网络技术

物联网的一个显著特点就是节点的移动性和自组织性。对自组织组网技术的研究非常必要。自组织网络可在没有网络基础设施（如基站）的环境下完成组网，节点之间可直接进行信息交互，也就是每个节点具有主机和路由器的功能。对自组织网络研究的热点集中在网络层的路由技术，路由的优劣直接影响着整个网络的数据传输效率。项目研究的重点是根据网络传输数据的特点，选择合适的自组网协议，根据实际情况适当地改进现有协议以达到最佳状态。

4）安全问题

在物联网中，传感网的建设要求RFID标签预先被嵌入任何与人息息相关的物品中。可视人们在观念上似乎还不是很能接受自己周围的生活物品甚至包括自己时刻都处于一种被监控的状态，这直接导致嵌入标签势必会使个人的隐私权问题受到侵犯。因此，如何确保标签物的拥有者个人隐私不受侵犯便成为射频识别技术以至物联网推广的关键问题。而且如果一旦政府在这方面和国外的大型企业合作，如何确保企业商业信息，国家机密等不会泄露也至关重要。所以说在这一点上，物联网的发展不仅仅是一个技术问题，更有可能涉及到政治法律和国家安全问题。

5）产业链条

和美国相比，国内物联网产业链完善度上还存在着较大差距。虽然目前国内三大运营商和中兴华为这一类的系统设备商都已是世界级水平，但是其他环节相对欠缺。物联网的产业化必然需芯片商、传感设备商、系统解决方案厂商、移动运营商等上下游厂商的通力配合，所以要在我国发展物联网，在体制方面还有很多工作要做，如加强广电、电信、交通等行业主管部门的合作，共同推动信息化、智能化交通系统的建立。加快电信网，广电网，互联网的三网融合进程。产业链的合作需要兼顾各方的利益，而在各方利益机制及商业模式尚未成型的背景下，物联网普及仍相当漫长。