你了解物联网的主要技术吗?

发布于:2023-01-22 ⋅ 阅读:(15) ⋅ 点赞:(0) ⋅ 评论:(0)

物联网其实到目前为止也没有一个精确的定义,一般来说,我们认为物联网是传统的互联网向物理世界的一个延伸。通过连接物理世界,使得网络能够更好的为人类服务。物联网能够广泛用在生产和生活的各个方面,产生了如智慧家庭、智慧城市、智慧农业、智慧医疗、智慧环境等一系列相关的应用场景。

传感器网络技术

传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。传感器网络是由各种各样的传感器节点所组成,用以进行信息的收集、传输和处理的网络系统。

作为物联网感知和获取数据信息的重要手段,传感器网络在物联网中发挥着极为重要的作用。无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。

无线传感器网络主要由三大部分组成,包括节点、传感网络和用户这3部分。其中,节点一般是通过一定方式将节点覆盖在一定的范围,整个范围按照一定要求能够满足监测的范围;传感网络是最主要的部分,它是将所有的节点信息通过固定的渠道进行收集,然后对这些节点信息进行一定的分析计算,将分析后的结果汇总到一个基站,最后通过卫星通信传输到指定的用户端,从而实现无线传感的要求。

构成传感器节点的单元分别为:数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元

(1) 数据采集单元,通常都是采集监测区域内的信息并加以转换,比如温湿度、光照度等;

(2) 数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主;

(3) 数据处理单元通常处理的是全部节点的路由协议和管理任务以及定位装置等;能量供应单元为缩减传感器节点占据的面积,会选择微型电池的构成形式。

RFID技术

射频识别(Radio Frequency Identification, RFID),是一种利用无线电波进行信息交换与存储的技术,通过无线射频来对电子标签进行读写,以达到自动识别目标以及信息交换目的。

RFID系统通常由读写器、电子标签与数据管理系统组成,其工作原理一般是由读写器在一定范围内发送无线电射频信号,当电子标签接收到读写器所发射的无线电信号时,就会利用感应电流所获得的能量(无源RFID),或者主动发送无线电信号(有源RFID)将标签芯片内所存储的产品信息发送出去,读写器接收到电子标签所发射的信息并解码后,再将这些数据信息反馈至数据管理系统进行数据处理。

RFID系统主要由标签、阅读器和天线三部分组成。一般由阅读器收集到的数据信息传送到后台系统进行处理。

(1)标签:标签由耦合元件及芯片组成,每个电子标签都具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;每个标签都有一个全球唯一的ID号码——UID(用户身份证明),其在制作标签芯片时存放在ROM中,无法修改,其对物联网的发展有着很重要的影响。

(2)阅读器:阅读器是读取或写入标签信息的设备,可设计为手持式或固定式等多种工作方式。对标签进行识别、读取和写入操作,一般情况下会将收集到的数据信息传送到后台系统,由后台系统处理数据信息。

(3)天线:天线是用来在标签和阅读器之间传递射频信号。射频电路中的天线是联系阅读器和电子标签的桥梁,阅读器发送的射频信号能量,通过天线以电磁波的形式辐射到空间,当电子标签的天线进入该空间时,接收电磁波能量,但只能接收其很小的一部分。

嵌入式系统技术

嵌入式系统一般是用户针对特殊需求而定制的,能够被内部计算机控制的设备或系统。嵌入式系统往往结合了计算机技术、通信技术以及自动化技术,使得传统的机电产品智能化,并具有故障诊断、自动报警以及信息传输和远程控制等多种功能,用以实现产品使用与管理的信息化、智能化。

由于嵌入式系统体积小、功能强且成本较低等,使其广泛应用于智能家居、车联网等领域。嵌入式系统的核心由一个或多个微处理器或微控制器组成,这些微处理器或微控制器经过预编程以执行一些任务。嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的。嵌入式系统需要与应用紧密结合的,它具有很强的专用性,必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。用先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合的知识集成系统。

从应用角度可分为通用型嵌入式操作系统和专用型嵌入式操作系统。常见的通用型嵌入式操作系统有Linux、VxWorks、Windows CE.net等。常用的专用型嵌入式操作系统有Smart Phone、Pocket PC、Symbian等。

按实时性可分为两类:

实时嵌入式操作系统主要面向控制、通信等领域。如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系统软件公司的QNX、ATI的Nucleus等。

非实时嵌入式操作系统主要面向消费类电子产品。这类产品包括PDA、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等。如微软面向手机应用的Smart Phone操作系统。

无线通信技术

物联网中应用的无线电通信技术分为短距离通信技术与广域网通信技术两类 :短距离通信技术主要有Zigbee、Wi-Fi、蓝牙等通信技术,适用于区域范围较小、连接设备较少的场景 ;广域网通信技术主要有LoRa、NB-IoT、4G 等技术,适用于区域范围较广、数据量较大、连接设备较多、使用地区偏远的场景。无线电通信技术在物联网中的广泛应用,使得“物与物”“物与人”之间的信息传输成为了可能。此部分详细介绍见具体我们分别详细的介绍。

(1) 蓝牙,是一种大容量近距离无线数字通信技术标准,其目标是实现最高数据传输速率1Mbps、最大传输距离为10厘米~10米的数据传输,通过增加发射功率传输距离可达到100米。

(2) Wi-Fi,是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术,通常使用2.4G UHF或5G SHFISM 射频频段。

(3) ZigBee技术,是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。广泛的应用于工业和智慧家庭领域。

(4) LoRa,是一种基于物理层实现网络数据通信的技术,支持双向数据传输,符合一系列开源标准。它的网络实现具体解决方案称为LoRaWAN,是由Semtech公司开发的,并由IBM公司支持。Lora可以应用于自动抄表、智能家居和楼宇自动化、无线预警和安全系统、工业监测和控制以及远程灌溉系统等等。

(5) NB-IoT是基于蜂窝的窄带物联网,其构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽。可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖物联网市场,是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。 

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