解析物联网应用领域的通信技术

无线感知是物物相连的关键

有一个形象的比喻：传感器网络如果是"头"，传感器就是"五官"，而网络则是"大脑和神经"，这可以很形象地概括出传感网的工作原理和过程，即通过多个不同种类传感器的协同和融合对物体进行全面的感知。虽然这种通信技术名为传感器网络，但其关键影响力和价值既不是网络本身，也不是传感器单元，而是能够实现多种方式的综合与判断，是从物体到物体的感知技术。

IEEE的1451工作组(IEEE1451)建立了一个智能传感器即插即用plug-and-play标准，使所有符合标准的传感器能和其他仪器和系统一起工作。这就为无线传通信技术的实现提供了技术基础。

在上海世博会中，传感器网络有多个典型应用，其中最不起眼的一个案例涉及到遍布世博园中的成千上万个垃圾桶。这些垃圾桶被亲切的称作"会说话"的垃圾桶。原来这种垃圾桶能够通过安置在桶壁上的传感器自动感应筒内垃圾的多少，当垃圾装满时，传感器可以实时地将位置信息和报警信号通过无线网络传递到控制中心，并通知附近的保洁人员前来清理。

完整的无线传感器网络可以划分为传感器网络和无线接收与传输网络两部分。传感器网络一般由在空间分布的独立网络节点组成。节点包含有传感器，以监控相关的物理或环境条件，如温度、声音、震动、压力、运动或污染物等。每个节点通常带有无线电收发器或其他无线通信设备，它们发出的信号被无线接收器采集，并通过无线网络把传感数据传输给数据库和其他用户。这样，无线传感器网络就具备了数据感知和收集(DataCollection)、目标跟踪(Objecttracking)以及报警监控(Alarmmonitoring)等功能。

无线传感器网络包含一系列标准，IEEE1451的智能传感器(包括传感器和驱动器)接口标准，界定不同接口的不同标准用来连接传感器和微处理器、仪表系统以及控制异地网络。IEEE1451.5部分是目前很多研发活动的集中点。它规定了能使与1451兼容的传感器和其他设备进行无线通信的技术。

在传统的传感器应用之外，被应用于前端感知感网络的一个被广泛看好的技术是RFID。RFID技术并不是什么新的技术，它是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)传输特性实现对被识别物体的自动识别。

虽然早在20年前，RFID技术就已经被人们认识，但其真正的发展机会还是与物联网的深度融合。因此，近来RFID的发展已经成为多项技术的综合应用，包括芯片技术、天线技术、无线技术、电磁传播技术、数据交换与编码技术等。一套RFID系统由电子标签、读写器和信息处理系统组成。电子标签与读写器配合完成对被识别对象的信息采集功能；信息处理系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。根据工作频率的不同，RFID系统大体分为中低频和高频两类，典型的工作频率为135kHz以下、13.56MHz、433MHz、860MHz～960MHz、2.45GHz和5.8GHz等。不同频率RFID系统的工作距离不同，应用的领域也有差异。低频段的RFID技术主要应用于移动物体识别、工厂数据自动采集系统等领域；13.56MHz的RFID技术已相对成熟，并且大部分以IC卡的形式广泛应用于智能交通、门禁、防伪等多个领域，但其工作距离小于1m。较高频段的433MHzRFID技术被美国国防部用于物流托盘追踪管理；而在RFID技术中，当前研究和推广的重点是高频段的860MHz～960MHz的远距离电子标签，有效工作距离达到3～6m，适用于对物流、供应链的环节进行管理；2.45GHz和5.8GHzRFID技术以有源电子标签的形式应用在集装箱管理、公路收费等领域。

在前端的传感网络，完成了对物体信息的感知和采集之后，相关信息被集中传输到后端的无线传输网络。而在这一部分，各种新旧无线技术应用的丰富程度并不比传感技术逊色。据悉，IEEE目前正在制定无线个人区域网路(即WPAN)的两个标准IEEE802.11和IEEE802.15。

其中，IEEE802.15.4标准正逐渐被接受成为低速率无线个人区域网络(LR-WPANs)物理层和媒体访问控制的标准。另外，无线传感器网领域还有两个基于IEEE802.15.4的工业标准：ZigBee和WirelessHART。ZigBee是一种作为一个开放的全球标准而制定的无线技术，是为解决低成本、低功耗无线传感器网络的特殊需求开发的。该标准充分利用IEEE802.15.4的无线收发器物理层规范，并采用在全球均可经营而无需特殊许可的频率范围：2.400—2.484千兆赫，902—928兆赫和868.0—868.6兆赫；WirelessHART是另一个由HART通信基金会开发的开放标准无线网络技术。该协议采用了时间同步、自我组织和自我修复的网状网络结构。该协议目前支持通过使用IEEE802.15.4标准的无线电媒体并在2.4GHzISM波段操作。

此外，其他行业标准和专有系统也可能作为用于实施无线传感器网络技术的选择。例如，EnOcean是在楼宇自动化领域广泛使用的无线通信系统，也被认为是可能用在无线传感器网络的一种技术，但它目前还没有通过任何公认的标准化机构进行标准化。

Z-Wave是为家庭自动化设计的无线通信专有标准，特别针对在家用和小型商用环境中的遥控应用。该技术采用低功耗无线收发器嵌入或装到家庭电子设备和系统中，例如照明系统、家庭访问控制系统、娱乐系统和家用电器。这项技术已被Z-Wave联盟标准化。Z-Wave联盟是一个国际生产厂商之间的联盟，负责协调Z-Wave产品和设备的兼容性。

同时，一些现有的标准也正在被修改以适应无线传感器网络技术。例如，基于IEEE802.11标准的无线局域网(WLAN)标准、称作WiFi标准、被加入了一种支持低功耗的版本——所谓的低功率WiFi，以用于实现无线传感器网络技术。

在未来，无论是"智慧地球"还是"感知中国"，智能化物联网来都将给人类生活带来颠覆性的变革和巨大的商机。应用将无处不在，而物物之间的通信也将在现有额度基础上实现跨越，传感网、RFID、无线、有线、3G/4G、GPS、移动电信网络、广电网甚至电力网络，跨网络通信的协同和融合将像物与物之间的相连一样，成为一种普遍的承载和更为广义的生态系统。

编看编想：最好的医疗物联网——"躯感网"

物联网在医疗领域的应用被称之为"躯感网"，据介绍，躯感网是指通过移动设备和传感器捕捉人们的生理状态，如体力活动水平、血压、心跳、葡萄糖水平以及其他重要的生命指数，并将这些数据上传到个人电子健康档案中，供医生或个人随时随地进行调阅，从而让医生帮助人们建立健康的生活方式，并提早对疾病进行监控和预防。

传感器是躯感网的前端，它能收集到很多有特征的数据。用于躯感网的传感器一般可分为两种，一种是可以移植到人体之内的；一种是佩戴在体表的，譬如对脉搏、血压、心跳运动的监测。从外观上看，传感器的形态也非常简单，有的传感器类似于手表戴在手腕上，有的则像耳机一样戴在耳朵上，有的放在鞋里，还有的像创可贴一样贴在身体的某个部位上。

另外，传统的健康监控模式，包括日常监测、体检和看病这几大部分。日常监测通常是在家里完成的，家庭中经常备有的医疗监测设备包括：血压计、血糖仪、体重秤、体温计等，它们能帮助人们实现日常的健康监测。但这些设备很少能随身携带，因此只能实现固定位置的健康监控，无法做到随时随地的监测。

随着3G无线技术的成熟与应用，手机和传感器可以通过蓝牙进行连接，手机能够接收到传感器发出的信号。传感器收集到的数据可以传递到手机上，这样人们就可以"拿着手机走到哪儿测到哪儿"。

大量的健康监测数据被收集之后，对其进行分析和使用则依靠躯感网的后端——云计算平台，云计算能够在后端实现一系列数据分析、数据挖掘、数据搜索等工作，在强大的云计算平台支撑下，大量的健康监测数据不需要人工去计算和分析就可以快速转换成实用方便的健康指导信息，并可以随时发送到手机上，提醒人们应该注意哪些问题，从而做到防患于未然。

传感器、3G无线和云计算这三大技术的完美组合，将造就未来躯感网"被广泛应用于人们的生活和保健，彻底颠覆传统的健康模式，实现无所不在的健康监控"的事实，让我们拭目以待。