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无线传感网络, RFID射频识别以及物联网

来源: | 发布时间:2016-8-25 11:46:43 | 浏览次数:

 结合无数具有IP功能的装置、RFID电子标签、无线传感网络、机器对机器(M2M)通信、iPhone手机应用程序、空白电视频段及云端运算,便能够具体实现物联网(IoT, Internet of Things)。


  市调机构Gartner公司最近已将物联网纳入其炒作周期(Hype Cycle)报告,这表示该项技术成为大众媒体的热门话题且呈现上升趋势。撇开炒作的部分,物联网技术在许多情况下都已具备商业上的可行性,使数百万计的人们生活更轻松、更安全,也更环保。

  无线传感网络, RFID射频识别以及物联网

   从2012年起,物联网将深入嵌入式装置、数据、带宽及服务中并成为重要趋势。我们将在各式各样不同的创新中,目睹物联网的第一波浪潮,可能就在我们家中,也可能在办公室、工厂、仓库及医院里,甚至可能在城市公共建设、交通建设及农业中实现。

  现在,我们已拥有能连接因特网的智能手机、计算机、平板计算机、电视、机顶盒、游戏机、家电、安全系统、智能型电表、个人医疗器件,还有自动贩卖机;等等。无数消费类商品内嵌有方便库存管理用的RFID电子标签。在即将到来的物联网开发浪潮中,我们将看见这些网络连接装置彼此链接,成为真正的智能型居家、智能型工厂、智能型电网与智能型城市。物联网专家表示,因特网在2020年之前将可支持约500亿个装置节点。

  物联网这个构想,早在因特网初期就已存在。而物联网一词,则是进入本世纪时才首次出现,当时定义为-装有RFID之物体所形成的网络,目的是为了方便识别及追踪。多年来,物联网几经演化,所有能以无线方式连结上网的装置,都被纳入其范畴。这些连结可以是装置与人(或人与装置)之间的,也可以是M2M。因此时至今日,物联网与无线传感网络几乎已成为同义词。

RFID高频工作原理.jpg

  无可否认,某些物联网应用的确存在着一种酷元素。想想看,有一大堆Apple iPhone应用程序都能让用户以触摸方式,从远程监视并控制安全、空调及照明系统。Verizon、Cisco与Google也都各自提出了自己的无线家庭网络计划,而IBM也着手发展多种物联网解决方案。Google去年的Android@Home技术展示获得了不少媒体关注,该技术是利用Android智能手机,来控制以Synapse的SNAP网状网络协议为基础所构建而成的无线LED照明网络。

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  一般来说,无线传感网络的应用可依传输范围及传输速率来分类:

  家庭局域网的传输范围相对较小,但支持中至高传输速率。而其应用包括安全系统、照明及空调控制及居家多用途监控系统等。

  工业控制与工厂自动化部分,则使用距离约数公里的中等无线传输范围,以及低至中的传输速率。

  城域网和公共建设方面的应用,比如桥梁监控、铁路及交通灯等,都需要大范围的无线网络,通常超过数十公里,并搭配低传输速率。广域传感器网络也可应用在某些特殊地方,例如追踪牲畜和感应森林火灾等。

  Wi-Fi具有高传输速率,虽然在居家环境中已无所不在,但他是相对较昂贵且耗电的传输协议。Sub-GHz和ZigBee协议其实更适合家庭自动化。另外业界对于以6LoWPAN(IPv6低功率无线个人区域网络)类型的IP为基础的协议栈来处理家庭局域网络的方式,也越来越受欢迎。

  在中等传输范围的工业市场中,我们将看到WirelessHART技术在传感器网络用的2.4 GHz带宽被持续运用。WirelessHART对工业控制来说极具魅力,因为他具有自我修复网状网络架构,可支持五个九可靠性标准。

  大范围的无线传感网络则带来了一个有趣的挑战,而这个挑战将由一种突破性技术来克服,这种技术就叫电视空白频段(TV white space)-在某些地区,模拟电视频段已不再使用,故可做为空频段让无线传输服务使用。电视空白频段提供了绝佳的传输范围和传输速率,速率可达16Mbps,距离可至10公里,以至于有些人将之称为专为农村宽带设计的超级Wi-Fi(Wi-Fi on steroid)。由于电视空白频段是免费频段,所以对主要服务供应商和物联网技术创业者来说,都极具吸引力。

  位于英国的新公司Neul(法文的云)是个值得注意的电视空白频段技术先驱。Neul极富远见的解决方案,是利用邻近数字广播的空白频段(亦即在400至800MHz范围内的无执照无线电频段)来进行M2M通信。目标应用包括智能型电表、资产追踪、销售点终端(POS)及家庭自动化等。电视空白频段网络确实可施行,他是进行中的技术,而欧洲和美国都已进入试验阶段。

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  没有一种无线技术能提供万灵丹给物联网。每种技术都将依据不同的传输范围、传输速率和成本需求,分别服务不同的应用。令人振奋的好消息是,物联网所用的基础元素已经上市:纳安电流等级(nano-amp)省电型单片机和无线MCU、低功耗RF器件,以及MEMS和以CMOS为基础的传感装置,可用来检测压力、移动、温度、湿度和燃气。若无线传感器无法由电力线供电,又不可能使用电池时(通常发生在大范围的公共建设应用上),能量收集技术便能派上用场,以提供持续性的电力来源。

  无线传感网络的急剧成长和物联网解决方案,将驱动网络上的大量数据流通,因此需要更大的带宽,并扩展云端运算。无线传感网络是我们生活中不可或缺的一部分。各式各样IP功能的传感器,正开始通过无线技术,以一种有意义的方式彼此连结。迅速崛起的无线、传感及信号处理技术的汇聚,终将使物联网成真。



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