物物之連——解析物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)

　　M2M是無(wú)線(xiàn)通信和信息技術(shù)的整合，用于雙向通信，因此適用范圍廣泛，可以結合GSM/GPRS/UMTS等遠距離連接技術(shù)，也可以結合Wifi、藍牙、Zigbee、RFID和UWB等近距離連接技術(shù)，此外還可以結合XML和Corba，以及基于GPS、無(wú)線(xiàn)終端和網(wǎng)絡(luò )的位置服務(wù)技術(shù)等。

　　從狹義的物聯(lián)網(wǎng)通信角度看，M2M技術(shù)特指基于蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)程序控制，自動(dòng)完成通信的無(wú)線(xiàn)終端間的交互通信。一個(gè)完整的M2M系統由傳感器(或監控設備)、M2M終端、蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )、終端管理平臺與終端軟件升級服務(wù)器、運營(yíng)支撐系統、行業(yè)應用系統等環(huán)節構成。終端管理平臺實(shí)現對全網(wǎng)M2M終端的統一的鑒權認證，并可以支持終端遠程診斷功能和終端軟件的遠程自動(dòng)升級功能，該平臺可以全網(wǎng)部署，也可以分區域采用云計算結構。其次，在整個(gè)體系架構中，最重要的是M2M的運營(yíng)平臺，以保證所有的信息可靠、安全的從終端側傳輸到應用平臺側。平臺能夠實(shí)時(shí)監控網(wǎng)絡(luò )和終端的運營(yíng)狀態(tài)，精確地表述故障原因。另外，運營(yíng)平臺需要與開(kāi)發(fā)中間件結合，提供一個(gè)面向應用的開(kāi)放環(huán)境，提供已封裝的M2M開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)人員只需要調用API就可以進(jìn)行開(kāi)發(fā)，最終降低開(kāi)發(fā)的難度，提高開(kāi)發(fā)的效率。同時(shí)，運營(yíng)平臺還可以起到網(wǎng)關(guān)的作用，簡(jiǎn)化終端和應用的接入。

　　無(wú)線(xiàn)感知是物物相連的關(guān)鍵

　　有一個(gè)形象的比喻：傳感器網(wǎng)絡(luò )如果是“頭”，傳感器就是“五官”，而網(wǎng)絡(luò )則是“大腦和神經(jīng)”，這可以很形象地概括出傳感網(wǎng)的工作原理和過(guò)程，即通過(guò)多個(gè)不同種類(lèi)傳感器的協(xié)同和融合對物體進(jìn)行全面的感知。雖然這種通信技術(shù)名為傳感器網(wǎng)絡(luò )，但其關(guān)鍵影響力和價(jià)值既不是網(wǎng)絡(luò )本身，也不是傳感器單元，而是能夠實(shí)現多種方式的綜合與判斷，是從物體到物體的感知技術(shù)。

　　IEEE的1451工作組(IEEE 1451)建立了一個(gè)智能傳感器即插即用plug-and-play標準，使所有符合標準的傳感器能和其他儀器和系統一起工作。這就為無(wú)線(xiàn)傳通信技術(shù)的實(shí)現提供了技術(shù)基礎。

　　在上海世博會(huì )中，傳感器網(wǎng)絡(luò )有多個(gè)典型應用，其中最不起眼的一個(gè)案例涉及到遍布世博園中的成千上萬(wàn)個(gè)垃圾桶。這些垃圾桶被親切的稱(chēng)作“會(huì )說(shuō)話(huà)”的垃圾桶。原來(lái)這種垃圾桶能夠通過(guò)安置在桶壁上的傳感器自動(dòng)感應筒內垃圾的多少，當垃圾裝滿(mǎn)時(shí)，傳感器可以實(shí)時(shí)地將位置信息和報警信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳遞到控制中心，并通知附近的保潔人員前來(lái)清理。

　　完整的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )可以劃分為傳感器網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)接收與傳輸網(wǎng)絡(luò )兩部分。傳感器網(wǎng)絡(luò )一般由在空間分布的獨立網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)組成。節點(diǎn)包含有傳感器，以監控相關(guān)的物理或環(huán)境條件，如溫度、聲音、震動(dòng)、壓力、運動(dòng)或污染物等。每個(gè)節點(diǎn)通常帶有無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器或其他無(wú)線(xiàn)通信設備，它們發(fā)出的信號被無(wú)線(xiàn)接收器采集，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )把傳感數據傳輸給數據庫和其他用戶(hù)。這樣，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )就具備了數據感知和收集 (Data Collection)、目標跟蹤(Object tracking)以及報警監控(Alarm monitoring)等功能。

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )包含一系列標準，IEEE 1451的智能傳感器(包括傳感器和驅動(dòng)器)接口標準，界定不同接口的不同標準用來(lái)連接傳感器和微處理器、儀表系統以及控制異地網(wǎng)絡(luò )。IEEE 1451.5部分是目前很多研發(fā)活動(dòng)的集中點(diǎn)。它規定了能使與1451兼容的傳感器和其他設備進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的技術(shù)。

　　在傳統的傳感器應用之外，被應用于前端感知感網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)被廣泛看好的技術(shù)是RFID。RFID技術(shù)并不是什么新的技術(shù)，它是一種非接觸的自動(dòng)識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)傳輸特性實(shí)現對被識別物體的自動(dòng)識別。

　　雖然早在20年前，RFID技術(shù)就已經(jīng)被人們認識，但其真正的發(fā)展機會(huì )還是與物聯(lián)網(wǎng)的深度融合。因此，近來(lái)RFID的發(fā)展已經(jīng)成為多項技術(shù)的綜合應用，包括芯片技術(shù)、天線(xiàn)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)技術(shù)、電磁傳播技術(shù)、數據交換與編碼技術(shù)等。一套RFID系統由電子標簽、讀寫(xiě)器和信息處理系統組成。電子標簽與讀寫(xiě)器配合完成對被識別對象的信息采集功能;信息處理系統則根據需求承擔相應的信息控制和處理工作。根據工作頻率的不同，RFID系統大體分為中低頻和高頻兩類(lèi)，典型的工作頻率為135kHz以下、13.56MHz、433MHz、860MHz～960MHz、2.45GHz和5.8GHz等。不同頻率RFID系統的工作距離不同，應用的領(lǐng)域也有差異。低頻段的RFID技術(shù)主要應用于移動(dòng)物體識別、工廠(chǎng)數據自動(dòng)采集系統等領(lǐng)域;13.56MHz的RFID技術(shù)已相對成熟，并且大部分以IC卡的形式廣泛應用于智能交通、門(mén)禁、防偽等多個(gè)領(lǐng)域，但其工作距離小于1m。較高頻段的433MHzRFID技術(shù)被美國國防部用于物流托盤(pán)追蹤管理;而在RFID技術(shù)中，當前研究和推廣的重點(diǎn)是高頻段的860MHz～960MHz的遠距離電子標簽，有效工作距離達到3～6m，適用于對物流、供應鏈的環(huán)節進(jìn)行管理;2.45GHz和5.8GHzRFID技術(shù)以有源電子標簽的形式應用在集裝箱管理、公路收費等領(lǐng)域。