物物之連——解析物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)

　　M2M是無(wú)線通信和信息技術(shù)的整合，用于雙向通信，因此適用范圍廣泛，可以結(jié)合GSM/GPRS/UMTS等遠(yuǎn)距離連接技術(shù)，也可以結(jié)合Wifi、藍(lán)牙、Zigbee、RFID和UWB等近距離連接技術(shù)，此外還可以結(jié)合XML和Corba，以及基于GPS、無(wú)線終端和網(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)線終端間的交互通信。一個(gè)完整的M2M系統(tǒng)由傳感器(或監(jiān)控設(shè)備)、M2M終端、蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、終端管理平臺(tái)與終端軟件升級(jí)服務(wù)器、運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)、行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)等環(huán)節(jié)構(gòu)成。終端管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)M2M終端的統(tǒng)一的鑒權(quán)認(rèn)證，并可以支持終端遠(yuǎn)程診斷功能和終端軟件的遠(yuǎn)程自動(dòng)升級(jí)功能，該平臺(tái)可以全網(wǎng)部署，也可以分區(qū)域采用云計(jì)算結(jié)構(gòu)。其次，在整個(gè)體系架構(gòu)中，最重要的是M2M的運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，以保證所有的信息可靠、安全的從終端側(cè)傳輸?shù)綉?yīng)用平臺(tái)側(cè)。平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和終端的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，精確地表述故障原因。另外，運(yùn)營(yíng)平臺(tái)需要與開發(fā)中間件結(jié)合，提供一個(gè)面向應(yīng)用的開放環(huán)境，提供已封裝的M2M開發(fā)環(huán)境，開發(fā)人員只需要調(diào)用API就可以進(jìn)行開發(fā)，最終降低開發(fā)的難度，提高開發(fā)的效率。同時(shí)，運(yùn)營(yíng)平臺(tái)還可以起到網(wǎng)關(guān)的作用，簡(jiǎn)化終端和應(yīng)用的接入。

　　無(wú)線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)不同種類傳感器的協(xié)同和融合對(duì)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?qū)崿F(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)，使所有符合標(biāo)準(zhǔn)的傳感器能和其他儀器和系統(tǒng)一起工作。這就為無(wú)線傳通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　在上海世博會(huì)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)典型應(yīng)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作“會(huì)說(shuō)話”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(yīng)筒內(nèi)垃圾的多少，當(dāng)垃圾裝滿時(shí)，傳感器可以實(shí)時(shí)地將位置信息和報(bào)警信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(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)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以劃分為傳感器網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線接收與傳輸網(wǎng)絡(luò)兩部分。傳感器網(wǎng)絡(luò)一般由在空間分布的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成。節(jié)點(diǎn)包含有傳感器，以監(jiān)控相關(guān)的物理或環(huán)境條件，如溫度、聲音、震動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物等。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通常帶有無(wú)線電收發(fā)器或其他無(wú)線通信設(shè)備，它們發(fā)出的信號(hào)被無(wú)線接收器采集，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把傳感數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫(kù)和其他用戶。這樣，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就具備了數(shù)據(jù)感知和收集 (Data Collection)、目標(biāo)跟蹤(Object tracking)以及報(bào)警監(jiān)控(Alarm monitoring)等功能。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含一系列標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 1451的智能傳感器(包括傳感器和驅(qū)動(dòng)器)接口標(biāo)準(zhǔn)，界定不同接口的不同標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)連接傳感器和微處理器、儀表系統(tǒng)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(guī)定了能使與1451兼容的傳感器和其他設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信的技術(shù)。

　　在傳統(tǒng)的傳感器應(yīng)用之外，被應(yīng)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(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合(電感或電磁耦合)傳輸特性實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。

　　雖然早在20年前，RFID技術(shù)就已經(jīng)被人們認(rèn)識(shí)，但其真正的發(fā)展機(jī)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(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用，包括芯片技術(shù)、天線技術(shù)、無(wú)線技術(shù)、電磁傳播技術(shù)、數(shù)據(jù)交換與編碼技術(shù)等。一套R(shí)FID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫器和信息處理系統(tǒng)組成。電子標(biāo)簽與讀寫器配合完成對(duì)被識(shí)別對(duì)象的信息采集功能;信息處理系統(tǒng)則根據(jù)需求承擔(dān)相應(yīng)的信息控制和處理工作。根據(jù)工作頻率的不同，RFID系統(tǒng)大體分為中低頻和高頻兩類，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(tǒng)的工作距離不同，應(yīng)用的領(lǐng)域也有差異。低頻段的RFID技術(shù)主要應(yīng)用于移動(dòng)物體識(shí)別、工廠數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)等領(lǐng)域;13.56MHz的RFID技術(shù)已相對(duì)成熟，并且大部分以IC卡的形式廣泛應(yīng)用于智能交通、門禁、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(guó)國(guó)防部用于物流托盤追蹤管理;而在RFID技術(shù)中，當(dāng)前研究和推廣的重點(diǎn)是高頻段的860MHz～960MHz的遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽，有效工作距離達(dá)到3～6m，適用于對(duì)物流、供應(yīng)鏈的環(huán)節(jié)進(jìn)行管理;2.45GHz和5.8GHzRFID技術(shù)以有源電子標(biāo)簽的形式應(yīng)用在集裝箱管理、公路收費(fèi)等領(lǐng)域。