大题范围

物联网发展的关键技术

  • 自动识别技术，尤其是RFID技术
  • 传感技术，尤其是纳米与微机电技术
  • 网络技术，无线传感网和无线、移动通信
  • 分布式数据处理技术，海量数据存储与挖掘、云计算等
  • 嵌入式技术

RFID工作原理，RFID系统的分类

原理

在产品中嵌入电子标签，通过射频信号自动将产品信息发送给读写器进行识别。RFID技术涉及射频信号的编码、调制、传输和解码等多个方面。

分类

分类方法 分类结果
按工作方式 全双工、半双工、时序系统
按工作频率 低频系统、高频、超高频、微波
按距离 密耦合、遥耦合、远距离

按工作方式划分

全双工、半双工、时序系统

  1. 【全双工】【半双工】
    需要分开读写器的信号和标签的信号
    能量传输的过程是连续的，和传输方向无关
  2. 【时序系统】
    读写器辐射出的电磁场短时间周期性的断开，这些间隔被电子标签识别出来，并被用于从电子标签到读写器的数据传输。
    缺点是，在读写器发送的间隙，电子标签的能量供应中断，必须通过装入足够大的辅助电容器或辅助电池进行能量补偿。

按工作频率划分

低频系统、高频系统、超高频系统、微波系统

低频系统

频率范围:30~300kHz
典型频率:125kHz 133kHz
特点:标签一般无源；低速；天线匝数多，成本高
识别距离:近距离识别

高频系统

频率范围:3~30MHz
典型频率:13.56MHz 27.12MHz
特点:一般也无源；速度有所提高；常用于电子车票、电子身份证等领域
识别距离:小于1m

超高频与微波系统电子标签

典型频率:433.92M,862(902)~928M; 2.45G,5.8G
特点:433.92M,862(902)~928M多为无源标签，2.45G,5.8G多为有源标签。
识别距离:工作在远场区，1米以上，多为4~7米，最多10米以上

按距离划分

密耦合：0~1cm
遥耦合：1m
远距离：1~10m，有时更远

传感器的定义、组成结构和功能

定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置
组成结构：

  1. 敏感元件：
    能直接感受被测量（一般为非电量）并输出与被测量成确定关系的其他物理量的元件。
  2. 转换元件：
    能将感受到的非电量变换为电参量的器件称为转换元件。
  3. 转换电路（非必须）：
    将转换元件输出的电参量转换成电压、电流等便于测量或传输的电量的电路。

功能：感受被测信息并传送出去，是实现自动检测和自动控制的首要环节。

WSN与物联网、互联网的关系

物联网就是将WSN与和联网、移动通信网络融合在一起，使WSN能够借助这两种传统的网络传递信息，从而利用传感信息实现应用的创新。WSN与互联网的异构性决定了WSN无缝接入互联网的难度。

ZigBee技术的特点和性能指标，比较优势

Zigbee技术特点

  • 省电：
    节点大部分时间处于睡眠状态，当需要发送数据时，Zigbee可以在15毫秒内由睡眠状态进入工作状态
  • 廉价
  • 可靠：Mac层就有确认机制
  • 时延短：
    15毫秒由睡眠状态进入工作状态；蓝牙需要3～10s、WiFi 需要3 s
  • 网络容量大： 254个子节点，全网最多65000节点
  • 安全保障：AES - 128加密算法

性能指标

基于IEEE 802.15.4标准（个域网标准），ZigBee适合由电池供电的无线通信场合，ZigBee无线设备工作在公共频段上（全球2.4GHz，美国915MHz，欧洲868MHz），传输速率为20 ~ 250kbit/s，传输距离为10 ~ 75m。

比较优势

低速率、低功耗、低价格
没有指定组网的路由协议，为用户提供了更为灵活的组网方式

数据融合的作用

  • 节省能量：数据融合对冗余数据进行网内处理，降低数据传输能耗
  • 获得更准确的信息：通过监测同一对象的多个传感器所采集的数据进行综合，来有效地提高信息的精度和可信度。
  • 提高数据收集效率：减少了需要传输的数据量，减轻网络的传输拥塞，降低数据的传输延迟。也可以减少数据分组个数，减少传输中的冲突碰撞现象，提高无线信道的利用率。

常见的无线IP接入技术

无线IP接入技术分为两种：短距离（利用无线局域网和无线个域网）和长距离（利用公用移动通信网络）

短距离

短距离无线IP接入技术是利用无线局域网和无线个域网作为接入技术，适合短距离无线通信的应用场合。
IEEE 制定的短距离无线传输技术标准有 WLAN(TEEE 802.11,即 Wi-Fi)、蓝牙(EE 802.15.1)、UWB(IEEE 802.15.3a)和 ZigBee(IEEE 802.15.4)等。这些无线传输技术的快用场合不同，其中 Wi-Fi 用于组建无线的计算机局域网，蓝牙为设备之间的数据传输提供一条无线数据通道，UWB 用于连接高速多媒体设备，ZigBee 用于传感器网络。
Wi-Fi、蓝牙和 UWB 是典型的无线局域网和无线个域网组网技术，可用于组建计算机同络或无线传感器网络，也可以作为无线IP接入技术与互联网无缝连接。传统 ZigBee的协议栈与 TCP/IP不同，不能用作无线IP接入技术，但最新推出的ZigBee 3.0兼容IP，可以与互联网无缝连接。

长距离

长距离无线IP接入技术通常是利用公用移动通信网络接入到互联网中，具体的技术标准由IEEE制定的WiMAX（IEEE 802.16）、MBWA（IEEE 802.20），以及ITU-T制定的2G、2.5G、3G、4G和5G移动通信网等。

搜索引擎在物联网环境下的特性

物联网的搜索引擎面对的是由传感器自动生成的快速变化的信息，和基于web的网页搜索服务在数据形式、时效性和存储检索方法等方面均存在较大差异，具体体现在如下特点：

  1. 搜索内容的时空性强。有很强的区域性（只需在指定区域内查找）和时效性（实时或预测的数据才有意义）。
  2. 实体搜索。物品和移动终端这些信息源的处理能力和带宽有限，必须采用轻量计算技术。搜索实体的位置是物联网搜索引擎必须提供的服务。
  3. 查询输入方式多样。具有识别不同用户表达方式的查询语句的功能，能够处理自然语言，方便查找实体。
  4. 安全和隐私问题。传感器资源受限，实现安全管理更困难。
  5. 多媒体搜索。应该能为用户提供文本、音频和视频等多媒体信息。