编者语:国内传感网的产业化进程正逐渐加速,在智能电网、智能交通、防入侵、水质检测、公共安全等领域具有巨大的产业化需求。少数发达国家的传感网技术正进入我国金融、电力、医疗、城市管理、交通运输等重要领域,这将对我国经济和国防安全带来隐患。推进传感网技术的突破与标准化,加快形成自主的传感网核心技术和技术体系,是保障国家公共安全和经济安全的重要基础,是推动自主产业发展、促进产业结构调整和推进两化融合的迫切需要。
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传感网可以使人们在任何时间、任何地点和任何环境条件下获取大量翔实、可靠的信息,真正实现“无处不在的计算”理念。它是信息感知和采集的一场革命,将进一步推动计算机、互联网、移动通信的发展和融合。
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传感器网络的最初定义是由若干具有无线通信能力的传感器节点自身组织构成的网络。近年来,随着互联网技术的进步、多种接入网络以及智能计算技术的发展,传感器网络的内涵和外延都发生了显著变化。现在的传感器网络是指以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务,以网络为信息传递载体,实现物与物(物与人、人与物)之间的信息交互,提供信息服务的智能网络信息系统,即通常所称的传感网。plcjs.技.术_网
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传感网可以使人们在任何时间、任何地点和任何环境条件下获取大量翔实、可靠的信息,真正实现“无处不在的计算”理念。它是信息感知和采集的一场革命,将进一步推动计算机、互联网、移动通信的发展和融合。WWW_PLCJS_COM-PLC-技.术_网
传感网涉及七项关键技术
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传感网需要实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,传送到需要这些信息的用户。传感网的特点使其设计方法不同于其他计算机网络(包括互联网),需将网络传输,数据采集、处理、管理等技术紧密结合,实现一个高性能、以数据为中心的网络系统,为用户或观察者提供一个有效的感知数据空间或感知数据库管理和处理的系统,使用户可自如地通过传感网进行感知数据的管理和处理。传感网涉及技术众多,从功能结构的角度看,其抽象模型包括如下组成部分:
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1.数据采集WWW※PLCJS_COM-PL#C-技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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数据采集模块的功能为监测感知对象、采集感知对象的信息、传输发布感知信息以及进行初步的信息处理。它是以传感器集合为核心,包括每个传感器的软、硬件资源,如感知器件、传感器接口、嵌入式处理器与存储器、通信器件、嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等。作为一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件,数据采集包括压力、温度、湿度、流量、加速度、水平、电磁传感器、射频标签(RFID)及二维条码等多种类型。WWW_PLC※JS_COM-PmLC-技.术_网
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2.传输和组网WW.W_PLC※JS_C,OM-PL,C-技.术_网
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传感网是以数据为中心的网络,传输和组网模块是传感网实现传感器与传感器、传感器与用户之间的通信,并进行有效率的组网和网络管理的重要传输功能单元。在设计上必须考虑能满足能量有效使用,具有可扩展性、鲁棒性和安全性,提供QoS支持,分布式的自组网技术等性能要求。WWW_P※LCJS_CO※M-PLC-技-.术_网
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3.网络融合WWW_P※LCJS_CO※M-PLC-技-.术_网
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网络融合是指专注于探测和收集环境信息的传感网与具有较强传输、数据处理和存储能力的现有网络技术设施(如TD等移动通信网络)的融合,能够为大型的军事应用、科研、工业生产和商业交易等领域提供一个集数据感知、密集处理和海量存储于一体的强大的操作平台。WWW_P※LCJS_COM-PLC-)技.术_网
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4.协同信息处理WWW_PLCJS※COM-PLC-技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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作为传感网后端对信息进行协同处理的重要技术和传感网的中枢神经系统,云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展。其基本原理是使计算分布在大量的分布式计算机上,而非本地计算机或远程服务器中,这使得用户能够将资源切换到需要的应用上,根据需求访问计算机和存储系统。面向服务的体系架构(SOA)是一种建立应用系统的架构模式,其特征是松耦合、允许合成。根据SOA原则建立一个数据中心基础设施其实就是云计算。因此,云计算是一个面向服务的基础设施,它采用了SOA的架构原则并且把这个原则应用到了这个基础设施。WWW_PLCJ-S_COM-PLC-技.术_网(可-编程控-制器技术-门户)
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5.信息资源和服务描述处理P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
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信息资源和服务描述包括用于确定传感网中特定信息资源对象唯一身份的标志技术,用于命名和定位网络资源的目录服务,以及通过特定协议获取目录服务特定信息的解析服务过程等技术。在传感网系统架构中,信息资源和服务描述起到了连接数据采集设备和服务应用的纽带的作用。WWW※PLCJS_COM-PL#C-技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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6.数据管理WWcW_PLCJS_COM-PLC-技.术_网
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数据管理包括结构化数据管理和非结构化数据管理,又称为数字内容管理。通过传感网获取的包括视频、音频、图像、水纹地质、气象天文的,或用于交通、银行、机场防侵入的海量信息,将通过数字内容管理手段被智能感知、传播和处理。数字内容管理的过程涵盖了数字内容活动的全过程,包括内容的产生、记录、传播、收集、处理、存储、检索、传递、分析、选择、评价、利用、销毁等。通过数据挖掘、模式识别等数据管理手段对感知到的信息进行进一步分析、处理、挖掘和加工,从而支持传感网的全面智能化。WWW_P※LCJS_COM-PLC-)技.术_网
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7.安全技术WWW_PLCJS※COM-PLC-技×术_网(可编程控※制器技术门户)
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传感网具有一般网络信息安全的基本特点,但由于传感器节点本身的处理能力、电源以及通信能力方面的限制,传感网的安全机制设计也面临很多新的挑战,比如物理层的高效加密算法、数据链路层的抗DOS攻击的安全MAC协议、网络层的安全路由协议以及应用层的密钥管理和安全组播等。WWW_PL※CJS_COM-PLC-技.术_网
不同概念体现相同理念
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1.传感网与物联网
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物联网概念最早提出于1999年,其定义很简单,即:把所有物品通过射频识别和条码等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。在早期的概念中,物联网实质上等于RFID技术和互联网的结合应用。RFID标签可谓是早期物联网最为关键的技术与产品环节,当时认为物联网最大规模、最有前景的应用就是在零售和物流领域,利用RFID技术,通过互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。WW.W_PLCJS_COM-PLC-技.术_网
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而最新的物联网概念应该具备三个特征:“一是全面感知,即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息;二是可靠传递,通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递出去;三是智能处理,利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术,对海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制。”(引自中国移动总裁王建宙在2009年ITU世界电信展开幕式上的发言)WWW_PLCJS※COM-PLC-技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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从以上特征可见,现在广泛谈论的物联网概念其实是早期的物联网和无线通信技术、智能计算技术的结合,等同于现在的传感网。有人错误地认为,传感网是物联网的组成部分。这其实是用现在范围扩展后的物联网概念去“装”最初的传感器网络概念,而忽视了传感器网络概念的内涵和外延也在同步演进和发展。经过近十年技术和概念演变后的物联网和传感网,在目标和内涵上并没有本质区别。WWW_PLC※JS_COM-PLC-技.术_网(可编程控※制器技术门户)