物联网的四大支撑技术（简述总结）

迈不过友情╰ 2022-12-31 02:30 113阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  一、RFID技术
     *  二、WSN/Zigbee技术
     *  三、常见组网技术
     *  四、微机电系统技术

## 一、RFID技术 ##

**1、RFID介绍**  
无线射频识别技术（RFID）技术是作为本世纪最有发展前景的信息技术之一，它是一项自动识别技术。利用射频信号的空间耦合（交变磁场或者电磁场），来实现无接触信息传递，并且通过所传递的信息达到识别目标的目的。  
![01][]图片来自百度科学…

**2、RFID的技术优势**  
（1）无需可视、批量读取，大量RFID标签可被读写器同时、快速、批量读取，一次可读取数百枚甚至数千枚标签，可以识别高速、移动的物体，如火车、公交等。

（2）保存周期长  
RFID标签具有防水、防磁、防腐蚀、耐高温的特点。洗衣行业、动物饲养行业、医疗行业等，都对标签耐用性有较高要求。目前一般的标签保存时间都可以达到几年、十几年甚至几十年。

（3）高容纳力，电子标签可存储更多信息，如生产日期、入库日期等，还可反复改写，重复使用。  
读取后的数据即时上传系统，加以处理，还可实现对产品的追根溯源。现实生活中RFID成为溯源系统的核心技术。

（4）全球唯一性，不可复制。  
每个RFID标签都是唯一的，在生产标签过程中，便已将标签与商品信息绑定，所以在后续商品流通、使用过程中，这个标签都是唯一代表所对应的那一件商品。

（5）高安全性  
RFID标签的核心技术之一是芯片，众所周知芯片开发的难度之大，造价之高。对于造假者而言，复制成本太高，且难以突破技术关卡。

（6）读取距离远，根据读写器的功率和天线的增益率，读取距离可从几十厘米到几米不等;现在远距离可以达到几十米以上。因为可以精准定位到厘米级，所以RFID也是极好的室内定位的有效手段。

**3、RFID的工作原理**  
（1）通常，RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成，其中，读写器一般作为计算机终端，用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通信模块和天线组成的。而RFID卡则是一种无源的应答器，主要由一块集成电路（IC）芯片和外接天线组成的。RFID芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路。

（2）RFID的工作原理简单来说就是：识读器在一个区域发射能量形成电磁场，射频标签经过这个区域检测到识读器的信号后发送存储的数据，识读器接收射频标签发送的信号，解码并校验数据的准确性以达到识别的目的，RFID的工作分为电磁方式和微波方式。

（3）工作流程概括

*  射频识读器经过天线向外发射无线电载波信号。
 *  当射频标签进入发射天线的工作区时，射频标签被激活后便将自身信息经天线发射出去
 *  系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号，经天线的调节器传给识读器。射频识读器对接到的信号进行解调解码，送后台计算机控制器
 *  计算机控制器根据逻辑运算判断射频标签的合法性，针对不同的的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。
 *  .执行机构按计算机的指令动作。
 *  通过计算机通信网络，将各个的监控点连接起来，构成总控的信息平台，然后根据不同的项目可以设计不同的软件来实现不同的功能。

## 二、WSN/Zigbee技术 ##

**1、WSN（Wireless Sensor Networks）**  
无线传感器网络，是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。构成传感器节点的单元分别为：数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元。其中数据采集单元通常都是采集监测区域内的信息并加以转换，比如光强度跟大气压力与湿度等；数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主；数据处理单元通常处理的是全部节点的路由协议和管理任务以及定位装置等。

无线传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。

**2、ZigBee技术**  
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Zigbee技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术。它来源于ZigBee联盟，也就是国际著名的半导体生产商、技术提供商以及一些互联网公司等国内国际知名公司制定的一项技术。

它主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

**3、ZigBee的技术优势**  
（1）低成本：通过大幅简化协议，降低了对节点存储和计算能力的要求，。根据研究以8051的8位微控制器测算，全功能设备需要32K的代码，精简功能只需要4KB的代码，而且ZigBee协议专利免费。

（2）低功耗：工作模式下，ZigBee技术的传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短。其次，在非工作模式情况下，ZigBee的节点处于休眠状态。设备搜索延迟一般为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备接入信道时延为15 ms。由于工作时间较短，收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee节点非常省电。ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右，对于某些占空比（工作时间/（工作时间+休眠时间））小于1%的应用，电池的寿命甚至可以超过十年。相比较蓝牙仅能工作数周，WIFI仅可工作数小时。

（3）短时延：ZigBee响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需要15ms。节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较蓝牙需要3-10秒，WIFI需要3秒。

（4）近距离：ZigBe设备点对点的传输范围一般介于10-100米之间。在增加射频发射功率后，传输范围可增加到1-3km。如果通过路由和节点间的转发，传输距离可以更远。

（5）低速率：ZigBee工作在20-250kbit/s的较低速率，分别提供250kbit/s（2.4GHz）、40kbit/s（915MHz）和20kbit/s（868MHz）的原始数据吞吐率，能够满足低速率传输数据的应用要求。

（6）免执照频段：ZigBee设备物理层采用工业、科学、医疗（ISM）频段。

（7）网络容量大：ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使得它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件：全功能器件（FFD）和简化功能器件（RFD）。对于全功能器件，要求它支持所有的49个参数。而对于简化功能器件，在最小配置时只要求他支持38个参数。

（8）数据传输可靠：ZigBee的媒质传入控制层（MAC层）采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻发送，发送的每个数据分组都必须等待接收方的确认消息，并进行确认信息回复。若没有得到确认信息的回复就表示发生了冲突，将重传一次。采用这种方法可以提高系统信息传送的可靠性。

（9）高安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能。在数据传输过程中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供了足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级的安全级别，器件可以使用接入控制清单（ACL）来防止非法器件来获取数据，在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据传输过程中，采用AES的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法用户。

## 三、常见组网技术 ##

**1、现场总线技术**  
现场总线（Fieldbus）是电气工程及其自动化领域发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。——来源《百度科学》

**2、WiFi技术（Wireless Fidelity）**  
无线网络技术在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网技术，以前通过网线连接电脑，而Wi-Fi则是通过无线电波来连网；常见的就是一个无线路由器，那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网。

**3、蓝牙技术（Bluetooth）**  
蓝牙技术是一种无线数据和语音通信开放的全球规范，它是基于低成本的近距离无线连接，为固定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离无线技术连接。蓝牙使当前的一些便携移动设备和计算机设备能够不需要电缆就能连接到互联网，并且可以无线接入互联网。

蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信。

**4、GPS技术（Global Positioning System）**  
（1）也就是全球定位系统技术，采用最新GPS技术在导航通讯领域的最新应用系统。卫星导航全球性大众化民用，刚刚开始，有百种应用类型。卫星导航的生命期至少还有50年，GPS概念的提出已有三十年，真正应用只有十来年，GPS现代化，GPS III新阶段，延续到2020年。GPS国际协会已统计出GPS的117种不同类型的应用。

（2）原理  
24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。  
由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。

**5、PLC技术（Power LIneCommunication）**  
也就是电力线通信技术，它是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式 。该技术是把载有信息的高频加载于电流然后用电线传输接受信息的适配器再把高频从电流中分离出来并传送到计算机或电话以实现信息传递。

## 四、微机电系统技术 ##

也就是MEMS（ Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。

微机电系统是在微电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。

微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。

常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。

概括起来，MEMS具有以下几个基本特点，微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。

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