物物之連——解析物聯網的通信技術

　　M2M是無線通信和信息技術的整合，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，也可以結合Wifi、藍牙、Zigbee、RFID和UWB等近距離連接技術，此外還可以結合XML和Corba，以及基于GPS、無線終端和網絡的位置服務技術等。

　　從狹義的物聯網通信角度看，M2M技術特指基于蜂窩移動通信網絡，通過程序控制，自動完成通信的無線終端間的交互通信。一個完整的M2M系統由傳感器(或監控設備)、M2M終端、蜂窩移動通信網絡、終端管理平臺與終端軟件升級服務器、運營支撐系統、行業應用系統等環節構成。終端管理平臺實現對全網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升級功能，該平臺可以全網部署，也可以分區域采用云計算結構。其次，在整個體系架構中，最重要的是M2M的運營平臺，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。平臺能夠實時監控網絡和終端的運營狀態，精確地表述故障原因。另外，運營平臺需要與開發中間件結合，提供一個面向應用的開放環境，提供已封裝的M2M開發環境，開發人員只需要調用API就可以進行開發，最終降低開發的難度，提高開發的效率。同時，運營平臺還可以起到網關的作用，簡化終端和應用的接入。

　　無線感知是物物相連的關鍵

　　有一個形象的比喻：傳感器網絡如果是“頭”，傳感器就是“五官”，而網絡則是“大腦和神經”，這可以很形象地概括出傳感網的工作原理和過程，即通過多個不同種類傳感器的協同和融合對物體進行全面的感知。雖然這種通信技術名為傳感器網絡，但其關鍵影響力和價值既不是網絡本身，也不是傳感器單元，而是能夠實現多種方式的綜合與判斷，是從物體到物體的感知技術。

　　IEEE的1451工作組(IEEE 1451)建立了一個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。這就為無線傳通信技術的實現提供了技術基礎。

　　在上海世博會中，傳感器網絡有多個典型應用，其中最不起眼的一個案例涉及到遍布世博園中的成千上萬個垃圾桶。這些垃圾桶被親切的稱作“會說話”的垃圾桶。原來這種垃圾桶能夠通過安置在桶壁上的傳感器自動感應筒內垃圾的多少，當垃圾裝滿時，傳感器可以實時地將位置信息和報警信號通過無線網絡傳遞到控制中心，并通知附近的保潔人員前來清理。

　　完整的無線傳感器網絡可以劃分為傳感器網絡和無線接收與傳輸網絡兩部分。傳感器網絡一般由在空間分布的獨立網絡節點組成。節點包含有傳感器，以監控相關的物理或環境條件，如溫度、聲音、震動、壓力、運動或污染物等。每個節點通常帶有無線電收發器或其他無線通信設備，它們發出的信號被無線接收器采集，并通過無線網絡把傳感數據傳輸給數據庫和其他用戶。這樣，無線傳感器網絡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。

　　無線傳感器網絡包含一系列標準，IEEE 1451的智能傳感器(包括傳感器和驅動器)接口標準，界定不同接口的不同標準用來連接傳感器和微處理器、儀表系統以及控制異地網絡。IEEE 1451.5部分是目前很多研發活動的集中點。它規定了能使與1451兼容的傳感器和其他設備進行無線通信的技術。

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

　　雖然早在20年前，RFID技術就已經被人們認識，但其真正的發展機會還是與物聯網的深度融合。因此，近來RFID的發展已經成為多項技術的綜合應用，包括芯片技術、天線技術、無線技術、電磁傳播技術、數據交換與編碼技術等。一套RFID系統由電子標簽、讀寫器和信息處理系統組成。電子標簽與讀寫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，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，應用的領域也有差異。低頻段的RFID技術主要應用于移動物體識別、工廠數據自動采集系統等領域;13.56MHz的RFID技術已相對成熟，并且大部分以IC卡的形式廣泛應用于智能交通、門禁、防偽等多個領域，但其工作距離小于1m。較高頻段的433MHzRFID技術被美國國防部用于物流托盤追蹤管理;而在RFID技術中，當前研究和推廣的重點是高頻段的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、供應鏈的環節進行管理;2.45GHz和5.8GHzRFID技術以有源電子標簽的形式應用在集裝箱管理、公路收費等領域。