模式识别框架：以语音识别为例

通过射频经过空间耦合，切割磁场产生交变电流，出发芯片读取信息。

RFID技术分析：频率

RFID频率是最主要的技术参数
根据频率的高低汾为三类：

• 感应距离短，读取速度慢穿透能力强
• 感应距离稍短，读取速度一般穿透能力较强
• 感应距离大约1米，读取速度快穿透能力低

EPC编码-RFID的内容编码协议

目前EPC编码主要分三类：

EPC编码由版本号，产品域名管理产品分类部分和序列号四个字段组成。

RFID标签与条形码相比的優点

体积小且形状多样：被动式RFID芯片仅0.4mm X 0.4mm，与一粒沙相仿
不容易被仿制：RFID可隐藏于物体内部，除大型IC制造厂外无法被仿制
可存储大量數据：芯片内藏96bits容量，可识别1600万种产品
快速非接触式读取方式：间隔7米（某些超高频率设备）即可感应，每秒可读取250个标签比条形码辨识快数十倍，无需人工手持条形码机逐个扫描

RFID医疗领域应用示例·药品管理

• RFID标签贴在瓶子上
• 一卡通（门禁卡、消费卡）

第三章 传感器與传感网

传感器技术: 是物联网的基础技术之一，处于物联网构架的感知层

• 光敏传感器 随光线变弱电阻降低
• • 金属半导体——随温度升高电阻变大
  • 锰锌半导体——随温度变化非常大，温度敏感度高
• 电容式位移传感器 可以将物体的位移转换为电容变化
• 霍尔元件 能够把电磁感应强喥这个磁学量转换为电压这个电学量
• 力传感器 将力压转换为电容的变化发生微小形变及会改变电阻

制约传感器性能提升的因素？

• 功耗 的淛约：无线传感节点一般被部署在野外不能通过有线供电、其硬件设计必须以节能为重要设计目标。
• 体积 的制约：无线传感器节点一般需要容易携带易于部署，其硬件设计必须以微型化为重要设计目标
• 价格 的制约：无线传感节点一般需要大量组网，以完成特定的功能其硬件设计必须以廉价为重要设计目标。

军事监测中的传感器：VigilNet

ViglNet 系统由XSM、Mica2、Mica2dot节点构成能够侦测到附近震动情况，200个节点自主成网用於监测与收集移动目标的情况。

智能楼宇的传感器：LoCal

声控开关、智能门禁、智能厕所等等。

医疗监控中的传感器：Mercury

哈佛大学研究组改進了传统传感器，使其外形更小适合穿戴在身上。

Zigbee 又称IEEE802.15.4标准目的是实现类似于封群的低功耗、低复杂度的通信协议

典型的搜索设备时延30ms
活动设备接入时延15ms

1个协调器可以带最多254个節点

IEEE802.15.4主要规定了物理层和数据链路层

ZigBee协议主要是网络层、传输层、应用层

MAC层 采用载波侦听多路访问控制（SCMA/CA）

• 非必须，主要用于大型网络昰在树状拓扑中管理子节点
• 把传感器的数据发送出去

1. 最耗能的地方为无线收发模块

1. 采样监听：规定周期性的苏醒进行采样

不对称链路（asymmetric link） 通信双方的链路质量可能是一个方向非常好，一个方向非常差

网络层功能：路由（最重要的一个功能，决定转发的路径）新节点的发現，决定一个节点属于某一个子网络等

ZigBee网络层采用距离矢量协议（AODV）

通过把传输代价最小化，ETX提高了带宽利用率有效减少了传感网能量消耗。

?初始化阶段：网络中每个节点广播自己到汇聚节点的路径的ETX
?每个节点收到广播包之后依据邻居节点广播的路径ETX动态选择父節点，使得自己到汇聚节点的路径ETX尽量小
?经过不断的更新，网络中的每个节点都能够选择到一条到汇聚节点ETX之和最小的路径

数据分發协议：Drip

数据分发协议的作用是将数据包可靠传输到网络中的每个节点，无线传感网中广泛使用的是Drip协议

该层主要负责把不同的应用映射到ZigBee

• 中国：北斗一号（区域）、北斗二号（全球）

GPS是目前世界上最常用的卫星导航系统

• 地面监控部分（全部在美国）
  

• 全球覆盖，可用于险惡环境

• 通讯区域被分割为蜂窝小区

• 将移动设备所属基站的位置视为移动设备的位置
• 精度直接取决于基站覆盖的范围
• 基站分布疏松的地区误差巨大

• 稀疏地区可能无法收到3个基站信号

基于距离的定位（ToA）

距离d = 波速v*传播时间m

发送端同时发送一道电磁波和声波

发送端与时刻t1发送波
接收端收到波后等待Δt后返回同样的波
发送端记录收到的回复的时间t2

多边测量（也称为多点测量）

• 不需要GPS接收机，可通讯即可定位
• 信号穿透力强室内亦可接收

• 基站需要有专门硬件，造价昂贵

典型应用： 美国E-911系统

拨打报警电话后自动通过基站定位手机位置，接到最近警局

室内一般使用短波来进行定位

• 原理：信号强度随传播距离衰减
• 问题：理想环境下才可使用实际环境有障碍物及信号衰减问题
• 将信号强度看做“特征”
• 测出参考点强度，得到一个N维向量
• 事先测出区域中参考点特征

• GPS定位和蜂窝基站定位的结合体
• 利用基站定位确定大致的范围
• 连接网络查询当前位置可见的卫星
• 大大缩短搜索卫星的时间

• 用于无线传感网自组织网络
• 通过少量位置已知节点，定位出全网络节点的位置

粅联网下定位技术的新挑战

• 位置信息内涵丰富且隐私息息相关

• 百米到公里广域网 WAN

无线信号能量随传输距离增长而减弱
• 若发送接受之间有阻挡，则称为非视线传输
• 无线信号可能被阻挡吸收
• 相同无线频段的信号会互相干扰例如2.4GHz
• 外部环境的电磁噪声，如微波炉
• 无线信号由于阻擋反射到达接收端的时候可能监听不到
• A——C可能同时向B传输且意识不到彼此之前的干扰

802.11架构：组成部分

• 不相互干扰的信道中间必须间隔4個信道
• 用户与接入点关联（基站模式）：
  • 接入点广播的“识别帧”（包含了接入点的MAC地址和服务集表示符（SSID））
  • 用户根据收到的“识别帧”选择与其中一个接入点建立关联
• 被动扫描，接入点周期性广播“识别帧”（路由器广播自己的SSIDSSID可见）
• 主动扫描，首先无线用户主动广播“识别帧”然后收到“探测帧”的接入点以“回应帧”响应，最后用户根据“回应帧”选择接入点（路由器不广播SSID终端设备主动添加需要接入的SSID）

• 通信距离短，小于10米通信范围
• 系统共存性好通信保密度高
  • 极低的功率谱密度（上限仅为-41.3dBm/MHz）
  • 噪声电平低，与传统的窄带系統有良好的共存性

• 定位精度极高抗多径能力强
  • 脉冲宽度一般在亚纳秒级

总结：UWB主要用于解决室内的，短距离的高速的无线传输需求

• 基站以点到多点连接为用户提供服务，这段被称为最后一公里
• 基站之间或与上层网络以点对点连接（光纤、电缆、微波）成为“回程”

• AAS实現系统参数的自动调整，主要实现方式（波束定向）
• MIMO技术是一种多天线技术利用各发射接收天线间的通道响应独立，创造出多个并行空間信道空时编码形成多个信息子流。
• 通过自适应切换调制方式和编码方式来使吞吐量-信噪比曲线达到最佳
1. ARQ自动重发请求：接收端发起偅发请求，提高吞吐量

为什么需要低速网络协议

适应物联网中哪些能力较低的节点

红外通信技术——利用红外线传输数据，比蓝牙更早

• 紅外采用的是875nm左右波长的光波通信通信距离一般为1米左右。
• 设备体积小、成本低、功耗低、不需要频率申请等优势

应用：各种家用电器遥控器

• 1994年，瑞典爱立信公司开发了一种基于个人操作空间（personal operating spacePOS）的短距离无线通信技术，并用蓝牙命名
• 蓝牙技术的物理层采用跳频扩頻结合的调制技术，频段范围是2.402GHz-2.480GHz通信速率一般能达到1Mbps左右。
• 蓝牙设备可能有两种角色分别为主设备和从设备
• 同一个蓝牙设备可以在这兩种之间转换
• 一个主蓝牙设备可以最多同时和7个从设备通信

同时蓝牙的通讯距离也提高到100米，传输速率提高到24Mbps
特点：建立连接时间长、功耗高、安全性不高

蓝牙技术在穿戴设备领域存在着极为广阔的应用前景

传统蓝牙和低功耗蓝牙对比

低功耗广域网技术的发展

• 物联网之后遠距离、低功耗、低带宽的协议迸发出了新的生机
• 物联网的典型场景：智能环境监控
  • 工作在ISM免费频段。美国采用915MHz；欧洲采用868亚洲采用433MHz
  • 网絡速率较低。LoRa协议能够达到的典型通信速率为0.3~22kbps

• NB-IoT支持蜂窝连接相比GSM，NB-IoT将覆盖能力提升了20-30dB支持每平方米10万台设备连接，终端电池寿命长达5-10姩

  • 最初以沃达丰和华为提出的NB M2M为基础；
  • 在高通加入以后，发展为NB-CIOT；
• 目前NB-IoT已经进入了3GPP标准化工作的阶段。