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感知层是物联网的基础,由具有感知、识别、控制和执行等功能的多种设备组成,通过采集各类环境数据信息,将物理世界和信息世界联系在一起。主要实现方式是通过不同类型的传感器感知物品及其周围各类环境信息。感知层应用的技术有传感器技术.RFID技术、定位技术、图像采集技术等。
在对物理世界感知的过程中,不仅要完成数据采集、传输、转发、存储等功能,还需要完成数据分析处理的功能。数据处理将采集数据经过数据分析处理提取出有用的数据。数据处理功能包含协同处理、特征提取、数据融合、数据汇聚等。还需要完成设备之间的通信和控制管理,实现将传感器和RFID等获取的数据传输至数据处理设备。
传感器
传感网络是由传感器、执行器、通信单元、存储单元、处理单元和能量供给单元等模块组成的以实现信息的采集、传输、处理和控制为目的的信息收集网络。传感网络结构示意图如图2-1所示。
传感网络结构示意图
电源模块主要为传感网络各模块可靠运行提供电能。
上述模块共同作用可实现物理世界的信息采集、传输和处理,为实现万物互联奠定了基础。传感器将软件与硬件相结合,利用嵌入式微处理器以及嵌入式软件,传感器一般具有功耗低、体积小、集成度高、效率高、可靠性高等优点,这些推动了物联网的实现。传感器节点还具有以下特点。
1.电源能量有限
传感器的体积小,携带的电量有限。然而传感器的数目庞大、成本要求低廉、分布区域广,而且部署环境复杂,有些区域甚至于人员不能到达。因此大量应用环境情况下,通过更换电池的方式来补充传感节点的电能代价太高,几乎是不现实。传感器节点的能量主要消耗在无线通信模块上。无线通信模块在发送信号时的能量消耗最大,在空闲状态和接收状态能量消耗小,还可以让传感器处于睡眠状态,这时电能消耗最少。
2.通信能力有限
无线通信的能量消耗与通信距离的关系为E=kdn式中,E是消耗的能量;k是常数;d是通信距离;参数〃满足关系2<n<4,n的取值与天线质量、传感节点的部署环境等因素有关。
由上式可知,随着通信距离d的增加,无线VoIP通信的能量消耗将急剧增加。因此.在满足通信的前提下应该尽量减少单跳的通信距离。由于传感器节点的能量限制和网络覆盖区域大,很多无线传感器网络采用多跳路由的传输机制。
3.计算和存储能力有限