物物之连——解析物联网的通信技术

　　M2M是无线通信和信息技术的整合，用于双向通信，因此适用范围广泛，可以结合GSM/GPRS/UMTS等远距离连接技术，也可以结合Wifi、蓝牙、Zigbee、RFID和UWB等近距离连接技术，此外还可以结合XML和Corba，以及基于GPS、无线终端和网络的位置服务技术等。

　　从狭义的物联网通信角度看，M2M技术特指基于蜂窝移动通信网络，通过程序控制，自动完成通信的无线终端间的交互通信。一个完整的M2M系统由传感器(或监控设备)、M2M终端、蜂窝移动通信网络、终端管理平台与终端软件升级服务器、运营支撑系统、行业应用系统等环节构成。终端管理平台实现对全网M2M终端的统一的鉴权认证，并可以支持终端远程诊断功能和终端软件的远程自动升级功能，该平台可以全网部署，也可以分区域采用云计算结构。其次，在整个体系架构中，最重要的是M2M的运营平台，以保证所有的信息可靠、安全的从终端侧传输到应用平台侧。平台能够实时监控网络和终端的运营状态，精确地表述故障原因。另外，运营平台需要与开发中间件结合，提供一个面向应用的开放环境，提供已封装的M2M开发环境，开发人员只需要调用API就可以进行开发，最终降低开发的难度，提高开发的效率。同时，运营平台还可以起到网关的作用，简化终端和应用的接入。

　　无线感知是物物相连的关键

　　有一个形象的比喻：传感器网络如果是“头”，传感器就是“五官”，而网络则是“大脑和神经”，这可以很形象地概括出传感网的工作原理和过程，即通过多个不同种类传感器的协同和融合对物体进行全面的感知。虽然这种通信技术名为传感器网络，但其关键影响力和价值既不是网络本身，也不是传感器单元，而是能够实现多种方式的综合与判断，是从物体到物体的感知技术。

　　IEEE的1451工作组(IEEE 1451)建立了一个智能传感器即插即用plug-and-play标准，使所有符合标准的传感器能和其他仪器和系统一起工作。这就为无线传通信技术的实现提供了技术基础。

　　在上海世博会中，传感器网络有多个典型应用，其中最不起眼的一个案例涉及到遍布世博园中的成千上万个垃圾桶。这些垃圾桶被亲切的称作“会说话”的垃圾桶。原来这种垃圾桶能够通过安置在桶壁上的传感器自动感应筒内垃圾的多少，当垃圾装满时，传感器可以实时地将位置信息和报警信号通过无线网络传递到控制中心，并通知附近的保洁人员前来清理。

　　完整的无线传感器网络可以划分为传感器网络和无线接收与传输网络两部分。传感器网络一般由在空间分布的独立网络节点组成。节点包含有传感器，以监控相关的物理或环境条件，如温度、声音、震动、压力、运动或污染物等。每个节点通常带有无线电收发器或其他无线通信设备，它们发出的信号被无线接收器采集，并通过无线网络把传感数据传输给数据库和其他用户。这样，无线传感器网络就具备了数据感知和收集 (Data Collection)、目标跟踪(Object tracking)以及报警监控(Alarm monitoring)等功能。

　　无线传感器网络包含一系列标准，IEEE 1451的智能传感器(包括传感器和驱动器)接口标准，界定不同接口的不同标准用来连接传感器和微处理器、仪表系统以及控制异地网络。IEEE 1451.5部分是目前很多研发活动的集中点。它规定了能使与1451兼容的传感器和其他设备进行无线通信的技术。

　　在传统的传感器应用之外，被应用于前端感知感网络的一个被广泛看好的技术是RFID。RFID技术并不是什么新的技术，它是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)传输特性实现对被识别物体的自动识别。

　　虽然早在20年前，RFID技术就已经被人们认识，但其真正的发展机会还是与物联网的深度融合。因此，近来RFID的发展已经成为多项技术的综合应用，包括芯片技术、天线技术、无线技术、电磁传播技术、数据交换与编码技术等。一套RFID系统由电子标签、读写器和信息处理系统组成。电子标签与读写器配合完成对被识别对象的信息采集功能;信息处理系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。根据工作频率的不同，RFID系统大体分为中低频和高频两类，典型的工作频率为135kHz以下、13.56MHz、433MHz、860MHz～960MHz、2.45GHz和5.8GHz等。不同频率RFID系统的工作距离不同，应用的领域也有差异。低频段的RFID技术主要应用于移动物体识别、工厂数据自动采集系统等领域;13.56MHz的RFID技术已相对成熟，并且大部分以IC卡的形式广泛应用于智能交通、门禁、防伪等多个领域，但其工作距离小于1m。较高频段的433MHzRFID技术被美国国防部用于物流托盘追踪管理;而在RFID技术中，当前研究和推广的重点是高频段的860MHz～960MHz的远距离电子标签，有效工作距离达到3～6m，适用于对物流、供应链的环节进行管理;2.45GHz和5.8GHzRFID技术以有源电子标签的形式应用在集装箱管理、公路收费等领域。