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中国工程院院士邬贺铨:物联网设计的思考(图)

  邬贺铨,光纤传送网与宽带信息网专家,中国工程院院士。曾任信息产业部电信科学技术研究院副院长兼总工程师、大唐电信集团副总裁、中国工程院副院长。现兼任国家973计划专家顾问组成员、国家信息化专家咨询委员会副主任、中国通信学会副理事长、中国电子学会副理事长、中国下一代互联网示范工程专家委员会主任、国家新一代宽带无线移动通信网重大专项总师、国家物联网标准化专家委员会组长、无锡国家传感网创新示范区咨询专家委员会组长。

中国工程院院士 邬贺铨

  物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种技术集成应用与提升,它将各种感知技术、现代网络技术和人工智能及自动化技术聚合。本文从物联网与通讯网络的互联、对感知层面的布局、对智能平台的要求等三个方面,系统地介绍了物联网设计当中的特点、难点以及应该注意的问题等。
  
  一、物联网与通讯网络的互联
  
  通常来说,互联网是最适合作为物联网的基础网络来承载应用,此时的物联网相当于在互联网上组织特定任务的专用网络,以其说物联网是网络,不如说物联网是互联网的应用拓展。相比互联网的全球性,物联网通常是区域性或是行业性的。物联网以使用传感器、RFID、GPS、CCD相机、红外扫描器、二维码等作为感知元件,需要通过基础网络来实现物与物或人与物的互联,联网的物体是可寻址、可通信和可控制的。物联网上分布着许多的节点,节点首先要实现对外界的感知,并将感知文件上传至系统进行存储、性能评估等;其次,通过定位、数据聚合与挖掘、智能分析等,最终提供可供决策的结果,由决策者执行操作。(见图1)
  
  图1物联网节点的功能

  在物联网逐渐被人们认识并掀起热潮的今天,物联网与通讯网络的关系密不可分,物联网可分为物理层、MAC层、逻辑链络控制层、网络层、传送层和应用层。
  
  物理层是通过低功耗的调制与信号检测、分布与精确同步(基准广播同步),基于睡眠模式的功率管理来支持比特传输。物理层常用的技术标准是IEEE802.15.4,IEEE802.15.4标准仅规范物理层与媒介介入控制子层,物理层提供在物理媒介上的流传输方法,其关键职能是:无线接收器的激活与解除激活、频率信道调谐、载波侦听、数据编码与调制、误码校正等。
  
  MAC层通过建立节点间通信链络实现自组织网,在节点间公平有效的共享通信资源,可用协议有SMACS/EA、混合TDMA/FDMA、基于GSM等。其职能是为物理上直接互联的两个设备间提供可靠通信,其主要职能有数据成帧、设备寻址信道接入管理、设备关联与解除关联和对接收到的帧确认等。
  
  逻辑链络控制层主要是实现对传输数据的误码控制,可使用FEC和ARQ/H-ARQ。FEC无需控制信令,但吞吐量受所增加的冗余度限制、解码复杂;ARQ/H-ARQ虽解码简单,但信令复杂、吞吐量受重传次数的限制。
  
  网络层的任务是发现源与目的节点间最好的通道,以数据为中心,基于寻址和位置感知的属性、能效优先和基于QOS的路由算法等特性来中继。网络层原较多用Zigbee协议,现有转用6LOWPAN的趋势,这是为适应物联网的应用对IPv6协议的改进。
  
  传送层通过控制数据流,提供端到端的可靠通信,避免数据包重复或失序、并进行误码校正、应对网络堵塞等。而应用层,则是支持传感器管理协议SMP,通过移动传感器、配置节点、管理认证、密钥分配等,保证数据传送的安全性与时间同步等。

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