物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術論文

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，為實現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)中對事物的智能控制，無線組網(wǎng)技術就成為物聯(lián)網(wǎng)技術的基礎。下面小編給大家分享物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。

　　物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術論文篇一

　　無線組網(wǎng)技術在物聯(lián)網(wǎng)方面的應用

　　摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，為實現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)中對事物的智能控制，無線組網(wǎng)技術就成為物聯(lián)網(wǎng)技術的基礎。文章通過對無線組網(wǎng)技術的研究，并在物聯(lián)網(wǎng)各個領域的應用例證，詳細論證了無線組網(wǎng)技術在物聯(lián)網(wǎng)領域的重要作用。

　　關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);無線通訊技術;自組網(wǎng);無線網(wǎng)絡

　　中圖法分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302(2014)04-0054-03

　　0 引 言

　　物聯(lián)網(wǎng)融合了新一代的互聯(lián)網(wǎng)技術和移動通訊技術，通過把各種傳感器組成的終端嵌入到各種實體中，把實物組建成網(wǎng)絡的形式，與目前的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，利用傳感器收集信息和互聯(lián)網(wǎng)快速傳遞數(shù)據(jù)信息的功能，以及利用計算機強大的數(shù)據(jù)處理信息能力，能夠高效快速地管理實物，并充分實現(xiàn)資源信息的共享，最終達到提高資源的利用率、提高生產(chǎn)水平的目的。

　　1 物聯(lián)網(wǎng)技術

　　在物聯(lián)網(wǎng)中，物體可以實時地被識別、定位和進行數(shù)據(jù)交互，這是形成物聯(lián)網(wǎng)的基本要求，物聯(lián)網(wǎng)的功能決定了其大體上分為3個層狀的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，圖1所示是物聯(lián)網(wǎng)的技術結(jié)構(gòu)。

　　圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術結(jié)構(gòu)

　　物聯(lián)網(wǎng)中的感知層由各種傳感器網(wǎng)絡和無線射頻識別系統(tǒng)組成，用于完成數(shù)據(jù)信息的采集和協(xié)同處理信息，主要涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集和實時定位等技術[1];

　　傳輸層也叫網(wǎng)絡層，是由互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡、移動通訊等組成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，用來實現(xiàn)從信息采集到信息傳輸?shù)墓δ躘2];

　　應用層則通過上位機(PC機)、手機、智能控制系統(tǒng)等對收集到的數(shù)據(jù)信息進行整合、分析、計算和管理，形成與業(yè)務需求相適應，并可實時更新的動態(tài)數(shù)據(jù)資源庫，為各類業(yè)務提供統(tǒng)一的信息資源服務，從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)各個行業(yè)領域應用，主要體現(xiàn)的是對信息的智能處理能力[3]。

　　2 無線組網(wǎng)技術

　　2.1 無線組網(wǎng)的模型

　　無線通訊模塊的實現(xiàn)不同于有線通訊，不能使用成熟的有線網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，不過無線通訊由于擺脫了場地的限制，所以組成網(wǎng)絡也有自身的特點，無線網(wǎng)絡總的來說一般分為3種情況：點對點、星狀網(wǎng)絡和網(wǎng)狀網(wǎng)絡，圖2所示是3種常見的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

　　圖2 三種常見的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

　　圖2中從左到右依次為點對點結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，深色的節(jié)點為協(xié)調(diào)器或者實現(xiàn)路由功能的節(jié)點，淺色節(jié)點為普通終端節(jié)點。

　　點對點通訊：適合連接物體不多的設備且需要相互之間傳遞數(shù)據(jù)信息的情況，這種情況屬于一種很特殊的網(wǎng)絡，只不過網(wǎng)絡節(jié)點是簡單的包含終端和數(shù)據(jù)中心兩個方面;

　　星狀網(wǎng)絡：控制簡單，任何的節(jié)點只需要和中心節(jié)點通訊，致使協(xié)議也行對簡單，易于網(wǎng)絡的監(jiān)控和管理;

　　網(wǎng)狀網(wǎng)絡：處于網(wǎng)絡中，每兩個節(jié)點之間可以直接或者間接的通訊，而且有時候通訊路徑也不唯一，這樣的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)組成各種形狀，網(wǎng)絡內(nèi)的各個節(jié)點之間對資源的共享比較容易，能選擇最佳路徑，傳輸延時小但是建設網(wǎng)絡的費用高[4]。

　　2.2 無線組網(wǎng)通訊技術優(yōu)勢

　　無線組網(wǎng)通訊技術有以下的優(yōu)點：

　　實時查詢：在網(wǎng)絡中的每一個節(jié)點都能實時的傳輸信息，返回終端節(jié)點的狀態(tài);

　　數(shù)據(jù)交流：能夠和信息處理中心進行雙向的數(shù)據(jù)信息傳遞和信息交換;

　　數(shù)據(jù)處理：終端節(jié)點一般有簡單提取和處理信息的能力，讓信息以相應的格式傳送到信息處理中心;

　　組成網(wǎng)：雖然具體到每個節(jié)點都有不同的任務分工，但是每個節(jié)點都有相同的功能就是和上下節(jié)點之間建立連接，宏觀上面就是系統(tǒng)組成了一個無線的局域網(wǎng)絡;

　　低能耗：每個節(jié)點不管是終端設備、路由器還是協(xié)調(diào)器都是由微控制器控制的低功耗芯片，一般的終端節(jié)點都使用紐扣電池或者太陽能電池供電就足夠了，所以整個網(wǎng)絡的功耗低。

　　2.3 幾種常見的無線組網(wǎng)技術

　　2.3.1 藍牙組網(wǎng)

　　藍牙技術是一種支持設備短距離通信(一般10 m內(nèi))的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網(wǎng)之間的通信。

　　藍牙系統(tǒng)采用一種靈活的無基站的組網(wǎng)方式，使得一個藍牙設備可同時與7個其他的藍牙設備相連接，藍牙系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)有兩種形式：微微網(wǎng)(piconet)和分布式網(wǎng)絡(Scatternet)。

　　微微網(wǎng)是通過藍牙技術以特定方式連接起來的一種微型網(wǎng)絡，一個微微網(wǎng)可以只是兩臺相連的設備，比如一臺便攜式電腦和一部移動電話，也可以是8臺連在一起的設備。在一個微微網(wǎng)中，所有設備的級別是相同的，具有相同的權(quán)限。藍牙采用自組式組網(wǎng)方式(Ad-hoc)，微微網(wǎng)由主設備(Master)單元(發(fā)起鏈接的設備)和從設備(Slave)單元構(gòu)成，有一個主設備單元和最多7個從設備單元。主設備單元負責提供時鐘同步信號和跳頻序列，從設備單元一般是受控同步的設備單元，接受主設備單元的控制;

　　分布式網(wǎng)絡是由多個獨立的非同步的微微網(wǎng)組成的，以特定的方式連接在一起。一個微微網(wǎng)中的主設備單元同時也可以作為另一個微微網(wǎng)中的從設備單元，這種設備單元又稱為復合設備單元。藍牙獨特的組網(wǎng)方式賦予了它無線接入的強大生命力，同時可以有7個移動藍牙用戶通過一個網(wǎng)絡節(jié)點與因特網(wǎng)相連。它靠跳頻順序識別每個微微網(wǎng)。同一微微網(wǎng)所有用戶都與這個跳頻順序同步[5]。

　　2.3.2 ZigBee協(xié)議組網(wǎng)

　　ZigBee是最近十年內(nèi)出現(xiàn)的一項技術，經(jīng)常應用于工業(yè)等相關領域，一般會結(jié)合傳感器技術和網(wǎng)絡信息技術，ZigBee技術已經(jīng)在全世界的范圍內(nèi)推廣開來，也逐漸向農(nóng)業(yè)、醫(yī)學等相關領域發(fā)展[6]。

　　在ZigBee網(wǎng)絡中，分為幾種功能不同的類型。如：每一個網(wǎng)絡中只能有一個協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器主要是負責整個網(wǎng)絡的構(gòu)建，同時它也可作為與其他類型網(wǎng)絡的通訊節(jié)點(網(wǎng)關)，但是網(wǎng)絡中可以出現(xiàn)很多個路由器，終端的節(jié)點可以擁有的更多，但也有數(shù)量限制，一般一個ZigBee網(wǎng)絡最多可存在65000個終端節(jié)點。 　　ZigBee組網(wǎng)協(xié)議的特點：

　　(1)ZigBee網(wǎng)絡的功耗都比較低，主要是因為該協(xié)議一般不支持高速的數(shù)據(jù)傳輸，而且有相應的低功耗模式，在有限電量下可以工作很久的時間;

　　(2)該協(xié)議的容量比較大，在一個網(wǎng)絡中可以最多的存在65 000個節(jié)點，可以在星型網(wǎng)絡中容納不同的設備;

　　(3)組網(wǎng)形式靈活多變，連接的網(wǎng)絡節(jié)點之間可以相互感知，數(shù)據(jù)流通途徑可以有多種方式;

　　(4)ZigBee協(xié)議體積小，一般在幾KB到幾十KB之間，也是屬于面專利費的協(xié)議，這樣使用該協(xié)議的成本也會比較低;

　　(5)可靠性和安全性比較高，在協(xié)議的MAC層中使用了確認信息的數(shù)據(jù)傳輸模式，發(fā)送的每一個數(shù)據(jù)都必須得到接收成功后，才能進行下一步傳輸動作，而且還提供了循環(huán)冗余校驗的功能，還提供了完善的加密算法，確保了信息的安全傳輸。

　　2.3.3 SimpicitiTI協(xié)議組網(wǎng)

　　SimpliciTI協(xié)議是德州儀器針對其生產(chǎn)芯片開發(fā)的，主要支持兩種通信結(jié)構(gòu)，簡單的點對點通信和星狀的網(wǎng)絡通信結(jié)構(gòu)，在星狀的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中AP負責大部分的任務，包括網(wǎng)絡的構(gòu)建以及維護，對各個節(jié)點低功耗的支持等，還提供從正常模式到休眠模式的轉(zhuǎn)變，并且擁有很快的喚醒體制，該協(xié)議組成的網(wǎng)絡比較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)的傳輸可靠性高，SimpliciTI協(xié)議對硬件資源需求不高，在滿足了基本的寄存器和較少的存儲條件就可以運行[7]，圖3所示是SimpliciTI組網(wǎng)協(xié)議的構(gòu)成圖。

　　圖3 SimpliciTI協(xié)議的組成結(jié)構(gòu)

　　可以看出，SimpliciTI組網(wǎng)協(xié)議主要分為3個部分：

　　(1)應用層(Application Layer)

　　就是主應用程序，在程序中定義并實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的各個功能，具體的包括整個系統(tǒng)的初始化，網(wǎng)絡的初始化以及網(wǎng)絡維護，整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程等;

　　(2)網(wǎng)絡層(Network Layer)

　　在網(wǎng)絡層中主要負責信息的收發(fā)隊列，由很多的網(wǎng)絡層應用函數(shù)組成，這些函數(shù)都是以端口號的形式作為自身的標志，協(xié)議中出現(xiàn)的端口其實和TCP/IP中的端口相似，并且網(wǎng)絡應用層也支持用戶自己定義，在SimpliciTI協(xié)議的網(wǎng)絡層中，通過相互的API函數(shù)調(diào)用最終實現(xiàn)整個網(wǎng)絡層的功能;

　　(3)硬件邏輯層(Lite Hardware Abstraction Layer)

　　又可細分為射頻層Radio和應用板支持層BSP，負責實現(xiàn)網(wǎng)絡的API接口函數(shù)，主要包括涉及到射頻模塊的硬件結(jié)構(gòu)的函數(shù)定義。

　　SimpliciTI組網(wǎng)協(xié)議的一般工作流程如下：

　　整個系統(tǒng)首先進行硬件底層的初始化，然后是上層網(wǎng)絡的初始化，所有的終端節(jié)點開始發(fā)送入網(wǎng)請求，這個時候AP節(jié)點檢測是否有節(jié)點加入請求，發(fā)現(xiàn)有入網(wǎng)的請求就開始響應終端節(jié)點，最終構(gòu)建好整個網(wǎng)絡框架。在網(wǎng)絡建立好了之后，可以調(diào)用協(xié)議中的API函數(shù)進行網(wǎng)絡的控制，以及整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收發(fā)送的流程的控制。

　　最后，設備之間通過調(diào)用協(xié)議接口函數(shù)建立好網(wǎng)絡后，就可以進行端到端的數(shù)據(jù)收發(fā)了，這樣就實現(xiàn)了整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞功能。

　　2.3.4 其他常見的無線組網(wǎng)技術

　　Wi-Fi也是市場上很熱門的通訊技術，正式的名稱是IEEE802.11b，傳輸?shù)乃俣纫埠芸?，，在通訊的覆蓋范圍上Wi-Fi要比其他的短距離無線通訊方式優(yōu)秀很多，可以輕松地覆蓋整個家庭、辦公室，甚至是整裝辦公大樓。覆蓋在網(wǎng)絡中的通訊終端都可以連接在一起，相互之間構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)通訊網(wǎng)絡。

　　3 無線組網(wǎng)技術在物聯(lián)網(wǎng)中的應用

　　伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，無線組網(wǎng)技術已經(jīng)應用到了社會的各個領域，結(jié)合傳感器技術和計算機技術對每個應用領域都起到了很大的影響。

　　3.1 智能家庭

　　可以應用于家庭的照明、溫度、安全、控制等，通過無線網(wǎng)絡終端設備可以收集家庭各種信息，傳送到中央控制設備，或是通過遙控達到遠程控制的目的，提供家居生活自動化、網(wǎng)絡化與智能化[9]。

　　3.2 工業(yè)應用

　　通過無線網(wǎng)絡自動收集各種信息，并將信息回饋到系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理與分析，以利工廠整體信息之掌握，例如：火警的感測和通知、照明系統(tǒng)的感測、生產(chǎn)機臺的流程控制等，都可由組建的無線網(wǎng)絡提供相關信息，以達到工業(yè)與環(huán)境方面的控制管理。

　　3.3 物流應用

　　目前物流產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，特別是在各種網(wǎng)上購物方面物流是其支撐的很重要的一個方面，而在物流管理方面經(jīng)常會出現(xiàn)貨物的丟失等管理不當?shù)男袨?，這時候在每一個或者一批貨物上面加載定位標簽，使貨物組建成為一個很大的物流網(wǎng)絡，不但能夠提高貨物的管理能力，也能大大提高生產(chǎn)運輸效率。

　　3.4 無線貨架標簽

　　電子貨架標簽系統(tǒng)是在計算機技術、移動通信技術和互聯(lián)網(wǎng)技術快速發(fā)展的基礎上實現(xiàn)的，使用無線組網(wǎng)的方式統(tǒng)一管理商品信息，不但擁有便捷的管理方式和快速的數(shù)據(jù)信息處理能力，還減少了資源的浪費，節(jié)省了大量人力[10]。

　　3.5 農(nóng)業(yè)應用

　　在農(nóng)業(yè)逐步邁進現(xiàn)代化的時代，也對農(nóng)業(yè)方面的管理提出了更高的要求，比如對農(nóng)業(yè)的自動化監(jiān)管和控制管理等，這就需要使用物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)技術結(jié)合傳感器技術，實時地傳遞農(nóng)作物的空氣、濕度、溫度等相關信息，最終達到對農(nóng)業(yè)的智能控制。

　　4 結(jié) 語

　　物聯(lián)網(wǎng)技術目前正處于壯大發(fā)展的的階段，在不遠的未來肯定有其廣闊的發(fā)展前景，物聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng)絡通信就像不可分割的一個整體相互促進，在未來，無線網(wǎng)絡通訊技術將會是一個一體化的整合網(wǎng)絡，各種無線通訊技術如Wi-Fi、藍牙、ZigBee和移動通訊(2G、3G或者更高的技術)等都將會融合到互聯(lián)網(wǎng)中去，組成一個穩(wěn)定高速的信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，各種無線通訊技術相互補充完善，促使物聯(lián)網(wǎng)技術的日臻完善，屆時將會給人們提供一種更便利高效的物聯(lián)網(wǎng)服務。 　　參 考 文 獻

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　　[4]Leong K S， Ng M L， Cole P H. The reader collision problem in RFID systems[C]. Microwave， Antenna， Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications， 2005. MAPE 2005. IEEE International Symposium on. IEEE， 2005(1)： 658-661.

　　[5]余向陽. 無線傳感器網(wǎng)絡研究綜述 [J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用， 2008， 8(2)： 8-12.

　　[6]喻金錢， 喻斌. 短距離無線通信詳解： 基于單片機控制[M]. 北京：北京航空航天大學出版社， 2009.

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