物聯(lián)網組網技術論文

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

　　物聯(lián)網組網技術論文篇一

　　無線組網技術在物聯(lián)網方面的應用

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

　　關鍵詞：物聯(lián)網;無線通訊技術;自組網;無線網絡

　　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)網融合了新一代的互聯(lián)網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，把實物組建成網絡的形式，與目前的互聯(lián)網整合起來，利用傳感器收集信息和互聯(lián)網快速傳遞數(shù)據信息的功能，以及利用計算機強大的數(shù)據處理信息能力，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、提高生產水平的目的。

　　1 物聯(lián)網技術

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

　　圖1 物聯(lián)網技術結構

　　物聯(lián)網中的感知層由各種傳感器網絡和無線射頻識別系統(tǒng)組成，用于完成數(shù)據信息的采集和協(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];

　　傳輸層也叫網絡層，是由互聯(lián)網、無線網絡、移動通訊等組成的網絡結構，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 無線組網技術

　　2.1 無線組網的模型

　　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絡拓撲結構，不過無線通訊由于擺脫了場地的限制，所以組成網絡也有自身的特點，無線網絡總的來說一般分為3種情況：點對點、星狀網絡和網狀網絡，圖2所示是3種常見的組網結構。

　　圖2 三種常見的組網結構

　　圖2中從左到右依次為點對點結構、星型結構和網絡結構，深色的節(jié)點為協(xié)調器或者實現(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)據信息的情況，這種情況屬于一種很特殊的網絡，只不過網絡節(jié)點是簡單的包含終端和數(shù)據中心兩個方面;

　　星狀網絡：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，易于網絡的監(jiān)控和管理;

　　網狀網絡：處于網絡中，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，這樣的網絡結構組成各種形狀，網絡內的各個節(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絡的費用高[4]。

　　2.2 無線組網通訊技術優(yōu)勢

　　無線組網通訊技術有以下的優(yōu)點：

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

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

　　數(shù)據處理：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：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絡;

　　低能耗：每個節(jié)點不管是終端設備、路由器還是協(xié)調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，所以整個網絡的功耗低。

　　2.3 幾種常見的無線組網技術

　　2.3.1 藍牙組網

　　藍牙技術是一種支持設備短距離通信(一般10 m內)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之間的通信。

　　藍牙系統(tǒng)采用一種靈活的無基站的組網方式，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)的網絡結構的拓撲結構有兩種形式：微微網(piconet)和分布式網絡(Scatternet)。

　　微微網是通過藍牙技術以特定方式連接起來的一種微型網絡，一個微微網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。在一個微微網中，所有設備的級別是相同的，具有相同的權限。藍牙采用自組式組網方式(Ad-hoc)，微微網由主設備(Master)單元(發(fā)起鏈接的設備)和從設備(Slave)單元構成，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;

　　分布式網絡是由多個獨立的非同步的微微網組成的，以特定的方式連接在一起。一個微微網中的主設備單元同時也可以作為另一個微微網中的從設備單元，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絡節(jié)點與因特網相連。它靠跳頻順序識別每個微微網。同一微微網所有用戶都與這個跳頻順序同步[5]。

　　2.3.2 ZigBee協(xié)議組網

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

　　在ZigBee網絡中，分為幾種功能不同的類型。如：每一個網絡中只能有一個協(xié)調器，協(xié)調器主要是負責整個網絡的構建，同時它也可作為與其他類型網絡的通訊節(jié)點(網關)，但是網絡中可以出現(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網絡最多可存在65000個終端節(jié)點。 　　ZigBee組網協(xié)議的特點：

　　(1)ZigBee網絡的功耗都比較低，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，在一個網絡中可以最多的存在65 000個節(jié)點，可以在星型網絡中容納不同的設備;

　　(3)組網形式靈活多變，連接的網絡節(jié)點之間可以相互感知，數(shù)據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)據傳輸模式，發(fā)送的每一個數(shù)據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

　　SimpliciTI協(xié)議是德州儀器針對其生產芯片開發(fā)的，主要支持兩種通信結構，簡單的點對點通信和星狀的網絡通信結構，在星狀的網絡結構中AP負責大部分的任務，包括網絡的構建以及維護，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變，并且擁有很快的喚醒體制，該協(xié)議組成的網絡比較穩(wěn)定，數(shù)據的傳輸可靠性高，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組網協(xié)議的構成圖。

　　圖3 SimpliciTI協(xié)議的組成結構

　　可以看出，SimpliciTI組網協(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，網絡的初始化以及網絡維護，整個系統(tǒng)的數(shù)據流程等;

　　(2)網絡層(Network Layer)

　　在網絡層中主要負責信息的收發(fā)隊列，由很多的網絡層應用函數(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，并且網絡應用層也支持用戶自己定義，在SimpliciTI協(xié)議的網絡層中，通過相互的API函數(shù)調用最終實現(xiàn)整個網絡層的功能;

　　(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)網絡的API接口函數(shù)，主要包括涉及到射頻模塊的硬件結構的函數(shù)定義。

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

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

　　2.3.4 其他常見的無線組網技術

　　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)乃俣纫埠芸欤?，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。覆蓋在網絡中的通訊終端都可以連接在一起，相互之間構成互聯(lián)網通訊網絡。

　　3 無線組網技術在物聯(lián)網中的應用

　　伴隨著物聯(lián)網技術的快速發(fā)展，無線組網技術已經應用到了社會的各個領域，結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、網絡化與智能化[9]。

　　3.2 工業(yè)應用

　　通過無線網絡自動收集各種信息，并將信息回饋到系統(tǒng)進行數(shù)據處理與分析，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、生產機臺的流程控制等，都可由組建的無線網絡提供相關信息，以達到工業(yè)與環(huán)境方面的控制管理。

　　3.3 物流應用

　　目前物流產業(yè)正在蓬勃發(fā)展，特別是在各種網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絡，不但能夠提高貨物的管理能力，也能大大提高生產運輸效率。

　　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)網技術快速發(fā)展的基礎上實現(xiàn)的，使用無線組網的方式統(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 農業(yè)應用

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

　　4 結 語

　　物聯(lián)網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)網和無線網絡通信就像不可分割的一個整體相互促進，在未來，無線網絡通訊技術將會是一個一體化的整合網絡，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)網中去，組成一個穩(wěn)定高速的信息數(shù)據網絡，各種無線通訊技術相互補充完善，促使物聯(lián)網技術的日臻完善，屆時將會給人們提供一種更便利高效的物聯(lián)網服務。 　　參 考 文 獻

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　　[9]杜向黨， 李淼， 張繼紅. 基于無線傳感器網絡和 GPRS 的無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計 [J]. 機械與電子， 2010， 2(20)： 72.

　　[10]張帆， 張海鵬. 一種電子貨架標簽系統(tǒng) (ESLS) 的設計[J]. 電訊技術， 2010， 50(12)： 95-100.

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