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从感性到理性——物联网的架构
    2021-08-11    来源:

一个完整的物联网技术框架,通常可分为三层:感知层、网络层和应用层。感知层相当于人体的皮肤和五官,网络层相当于人体的神经中枢和大脑,应用层相当于人的社会分工。

那么物联网是如何进行工作的呢?下面我们分别来了解一下。

物联网的感知器官——感知层

物联网需要对物体具有全面感知的能力,只有识别出目标物体的形态,才能做出相应的反应。就比如当人感觉到屋里太热,于是大脑支配人用手按下空调遥控器按钮,这其中,人对温度的感知是触发大脑发出身体指令的关键。物联网要实现物物互动,感知层也是关键。

物联网的感知层由各种传感器构成,传感器是物联网的感觉器官,可以感知、探测和获取目标物体的各种形态信息。

那什么是传感器呢?

传感器来自于“感觉”一词。人用眼睛看,可以感觉到物体的形状、大小和颜色;用耳朵听,可以感觉到声音的尖细和强弱;用鼻子嗅,可以感觉到气味的芳香;用舌头尝,可以感觉到酸甜苦辣;用皮肤触碰,可以感觉到软硬和冷热。人的五官能够感受外界光线、温度、声音、外观等刺激,并将它们转化为相应的生物物理、生物化学的信号,通过神经系统传输到大脑。大脑对信号进行分析判断,发出指令,使机体产生相应的活动。

传感器的应用在生活中处处可见,比如,你的手机中就安装了各种各样的传感器,手机的指纹识别传感器可以识别指纹快速开机和支付,手机的照相机利用光学传感器来捕获图像,手机游戏也是通过一种叫陀螺仪的传感器识别手机平移、转动、移动手机的轨迹和速度,从而实现手机游戏中的控制视角和虚拟现实,而微信中的摇一摇也正是利用陀螺仪来识别手机的晃动。还有,你原本将手机竖直的拿在手里,当你将手机横转90°时,手机屏幕页面也会随着变为横屏,这是因为手机内部的重力传感器会检测到手机重力位置的变换,从而将屏幕随着手机的重心横转90°。在其他生活场景中也有很多传感器,比如楼梯间的感应灯利用红外传感器识别是否有人,电子秤利用力学传感器测量物体重量,温度计通过温度传感器检测室内温度,自动门利用人体的红外波来开关门,烟雾报警器是利用烟敏电阻测量烟雾浓度,以及那些不用身体接触也能直接测量步数、心率、血氧和脉搏的各种电子产品都是传感器。此外,还包括气压传感器、声音传感器、距离传感器、紫外线传感器、GPS、二维码标签、RFID标签和读写器等感知设备。传感器与人类五大感觉器官比较:

人类感觉器官

传感器

效应

眼睛

光敏传感器

物理效应

耳朵

声敏传感器

皮肤

热敏传感器

鼻子

气敏传感器

化学效应
生物效应

舌头

味敏传感器

传感器可以工作于人类无法忍受的高温、高压、辐射等恶劣环境,还可以检测出人类无法感知的微弱磁离子、射线等信息,提升了人类与外界获取信息的能力,使物联网实现物物交流的范围变为无限可能。

物联网的神经系统——网络层

人通过五官对物体感知后获取的信息,通过神经中枢将信息传送到大脑。物联网对目标物体的信息通过感知层获取后,也需要将信息进行传输,而负责为物联网进行信息传输的神经系统就是网络层,相当于人的神经中枢和大脑,负责传递和处理感知层的传感器获取的信息。

网络层使用通信技术进行传输,分为有线传输和无线传输两大类,其中无线传输是物联网的主要应用。无线传输技术按传输距离可划分为两类:一类是适用于短距离的局域网通信技术,如蓝牙、WiFiZigbee都是短距离的通信技术;另一类是适用于长距离的广域网通信技术,包括我们熟悉的2G/3G/4G/5G蜂窝通信技术、NB-IoT(窄带物联网技术)、还有LoRa技术。

而有线传输部分常见的技术有以太网、光纤等等。

网络层是物联网的中间层,是物联网三大层次中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分。负责将感知层获取的信息转发传递到应用层。

        物联网的社会分工——应用层

应用层是物联网和用户的接口,它与行业需求相结合,实现物联网的智能应用。应用层是物联网的“加工厂”,将物联网结合市场需求,更好的应用和覆盖到各个角落、各个领域。

应用层位于物联网三层结构中的最顶层,其功能为“处理”,即通过云计算平台、大数据和人工智能技术来实现信息的加工和处理,这类似于人的不同的社会分工。应用层是物联网的核心所在,感知层将采集到的数据通过网络层传输到应用层,应用层可以对感知层采集到的数据进行计算、处理和知识挖掘,从而实现对目标物体的实时控制、精确管理和科学决策。

在应用层中,大数据、云计算技术可以助力物联网海量数据的存储和分析,人工智能可以助力物联网智能决策等用户需求,应用层实现了物联网在智能操控、安防、电力抄表、远程医疗、智能农业、智慧城市、无人驾驶等方面的应用。

从物联网三层结构的发展来看,网络层已经非常成熟,感知层的发展也非常迅速,而应用层不管是从受到的重视程度还是实现的技术成果上,以前都落后于其他两个层面。但因为应用层可以为用户提供具体服务,是与我们最紧密相关的,因此应用层的未来发展潜力很大。

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