【华为云IoT】读书笔记之《万物互联：物联网核心技术与安全》第3章（上）

第3章，物联网的感知识别技术体系

        无论物联网层次如何划分，架构的最底层都是感知层。感知层实现了物联网对整个物联世界的感知，感知层的各种感知技术将各种物体和环境的感知信息通过通信模块和接入网关，传递到物联网网络传输层（接入层）中。感知技术的本质是信息采集，物联网感知层涉及的技术众多，书中通过标识技术、传感技术和传感网、特征识别技术、位置感测技术和人机智能交互技术对感知识别技术体系进行分析，由于从第三章开始，涉及到物联网的一些具体技术，并非如前几章节一样只是概览，综述类的知识，由于章节内容较多，学习笔记将分上中下三部分，此次主要学习分享标识技术、传感技术和传感网。那么，就好好学习吧！

3.1标识技术

        顾名思义标识就是为了识别，给”物“起名字，只是展示形式不同，有时是一串字符，有时只是读写器能感知到的电子标签，有时是全球唯一的一个”指针“。标识技术通过”起名“让”物“在感知层加入物联网。

        自动识别技术要素是标识与识读，标识编码和特征的唯一性、统一性对物联网应用至关重要。自动识别技术通过数据编码、数据标识、数据采集、数据管理、数据传输等标准化手段，根据具体的实现技术的不同，体现为条形码识别技术、射频识别技术、磁识别技术和IC集成电路技术等。条形码和磁条/卡信息容量较小、本身携带的信息较为有限，无法展示更多精确信息，防伪能力也很有限，其在识别的时候，需要与读写器接触，无法做到远距离识读。但是作为较为廉价实用的技术，在今后一段时间内还是会得到一定的应用，然而对于未来物联网中动态、快读、海量数据以及有一定距离要求的数据采集、自动身份识别等有很大限制，因此需要采用基于无线技术的射频识别技术（RFID）标签。

        RFID是典型的标识与识别技术，也是物联网的关键技术之一。射频识别起源于二战事其，运用飞机雷达探测技术实现”敌我识别“。进入21世纪，随着RFID技术不断演进和发展，其产品种类也更加丰富，有源、无源、半无源电子标签均得到发展，成本不断降低，应用规模持续扩大。

        RFID俗称电子标签技术，RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，主要用来为各种物品建立唯一的身份标识。射频识别利用射频信号及空间耦合的传输特性，实现对静止或移动物品的自动识别。典型的RFID系统由读写器（Reader）、电子标签（Tag）或应答器（Transponder），以及计算机网络系统组成。每个RFID芯片中都有一个全球唯一的编码，为物品贴上RFID标签后，需要在系统服务器中建立该物品的相关描述信息，与RFID编码一一对应。RFID标签可分为有源、半有源和无源标签。目前的实际应用中多采用无源标签，依靠从阅读器发射的电磁场中提取能量来供电，标签与阅读器的距离较短。根据载波频率分为低频、中频、高频和微波射频识别；根据作用距离分为密耦合、遥耦合和远距离耦合标签；根据读写功能可分为只读标签、一次写入多次读标签和可读写标签；根据分装形式分为信用卡标签、线性标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签以及特殊用途的异形标签等。在实际应用中，必须给电子标签供电它才能工作；按照工作时标签获取电能的方式不同，分为主动式、半主动式和被动式。

        RFID主要特点是通过电磁耦合方式来传送识别信息，还具有数据读写功能、电子标签的小型化和多样化、耐环境性、可重复使用、系统安全性等特点。比较典型的RFID应用如高速公路ETC不停车收费系统。

        电子代码EPC的概念由麻省理工学院Auto ID中心提出，而随着EPC纳入了全球统一标识系统，使EPC成为了一项真正具有革命性意义的新技术。目前全球统一标识系统存在的三个主要技术标准体系：EPC global，ISO标准体系，日本的泛在中心（UIC）。

      由于RFID标签和读写器之间使用无线信道通信，因此安全问题不容小觑。常见的攻击如：窃听与侧信道攻击、假冒攻击、中间人攻击、重放攻击、拒绝服务攻击、去同步攻击、后向可追溯性、前向可追溯性、系统病毒、服务器攻击等，具体的攻击概念解释此处不再赘述，有兴趣的小伙伴可以自行搜索或研读本书。而对于安全性的防范思路可能要立体化不能局限于技术本身或层次本身（感知层），应该整体去考虑和研究，立体化防护物联网安全。

3.2传感器与传感器网络

       传感技术作为物联网感知层核心技术之一，其本身就是一门多学科交叉的现代科学与工程技术，主要研究如何从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别。传感器负责实现物联网中的物与物、物与人信息交互，传感技术不仅包含传感器，还涉及通过传感器感知信息的处理和识别，及其应用中的规划设计、开发、组网、测试等活动。信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。识别的主要任务是对经过处理的信息进行辨识与分类。它利用被识别对象的特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。传感技术与计算机技术、通信技术一起称为信息技术的三大支柱，同时作为新一代信息技术——物联网发展的基础技术之一，颇受重视。物联网中应用的传感技术主要有传感器、传感系统和基于各种分布式传感器节点的传感网络。

        作为传感技术的实现系统，传感器是负责实现物联网中物与物、物与人信息交互的必要组成部分。传感器将物理世界中的物理量、化学量、生物量转换成供处理的数字信号，从而为感知物理世界中物体的属性，提供信息采集的来源。物联网中，从感知对象能够提取的”物“的数据或信息形式，主要包括单一数据采集、感官信息的延申与拓展、感知信息的智能处理和挖掘三种。

        常见的传感器只是一种用于检测周围环境的物理变化的装置，它将感受到的信息转化成电子信号的形式输出，常见的传感器如：温度/湿度传感器、力觉传感器、加速度传感器、光传感器、测距传感器、磁性传感器、微机传感器、生物传感器、智能传感器、传感系统与传感器网络。而新颖的传感器也蓬勃发展，如：武装到奶牛的物联网传感器，跟踪体型的镜子。按钮即下单的一键通传感器，传感器遍布全身的”中国蛟龙“。传感器越来越微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化，其应用在便携式多功能电子设备、机器人、无人技术等行业领域。

        单一点的传感器信息，不能体现一定区域内动态性、全局性、矢量性的特征，就像一只眼无法很好地感受这个立体三维世界一样。从物体单一属性地采集走向复合属性的采集，从单点信息的采集走向多点信息的采集，从单一信息的理解走向多源信息的综合理解，传感器技术走向了系统化、智能化、网络化感知，于是出现了能够协作地感知、采集和处理一定地理区域中感知对象信息的传感器网络。传感网节点之间通过（有线或无线）通信联络组成网络，通过共同协作来监测各种物理量和事件。我们一般谈到的传感网，指的是无线传感器网络（WSN）。

        无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够将实时采集和监测的对象信息发送到网关节点，在网络分布区域内实现目标的检测与追踪。在无线传感器网络中，大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，节点监测数据沿着其他传感器节点逐跳传输，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星达到管理节点。传感器节点是一个嵌入式的微机系统，有四个基本单元：传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。

        无线传感器网络的传感器节点不受地理环境的限制，具有的特点有：节点数目多、分布灵活、资源严重受限、以数据为中心、动态的拓扑结构、能量受限。无线传感器网络的关键技术有：定位技术、网络的拓扑控制、数据融合、网络安全、时间同步技术、新能源技术。移动传感器网络（MSN）则是具有可控机动能力的无线传感器网络。无线传感器网络的应用如上海浦东机场，大量的红外传感器作为传感器网络中的智能节点，获取周边信息，与其他类型的传感器采集得到的信息一起准确及时地提供给中央处理系统进行信息融合，作为自动控制决策地依据。

        无线传感器反应网络（WSAN）是由大量资源有限地传感节点和少数资源丰富的反应节点组成的，用于执行分布式传感和反应任务的一种新型网络模型。其具备几个关键技术，如：RGB-D传感器及信息处理、多视角感知融合、自主学习与经验分享。WSN的安全包括内部的通信安全和数据安全，目标是抵御外来入侵，保证节点安全和感知数据的机密性、完整性、可认证性和新鲜性等。WSN的结构划分为物理层、数据链路层、路由层、传输控制层。各层都对应自己的功能，当然外来攻击也会对每层进行有针对性的攻克，从近期的研究来看，主要的WSN安全的研究方向，除了轻量级加密之外，还有密钥管理、认证授权、安全路由、访问控制等。

        本周笔记如上，由于工作关系，笔记停滞了两个月，希望7月开始，尽快完成这本书的学习，已经下半年了，加油吧！咱们下篇见！