物联网时代传感器产业发展的思考(上)

摘 要：在对物联网产业的内涵、体系结构进行系统阐述和分析基础上，阐述了传感器与物联网的关系，传感器在物联网中的战略意义，结合了西京电气总公司在物联网产业方面的基础，提出了发展物联网用传感器及相关元器件的几点建议。

关键词：物联网；传感器；元器件

“物联网”号称继计算机、通信网络之后的信息产业第三次浪潮，有研究机构预计10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大30倍[1]。

目前国家正在大力发展物联网产业，2010到2015年为物联网导入期，在主导领域实现物物互联；2015年到2020年为成长期，物联网实现半智能化；2020年之后为发展期，物联网全面实现智能化。预计到2015年市场规模超过2 000亿元，2025年将达到7 500亿，年增长率超过30%，市场前景将超过计算机、互联网、移动通讯等市场。由于涉及领域面广，涵盖范围大，要实现如此大规模的泛在的网络，需要大量新产品、新技术的协同发展，如低功耗集成电路技术、射频识别技术、新材料及元器件技术、远程自动控制技术、无线自组网技术、高效清洁能源技术、传感器技术及智能控制技术等共同配合。

因此，物联网将是继互联网之后又一次给社会、经济各方面带来跨越式发展的技术变革，已引起了各国各领域的密切关注和研究。然而，物联网研究和开发是机遇更是挑战。联网的发展需要一个宽松的环境以及产业链的共同努力，这样才能实现上下游产业及跨产业的联动，形成产业联盟，带动整个产业链，共同推动物联网发展。这就要求我们能够从深层次发现和解决物联网中的关键理论问题、攻克技术难点及将物联网研究和开发的成果应用于实际，则我们就可以在物联网研究和开发的挑战中获得发展的机遇。否则，我们只会在物联网研究和开发中浪费时间和资源，又一次错过了在科学和技术领域发展的机遇[2]。

1 物联网技术架构

目前对物联网的通用定义为：通过射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，依照约定协议将任何物品与互联网相连进行信息交换与通信，以实现智能识别、定位、追踪、监控和管理。按照国际电信联盟（ITU）的定义，物联网主要解决物到物（Thing to Thing，T2T）、人到物（Human to Thing，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之间的互连[3]。物联网产业链可以细分为标识、感知、处理、信息传送、控制管理五个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络[4]。

物联网的体系架构包括三个层次：一个是感知网络，即以二维码、RFID、传感器为主来实现“物”的识别；二是传输网络，即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网，实现数据的传输和计算；三是应用网络，也就是各种应用服务，包括输入输出控制终端、手机等终端[5]。

物联网终端是物联网中连接传感网络层和传输网络层，实现采集数据及向网络层发送数据的设备。它担负着数据采集、初步处理、加密、传输等多种功能，物联网终端的内部结构如图1所示。

物联网终端基本由感知（传感）接口，中央处理模块和外部通讯接口三个部分组成，通过感知接口与传感设备连接，如RFID读卡器，红外感应器，环境传感器等，将这些传感设备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后，按照网络协议，通过外部通讯接口，如：GPRS模块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的指定中心处理平台。

物联网终端属于传感网络层和传输网络层的中间设备，也是物联网的关键设备，通过他的转换和采集，才能将各种外部感知数据汇集和处理，并将数据通过各种网络接口方式传输到互联网中。如果没有他的存在，传感数据将无法送到指定位置，“物”的联网将不复存在。

物联网的技术体系框架包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术，如图2所示。

网络层用于实现更加广泛的互联功能，它能够把感知到的信息无障碍、高可靠、高安全性地进行传送，但它需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。移动通信、互联网等技术结构特征如表1所示。技术已相当成熟，完全能够满足物联网数据传输的需要。

感知层技术包括数据采集与感知技术、传感器网络组网和协同信息处理技术。数据采集与感知技术主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术；传感器网络组网和协同信息处理技术用于实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理等，感知层技术结构特征如表2所示。

应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通等功能；应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。

公共技术不属于物联网技术的某个特定层面，而是与物联网技术架构的三层都紧密相关的技术，它包括标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量（QoS）管理。