聊聊感知層技術應用那些事兒
物聯網將是下一個推動世界高速發展的「重要生產力」，也是信息化時代的重要發展階段。
物聯網層次解構分為三層，分散式感知層、網路層、應用層，感知層的作用是通過感測網路獲取環境信息。感知層是物聯網的核心，是信息採集的關鍵部分，那麼作為物聯網的「耳鼻口」，感知層技術發展現狀如何？在製造企業的應用情況如何？小智君今天來詳細講解。
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感知層簡介
感知層位於物聯網三層結構中的最底層，其功能為「感知」，即通過感測網路獲取環境信息。感知層是物聯網的核心，是信息採集的關鍵部分。
感知層由基本的感應器件（如RFID標籤和讀寫器、各類感測器、攝像頭、GPS、二維碼標籤和識讀器等基本標識和感測器件組成）以及感應器組成的網路（如RFID網路、感測器網路等）兩大部分組成。
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感知層的關鍵技術
感知層所需要的關鍵技術包括檢測技術、短距離無線通信技術等。
檢測技術
檢測技術包含感測器技術、射頻識別技術（RFID）和二維碼技術。
感測器技術
感測技術同計算機技術與通信技術一起被稱為信息技術的三大支柱。感測技術主要研究關於從自然信源獲取信息，並對之進行處理（變換）和識別的一門多學科交叉的現代科學與工程技術。感測技術的核心即感測器，它是負責實現物聯網中物、物與人信息交互的必要組成部分。目前無線感測器網路的大部分應用集中在簡單、低複雜度的信息獲取上，只能獲取和處理物理世界的標量信息，然而這些標量信息無法刻畫豐富多彩的物理世界，難以實現真正意義上的人與物理世界的溝通。為了克服這一缺陷，既能獲取標量信息，又能獲取視頻、音頻和圖像等矢量信息的無線多媒體感測器網路應運而生。作為一種全新的信息獲取和處理技術，利用壓縮、識別、融合和重建等多種方法來處理信息，以滿足無線多媒體感測器網路多樣化應用的需求。
射頻識別技術（RFID）
RFID是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。
射頻識別系統通常由電子標籤和閱讀器組成。電子標籤內存有一定格式的標識物體信息的電子數據，是未來幾年代替條形碼走進物聯網時代的關鍵技術之一。該技術具有一定的優勢：能夠輕易嵌入或附著，並對所附著的物體進行追蹤定位；讀取距離更遠，存取數據時間更短；標籤的數據存取有密碼保護，安全性更高。
RFID目前有很多頻段，集中在13.56MHz頻段和900MHz頻段的無源射頻識別標籤應用最為常見。短距離應用方面通常採用13.56MHzHF頻段；而900MHz頻段多用於遠距離識別，如車輛管理、產品防偽等領域。閱讀器與電子標籤可按通信協議互傳信息，即閱讀器向電子標籤發送命令，電子標籤根據命令將內存的標識性數據回傳給閱讀器。
RFID技術與互聯網、通訊等技術相結合，可實現全球範圍內物品跟蹤與信息共享。但其技術發展過程中也遇到了一些問題，主要是晶元成本，其他的如FRID反碰撞防衝突、RFID天線研究、工作頻率的選擇及安全隱私等問題，都一定程度上制約了該技術的發展。
二維碼技術
二維碼是用某種特定的集合圖形按一定規律在平面（二維方向）分布的黑白相同的圖形記錄數據符號信息的。現在二維碼也是最常見的。
短距離無線通信技術
短距離無線通信技術包括藍牙技術和紅外技術。
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感知層國內外技術差距
一是在超高頻、微波RFID技術上，我國與國外仍有差距
超高頻、微波RFID技術
從全球產業格局來看,歐美國家集中了RFID技術大多數的產業,RFID晶元市場主要由西門子、飛利浦等半導體廠商佔領；RFID中間件、系統集成研究由IBM、微軟、HP等國際巨頭掌控;RFID 標籤、天線和讀寫器等產品和設備主要由Alien、Symbol、Intermec等公司供給。我國企業在低高頻RFID技術領域進入較早，應用技術趨於成熟。但在超高頻、微軟產業鏈中，我國目前從事標籤設計與製造、讀寫機具製造、系統集成與應用軟體開發方面的企業佔據主要部分，真正從事晶元設計、中間件軟體開發、高端封裝設備製造、標籤印表機等核心技術研發的企業為數不多，在晶元技術,封裝標籤能力上與世界先進國家存在差距。
二是感測器製造技術自主創新能力薄弱
目前中國與德國、日本、美國、俄國等國家的感測器製造技術和產業規模仍存在較大差距。這些國家的感測器應用範圍廣泛,並且實現了產業的規模化、集約化，其主要感測器企業的年生產能力已經達到幾千萬隻甚至幾億隻。相比之下，我國感測器的應用範圍較窄，更多的仍然停留在航天航空以及工業測量與控制上。據統計，我國最大的感測器公司的年產值也僅有55000隻。國內感測器發展水平與國外相差較大的原因，主要是技術基礎薄弱，研究水平不高，缺乏自主知識產權。我國從事敏感元件與感測器研製生產的企業中，研製、生產綜合實力較強的骨幹企業較少，僅佔總數的10%左右。我國目前很多企業都是引用國外的晶元加工，自主創新能力非常薄弱，甚至許多企業僅停留在代理國外產品的水平上,進口晶元佔據90%以上的市場比例。
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以感測器為例分析感知層應用瓶頸
感測器是工業賴以生存和發展的基礎。直接決定重大裝備和主機產品的性能、質量（壽命、可靠性等）。
我國感測器目前分數不同部門，在發展上沒有取得共識。產業分散、管理分散、政策支持分散。據悉，我國感測器企業有1600餘家，大多為小微企業，缺乏龍頭企業。基礎研究乏力，目前國內的感測器技術研發，還面臨著兩個瓶頸。首先因為感測器屬於基礎部件，存在著一個特性，即本身技術含量很高，但是售價卻比較低廉，更大的作用是作為一種產業鋪墊，需要和其他部件配套使用，才能最終形成價值，這在客觀上減少了企業研發的熱情；其次，國內對於感測器的技術保護並不到位，很多時候企業投入了巨資研發的產品，很容易被其他企業「借用」，這從客觀條件上也不利於中國感測器產業的形成。
另外，感測器的設計技術、可靠性技術、封裝技術、工藝裝備技術未有突破，通常國產感測器可靠性指標比國外同類產品低1—2個數量級。產品往往形不成系列，系列兩端的產品需要進口，中高檔感測器產品幾乎100%從國外進口。尤其是重金屬感測器以及光感應感測器，國內都沒有相關的生產以及研發企業。
總之，感測器的技術水平、工藝研究、新品開發總體上比國外落後10~15年。
不過，在全球範圍內，新材料的運用和成本的不斷降低，給中國企業發展感測器產業實現迎頭趕超提供了最好的契機。原子材料、納米材料等使得感測器在電器、機械以及物理性能方面表現更為突出，展現出更強的靈敏性。集成化、小型化使更多的功能被集成在一起，應用更寬廣，通用性更強。感測器技術及工藝的不斷成熟與發展，使得生產成本降低，這些都在客觀上促進了全球感測器產業的飛速發展。未來，感測器必將在更多的領域取得新的應用，從而徹底改變人類的生產生活方式。
為了儘快拉近與國外半導體巨頭之間的差距，中國的感測器科研單位及生產廠家需要做的工作還有很多。在以工業控制、汽車、通訊、環保為重點的服務領域，我們需要發展具有自主知識產權的感測器技術和產品，從而適應日益擴大的生產需求。
今後的感測器技術將會朝著小型化、集成化、網路化、智能化為方向發展，加強製造工藝和新型感測器的開發，使主導產品達到和接近國外同類產品水平，中國製造正當其時。
從感測器中能看感知層技術所暴露的問題，物聯網感知層的發展離不開關鍵技術的通力合作、相互補充，在巨大的物聯網市場推動下，我國感知層技術勢必會有所發展。
dvdf
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