物联网感知层及其测试技术的研究.docx
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物联网感知层及其测试技术的研究
物联网感知层及其测试技术的研究
物联网感知层及其测试技术的研究
戴超夏骆辉张炎
2013-2-2714:
10:
05 来源:
《现代电信科技》2012年第09期
摘要:
作为物联网的神经末梢,物联网感知层实现了智能信息采集与环境识别功能,是物联网技术的最基础环节。
此外,感知层设备种类多样、应用环境各异、部署数量巨大,给测试技术提出了新的挑战。
因此,开展对物联网感知层及其测试技术的研究,可以促进物联网产业健康发展,提升我国物联网技术的国际竞争力。
关键词:
物联网,感知层,检测
物联网通过感知层采集物理世界中发生的物理事件和数据,通过网络层将感知到的信息进行无障碍、高可靠性、高安全性地传送,并通过应用层支持跨行业、跨应用、跨系统间的信息协同、共享和互通,有效的实现了物物相连。
当前物联网的发展如火如荼,各种应用场景的共性架构和个性需求的研究和标准化工作已经得到了广泛开展,但是针对物联网设备测试的研究,尤其是感知层设备测试的研究,还有待进一步开展。
本文将基于感知层设备测试技术展开研究,在讨论感知层的概况和测试技术的基础上,提出未来感知层测试技术的发展趋势和建议。
1感知层概述
多媒体采集器作为未来物联网感知层常用的感知设备之一,泛指音频、视频、图像等信息的采集装置,如:
摄像头、话筒、微型照相机等。
随着物联网多媒体业务的逐步开展,多媒体采集器的作用日益明显。
各种实体的采集器以数字化信号的方式,对一种或者多种多媒体信息,进行实时或准实时的获取和采集。
1.5GPS
全球定位系统(GPS:
GlobalPositioningSystem)技术具有全天候、高精度和自动测量等特征,被广泛的应用于物联网的位置定位之中。
尤其对于网关节点和其他关键节点,使用GPS定位进行精确的地理定位是感知层的必然选择。
感知层在物联网中起着信息来源的关键作用,感知层设备的质量将直接影响物联网的可靠性和高效性,下文将针对感知层设备的测试进行进一步的研究。
2感知层测试技术
测试工作贯穿设备从研发到商用的各个阶段:
在研发阶段,测试结果为进一步修改设计方案提供了实验依据;在试用阶段,通过测试可以定位设备可能存在的不足,并寻找设备磨合的浴缸效应曲线;在商用阶段,测试可以保障产品质量。
当前物联网的感知层设备测试的研究和开发工作主要面向RFID技术和无线传感器网络。
从测试的能力的种类分:
可以分为一致性测试和通用能力测试;从测试的外部环境不同区分:
可以分为普通环境测试和极端环境测试;从测试的对象的角度:
可以分为产品级测试、系统级测试和应用级测试。
(1)一致性测试负责检验设备与物联网标准、规范的匹配情况。
主要包括接口一致性测试、传输协议一致性测试、感知信令一致性测试、数据一致性测试、射频一致性测试等。
通过基于EPCGlobal和WGSN的相关标准的一致性测试,确保感知层设备的互操作性和兼容性,推动感知设备研制的国际化和规范化。
通用性能测试负责检测设备的最基本的安全性和可用性。
主要包括电磁兼容测试、能耗与寿命测试、感知管理功能测试、收发功能测试等。
(2)普通环境测试主要检测感知层设备在正常的使用场景下,感知和通信的性能和功能。
普通环境的选择取决于设备的具体针对场景,如无特别说明,该测试在正常的室内和室外进行。
极端环境测试负责检测设备在温度、湿度、震动、击打、高噪声、高干扰等物理世界条件极端恶化的情况下,感知设备的感知和通信功能的可靠性。
参考相关标准对极端条件的最低要求和该设备场景可能发生的最恶劣环境,在测试地点进行软硬件的环境模拟。
通过这项测试,检测设备对极端环境的适应能力,确保网络的环境可靠性。
(3)产品级测试主要检测物联网感知层的设备级的传感器/RFID感知功能和性能测试、通信功能和性能测试、物理特性测试和电磁特性测试。
其中,感知功能和性能测试用来检验设备的感知能力,如感知信息的种类、感知信息的实时性、感知的可靠性、感知寿命、感知区域的范围等;通信功能和性能测试用来测试设备的通信能力,如传输距离、抗噪抗干能力、调制阶数、最大传输速率;物理特性测试用来测试感知设备的物理耐用性和可靠性,如震动、冲击、密封、X光照射等;电磁特性测试是用来检测设备的抗电磁能力的,如静放电、瞬时脉冲、交变电场、交变磁场等。
(4)系统级测试包括传感网的组网能力测试和系统能力测试。
其中,组网能力测试主要检测多个配置感知设备的自组织网能力,如设备的入网/出网、多跳路由的实现、网关功能的实现、移动性支持等;系统能力测试负责检测多个设备构成的系统的能力,如感知信息的搜集能力、信息的转发效率、与网络层的接口性能、物理和逻辑鲁棒性、电磁兼容性。
(5)应用级测试需要模拟一定的应用场景,在这个应用场景下对感知层设备进行测试。
特定的应用场景由物联网业务的需求和使用情况、物理环境的情况、通信信道情况、感知设备的能量和存储情况、设备的移动性等多个情况决定。
应用级测试的难点在于掌握实际应用模型,模拟实际的应用场景。
3未来的感知层测试技术
伴随着物联网的进一步演进,感知层呈现出信息多样化、数据压缩化、传输无线化等趋势。
(1)信息多样化:
传统的标签信息和简单的数据信息已无法满足物联网的需求,视频、音频等信息已被列为感知层理所应当的感知目标之一。
此外,部分场景甚至需要对感知信息进行分析,实现对环境变化趋势等信息的分布式感知。
(2)传输无线化:
物联网的应用场景中,许多感知节点需要分布在缺乏基础设施的环境中。
各感知节点需要通过无线信道将感知信息传送给网络层。
在连无线基础设施都缺乏情况下,将利用无线传感网、AdHoc等技术完成传输。
(3)数据压缩化:
多维度感知信息的大数据量和短距离无线通信技术的窄带宽给物联网感知层信息的汇聚与上传提出了新的挑战。
数据压缩技术按照特定的编码机制用比原始数据小的数据位元表示信息,缓解信道的传输压力。
此外,还可以在计算能力强的网关节点或其他节点引入协同数据融合技术,在感知层对数据进行像素级的数据融合。
针对物联网的变化趋势和物联网测试技术的研究现状,本文认为未来的感知层测试技术需要遵循以下的设计原则。
(1)共性测试:
设计针对感知不同信息种类的物联网感知设备的共性测试场景和平台。
传感器和其他感知设备种类越来越多,不可能针对每一种传感器设计独立的测试平台,需要提取各类型感知设备的共性特征,进而研究和设计共性的测试场景和平台。
当然,对于部分设备的个性需求,也需要在共性测试的基础上,进行个性的扩展测试。
(2)兼容新的无线协议:
LTE协议和新版的Zig-Bee协议具有能耗小、带宽大、覆盖范围大等特征,感知层设备的通信接口必然会选择新的无线协议。
测试平台的搭建中,不能只考虑传统的空中接口,也要积极的向后兼容新型无线协议的测试。
(3)数据处理功能测试:
当前针对感知层设备的测试往往拘泥于感知功能和通信功能,而数据的融合和压缩等功能,正在逐步部署到感知层设备之中。
测试平台的搭建之中,需要为数据处理功能的测试,提供可扩展接口。
(4)业务平台和统一支撑平台的配置测试:
部分应用场景中,需要业务平台和统一支撑平台对感知层设备进行远程的配置。
测试平台中,需要部署或模拟部分的物联网业务平台和统一支撑平台,检测对远程配置功能的支持情况。
4开展物联网感知层测试的建议
为了进一步推进物联网感知层测试技术的发展,可以从以下方面开展工作。
(1)消除行业壁垒,构建共性测试。
物联网当前阶段出现的百家争鸣现象符合事物发展的客观规律,但是从长远来看,消除行业壁垒和烟囱现象,在共性要求和共性技术的基础上,形成多行业的合力来发展物联网产业,才更符合我国国情。
(2)加快国内专利审理流程,加强国际专利投入力度。
物联网技术日新月异,感知层等各关键部分的新技术层出不穷。
各高校重论文而轻专利,各研究机构又受专利周期所限,当前国内国际专利数量并不符合中国的物联网发展现状。
国内专利授权机构应对物联网相关专利,在相关法规允许的情况下,加快专利审理速度。
此外,各高校和研究结构也应积极申请国际专利,为未来的物联网专利大战积蓄力量。
(3)完善国家测试标准,积极参与国际标准制定。
国内的物联网行标体系正在展开,但是国家测试标准的制定不够完善,不利于感知层设备测试的跨行业进行。
需要进一步完善物联网标准尤其是测试标准,并为标准的持续更新保留接口。
各个国际物联网标准的工作组中,中国成分日渐浓厚,但是较少作为组织者和负责人,需要进一步提高广大科研机构和人员的热情,寻求中国在物联网产业的领导地位。
(4)规划公共服务平台建设。
在开展技术专利和标准制定基础上,为了加快物联网产业发展,我国还需要从顶层规划并建设物联网感知层测试公共服务平台,以国家级科技项目为指导,以推进行业发展为宗旨,以满足企业的认证需求为目的。
公共服务平台除提供认证服务外,还应具备检错和分析功能,为设备商提供相关咨询服务。
5小结
物联网技术飞速发展,感知层技术作为物联网发展的基础和前提技术,起着至关重要的作用。
本文研究了感知层技术及感知层设备测试的概况,并提出了感知层技术的发展趋势和测试系统和平台的设计原则,提出了开展物联网感知层测试的建议,为感知层技术及设备测试的研究工作提供了新的思路。
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- 关 键 词:
- 联网 感知 及其 测试 技术 研究