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标题: 物联网时代传感器低成本化发展的思考 [打印本页]

作者: forsuccess 时间: 2013-1-27 23:28 标题: 物联网时代传感器低成本化发展的思考

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以及传感器在物联网中的战略意义，分析了传感器技术的低成本化发展方向，并提出了一些低成本化措施。
关键词：物联网；体系架构；传感器；低成本

0 引言
物联网号称是继计算机、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。
物联网是全球信息产业的发展趋势之一，也是我国“十二五”规划的重点发展方向。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，物联网将实现半智能化：2020年之后为发展期，物联网将全面实现智能化。预计到2015年的市场规模就会超过2 000亿元，2025年将达到7 500亿元，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。

1 物联网的体系架构
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)、人列人(Human to Human，H2H)之间的互连。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。
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以及手机等终端。
感知层是实现物联网全面感知的基础，包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器和M2M终端、传感器网络和传感器网关等。要解决的重点问题是感知和识别物体，采集和捕获信息，要突破的方向是具备更敏感、更全面的感知能力，解决低功耗、小型化和低成本的问题。物联网感知层的技术结构特征如表1所列。

网络层主要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。各种通信网络与互联网形成的融合网络，被普遍认为是最成熟的部分，除网络传输之外，还包括网络的管理中心和信息中心，用以提升对信息的传输和运营能力，也是物联网成为普遍服务的基础设施。有待突破的方向是向下与感知层的结合，向上与应用层的结合。表2所列是物联网传输层的技术结构特征。
应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层，是将物联网技术与行业专业技术相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集，用于提供物物互联的丰富应用。物联网通过应用层最终实现信息技术与行业的深度融合，对国民经济和社会发展具有广泛影响。现在的关键问题在于信息的社会化共享、开发利用以及信息安全的保障。

2 传感器的地位及应用
传感器是信息感知和传递的源头、是信息能量的转换器，是一项使能技术。
社会信息化正在成长，社会网络化正在普及，信息产业已成为国民经济的支柱产业，传感产业不仅成为新兴战略产业的热点和制高点，还给传统产业带来“绿色或生态革命”。人类为实现智慧地球、数字城市、低碳经济等智能产业等雄心勃勃愿景，要建立人／物互联网，就需要巨量的传感器来知晓和掌控海量信息。传感器产业虽受几次全球宏观经济危机或疲软连累，增速有起伏，但其仍是持续增长的“朝阳”产业。几十年来，“东方不亮西方亮”，产业整体平均增长速度在10％以上，据预测，未来10年，传感器需求市场的规模将超万亿，年平均增长速度超50％，70亿人人均1 000支传感器。
传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子、通信、消费电子和专用设备等。
在世界范围内，传感器市场增长最快的是汽车市场的需求，占第二位的是过程控制市场，前景看好的是通讯市场。
汽车控制系统电子化水平的关键在于采用传感器的数量和水平。目前，一辆普通家用轿车上大约会安装几十到近百只传感器，豪华轿车传感器数量可多达200余只，种类达几十种。汽车和通信市场所用传感器约占整个市场的三分之一。图1所示是汽车控制系统中传感器的应用示意图。

我国是全球白家电(包括家用空调、电冰箱和洗衣机)生产和出口大国，2009年的总产量达3亿多台，所用传感器约占市场的五分之一。
传感器在医疗、环保、气象等专用电子设备中的应用增长快速，所用传感器占市场份额的15％左右。
在物联网系统中，用于对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备，被称为物联网传感器。传感器可以独立存在，也可以与其他设备以一体方式呈现，但无论哪种方式，它都是物联网中的感知和输入部分，用来进行各种数据信息的采集和简单的加工处理，并通过固有协议，将数据信息传送给物联网终端处理。如通过RFID进行标签号码的读取，通过GPS得到物体位置信息，通过图像感知器得到图片或图像，通过环境传感器取得环境温湿度等参数。传感器属于物联网中的传感网络层，它作为物联网的最基本一层，具有十分重要的作用。因此，传感网络层中传感器的精度是应用中重点要考虑的一个实际参数。
在物联网的大概念下，_一个泛在的物联网系统，随着参照物的不同，传感器可以是一个“大”的“智能物件”，它可以是一个机器人、一台机床、一列火车，甚至是一个卫星或太空探测器。
虽然物联刚的产业供应链包括传感器和芯片供应商、应用设备提供商、网络运营及服务提供商、软件与应用开发商和系统集成商，但是，作为金字塔的塔座，传感器仍将会是整个链条需求总量最大和最基础的环节。因此，“传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑，传感器感知了物体的信息，RFID赋予它电子编码，传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。”
由于涉及领域面广，涵盖范围大，对于中国物联网产业进行准确的估计和预测是相当困难的。从目前与物联网的几个重要相关的细分市场(传感器市场、RFID市场、M2M市场等)的发展状况，可以对整体的未来有一个初步的粗略判断。图2所示是对2010—2020年物联网产业三大细分市场规模的预测。由图可见，中国物联网整体产业在2015年的市场规模将超过2 000亿元，2025年将达到7 500亿元，年增长率超过30％。到2050年，传感器将在生活中无处不在。

3 传感器技术对物联网发展的意义
就目前我国对于物联网相关技术的成熟度来看，通信技术和计算机数据处理技术相对成熟，而传感技术平台的搭建却相对比较薄弱，因此，发展传感器技术不仅是我国实现物联网核心技术的关键，也是全面发展战略目标的关键。
在物联网构建初期，在大量基础设备生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到质量标准。因此，可以说，没有优良的传感器技术，现代化生产也就失去了基础；没有传感器技术支持，物联网构造也将失去基础。
传感器的性能决定物联网性能。传感器是物联网中获得信息的唯一手段和途径，传感器采集信息的准确、可靠、实时将直接影响到控制节点对信息的处理与传输。传感器的特性、可靠性、实时性、抗干扰性等性能，对物联网应用系统的性能起到举足轻重的作用。
传感器升级可以加速网络升级，传感器技术的升级换代将提升网络的升级换代。当信息采集用第一代模拟传感器时，会产生第一代传感器网络；当信息采集仍用第一代模拟传感器，控制站之间采用数字通信时，会产生第二代传感器网络；当信息采集采用第二代数字传感器或第三代智能传感器时，控制和通信采用全数字化技术，从而将产生第三代传感器网络；当信息采集采用第四代网络化智能传感器时，就产生了物联网。
传感器产业化决定着物联网市场的应用前景。未来10年，物联网将有上万亿元的高科技市场，其产业要比互联网大30倍。在大力发展物联网的同时，如果不发展传感器技术，则大量传感器势必要从国外进口，传感器市场被国外占有，不仪经济损失巨大，而且国家安全无保障。相反，如果在发展物联网的同时，从一开始就考虑传感器的同步、协调发展，也许开始需要多花费一些资金，但从长远看是十分有利的，因为这样既提升了国产传感器的制造水平，满足物联网的需求，保证r国内市场，同时还培养了一批传感技术人才，缩小了与国外在传感器方面的差距。

作者: TLP291 时间: 2013-3-14 14:18

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