摘要：近幾年，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的不斷拓展和深化，對無線感知設(shè)備的需求也在不斷變化和增加，通過對物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備檢測能夠更好地滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。基于此，該文就物聯(lián)網(wǎng)無線感知設(shè)備檢測技術(shù)進(jìn)行了研究，以期能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；無線感知設(shè)備；檢測技術(shù)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.008

中圖分類號(hào)：TN 92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）09-00-03

Research on Detection Technology of Wireless Sensing Devices in IoT

LIN Dayi

（The State Radio Monitoring Center Testing Center， Beijing 100041， China）

Abstract： In recent years， with the development and deepening of IoT application scenarios， the demand for wireless sensing devices is also changing and increasing， promote the development and application of IoT technology. Based on this， this paper studies the detection technology of wireless sensing devices in the IoT in order to provide scientific reference for the sustainable development of the IoT.

Keywords： IoT; wireless sensing device; detection technology

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將各種物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的信息交換和互聯(lián)互通，從而實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的管理和控制。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，無線感知設(shè)備扮演著感知和采集環(huán)境信息的重要角色，如溫度、濕度、光照等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制至關(guān)重要，而通過檢測可以確保相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，有助于推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系框架包括感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)和公共技術(shù)。其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）感知層。該層主要包括各種傳感器、執(zhí)行器和嵌入式系統(tǒng)。傳感器可以感知環(huán)境中的各種數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、光線、聲音等，執(zhí)行器則可以根據(jù)數(shù)字系統(tǒng)的指令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。這些傳感器和執(zhí)行器通過各種通信技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。該層是連接感知層和應(yīng)用層的橋梁，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和通信。這一層包括了各種通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee、LoRa等。它們可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景和要求選擇合適的通信方式，并通過路由器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)或者私有網(wǎng)絡(luò)[1]。網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)的關(guān)鍵在于確保數(shù)據(jù)的安全、穩(wěn)定和高效地傳輸，因此物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)往往需要考慮到能耗、帶寬、延遲等因素，以及數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證、訪問控制等安全機(jī)制。

（3）應(yīng)用層。該層技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的最上層，直接面向用戶和應(yīng)用場景。這一層包括了各種應(yīng)用軟件、平臺(tái)和服務(wù)，如智能家居系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、智慧城市解決方案等。應(yīng)用層技術(shù)可以利用網(wǎng)絡(luò)層傳輸過來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理和展示，為用戶提供各種智能化的功能和服務(wù)。在應(yīng)用層技術(shù)中，最重要的是數(shù)據(jù)分析和人機(jī)交互。通過對大數(shù)據(jù)的分析，可以從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出有價(jià)值的信息和規(guī)律，為用戶提供個(gè)性化的服務(wù)和決策支持。

（4）公共技術(shù)。該技術(shù)是為整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)提供支持和基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)。這一層包括了各種標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議、安全機(jī)制、管理平臺(tái)等。例如，物聯(lián)網(wǎng)中的標(biāo)識(shí)技術(shù)（如RFID）、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（如MQTT）、安全認(rèn)證機(jī)制（如OAuth）、設(shè)備管理平臺(tái)（如IoTHub）等。公共技術(shù)的作用是提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)之間的互操作性和互聯(lián)互通[2]。

2 無線感知設(shè)備在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性

2.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸

無線感知設(shè)備通過各種傳感器技術(shù)，可以實(shí)時(shí)地感知環(huán)境中的各種數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、光線、聲音、運(yùn)動(dòng)等。這些數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用提供了必要的信息支持。與有線傳感設(shè)備相比，無線感知設(shè)備具有更大的靈活性和可擴(kuò)展性，可以覆蓋更廣泛的區(qū)域，滿足不同場景下的需求。同時(shí)，無線感知設(shè)備采用無線通信技術(shù)，可以將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。這種實(shí)時(shí)性和遠(yuǎn)程性為各種行業(yè)的應(yīng)用帶來了便利，如工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測、智能家居控制等。

2.2 網(wǎng)絡(luò)覆蓋與部署

由于無線感知設(shè)備不受布線限制，可以靈活地部署在各種環(huán)境中，因此可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。無線感知設(shè)備可以通過自組網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)中繼的方式，實(shí)現(xiàn)大范圍的網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)建起覆蓋范圍廣、節(jié)點(diǎn)密度高的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在一些特殊環(huán)境中，如野外、建筑物內(nèi)部或移動(dòng)車輛上，無線感知設(shè)備的部署尤為重要。它們可以實(shí)現(xiàn)對這些環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理，為應(yīng)急響應(yīng)、資源調(diào)配等提供重要支持[3]。

2.3 節(jié)能與成本效益

相比有線感知設(shè)備，無線感知設(shè)備通常更為節(jié)能，可以利用低功耗的無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的運(yùn)行。這對于一些需要長期監(jiān)測的場景尤為重要，如環(huán)境監(jiān)測、智能交通等。同時(shí)，由于無線感知設(shè)備不需要鋪設(shè)大量的布線，可以降低建設(shè)和維護(hù)成本，提高了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體成本效益，只需要通過部署大量的無線感知設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對于整個(gè)城市、工廠、農(nóng)田等范圍的全面監(jiān)測和管理，為城市智能化、工業(yè)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化等提供了可能。同時(shí)，無線感知設(shè)備也是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能化應(yīng)用的關(guān)鍵。通過采集環(huán)境數(shù)據(jù)并利用人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對于環(huán)境的智能感知、預(yù)測和控制，為人們的生活、工作提供更加智能化、便捷化的服務(wù)和體驗(yàn)。

3 無線感知設(shè)備的技術(shù)原理

3.1 無線通信技術(shù)

無線通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)感知設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)。無線感知設(shè)備通常采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，WSN是一種由多個(gè)分布式傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)之間通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和協(xié)作，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都配備有感知器、處理器、無線通信模塊和電源等組件，可以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸，通過部署多個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建覆蓋范圍廣泛的感知網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對大范圍區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，無線通信技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和完善，為無線感知設(shè)備的應(yīng)用提供了更多的選擇和可能性[4]。

3.2 傳感器技術(shù)

傳感器是無線感知設(shè)備中的核心組件，用于感知環(huán)境中的各種參數(shù)，如溫度、濕度、光照、壓力等，并將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行處理和傳輸。具體來說，傳感器技術(shù)在無線感知設(shè)備中起到了感知環(huán)境信息的關(guān)鍵作用，無線感知設(shè)備通常搭載各種類型的傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、壓力傳感器等，以實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境中的各種參數(shù)，這些傳感器可以將環(huán)境中的物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，然后通過數(shù)據(jù)采集模塊傳輸?shù)教幚砥鬟M(jìn)行處理和分析。一般來說，在無線感知設(shè)備中，傳感器技術(shù)的選擇通常取決于具體的應(yīng)用場景和需求，比如對于需要高精度溫度監(jiān)測的應(yīng)用場景，可以選擇精度較高的熱敏電阻傳感器；對于需要在低光條件下進(jìn)行光照監(jiān)測的應(yīng)用場景，可以選擇靈敏度較高的光敏電阻傳感器。

4 物聯(lián)網(wǎng)無線感知設(shè)備檢測內(nèi)容

4.1 性能測試

性能測試主要關(guān)注設(shè)備在各種工作條件下的性能表現(xiàn)，包括傳輸性能、能耗、覆蓋范圍、靈敏度和抗干擾能力等方面。這些測試項(xiàng)目的全面評(píng)估可以確保設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性，為用戶提供選擇合適設(shè)備和進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)收的依據(jù)。

（1）傳輸性能。主要包括數(shù)據(jù)傳輸速率、延遲和丟包率等指標(biāo)的評(píng)估。數(shù)據(jù)傳輸速率是指設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，它直接影響到設(shè)備在實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸方面的效率；延遲是指數(shù)據(jù)從發(fā)送端到接收端所需的時(shí)間，對于某些實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制應(yīng)用來說，低延遲是至關(guān)重要的；丟包率則是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中丟失的數(shù)據(jù)包的比例，它反映了設(shè)備在傳輸過程中的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）能耗。評(píng)估設(shè)備在不同工作模式下的能源消耗情況可以幫助用戶了解設(shè)備的電池壽命和使用成本。對于一些需要長時(shí)間運(yùn)行或在偏遠(yuǎn)地區(qū)部署的應(yīng)用來說，低能耗是非常重要的，因此對設(shè)備的能耗進(jìn)行全面評(píng)估是十分必要的。

（3）覆蓋范圍。通過測試設(shè)備在不同距離和障礙物下的信號(hào)覆蓋范圍，可以評(píng)估設(shè)備在不同環(huán)境下的通信穩(wěn)定性和覆蓋能力，由于信號(hào)的覆蓋范圍直接影響到設(shè)備的可用性和可靠性，因此該項(xiàng)此時(shí)結(jié)果對需要覆蓋較大區(qū)域或在復(fù)雜環(huán)境中使用的應(yīng)用來說尤其重要。

（4）靈敏度和抗干擾能力。靈敏度是指設(shè)備對信號(hào)強(qiáng)度的敏感程度，而抗干擾能力則是指設(shè)備在外部干擾的情況下能夠保持正常工作的能力。這些指標(biāo)直接影響到設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境下的性能表現(xiàn)，例如，在城市中的高密度無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中或是在工業(yè)場所存在大量干擾源的情況下。

4.2 一致性測試

一致性測試旨在確保同一型號(hào)的設(shè)備在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)或不同生產(chǎn)批次下具有一致的性能和特性，以及設(shè)備在不同固件版本下的功能和性能是否保持一致。

（1）硬件一致性測試。旨在確保同一型號(hào)的設(shè)備在不同批次之間具有一致的性能和特性。在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中，由于設(shè)備通常是大規(guī)模生產(chǎn)的，因此生產(chǎn)過程中可能存在一些微小的差異，如材料選用、生產(chǎn)工藝等，這些差異可能會(huì)對設(shè)備的性能產(chǎn)生影響。硬件一致性測試通過對不同批次的設(shè)備進(jìn)行全面的性能比較和評(píng)估，以確保它們在各個(gè)方面的一致性，如傳輸性能、信號(hào)覆蓋范圍、能耗等，這樣可以幫助制造商發(fā)現(xiàn)潛在的問題并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證設(shè)備在不同批次之間的一致性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性[5]。

（2）軟件一致性測試。側(cè)重于測試設(shè)備在不同固件版本下的功能和性能是否保持一致。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的變化，設(shè)備的固件通常會(huì)進(jìn)行更新或升級(jí)，以改進(jìn)性能、修復(fù)漏洞或添加新功能。然而，固件升級(jí)可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能或功能發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)兼容性問題。因此，軟件一致性測試通過比較不同固件版本下設(shè)備的性能和功能，確保固件升級(jí)不會(huì)對設(shè)備的性能和功能造成負(fù)面影響。這有助于確保用戶在升級(jí)固件后能夠正常使用設(shè)備，并且設(shè)備在不同固件版本下的性能和功能保持一致。

4.3 互操作性測試

互操作性測試旨在驗(yàn)證設(shè)備是否與其他設(shè)備和系統(tǒng)有效地進(jìn)行通信和協(xié)作。互操作性測試對于確保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中各個(gè)組件能夠無縫協(xié)同工作至關(guān)重要，它不僅能夠確保設(shè)備之間的兼容性，還能夠驗(yàn)證設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的符合程度，從而保證物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和可擴(kuò)展性。

（1）協(xié)議兼容性測試。在物聯(lián)網(wǎng)中，不同設(shè)備之間通常使用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如MQTT、CoAP等。而這些協(xié)議的實(shí)現(xiàn)可能存在差異，導(dǎo)致設(shè)備之間無法正常通信。因此，互操作性測試需要驗(yàn)證設(shè)備是否符合標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，以確保設(shè)備能夠與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行有效的通信。這種測試通常涉及模擬各種場景和消息傳遞，以確保設(shè)備能夠正確解釋和響應(yīng)來自其他設(shè)備的指令和數(shù)據(jù)。

（2）設(shè)備互操作性測試。這項(xiàng)測試旨在驗(yàn)證不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備能夠正確交互和協(xié)作。在物聯(lián)網(wǎng)中，往往會(huì)涉及到多個(gè)廠家生產(chǎn)的設(shè)備，它們可能使用不同的通信協(xié)議或數(shù)據(jù)格式，因此需要進(jìn)行設(shè)備互操作性測試來確保它們能夠無縫地協(xié)同工作。這種測試通常包括模擬各種場景和交互，以驗(yàn)證設(shè)備之間的互操作性，例如，一個(gè)傳感器設(shè)備是否能夠正確地將數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)控制器設(shè)備，并對其進(jìn)行操作。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對物聯(lián)網(wǎng)無線感知設(shè)備的測試驗(yàn)證，可以發(fā)現(xiàn)其潛在的問題和改進(jìn)空間，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步。針對性地解決技術(shù)難題，推動(dòng)行業(yè)向著更加智能化、高效化的方向發(fā)展，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的長期健康發(fā)展提供有力支撐。

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