物聯網感知層的主要作用是獲取目標物體的原始數據，它是物聯網其他層級的數據來源。該層是由多種傳感器、RFID標簽、檢測設備等共同構建而成，是物聯網獲取數據的基礎層級。在該層級的支持下，海量的數據由網絡層傳輸到應用層，使應用層擁有足夠的數據得以應用，從而實現對世界萬物的自動控製。感應層與人們的日常生活息息相關，是物聯網三個層級中最貼近人類生產、生活的層級。我們所購買的書籍封麵上就有屬於物聯網感知層的條碼標簽，各種商品包裝上也同樣有相應的條碼標簽，這些標簽包含了物品信息，可被計算機識別和翻譯，屬於物聯網感知層的關鍵技術之一。這種技術極大地方便了人們的生產、生活，人們將在物聯網感知層係統的幫助下，高效、高質、安全地獲取足量的信息。由此可見，感知層的普及和發展同時也為促進信息化進程做出了巨大貢獻。

    實現感知層安全、可靠、高效、高質地獲取數據一直是科學家不斷努力的方向，這一方麵的科研成果層出不窮，人們為完善感知層的數據獲取能力正在不斷創新，不斷挖掘相關研究信息，爭取創造出更加先進的感知係統。作為物聯網的“皮膚”和“五官”，感知層擁有傳感器技術、射頻識別技術、二維碼技術、藍牙技術以及ZigBee技術等多種信息識別和數據傳輸技術。感知層在物聯網中具有舉足輕重的作用，了解感知層的作用和關鍵技術，學習感知層的工作原理，能夠使我們從生活實踐中深刻感受物聯網為人類生活帶來的變化和影響。

    1.物聯網感知層如何獲取數據

    目前，世界公認的物聯網層次機構可以分為感知層、網絡層以及應用層。其中，感知層是基礎層，也是物聯網數據信息的重要來源層。作為物聯網的核心層級，感知層始終圍繞“感知”二字，通過各種傳感器遍布各個物體，形成感知節點群，利用RFID係統獲取物體的狀態信息和外部環境信息，並通過傳感網絡實現數據信息的初步處理和交互傳輸。

    那麽，具體來說，物聯網感知層是如何獲取數據的呢？

    物聯網的感應層可以覆蓋到與人們生活息息相關的各種物品上，比如商品貨物、機械設備、物流部件、倉儲物品等。通過物聯網感知層，一方麵可以檢測到這些物品，並對這些物品的狀態和所處環境的信息進行實時監控；另一方麵又能將這些物品相互連接，形成一個可以交互數據信息的整體，實現對這些物品的自動管理。

    具體來說，人們要在物品上安裝或嵌入無線感知設備，這種設備相當於一種監控設備，但卻比監控設備的功能更強。每一個物品上都張貼著一個獨一無二的標簽，它是物體的身份證明，與物品形影相隨、永不分離，通過無線傳感網絡（WSN）及GPS等定位係統，就能確定這個物品的位置信息、實時狀態信息以及外部環境信息等。在這個監測的過程中，需要用大量的傳感器節點、無線通信方式等形成一個傳感網絡係統，這個傳感網絡係統具有多跳性、自組織性、全麵性、自發性等多種優良特性。當無線傳感網絡在世界範圍內建立完成後，人類將可能實現對世界萬物的完全掌控。感知層可以幫助人們自動感知物體，自動采集物體信息，自動處理物體相關數據，讓眾多的數據量化、統一化、大數據化，既能實現數據的融合處理，又能實現數據的高效傳輸和應用。

    概括來說，物聯網感知層的架構由射頻識別係統（RFID）和無線傳感網絡（WSN）共同構成，射頻識別係統（RFID）的主要作用在於識別物體，實現對目標物體的標識，從而便於對物體的有效管理。但是射頻識別係統（RFID）並不完美，利用該係統隻能在有限的距離內進行物品信息讀寫，並且該係統的抗幹擾能力較差，成本較高。而無線傳感網絡（WSN）的作用重點在於組織網絡，實現對數據的高效、可靠傳輸，雖然它不具備節點識別功能，但是其結構相對簡單，成本較低，所以更容易實施部署。而如果將射頻識別係統與無線傳感網絡結合使用，它們便可優勢互補，協同合作，共同推進物聯網的發展和應用。

    高效、可靠地獲取物品數據信息，需要以感知層為基礎，全麵優化RFID網絡的拓撲結構。感知層的大量數據主要來源於射頻識別係統（RFID），目前，射頻識別係統（RFID）在商品生產、商品運輸、公共交通、公共基礎設施等領域的應用比較廣泛。在商品運輸方麵，利用該技術可以完善生產鏈；在商品運輸方麵，人們利用該技術可以跟蹤和追查商品的去向；在公共交通方麵，利用該技術可以實時監控來往車輛；在公共基礎設施方麵，利用該技術可以確保公共施設安全，一旦損壞，就可以及時報警。

    射頻識別係統（RFID）的建立成本一般比較高，因此，在建立該係統前就要有一個完美的規劃。首先，要明確建立該係統的基礎目標，即建立RFID讀寫器網絡，而要建立這個網絡需要從兩個方麵著手：一是網絡拓撲結構設計，二是網絡的合成和實現。在此過程中，還需要考慮多種因素，比如網絡的覆蓋範圍、抗幹擾能力、電子標簽的覆蓋密度、設計成本等。可以看出，要實現這些功能和目標勢必會與網絡成本預算產生衝突，而要避免這種衝突，一方麵要解決搜索空間的問題，另一方麵要考慮非線性優化的問題。通常來說，在設置射頻識別係統的無源標簽時，要從以下幾個方麵考慮：

    （1）閱讀區域重疊

    當閱讀區域重疊時，對應的標簽才能被正常檢測，但在閱讀區域重疊的同時，標簽檢測也可能會受到其他閱讀器的幹擾，這樣一來，識別數據就會在閱讀區域產生激烈的碰撞。為了盡量避免這種碰撞，需要利用驗收閾值對重疊區域進行整體測量。這個測量的過程涉及到兩個概念，分別是CRatio和CArea。CRatio是覆蓋率，每個閱讀器所允許的重疊量都是有嚴格規定的，這種閱讀器允許的重疊量就是所謂的覆蓋率（CRatio）。另外，候選閱讀方式的總覆蓋麵積可以用CArea表示。

    （2）丟棄無用閱讀器

    並不是所有的閱讀器在特定的重疊區域內都是有必要的，一些無用的閱讀器雖然同樣滿足重疊區域的參數布局，但它們可能並不覆蓋任何標簽，因此，為了減少係統負擔，在設計時要將這些無用閱讀器舍棄。在這個優化過程中，盡量減少無用閱讀器是重要的研究課題。

    （3）覆蓋標簽的數量

    部署射頻識別係統的主要目標是檢測並獲取所有標簽的物理地址，而破譯地址的前提是覆蓋標簽，這就需要在實際的應用中考慮以下三種情況：第一種情況是將一個均勻的概率分布與所探測的標簽結果進行相互關聯；第二種情況是將圓形區域中心在閱讀區域內進行定義，定義的依據是探測標簽的變量概率，按照經驗，其探測概率為90%；第三章情況與第二種情況類似，隻在經驗探測概率上有所差別，其經驗探測概率為10%。

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