物联网用智能传感器技术的发展重点包含边缘计算算法优化、身份认证算法优化和能量采集技术。
图1 物联网用智能传感器技术的发展重点
边缘计算算法优化
边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧(传感器侧),采用集检测、计算、存储、通信功能于一体的平台,为终端用户提供实时、动态和智能的计算服务。
智能传感器能够在单点上准确感知物理量或化学量,但在多维状态下相对困难。例如,在进行环境测量时,特征参数广泛分布且具有时空相关性,仅靠一两个参数难以实现对目标特性的识别,多参数智能传感器在数据处理中,利用边缘计算数据融合技术对目标进行识别和判断,对广域物联网的海量数据来说具有重要意义,既减少了网络开销,又提高了系统的实时性。因此,需要重点提高边缘计算算法的实时性、识别率。
边缘计算是在传感器端进行智能计算,而云计算是在云端进行计算,两者的差异体现在多源异构数据处理、资源浪费、资源限制、安全和隐私保护等方面。边缘计算在具有低时延、高带宽、高可靠性、海量连接、异构汇聚和本地安全隐私保护等特点的应用场景(如智能交通、智慧城市和智能家居等)中,存在突出优势。
边缘计算可以实时进行数据处理和分析,使数据处理更靠近源头,可以缩短延时,使应用程序的运行更高效、快速;边缘计算可以减少网络流量,随着物联网传感器数量的增加,数据生成速度成倍提高,导致网络带宽受限,成为数据传输瓶颈;边缘计算可以保障数据安全,保护用户隐私。物联网的原始数据涉及个人隐私,传统的云计算模式需要将原始数据上传至云计算中心,用户隐私泄露的风险较高。
身份认证算法优化
物联网多采用无线通信技术,数据容易被其他系统接收,必须通过特定的身份认证协议来确保数据传输的可靠性。身份认证需要密钥,可以通过优化来确定密钥,使其既简单又难以破解。
能量采集技术
大多数物联网应用无法为传感器提供能量,通常由电池供电,但在很多需要长期值守的场合难以实现。因此,需要减少智能传感器的功耗并充分利用空间中的能量。
可以将环境中的能量(如振动能、太阳能、热能、射频能等)转化为电能,供传感器使用,实现传感器能量自给。
振动能采集将周围环境中的振动能转化为电能,主要包括压电式、电磁式和静电式等。
太阳能采集将太阳能或光能转换为电能,可以解决不可再生资源枯竭、能源紧缺、环境污染等问题。
热能来源广,包括物体发出的热量、机械工作散发的热量和空气中的热量等。热能采集将环境温差转化为电势,从而将热源中的废热转化为电能。
射频能采集通过天线接收周围环境中的射频能,并将其转化为电源能量。