问题19：为什么要独立设置感知层？

“感知层”又称为“感知执行层”。感知层是物联网的基础，是联系物理世界与虚拟信息世界的纽带。感知层功能与技术比较特殊，与网络层、应用层区别很大，因此独立设置是非常必要的。

理解感知层需要注意以下几个问题。

1.感知层设备的分类

感知层设备主要分为两类：自动感知设备与人工生成信息设备。

1）自动感知设备：能够自动感知（和反馈、控制）物体或外部物理环境信息的设备称为自动感知设备，包括：RFID、传感器、GPS、智能家用电器、智能控制设备。

2）人工生成信息设备：其中包括：智能手机、个人数字助理（PDA）、计算机，它们是自动感知的辅助手段。

2.感知能力与执行能力

人们将RFID比喻成能够让物体“开口”的技术。RFID标签中存储了物体的信息，通过无线信道将它们存储的数据传送到RFID应用系统中。一般的传感器只具有感知周围环境参数的能力。例如，在环境监测系统中，一个温度传感器可以实时地传输它所测量到的环境温度，但是它对环境温度不具备控制能力。对于一个精准农业物联网应用系统中的植物定点浇灌传感器节点，系统设计者希望它能够在监测到土地湿度低于某一个设定的数值时，就自动打开开关，给果树或蔬菜浇水。这种感知节点同时具有控制能力。在物联网突发事件应急处理的应用系统中，处理核泄漏现场的机器人可以根据指令进入指定的位置，通过传感器将周边的核泄漏相关参数测量出来，传送到指挥中心。根据指挥中心的指令，机器人需要打开或关闭某个开关。从这个例子可以看出，具有智能处理能力的传感器节点必须同时具备感知和控制能力，同时具备适应周边环境的运动能力。因此，从一块简单的RFID标签芯片、一个温度传感器或测控装置，到一个复杂的智能机器人，它们之间重要的区别表现在智能物体是不是需要同时具备感知能力和控制执行能力，以及需要什么样的控制、执行能力。

图2-10给出了不同结构的物联网应用系统的示意图。图2-10a展示的是一个应用于桥梁监控的无线传感器网络。在这一类应用系统中，无线传感器网络主要的功能是实时监控桥梁安全状态，及时向管理中心报告，对系统状态数据的分析、处理由专业工程师完成，因此这一类系统没有控制与执行的任务，系统中不需要设计执行器。图2-10b展示的是一个应用于高速公路收费站RFID自动收费系统的结构示意图。在这一类应用系统中，车辆配备了RFID标签，收费站设置有RFID读写器，而执行器控制杆是受收费站系统控制的独立的抬杠设备。在这一类系统中，感知节点与执行节点是分开的。图2-10c展示的是一个应用于汽车装配线的智能机器人与机械手结构示意图。在这一类应用系统中，智能机器人或机械手通过传感器感知加工部件的位置与状态信息，同时根据智能控制执行工件的装配工序。在这一类应用系统中，感知节点与执行节点是一体的。

图2-10 不同结构的物联网应用系统的示意图

在无线传感器与执行器网络（WSAN）中，节点分为两类：感知节点与执行器节点。感知节点数量大、结构相对简单、位置固定。执行器节点的数量根据覆盖的范围、执行任务的复杂程度和感知节点的数量按需确定，一般数量较少，配置较高，可以在指定的服务内移动，以及时收集到感知节点的数据，执行控制指令。

3.对感知层技术发展的讨论

我们目前经常讨论物联网的大规模与造价低的RFID、传感器的应用问题，这在物联网发展的第一阶段是非常自然和必须的。作为信息技术研究人员，我们不能不注意到世界各国正在大力研究智能机器人技术，以及智能机器人在军事、防灾救灾、安全保卫、航空航天及其他特殊领域的应用。智能机器人具有很强的对外部环境的感知能力、自适应与协同工作能力，以及对问题的智能处理能力。目前，通过网络控制大量智能机器人协同工作的机器人集群的研究，正在逐步展示出其有效地扩大人类感知世界、智慧地处理问题的应用前景。随着智能机器人技术日益成熟与应用，它必然也会进入物联网，成为物联网世界重要的成员。因此在讨论感知层的特点时，我们必须前瞻性地预见到这个问题。