摘要：作为物联网的神经末梢，物联网感知层实现了智能信息采集与环境识别功能，是物联网技术的最基础环节。此外，感知层设备种类多样、应用环境各异、部署数量巨大，给测试技术提出了新的挑战。因此，开展对物联网感知层及其测试技术的研究，可以促进物联网产业健康发展，提升我国物联网技术的国际竞争力。
关键词：物联网，感知层，检测
物联网通过感知层采集物理世界中发生的物理事件和数据，通过网络层将感知到的信息进行无障碍、高可靠性、高安全性地传送，并通过应用层支持跨行业、跨应用、跨系统间的信息协同、共享和互通，有效的实现了物物相连。
当前物联网的发展如火如荼，各种应用场景的共性架构和个性需求的研究和标准化工作已经得到了广泛开展，但是针对物联网设备测试的研究，尤其是感知层设备测试的研究，还有待进一步开展。本文将基于感知层设备测试技术展开研究，在讨论感知层的概况和测试技术的基础上，提出未来感知层测试技术的发展趋势和建议。
1、感知层概述
感知层的主要功能是实现对信息的采集、识别和控制。感知层从设备功能上又可以分为感知设备子层和通信设备子层。感知设备子层通过传感器、RFID读写器、摄像头、GPS等模块实现温度、湿度、风向、标签、道路拥塞等信息的感知和获取。感知设备子层主要涉及传感器、条形码、RFID、音视频编解码、GPS等技术。通信设备子层通过IEEE802.15.4、3G、RF等无线模块或xDSL、FTTX等有线模块实现信息的采集和传输。通信设备子层主要涉及Zig,Bee、GSM/TD-SCDMA等技术。
由于通信设备子层使用的技术都基于现有成熟的通信网络，在本文中将不做进一步的介绍。下面重点介绍几种感知设备子层的技术。
1.1 传感器
传感器是物联网感知层的主要信息感知设备，种类众多，常见的有温度、压力、湿度、光电、霍尔磁性传感器等。温度传感器基于物质的各种物理性质随温度变化的规律，把温度变化转换为电信号。压力传感器在受到外部压力时会产生一定的内部结构的变形或位移，进而转化为电特性的改变，产生相应的电信号。湿度传感器主要包括电阻式和电容式两个类别。电阻式湿度传感器也成为湿敏电阻，利用氯化锂、碳、陶瓷等材料的电阻率的湿度敏感性来探测湿度。电容式湿度传感器也称为湿敏电容，利用材料的介电系数的湿度敏感性来探测湿度。光传感器可以分为光敏电阻以及光电传感器两个大类。光敏电阻主要利用各种材料的电阻率的光敏感性来进行光探测。光电传感器主要包括光敏二极管和光敏三极管，这两种器件都是利用半导体器件对光照的敏感性。霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁性传感器。霍尔传感器结合不同的结构，能够间接测量电流、振动、位移、速度、加速度、转速等等，具有广泛的应用价值。
1.2 条形码
条形码是一种信息的图形化表示方法，可以把信息制作成条形码，然后用相应的扫描设备把其中的信息输入到计算机中。二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。它的优点是信息容量大，译码可靠性高，纠错能力强，制作成本低，保密与防伪性能好。作为一种比较廉价实用的技术，条形码在今后一段时间内还会在物联网的各个行业中得到应用。
1.3 RFID
射频识别(RFID：Radio Frequency Identification)作为物联网标志性的感知设备之一，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，主要用来为各种物品建立唯一的身份标识，是物联网的重要支持技术。RFID的系统组成包括：电子标签、读写器(阅读器)，以及作为服务器的计算机。其中，电子标签中包含RFID芯片和天线。每个RFID芯片中都有一个全球唯一的编码；在为物品贴上RFID标签后，需要在系统服务器中建立该物品的相关描述信息，与RFID编码相对应。当用户使用RFID阅读器对物品上的标签进行操作时，阅读器天线向标签发出电磁信号，与标签进行通信对话，标签中的RFID编码被传输回阅读器，阅读器再与系统服务器进行交互，根据编码查询该物品的描述信息。
1.4 多媒体采集器
多媒体采集器作为未来物联网感知层常用的感知设备之一，泛指音频、视频、图像等信息的采集装置，如：摄像头、话筒、微型照相机等。随着物联网多媒体业务的逐步开展，多媒体采集器的作用日益明显。各种实体的采集器以数字化信号的方式，对一种或者多种多媒体信息，进行实时或准实时的获取和采集。
1.5 GPS
全球定位系统(GPS：Global Positioning System)技术具有全天候、高精度和自动测量等特征，被广泛的应用于物联网的位置定位之中。尤其对于网关节点和其他关键节点，使用GPS定位进行精确的地理定位是感知层的必然选择。
感知层在物联网中起着信息来源的关键作用，感知层设备的质量将直接影响物联网的可靠性和高效性，下文将针对感知层设备的测试进行进一步的研究。
2、感知层测试技术
测试工作贯穿设备从研发到商用的各个阶段：在研发阶段，测试结果为进一步修改设计方案提供了实验依据；在试用阶段，通过测试可以定位设备可能存在的不足，并寻找设备磨合的浴缸效应曲线；在商用阶段，测试可以保障产品质量。
当前物联网的感知层设备测试的研究和开发工作主要面向RFID技术和无线传感器网络。从测试的能力的种类分：可以分为一致性测试和通用能力测试；从测试的外部环境不同区分：可以分为普通环境测试和极端环境测试；从测试的对象的角度：可以分为产品级测试、系统级测试和应用级测试。
(1)一致性测试负责检验设备与物联网标准、规范的匹配情况。主要包括接口一致性测试、传输协议一致性测试、感知信令一致性测试、数据一致性测试、射频一致性测试等。通过基于EPCGlobal和WGSN的相关标准的一致性测试，确保感知层设备的互操作性和兼容性，推动感知设备研制的国际化和规范化。通用性能测试负责检测设备的最基本的安全性和可用性。主要包括电磁兼容测试、能耗与寿命测试、感知管理功能测试、收发功能测试等。
(2)普通环境测试主要检测感知层设备在正常的使用场景下，感知和通信的性能和功能。普通环境的选择取决于设备的具体针对场景，如无特别说明，该测试在正常的室内和室外进行。极端环境测试负责检测设备在温度、湿度、震动、击打、高噪声、高干扰等物理世界条件极端恶化的情况下，感知设备的感知和通信功能的可靠性。参考相关标准对极端条件的最低要求和该设备场景可能发生的最恶劣环境，在测试地点进行软硬件的环境模拟。通过这项测试，检测设备对极端环境的适应能力，确保网络的环境可靠性。
(3)产品级测试主要检测物联网感知层的设备级的传感器/RFID感知功能和性能测试、通信功能和性能测试、物理特性测试和电磁特性测试。其中，感知功能和性能测试用来检验设备的感知能力，如感知信息的种类、感知信息的实时性、感知的可靠性、感知寿命、感知区域的范围等；通信功能和性能测试用来测试设备的通信能力，如传输距离、抗噪抗干能力、调制阶数、最大传输速率；物理特性测试用来测试感知设备的物理耐用性和可靠性，如震动、冲击、密封、X光照射等；电磁特性测试是用来检测设备的抗电磁能力的，如静放电、瞬时脉冲、交变电场、交变磁场等。
(4)系统级测试包括传感网的组网能力测试和系统能力测试。其中，组网能力测试主要检测多个配置感知设备的自组织网能力，如设备的入网/出网、多跳路由的实现、网关功能的实现、移动性支持等；系统能力测试负责检测多个设备构成的系统的能力，如感知信息的搜集能力、信息的转发效率、与网络层的接口性能、物理和逻辑鲁棒性、电磁兼容性。
(5)应用级测试需要模拟一定的应用场景，在这个应用场景下对感知层设备进行测试。特定的应用场景由物联网业务的需求和使用情况、物理环境的情况、通信信道情况、感知设备的能量和存储情况、设备的移动性等多个情况决定。应用级测试的难点在于掌握实际应用模型，模拟实际的应用场景。
