物联网感知层的主要作用是获取目标物体的原始数据，它是物联网其他层级的数据来源。该层是由多种传感器、RFID标签、检测设备等共同构建而成，是物联网获取数据的基础层级。在该层级的支持下，海量的数据由网络层传输到应用层，使应用层拥有足够的数据得以应用，从而实现对世界万物的自动控制。感应层与人们的日常生活息息相关，是物联网三个层级中最贴近人类生产、生活的层级。我们所购买的书籍封面上就有属于物联网感知层的条码标签，各种商品包装上也同样有相应的条码标签，这些标签包含了物品信息，可被计算机识别和翻译，属于物联网感知层的关键技术之一。这种技术极大地方便了人们的生产、生活，人们将在物联网感知层系统的帮助下，高效、高质、安全地获取足量的信息。由此可见，感知层的普及和发展同时也为促进信息化进程做出了巨大贡献。
实现感知层安全、可靠、高效、高质地获取数据一直是科学家不断努力的方向，这一方面的科研成果层出不穷，人们为完善感知层的数据获取能力正在不断创新，不断挖掘相关研究信息，争取创造出更加先进的感知系统。作为物联网的“皮肤”和“五官”，感知层拥有传感器技术、射频识别技术、二维码技术、蓝牙技术以及ZigBee技术等多种信息识别和数据传输技术。感知层在物联网中具有举足轻重的作用，了解感知层的作用和关键技术，学习感知层的工作原理，能够使我们从生活实践中深刻感受物联网为人类生活带来的变化和影响。
1.物联网感知层如何获取数据
目前，世界公认的物联网层次机构可以分为感知层、网络层以及应用层。其中，感知层是基础层，也是物联网数据信息的重要来源层。作为物联网的核心层级，感知层始终围绕“感知”二字，通过各种传感器遍布各个物体，形成感知节点群，利用RFID系统获取物体的状态信息和外部环境信息，并通过传感网络实现数据信息的初步处理和交互传输。
那么，具体来说，物联网感知层是如何获取数据的呢？
物联网的感应层可以覆盖到与人们生活息息相关的各种物品上，比如商品货物、机械设备、物流部件、仓储物品等。通过物联网感知层，一方面可以检测到这些物品，并对这些物品的状态和所处环境的信息进行实时监控；另一方面又能将这些物品相互连接，形成一个可以交互数据信息的整体，实现对这些物品的自动管理。
具体来说，人们要在物品上安装或嵌入无线感知设备，这种设备相当于一种监控设备，但却比监控设备的功能更强。每一个物品上都张贴着一个独一无二的标签，它是物体的身份证明，与物品形影相随、永不分离，通过无线传感网络（WSN）及GPS等定位系统，就能确定这个物品的位置信息、实时状态信息以及外部环境信息等。在这个监测的过程中，需要用大量的传感器节点、无线通信方式等形成一个传感网络系统，这个传感网络系统具有多跳性、自组织性、全面性、自发性等多种优良特性。当无线传感网络在世界范围内建立完成后，人类将可能实现对世界万物的完全掌控。感知层可以帮助人们自动感知物体，自动采集物体信息，自动处理物体相关数据，让众多的数据量化、统一化、大数据化，既能实现数据的融合处理，又能实现数据的高效传输和应用。
概括来说，物联网感知层的架构由射频识别系统（RFID）和无线传感网络（WSN）共同构成，射频识别系统（RFID）的主要作用在于识别物体，实现对目标物体的标识，从而便于对物体的有效管理。但是射频识别系统（RFID）并不完美，利用该系统只能在有限的距离内进行物品信息读写，并且该系统的抗干扰能力较差，成本较高。而无线传感网络（WSN）的作用重点在于组织网络，实现对数据的高效、可靠传输，虽然它不具备节点识别功能，但是其结构相对简单，成本较低，所以更容易实施部署。而如果将射频识别系统与无线传感网络结合使用，它们便可优势互补，协同合作，共同推进物联网的发展和应用。
高效、可靠地获取物品数据信息，需要以感知层为基础，全面优化RFID网络的拓扑结构。感知层的大量数据主要来源于射频识别系统（RFID），目前，射频识别系统（RFID）在商品生产、商品运输、公共交通、公共基础设施等领域的应用比较广泛。在商品运输方面，利用该技术可以完善生产链；在商品运输方面，人们利用该技术可以跟踪和追查商品的去向；在公共交通方面，利用该技术可以实时监控来往车辆；在公共基础设施方面，利用该技术可以确保公共施设安全，一旦损坏，就可以及时报警。
射频识别系统（RFID）的建立成本一般比较高，因此，在建立该系统前就要有一个完美的规划。首先，要明确建立该系统的基础目标，即建立RFID读写器网络，而要建立这个网络需要从两个方面着手：一是网络拓扑结构设计，二是网络的合成和实现。在此过程中，还需要考虑多种因素，比如网络的覆盖范围、抗干扰能力、电子标签的覆盖密度、设计成本等。可以看出，要实现这些功能和目标势必会与网络成本预算产生冲突，而要避免这种冲突，一方面要解决搜索空间的问题，另一方面要考虑非线性优化的问题。通常来说，在设置射频识别系统的无源标签时，要从以下几个方面考虑：
（1）阅读区域重叠
当阅读区域重叠时，对应的标签才能被正常检测，但在阅读区域重叠的同时，标签检测也可能会受到其他阅读器的干扰，这样一来，识别数据就会在阅读区域产生激烈的碰撞。为了尽量避免这种碰撞，需要利用验收阈值对重叠区域进行整体测量。这个测量的过程涉及到两个概念，分别是CRatio和CArea。CRatio是覆盖率，每个阅读器所允许的重叠量都是有严格规定的，这种阅读器允许的重叠量就是所谓的覆盖率（CRatio）。另外，候选阅读方式的总覆盖面积可以用CArea表示。
（2）丢弃无用阅读器
并不是所有的阅读器在特定的重叠区域内都是有必要的，一些无用的阅读器虽然同样满足重叠区域的参数布局，但它们可能并不覆盖任何标签，因此，为了减少系统负担，在设计时要将这些无用阅读器舍弃。在这个优化过程中，尽量减少无用阅读器是重要的研究课题。
（3）覆盖标签的数量
部署射频识别系统的主要目标是检测并获取所有标签的物理地址，而破译地址的前提是覆盖标签，这就需要在实际的应用中考虑以下三种情况：第一种情况是将一个均匀的概率分布与所探测的标签结果进行相互关联；第二种情况是将圆形区域中心在阅读区域内进行定义，定义的依据是探测标签的变量概率，按照经验，其探测概率为90%；第三章情况与第二种情况类似，只在经验探测概率上有所差别，其经验探测概率为10%。
（4）设置零冗余阅读器
设置和部署区域外的阅读器需要通过大量的方案进行整体评估，而评估的关键点在于限制待覆盖区域的阅读器。这是因为，既定边界内的阅读器数量一旦超标，就会产生冗余，而阅读器冗余容易影响整体设计方案。当多个阅读器覆盖了一个相同的标签时，多出来的阅读器就是冗余阅读器，冗余阅读器会产生无用的操作和不必要的费用。而解决这一问题的首要步骤是通过技术手段测量出冗余的阅读器，具体做法是通过相关实验，先观察和分析每一个阅读器探测到的所有标签集合，然后利用计数时间确定冗余阅读器，最后实现阅读器零冗余。
射频识别网络是物联网海量数据的重要来源之一，而阅读器是读取数据信息的关键器件，如何有效地放置和部署阅读器，将影响着物联网数据的有效获取。在阅读器获取物品信息的过程中，需要尽可能地考虑让一个阅读器读取多个标签的信息，同时，还要避免这些信息在由阅读器读取的过程中产生不必要的冲突。根据以上四个方面的总结分析，合理优化设计RFID网络的拓扑结构，将在阅读器获取信息时极大地减少信息冲突，从而更高效、高质地获取物品数据。
2.感知层：物联网的皮肤和五官
如果将物联网系统比作人体，那么，物联网的感知层就相当于人的皮肤和五官。人在感知外界信息时，需要用到嗅觉、听觉、视觉、触觉等感觉系统，感官和皮肤获取外界信息后，经由神经系统传至大脑，并由大脑进行分析判断和处理，大脑做出决策之后，会传达反馈命令指导人的行为。与之相同，物联网感知层的主要功能也是获取外部数据信息，经由传感网络，汇集海量数据到物联网网络层，网络层借助传输层网络将数据传输到物联网应用层，最后，物联网应用层利用感知数据为人们提供相关应用和服务。
与人相比，物联网感知层所感知的信息范围更加广阔。例如，人对温度的感知范围有限，在较小的温度范围之内，人的触觉无法感知温度的微小变化，而一旦超过人类忍受温度的极限，就需要借助具有温度传感器的电子设备的帮助。在一个由计算机控制的自动化装置中，计算机相当于人的大脑，但是仅仅有大脑还不够，还需要有能感知外界信息的五官，才能构成完整的反馈系统，从而代替人进行劳作。
传感器可以感知外界环境信息，是一种检测信息的电子装置。在物联网感知层中，传感器得到了广泛的应用，它们就相当于人的皮肤和五官，可以为物联网提供海量的数据信息。在检测到物体信息之后，各种形式的传感器会将所获得的数据转换成电信号的形式，统一发送到物联网络中，实现信息的传输、处理、存储、控制以及决策。物联网最终是要实现对物品的自动检测和自动控制，而感知层的传感器就是实现这一目的首要装置。在物联网系统中，传感器被统一称为物联网传感器，它们不仅可以进行物品信息的采集，还能对获取的数据进行简单的处理和加工。物联网传感器既可以单独存在，也可以与其他设备连接，它在感知层中具有两方面的作用，一个是信息的采集，另一个是数据的输入。
未来的物联网系统是由一个个传感器构建而成的网络系统，各种功能和形式的传感器将共同成为传感网络的组成部分，在物联网的前端进行信息采集工作。
传感器的种类十分丰富，但总体来说，可分为三大类，即根据物理量、输出信号和工作原理的性质进行具体划分。例如，根据物理量进行划分，可以分为压力传感器、温度传感器、湿度传感器、速度传感器、加速度传感器等。
一般来说，物理传感器是根据物理效应来工作，比如压电效应、离化效应、极化效应、光电效应、热电效应、磁电效应等。化学传感器通常是根据化学原理进行工作，比如化学反应、化学吸附、化学净化等。无论是物理传感器，还是化学传感器，它们都是将被测信号的变化转化成电信号的。
那么，传感器的工作原理具体是什么呢？举例来说，如果将±15V电源用于传感器，就会使传感器的晶体振荡器发生震荡，从而产生400Hz的方波，这种方波在激磁电路中传播，之后由TDA2030功率放大器调节方波功率，进而将电源变为交流激磁功率电源。如果方波通过能源环形变压器传播，则其经由的路线是从初级线圈到次级线圈，其中初级线圈具有静止特性，次级线圈具有动态旋转特性。在此过程中，直流电会变成交流电，之后再由整流滤波电路进行处理，最终得到±5V的直流电源，电压也降为±5V。这种电源服务于AD822运算放大器，AD589与AD822共同组成±4.5V的电桥电源，同时也是转化器或者放大器的工作电源。一旦弹性轴被扭转，这种变化就会转化成电信号，在电路滤波、整形之后，所产生的频率信号就会以与弹性轴的扭矩按照一定比例呈现，从而实现感应和采集数据。通常来说，物理传感器在物联网中的应用比其他传感器更广泛。化学传感器由于可靠性较低、规模化生产困难，价格也比较昂贵，因此被使用的情况较少。
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