沐鸣2招商总代_技术课堂 | eMTC物联网是什么,和NB-IoT有什么关系?

eMTC的全名有点长,是enhanced Machine-Type Communication,增强型机器类型通信。它还有一个名字,叫做LTE-M,LTE-Machine-to-Machine,LTE-机器到机器。也就是说,是机器之间用LTE通信,非常直白了,适用于物联的LTE网络。

这几年,物联网技术逐渐成为了人们关注的重点。

随着移动通信技术的发展,在传统“短距离”物联网技术的基础上,涌现了很多“长距离”物联网技术,给行业带来了一阵春风。

这些新兴物联网技术中,我们介绍最多的,就是NB-IoT和LoRa。

作为最受追捧的物联网技术,NB-IoT的火热程度毋庸置疑。

其实,除了它俩之外,还有一项技术,应用也很广泛,曾经一度被认为会三分天下有其一。

它就是我们今天文章的主角——eMTC。

“万物互联”是一块巨大无比的蛋糕。为了瓜分这块蛋糕,很多企业都迫不及待的参与物联网技术的研发中。行业里也陆续出现了各种各样的物联网技术标准,令人眼花缭乱。

从总体上来看,物联网技术被分为两个大类:WLAN物联网和蜂窝物联网。

  • WLAN物联网,以Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、Z-wave为代表。
  • 蜂窝物联网,以NB-IoT、eMTC、LoRa、Sigfox为代表。

它们之间的区别,主要在于功耗和距离。有点类似于手机上网,用Wi-Fi,还是用数据业务。

以前的物联网,是WLAN物联网技术的天下,但是,这几年,蜂窝物联网技术崛起,抢尽了风头。

蜂窝物联网技术,也属于LPWA技术(Low Power Wide Area,低功耗广域网)。

LPWA技术,覆盖距离更远,功耗更低,安全性和可靠性更高,更能满足行业需求。

LPWA的定位:远覆盖、低速率

在蜂窝物联网里面,又分为若干个阵营。

目前通信行业最大的派系——3GPP组织(3GPP是什么?),就是其中的阵营之一。

 

eMTC和NB-IoT,都是3GPP推出的技术标准。

 

确切地说,在3GPP规范中,有三种关于物联网的无线连接技术,分别是NB-IoT、eMTC、EC-GSM。EC-GSM是基于GSM(2G)技术的,现在基本上不关注了。所以,重点就是NB-IoT和eMTC。

NB-IoT和eMTC又是怎么来的呢?

话说,作为LTE的缔造者,3GPP组织一直将物联网作为LTE的重要演进方向。

早在2008年,LTE的第一个版本R8(Release 8)中,除了有满足宽带多媒体应用的Cat.3、Cat.4、Cat.5等终端等级外,也有上行峰值速率仅有5Mbit/s的终端等级Cat.1,可用于物联网等“低速率”应用。

注意!这里的Cat并不是猫的意思,是Category的缩写,“种类,分类”的意思。Cat.X说的就是UE-Category,UE是用户设备(User Equipment )。Cat.X这个值就是用来衡量用户终端设备无线性能的,说白了就是用来划分终端速率(等级)的。

不同的Cat,不同的速率

在LTE发展初期,Cat.1并没有被业界所关注。随着可穿戴设备的逐渐普及,Cat.1才逐渐被业界重视。

但是,Cat.1终端需要使用2根天线,对体积敏感度极高的可穿戴设备来说仍然“要求过高”(一般只配备1根天线)。

所以,在R12/R13中,3GPP多次针对物联网进行优化。

首先是在R12中增加了新终端等级Cat.0,放弃了对MIMO(多天线)的支持,简化为半双工,峰值速率降低为1Mbit/s,终端复杂度降低为普通LTE终端的40%。这样一来,初步达到了物联网的成本要求。

但是,虽然Cat.0终端的信道带宽降至1.4MHz,但射频的接收带宽仍为20MHz(太大)。

于是,3GPP在R13中又新增Cat.M1等级的终端,信道带宽和射频接收带宽均为1.4MHz,终端复杂度进一步降低。

而Cat.M1,也就是我们的eMTC

这就是eMTC的来源。

此外,3GPP在R13中同时新增了一个Cat.NB-1,它的接收带宽仅180kHz。

这个Cat.NB-1,就是我们的NB-IoT。

说了半天,还没介绍eMTC的全名呢。

eMTC的全名有点长,是enhanced Machine-Type Communication,增强型机器类型通信。(在之前的3GPP R12版本,叫做Low-Cost MTC)

它还有一个名字,叫做LTE-M,LTE-Machine-to-Machine,LTE-机器到机器。也就是说,是机器之间用LTE通信,非常直白了,适用于物联的LTE网络。

搭车说一下,Machine-to-Machine通常简写为M2M,大家可能也听说过。

eMTC和NB-IoT都是3GPP这一个妈生的,所以算是兄弟俩。这兄弟俩也确实很像,到底有多像?

可以看下面这个图:

NB-IoT和eMTC参数对比

看得出来,大部分都是一样的,只有若干处区别(见黄色部分)。

相同点我们就不说了,广覆盖、低功耗、低成本、大连接,之前介绍NB-IoT已经说过很多了。

小枣君重点说说eMTC的差异化特色。

概括起来说,eMTC相比NB-IoT,有五个优势:

一是速率高。

之前我们说NB-IoT,总是会说,为了保证低功耗,所以速率很慢。但是eMTC不一样,它支持上下行最大1Mbps的峰值速率。请不要小看这个速率,在保证覆盖和功耗的基础上,能达到这个速率已经很不错了。这个速率,足以支撑更丰富的物联应用,如低速视频、语音等。

二是移动性。

NB-IoT的移动性差,只支持重选,不支持切换。所以,它一般都用于不怎么需要动的领域,例如水表电表及路灯井盖。但eMTC不同,它支持连接态的移动性,物联网用户可以无缝切换,保障用户体验。因此,eMTC更适用于智能手表这样的可穿戴设备。

三是可定位。

基于TDD的eMTC,利用基站侧的PRS测量,在无需新增GPS芯片的情况下就可以进行位置定位。这样一来,更有利于eMTC在物流跟踪、货物跟踪等场景的普及。

四是支持语音。

没错,这货竟然支持语音,而且支持VoLTE。因此,eMTC可被广泛应用到紧急呼救相关的物联设备中。

基于CAT-M1(eMTC)的VoLTE

五是支持LTE网络复用。

eMTC可以基于现有LTE网络直接升级部署,和现有的LTE基站共站址共天馈。省钱才是硬道理。eMTC利用这个优势,可以实现低成本的快速部署,有利于运营商抢占市场先机。

当然,eMTC也不是每个方面都强于NB-IoT,在覆盖能力和模组成本方面,eMTC是不如NB-IoT的。

所以,在具体的应用方向上,如果对语音、移动性、速率等有较高要求,则选择eMTC技术。相反,如果对这些方面要求不高,而对成本、覆盖等有更高要求,则可选择NB-IoT。具体来说,像智能物流、楼宇安防、可穿戴通话等设备,就适合采用eMTC技术。

其实,在两者诞生之初,竞争关系更为激烈。对于选择哪种网络制式,业内一直争执不休。

这种争论一直持续到2017年6月。在3GPP第76次全会上,业界就移动物联网技术(包括NB-IoT和eMTC)Rel.15演进方向达成了相关共识:不再新增系统带宽低于1.4MHz的eMTC终端类型;不再新增系统带宽高于200KHz的NB-IoT终端类型。

说白了,就是彻底划分开了NB-IoT和eMTC的应用界限,术业有专攻。在那之后,两者才转为了混合组网、差异化互补的合作关系。

eMTC和NB-IoT携手走向5G

那eMTC在实际市场应用中,又是怎样的进展呢?

在具体的商用市场上,相比于NB-IoT的高调而火热的发展,eMTC是非常低调的,至少国内市场如此。

国内三大运营商,电信和联通早早地确定了在NB-IoT上的决心,并行动迅速,取得了很大的进展。但是在eMTC方面,两家就比较“淡定”了。中国联通表示会适时部署,实际上并没有明确的发展时间点,有点打太极的味道。中国电信方面,也是观望的态度,官方口径是“根据标准、产业成熟情况,适时引入”。

中国移动方面其实应该对eMTC更为敏感,因为eMTC支持TDD网络(移动没有FDD牌照),但实际上,移动也是举棋不定。

中国移动虽然已在多个城市进行eMTC网络的小范围部署和验证,但没有在公开场合公布它的eMTC计划,非常低调。

说白了,还是因为牌照的原因,所以中国移动采取了脚踩两只船的策略,以发展NB-IoT为主、同时顺顾eMTC技术。

相比之下,以欧美日运营商为代表的海外市场,对eMTC就热情多了。

早在2017年年初,AT&T (美国和墨西哥)、KPN (荷兰)、 KDDI (日本)、NTT DOCOMO (日本)、Orange (欧洲、中东和非洲)、Telefonica (欧洲)、Telstra (澳大利亚)、TELUS (加拿大) 和Verizon (美国) 就联合宣布支持eMTC的全球部署。尤其是美国的AT&T和Verizon,都在2017年宣称部署了国家级的eMTC网络。

全球运营商鼎力支持eMTC的部署

总而言之,虽然eMTC目前在国内的发展并没有像NB-IoT一样风风火火,但是,作为一项有自己独特优点的物联网技术,我们应该对它有更多的关注和重视。占据了标准优势的eMTC,在未来的市场竞争中,肯定会有更大的作为。

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沐鸣2平台待遇_Wi-Fi 6来了 你需要现在就更新家里的路由器吗?

Wi-Fi 6来了,到底是先换终端还是先换路由器?这似乎是一个“先有鸡还是先有蛋”的问题。况且就802.11ac标准而言,其单频的传输速率已达到1733Mbps,真的需要这么着急为家里的路由器更新换代吗?

都说Wi-Fi 6能够我们带来更快更稳定的连接,然而这么说却过于泛泛。因此,在正式讨论这个问题之前,我们需要先了解Wi-Fi 6究竟好在哪?以及都带来了哪些技术上的升级?

先来认识下Wi-Fi 6

去年10月初,Wi-Fi联盟将基于802.11ax标准的Wi-Fi正式纳入正规军,成为第六代Wi-Fi技术,并借着推广802.11ax的机会,将Wi-Fi规格重新命名,新标准802.11ax改名为Wi-Fi 6。不仅改了命名规范,在Wi-Fi设备网络连接方面,也采用了新图标。

当然,Wi-Fi 6的新并不仅仅体现在图标上而已。这里,我们给大家汇总了一下:

Wi-Fi 4(11n)诞生于2009年,凭借40MHz频宽与MIMO技术,将Wi-Fi理论带宽从11a/g的54Mbps升至600Mbps(150Mbps×4条空间流),且并11n同时支持2.4G和5G双频段,完美取代旧标准。

Wi-Fi 5(即11ac)诞生于2013年。最初版本(Wave 1)凭借80MHz频宽,将WiFi单流带宽提升至433Mbps;到了2016年第二版(Wave 2)借鉴部分11ax特性,将频宽再次翻倍到160MHz。但值得注意的是,Wi-Fi 5只支持5G频段。

Wi-Fi 6(11ax)同时支持2.4G和5G频段,是真正意义上的第六代Wi-Fi迭代标准。未来,无疑将取代市面上的11n和11ac产品。此外,Wi-Fi 6还带来了完整版的MU-MIMO(支持8个终端上行/下行MU-MIMO),同时引入OFDMA技术,实现与MU-MIMO互补的另外一种并行传输能力,而且比MU-MIMO更灵活更实用。

Wi-Fi 6到底厉害在哪?

与前几代Wi-Fi技术相比,Wi-Fi 6为我们带来了更极致的用网体验与更大的容量;不仅如此,它还将助力物联网发展,同时结合AR/VR、云计算、人工智能等诸多创新技术,渗透进各行业,更好地服务于客户的业务创新。

首先,Wi-Fi 6带来了速率上的大幅提升。哪些因素与Wi-Fi速率有关呢?如公式“Wi-Fi理论带宽=(符号位长×码率×数据子载波数量)×(1/传输周期)×空间流数”所示,速率提升主要由调制方式、数据子载波数量、码率、传输周期和空间流等几个指标共同决定。

其中,调制方式决定无线信号子载波单个符号的数据密度,在相同频宽下,使用更高阶的调制技术就能实现更高速率的提升,而Wi-Fi 6采用便是更高阶的调制编码方案1024-QAM(Wi-Fi采用的是256-QAM),使其最大连接速率提升至9.6Gbps。

此外,Wi-Fi 6的“6”还体现在了高密度接入。其使用了OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,即正交频分多址),能将无线信道划分为多个子信道(子载波),形成一个个频率资源块,用户数据承载在每个资源块上, 而不是占用整个信道,实现在每个时间段内多个用户同时并行传输。

相较Wi-Fi 5的OFDM方案是按订单发车,不管货物大小,来一单发一趟,哪怕是一小件货物,也发一辆车,这就导致车厢经常是空荡荡的,效率低下,浪费了资源。OFDMA方案则会将多个订单聚合起来,尽量让卡车满载上路,使得运输效率大大提升。

通过了解OFDMA的工作机制可以看到,OFDMA实现了多个用户同时进行数据传输,这增加了空口效率,接下来我们分别看一下上行OFDMA和下行OFDMA的工作原理。

另一个很重要的方面是,Wi-Fi6支持MU-MIMO,也就是我们常说的多用户多入多出,允许路由器一次与多达8个设备同时通信,且同时支持上下行MU-MIMO,无需依次进行通信;相比之下,虽然Wi-Fi 5也支持MU-MIMO,但路由器一次只允许与四个设备通信,且只支持下行MU-MIMO。

这么说可能有点抽象,我们用交通打个比方,就意味着道路由4车道单向扩充为8车道双向,同时多个设备也不再像许多车辆排队等待从一个出口驶出那样,它们可以从不同的道路同时、高效地驶出/驶入,而不再是依次排队行驶,大大提高效率。

不过,这里要说明一下的是,虽然OFDMA和MU-MIMO针对多用户的上下行,都提高了无线的接入密度,但其实两者差别还是很大的。尽管两者均为并行传输解决方案,但既不是迭代关系,也不是竞争关系,而是互补关系。它们的技术原理不尽相同,适用的场景也有所区别,具体使用时需要根据服务的应用类型而定。

此外,Wi-Fi6厉害的另一个体现,就是其抗干扰能力。我们说,Wi-Fi信号无处不在,使得无线之间的干扰也是无处不在的,一方面是来自相邻频段的无线电波叠加引起干扰,会导致数据损坏;另一方面,是同频干扰,虽不会损坏数据却会是竞争开销增加。

表面上看,造成这些干扰的原因是由于我们环境中经常遇到很多孤立安装的AP,因此无线信号出现了很多交叉覆盖从而造成了干扰;但从技术原理层面来看,造成干扰的原因是由于传统802.11技术是使用了载波监听多路访问/冲突避免技术(CSMA/CA)来实现接入控制。

为了解决CSMA/CA技术在密集AP环境中性能低下的问题,Wi-Fi 6提出了一种信道空间复用技术(Spatial Reuse Technique),使用BSS(Basic Service Set,基础服务集合)着色位(Color Bit)来标识这个数据帧属于哪个BSS,因此也被称作“BSS着色”(BSS coloring)技术。

通过“BSS着色”技术,无线设备就能通过新增的着色位来识别来无线报文是来自BSS还是OBSS(0verlapping Basic Service Sets,重叠基本服务集)的信号,这样就能利用提升BSS之间的CCA-SD(Clear Channel Assessment Signal Detection)的门限,动态的降低BSS内部的CCA-SD门限来实现对OBSS相应数据帧的忽略。

之所以说Wi-Fi 6可以助力物联网的发展,原因在于其支持TWT(Target Wakeup Time,即目标唤醒时间)技术。其允许AP规划与设备的通信,协商什么时候和多久会唤醒发送/接受数据,可将终端分组到不同的TWT周期,减少了保持天线通电以传输和搜索信号所需的时间,意味着减少电池消耗并改善电池续航表现,同时也减少唤醒后同时竞争无线资源的设备数量。

未来,智慧建筑场景中的智能水表,烟感,门禁…智能工厂场景的机床、AGV、出入库扫码设备等多种类型智能设备都可接入Wi-Fi。得益于TWT,每台设备可单独建立”唤醒协议”,终端设备仅在收到自己的”唤醒”信息之后才进入工作状态,而其余时间均处于休眠状态,可以节省高达7倍的电池功耗。

同时,这使得一些需高带宽通信的物联网设备成为可能,比如智能办公设备,TWT可以可以节省高达7倍的电池功耗。但TWT并不是对所有设备都有帮助,例如笔记本电脑需要持续的互联网访问,因此不太可能过多地受益于此功能(或许进入睡眠状态时影响更大),对偶尔需要更新其状态的小型、低功耗设备更有益处。所以说,TWT技术表明了Wi-Fi 6拥抱物联网的决心。

需要现在就更新家里的路由器吗?

既然Wi-Fi 6这么牛,那到底需不需要现在就将家里的路由器进行更新换代呢?其实,还要看你具体的使用需求,具体问题具体分析。一种情况是,你的手机、笔记本等终端已经支持Wi-Fi 6标准。那么此时,我们建议大家将家里的路由器也进行升级换代,毕竟作为家庭无线网络的输出端,路由器如果不支持Wi-Fi 6,那终端支持也是如同虚设。大家在购买时,还要认准路由器盒子上写着支持802.11 ax或者 Wi-Fi 6就可以了。

此外,另一种情况是上网的智能终端目前还不支持Wi-Fi 6,但家里的路由器所支持的无线标准陈过时了,比如还支持Wi-Fi 4。如果是这种情况,我们建议不妨直接将家里的路由器升级到支持Wi-Fi 6标准的新品,一步到位。毕竟除了手机、笔记本外,随着Wi-Fi 6的迅速普及,智能家居领域也会顺势推出大量支持Wi-Fi 6的新品,左右都要为路由器更新换代,可以考虑直接购买支持Wi-Fi 6的无线路由器。

目前,已经有华硕、网件等厂商推出了支持Wi-Fi6无线标准的旗舰级无线路由器。例如华硕这款售价2599的RT-AX88U,就支持最新的Wi-Fi6标准(802.11ax)。其中,2.4G速率高达1148Mbps,5G速率高达4804Mbps,双频无线并发速率更是高达6000Mbps。不仅外观看上去科技感十足,还未用户提供了2个USB3.0接口,1千兆WAN口,8个千兆LAN口。

路由功能方面,华硕RT-AX88U内置有AiProtection智能网络卫士,可以通过实时网络监测,在恶意程序、病毒、以及其他恶意侵入前做出预警,为家庭网络提供了隐私防护。要知道,作为智能家居的网络入口,路由器的高安全性还是非常重要的。

与此同时,华硕RT-AX88U还内置了Game Boost和WTFast双重游戏加速引擎,对于游戏玩家而言,将为其带来更稳定、更低延迟的数据传输;而在华硕自家“黑科技”AiMesh的助力加持下,即便是大户型也能实现稳定的网络传输,增加覆盖范围的同时提升网络稳定性。(想了解更多性能优势,欢迎查看我们的华硕RT-AX88U评测文章)

怎么样,你是否已经对Wi-Fi 6动心了?不过,如果你已经将终端升级,或是正要更换家中的老旧路由器,不妨考虑一下选择一款支持Wi-Fi 6的路由器。此外,有任何想要了解的,欢迎大家在评论区积极与我们互动哦~

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沐鸣2平台直属_技术干货 | 智能家居领域KNX与RS485全面对比

前言:智能家居是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。衡量一个住宅小区智能化系统的成功与否,并非仅仅取决于智能化系统的多少、系统的先进性或集成度,而是取决于系统的设计和配置是否经济合理并且系统能否成功运行,系统的使用、管理和维护是否方便,系统或产品的技术是否成熟适用,换句话说,就是如何以最少的投入、最简便的实现途径来换取最大的功效,实现便捷高质量的生活。

近一年来老马走到市场一线与客户深度接触后感触颇深,发现不少客户迷失在物联网、大数据、云计算及5G的浪潮之下。如何将智能家居的本质和底层技术普及给他们?一直想推送一篇关于RS485和KNX两者之间的比较文章给客户,苦于非技术出身,于是请教了业内大神“安徽菜农”,他说不用你费劲了,几年前就准备好了——共四篇,一个包子一篇,哈哈哈……我尊敬而可爱的安徽神农!

言归正传,之所以选择RS485来与KNX比较,是因为它在国内有广泛的群众基础。本文尽量不偏袒任何一种技术,围绕硬件、软件、标准、产品四个方面进行阐述,希望通过本篇内容可以帮助客户去选择所需要的总线系统。

硬件篇

首先我们来看看RS485与KNX两者的定义:

KNX:是一个合集的称呼,包括了KNX软件、KNX硬件、KNX协会、KNX协议、KNX线缆、KNX芯片。无论你在世界的任何一台计算机上搜索,结果都是相似甚至相同的,仅此一家,绝无分店!楼宇控制系统中需要定义的内容它全部囊括。从电气到介质(线缆)、从介质(线缆)到设备、从设备到软件、从软件到配置、从配置到系统。

RS485:准确的来说,它是一种通信技术,仅仅是定义了物理层,也就是有电气规定,规定了它的信号电压、阻抗等。当一个公司宣称他们的产品采用RS485协议的时候,实际上包含了两层含义:一、采用RS485的通信技术;二、使用RS485技术运行自己的协议。所以如果你是个现场总线的门外汉,上网一搜“485协议”,结果可能是五花八门。

RS485总线技术,在国内流行的已经很久了,在RS485这个技术的基础上发展了很多通信协议,如DMX512、Modbus协议等等。RS485技术广泛应用于现场总线的各个领域,小到智能家居控制系统,大到大型楼宇控制系统、以及抄表系统,可谓是无所不在。由于它仅定义了物理层,所以一个应用485总线技术公司的产品的稳定性就要看公司自身的软件实力和硬件实力了,所以一些实力强悍的公司在这个技术的开发了稳定了楼控系统:如快思聪、霍尼韦尔、施耐德的C-BUS等等。

KNX引入中国是在2000年左右,毕竟KNX协会也才1999成立的。中国第一批做KNX的厂家也大都是2006年以后的事了。所以KNX在中国的历史并不长,得益于其完善的KNX技术体系和技术背景(前身是EIB-欧洲安装总线、BatiBus和EHSA),目前在中国的发展也是相当了得。不只是已经有不少机场、地铁、高端酒店、以及其他公建广泛应用了KNX产品,同时已经有超过20家国内厂家加入了KNX阵营,开发KNX产品。

我们先来说他们之间的硬件区别。这里硬件主要包括:技术介绍、总线线缆、设备连接方式、应用部分。

一、总线技术介绍(主要差异):

RS485技术介绍:

RS485技术采用了差分的信号,它抗干扰能力较强(相对而言),时序定位准确,所以其可以获得高达10Mbps的通信速度。

RS485技术支持多种速率。不同厂家的通信速率不同。在实际使用中为了提高抗干扰性,一般降低速率,最低可以低至1200bps,以获得较远的通信距离,可达1000米以上。

RS485通信需要AB两根信号线(毫伏差分),芯片的收发引脚直接对外,对静电及其敏感,一言不合就烧芯片。所以一般RS485的接口电路都配有TVS管,以防止静电击穿芯片。

RS485系统一般需要额外两芯线缆的供电,或者设备自带供电。

如果采用非隔离的形式,小系统短距离应用十分稳定,当系统中设备数量接入较多时(>32),设备之间就有可能干扰信号,就会有不稳定情况。

为了解决设备接入数量问题,不少厂家采用隔离驱动方式,这种解决通信问题的成本其实跟KNX已相差无几。

RS485的通信方式决定了它不具备载波监听的功能,也就是发送之前没有办法检测总线有无数据。所以RS485系统通信大都采用主从轮询时,以防止报文丢失,同时实时性不高。

RS485的接口芯片一般是MAX485、SP485等等,同时也有AD公司推出的隔离芯片。这几种在市场上极为流行。当然也有不少山上的货,产品质量参差不齐。好的可能10+元,差的可能只有0.5元。大家可以到淘宝或者ickey上搜下价格比较。

KNX技术介绍:

KNX采用单线调制技术,调制电压高达7V,这种调试技术,总线速率较低,所有KNX产品均支持9600bps,实际应用中,设备间距离最大为700米。

KNX调制的信号收发信号引脚都有电容隔离,所以很少听说KNX芯片烧毁的情况,抗静电能力较强。

KNX系统内部无需进行任何隔离,与其他系统进行相连都需要做隔离。以保证KNX系统稳定。

KNX系统的通信和供电共用两芯线,供电即代表已联机。KNX设计理念为低功耗,所以一般单设备功耗小于0.3瓦(少数可能会达到0.6瓦)。同时备有额外两芯用于辅助供电。如屏、网关等。

KNX具有载波监听的能力,也称为无损传输,实测3台设备不停地对发报文10万条不丢一包。鉴于这种电路设计KNX中没有主机的概念,纯粹的分布式系统。设备损害、插拔并不会影响整个系统。

目前做KNX芯片的就ON、ELMS、西门子三家,每家的产品都是经过KNX协会认证的,由于技术和专利所限,根本不可能买到假货。

由于KNX设备的供电和通信是共用一组线,所以KNX电源是特别的,普通电源不能直接替换(加一个Choke可将普通电源转成KNX电源输出)

二、总线线缆介绍:

RS485线缆:没有特定种类的线材需求,由于其只使用差分传输信号,故对线材要求不高。不过为了提高抗干扰能力,一般的仍然是采用带屏蔽的线缆,具体需求参考网线,短距离无所谓,长距离就需要带屏蔽。由于通信方式跟网络类似,所以不少RS485线缆可以用网线。

KNX线缆:有专门的线缆,4芯4色0.8mm,红黑黄白带屏蔽,这个线缆也需要KNX协会的认证。工欲善其事必先利其器,大工程中,线缆是保证系统可靠工作的先决条件。KNX的端子和线缆都是特别的,防止插错。

三、设备连接方式:

RS485接口:目前大都采用普通的接线端子,没有极性识别,端子外观相同,不过为了解决这种问题,少数厂家已经定做了专用的4位快速接线端子,以防止插错。因为RS485通信至少2个线,如果需要集中供电,则必须要4根线。

KNX接口:目前都是标准支持快速接线两芯的红黑端子,这两芯基本上是80%以上KNX产品的设计,即两线完成供电和通信,如果额外大电流供电才需要两芯黄白端子。颜色和KNX线缆一致,最大限度保证不会接错线。排查和施工都比较容易,左侧为一般RS485接线方式,右侧为KNX接线端子。

四、应用部分(完成功能):

说实话,没有KNX能实现的功能,RS485实现不了的;也没有RS485能实现,KNX实现不了的。就好比需要到达一个地方,可以选择汽车、火车或飞机。至于哪种可靠,可能更多的设计者自身需求和一些认证需求,比如功率输出器件的电流,按键的寿命次数、继电器的不同等级等等。关于产品认证:对于RS485产品出口的可能需要认证,但是对于KNX产品则必须要进行认证。

以上就是一些硬件方面的比较。我想比较已经很全面了,大家可以对RS485和KNX产品的实体构成大致有了一定了解。

软件篇 

经过了上一篇:硬件比较,想必大家对KNX和RS485之间的实体区别有了理解。接下来介绍软件方面比较。这部分可以说是最重要的区别了。当然为了符合工程师的思维这里分为底层软件和上层配置软件。

一、底层软件软件:

RS485底层软件:

一般的都是自定义的通信协议,采用主从通信方式。有的实现方式参考网络七层OSI模型,有的直接就是底层到应用(这种模型不方便维护)。底层软件是一个系统的最关键的组成部分,它直接决定了这个系统是否健壮。一般公司的底层软件都是个不断更新迭代的过程,在应用中提升,使这个485系统越来越稳定。所以一个公司的485产品的稳定的程度,体现了一个公司的发展历史和实力。一般公司的底层测试遵循企业内部标准,所以公司的实力更决定了一个485系统是否可靠稳定。

KNX底层软件:

KNX协议有一整套协议规范,所有的KNX产品都遵循此规范。它的通信方式是对等无损传输,上面一篇已经介绍。底层软件一般获得两种:外购和自行开发。无论哪一种都有一整套测试流程,其设计参考了网络7层OSI模型中的5层。只有通过KNX测试的底层软件才能进行应用开发,至少这个层次上,整个系统的健壮性已经毋容置疑。部分公司以金钱换取时间,直接外购底层软件,站在巨人肩膀上,可以快速开发出高Bigger产品。稳定、可靠,又兼容。

二、上层配置软件:

RS485配置软件:

没有哪两个公司的配置工具是一样的,不同公司的配置工具可以做的很有特色及人性化。但现场调试工程人员,接触不同公司的485软件,可能都要从0开始,能配置的设备也是限于本公司。由于这个是系统配套软件,所以他的稳定性和可靠性,也是有其公司实力所决定,毕竟一个软件非朝夕所能产出,也是需要反复测试、验证、升级才可以做的稳定。

KNX配置软件(ETS)

这个软件有KNX协会发行,并有KNX国际协会来进行升级维护,软件可以配置所有KNX厂家的产品,也就是说工程人员只要学会了这个软件,那么他就可以通杀所有KNX产品。目前的ETS5已发展到ETS5,界面也十分人性化,同时支持ETS App和ETS插件,KNX厂家可以基于这些功能开发出很多具有特色的功能。

ETS5目前支持KNX TP(双绞线)、KNX IP(网络)、KNX RF(无线)、KNX Security(安全)等等,可以不同介质媒体的大融合。

通过上面的介绍我们可以看出:

一个RS485厂家的核心竞争力在于其软件,毕竟硬件可以相似甚至相同,而软件却不同,它真真实实的反映出一个公司的实力。所以目前基于RS485的一些国际大厂的产品依然活跃在各个工地现场,而且会越来越好,风韵不减!

而KNX呢,它却有着完整的底层软件和配置软件,让产品制造商不再为这两大难题为烦恼,这些厂家可以安安心心的开发出满足客户不同功能的产品。厂家不同功能的产品细分在KNX市场已初现,毕竟没有哪一家公司可以做出满足所有楼控系统的产品。只有大融合才能强强联合,着实的为客户创造价值。

不少人可能会说:一般竞标,也大都是同一家公司产品,很难做到融合。这话其实不假,但是许多大型工程都是要为几十年设计,无论是KNX厂家还是485厂家,都会经过大浪淘沙终沉淀。采用485是绑定厂家,系统与厂家共存亡;采用KNX是绑定产品即可,后期如需更新替换,升级。原有的功能,配置都可以一如既往容易实现。

和下棋一样,用KNX系统进可攻,退可守;用485,用于其全部封闭性,只可攻(如成本),不好守。所以如果选择RS485产品,其实就是在选择好好队友,队友比产品更重要。

标准篇

情景再现:正在一线奋斗的机智的小明突然打电话过来,噼里啪啦盖脸问了一大堆问题:我现在手头有3个窗帘、1个背景音乐、1个温控器、1个指纹锁,他们都是485协议的,怎么用一个RS485转换器转成KNX啊?我说:那么多东西,我现在也没有协议,我不知道怎么搞?小明又问:不都是485协议吗?我觉得好无辜。。。

我相信搞集成的小伙伴们都遇到这样的问题:面对纷乱错杂的485产品,一筹莫展,为了完成特定功能,还不得不用,用起来又麻烦!那为什么会这样呢?这是因为大家都在玩自己的那一摊子事儿。每个人都自定义一个协议,哪怕就是一个485单品,仅仅是预留了控制接口,比如背景音乐,也需要别人写程序跟他对接,而不是他想办法去兼容现有的其他协议。所以一想到对接,头就大了!为了解决485对接的问题,还催生了一个485网关市场,将485转成主流的协议:如KNX、Bacnet等,目前可谓是欣欣向荣。

上面这段介绍,仅仅是指出了目前做工程的苦逼的小伙伴头疼的事儿,跑现场已经够累了,还要想着软件对接,顿时一万头羊驼在心头翻腾着。

好了,现在来看看标准的定义:国家标准GB/T 3935.1—83是这样定义的“标准是对重复性事物和概念所做的统一规定,它以科学、技术和实践经验的综合为基础,经过有关方面协商一致,由主管机构批准,以特定的形式发布,作为共同遵守的准则和依据”。

上面不难看出为什么485没有标准了:一、它没有统一规定,规定怎么用,用在什么场合等;二、它没有主管机构,谁是485的协议层的制定者(人家创建的就不是定义协议的好不好)三、厂家之间也没有协商,有的完全自定义,有的则利用现有的协议。到现在为止貌似没听到有485联盟这个词。最近联盟很流行,我觉得是好事,即使大家不完全按联盟套路来走,但是还是很多人向联盟套路来靠,比如目前比较流行的:ZigBee联盟、z-wave联盟等等。Zigbee的开始也是偏向于技术,现在已经在几个大佬的牵头下走向标准应用,ZigBee联盟也就应运而生。

其实基于RS485这种技术,也有不少公司制定了相关的协议,这种协议目前也有着广泛的应用。下面做下基本的介绍:

Modbus:它由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的,是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。在一个系统中它只有一个主机,可以接多达247个从机。Modbus系统目前支持两种模式ASCII(美国信息交换码)和RTU(远程终端设备),这两种模式不能混用。Modbus主要工作机制是主机对从机采用了读写寄存器的方式进行操作和控制,从机之间无法进行彼此通信。目前这套协议广泛应用在抄表系统、空调网关、温控系统中。这套协议也没有标准去定义功能,所以各厂家用这个协议做自己的应用,由于协议格式本身是通用的,网关还是可以做成通用的,比那些起始结束都是自定义AA、55 等等的着实好对接很多。

DMX512:USITT(美国剧院技术协会)发展成为从控制台用标准数字接口控制调光器的方式。目前市面上面流行的舞台灯光设备都支持这个协议,这个协议电气特性基于485,所以也算是485基础上发展出来的一个标准协议吧。DMX512顾名思义是支持512路通道输出,每通道256级亮度,所以它的速度比较快:250kbps。它的工作机制就是刷新式,总线上一直存在数据,一帧接着一帧,毫无空闲。当然DMX512主机也不需要通道的反馈。

以上协议未能囊括目前所主流的485应用,如Bacnet MS/TP也可以跑在485总线上,其他协议大家自行搜索。

未来,硬件会越来越同质化,各方面电气的认证如CE、UL、3C统统都可以实现,就跟现在手机一样,无非就是性能优劣,但是功能都是标配。任何产品到市场普及到一定程度,即使如KNX、LonWorks 、HBS这种依附于专门芯片才能实现的总线系统,其硬件成本也必然会降低。剩下的,还能比啥?就只有比标准了。

关于RS485,生来就是为技术而生,它是为了解决一个现场通信问题,而不是为了应用而生,不是为了实现某些功能(合集)而生。所以市面上,都在用这个非常成熟的技术去实现自己的功能。各顾各,各玩各,不同厂家的功能之间也不需要沟通和交流,需要交流的时候,需要一个中间人(网关)进行协调和翻译!哎,所以从标准上来说我都不知道怎么去介绍RS485,江郎才尽了。但是我真心希望有大公司能牵头干这件事,在485总线技术的基础上定义一些标准的应用接口。比如温控器、背景音乐、窗帘、门锁、等等等等….好期待485联盟的出现!

写了那么多,有点恨铁不成钢的感觉,RS485技术,处于现场总线中比较特别位置,很流行,但也不强大;谁都能做,但是也不是谁都能做(有点绕,自己解读)。

下面介绍KNX,突然有种如释重负的感觉,估计得益于KNX的技术和成熟的协议标准。介绍KNX和RS485的标准,就跟一个是在吃自助餐,一个在吃快餐。KNX,不用考虑选择在哪儿吃,你只要进来考虑想吃啥就可以了;RS485你还要考虑到哪儿吃,好不好吃,看到菜牌,喏,就这么多,你自己看着办吧!

目前国内做任何一个行业的都有标准,一般标准有三种:GB/Z,指导性标准;GB/T,推荐性标准;GB,强制性标准。

无处不在的标准文件

KNX这个标准,最早是在欧洲流行,所以在欧洲很早就已经有了相应的标准号:EN50090《住宅和楼宇电子系统(HBES)》;在中国KNX协会的推动下,这个标准在2007年转变成国家指导性标准:GB/Z 20965-2007;随着时间的发展,在2013年又进一步转化成国家推荐性标准:GB/T 20965-2013。从字面上不难理解:当你进行住宅和楼宇电子系统设计时,从国家指导文件,推荐采用KNX系统。2016年,欧洲的KNX协会又更新KNX RF、KNX Security、KNXWebservice。在2016年底,中国KNX协会召集了目前几家国内做KNX的厂家以及国外的KNX厂家,讨论了如何快速的进行原有GB/T 20965-2013进行修订的会议。2018年6月进行再次商讨。

基于KNX技术的HBES的国家标准文件,有兴趣自行搜索和阅读。

KNX标准,指导了整个KNX产品的开发,测试,认证的过程,同时包括布线、安装、调试等诸多方面。让制造商有标准可循,开发出既符合标准又能体现差异化的KNX产品,技术又可以与时俱进;让工程商的工程人员有章可依,对于建立稳定的现场总线系统有极大的作用。

本篇到此结束。从标准上来说RS485,这确实是很不公平。这里我只是从个人角度解释一些小伙伴心中的疑惑:为什么那么难对接?“485协议”又是什么梗?相信经过了以上的描述,能够为你在未来的产品选择和应用中提供更多的帮助。如果你发现有本内容与实际有偏差的地方,也可以关注留言。

产品篇

本篇是RS485 VS KNX中的最后一篇,目的也就是在未来应用中能够为读者提供点帮助。

一、485产品

RS485是一种很成熟的技术,如果说带有485接口的都算是485产品,那么相信485产品应该占到工控类产品的7成以上市场。作为485的产品一般理解为两种:

功能性应用的产品:

这类产品是完成一种特定功能的带有485接口。这类产品一般都是特定领域中厂家所开发的,一般可以满足单体式的应用,因为配有485接口,也可以完成扩展的系统的应用。比如:电表、背景音乐、门禁系统、温控器、遮阳系统等等。一般这类产品是基于Modbus的居多,也有厂家自定义的协议。当然基于DMX512的舞台灯控设备不能完成单体式应用,但是它已有标准协议可以容易集成到DMX512系统中。这类产品的应用是单兵作战,靠集成商来完成系统级别的应用,一般做工程的人头疼的就是这类产品的对接。

系统性应用的产品:

目前基于485技术的楼控系统厂家,他们推出的产品都是这样的。如快思聪之类厂家,他们的产品是为整个楼控系统提供解决方案,也就是这类产品通常不能作为单体应用。一个厂家可以几乎可以提供楼控系统中需要的绝大多数产品,从面板到执行器、从温控器到遮阳系统、从配置软件到调试工具、从小系统应用到大系统拓扑等等。这类厂家的一般产品线都很长,因为他们作为一个私有的协议,他必须要从各个功能产品方面去完善自己的系统,所以这类厂家的产品一般可以广,但不一定专。这类厂家都具有一定的历史沉淀,如果一个厂家2/3年搞出一套系统,要么就不要尝试着去使用(稳定性?);要么就是基于现在已有的系统,换个外壳重新包装而已。因为基于485技术搭建出来的系统(系统稳定、产品应用、配置调试)的稳定性,就看这个厂家的态度了!就怕认真,这条在485厂家上也适用!

这类系统出现的原因就是,楼控系统中本来就是没有什么标准的,但是这个行业又需要产品去解决实际需求,早些时候都是些国外厂家的产品,后来国内厂家的技术也紧随其上。可以简单理解485系统的发展史,就是楼控系统的发展史(485产品大都跟建筑打交道)。因为它看起来最合适做小的、做大的、做系统的一种技术,同时简单、便宜、可靠。当然后面还有CAN总线系统,目前其实还是逊色485不是一点两点。

这类产品,你可以去找任何一个提供楼宇控制完整解决方案的基于485技术的厂家来获取。看看他们的产品手册,或许你可以发现,楼宇控制系统中需要哪些产品(因为他们产品太多啦)。

二、KNX产品

相较于485的产品,KNX产品就少了一些,原因:一、KNX技术没有485那样广泛,同时KNX主要起源于欧洲,做KNX厂家本来就不多;二、做KNX产品前期投入,对于部分做功能性产品的厂家是一笔不大不小的支出,所以目前通过认证的KNX产品应该刚超过万个。上万个KNX产品,也应该可以解决了楼宇控制中的各种应用了。只要走了KNX这条路,不管你认不认真,你都得按标准来走,出来的产品都不会太差。

从技术选择上说,KNX技术应该是最合适做功能性产品的厂家的选择了,KNX几乎定义了楼宇系统所有应用的数据类型。比如温控、遮阳、音乐控制、能源计量等等。任何一个基于485技术的这类产品,只需要换个接口,换个软件便是标准的KNX产品,随即都可以跟成千上万的KNX产品互联互通起来,再无对接的烦恼。

国内的做KNX产品的厂家目前也大都提供楼宇控制系统的基本设备,如执行端、面板、部分传感器等等。目前国内细分市场的485厂家还未全面进入KNX领域,比如国外有了基于KNX的背景音乐模块、能源计量模块、各类传感器模块等等,但是价格较高,但是国内鲜有厂家进入,为了降低成本有的工程还是得采用对接485的形式来完成。

在KNX产品中,在不考虑厂家的情况下,你可以找到任何你所需要功能的产品。本着做精做专的原则,期待更多的细分功能的厂家能加入这个开放性的系统中来,让KNX系统越来越强大!对于485类的产品来说,希望如果有哪个大佬可以定义一套485的标准(协议),如同KNX协议中定义了详细的功能数据类型,让不同的485厂家的产品能够彼此相认,发展一套属于国人的标准出来。无论是KNX还是485,没有谁强谁弱,存在即有合理性,在一定时期内,它们必然会继续活跃在自己的那一份市场内。未来,我可能更看好KNX标准,还是会让大家玩的更HI一点!

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沐鸣2平台提供_干货 | 前所未有的“真实”的视觉体验 走近3D显示技术

2010年,电影《阿凡达》火爆上映,国人亲身体验了3D显示技术的震撼效果,身临其境的观看感受让人长时间津津乐道。3D的立体视觉效果让人们有了前所未有的“真实”的视觉体验。实际上,继高清之后,3D已经成为显示设备的下一个重心。

在惊叹科技带来的改变的同时,我们有必要了解一下3D技术的今生前世,看看那些2D图片是如何跃出纸面的。

3D影像因何而生?

人类的双眼是横向并排,之间大约有 6~7 厘米的间隔,因此左眼所看到的影像与右眼所看到的影像会有些微的差异,这个差异被称为“视差”,大脑会解读双眼的视差并藉以判断物体远近与产生立体视觉。

我们就从人眼谈起。人的两眼相隔在6厘米左右,这意味着假如你看着一个物体,两只眼睛是从左右两个视点分别观看的。左眼将看到物体的左侧,而右眼则会看到她的中间或右侧。当两眼看到的物体在视网膜上成像时,左右两面的印象合起来,就会得到最后的立体感觉。而这种获得立体感的效应就是“视觉位移”。

如果在制作一部3D电影时,用两台摄影机模拟左右两眼视差,分别拍摄两条影片,然后将这两条影片同时放映到银幕上,放映时加入必要的技术手段,让观众左眼只能看到左眼图像,右眼只能看到右眼图像。最后两幅图像经过大脑叠合后,我们就能看到具有立体纵深感的画面。这就是我们所说的3D影像。

早在19世纪摄影技术刚刚起步时,人们就用2台性能和参数完全相同的相机并列,模拟人的左右两眼,同时拍下两张有着细微差异的相片,之后再透过平行视线法、交叉视线法,或者类似双筒望远镜的专属观看设备等,让人的左右两眼分别观看2张并列拍摄的相片,以重现“视差”,藉以模拟出立体视觉。

随着立体显示技术在电视广播、视频游戏、医疗、教育等领域的应用越来越多,三维显示已从电影银幕向电视终端、计算机终端、智能手机终端、平板电脑终端等发展。

目前主流的三维显示包括立体视觉、头盔式显示器、CAVE、裸眼立体显示器和真三维显示等。3D显示技术主要分为眼镜类3D显示技术与裸眼类3D显示技术两大类型。

眼镜类3D显示技术

眼镜类3D显示技术,我们又可以细分出三种主要的类型:色差式、偏光式和主动快门式,也就是平常所说的色分法、光分法和时分法。

色分法——色差式3D显示技术

色分式俗称为红蓝眼镜式,最突出的特点是观看时所配的眼镜有两片不同颜色的镜片组成,通常一片为红色,另一片为蓝色或者绿色。这种技术早在1915年就被发明并进行了商业应用,也是最早普及的一种3D显示技术。我们若干年前在游乐场之类的场所看到3D动画,几乎都是采用这种技术实现的。

我们知道红色、绿色和蓝色被称为三原色,自然界中的任何颜色都可以由这三种颜色合成,而这三种颜色本身是互斥的,没有任何的交集。色分式3D系统正式利用了三原色互斥的特性。

内容的拍摄部分没有任何区别,只是在后期制作、播放过程中,左图像只保留三原色中的一种颜色,而右图像则只保留三原色中另一种颜色。而观众所配戴色分眼镜也是由这两种颜色的镜片组成。通过色分眼镜对左右图像进行分离,保证左眼看到左图像,而右眼看到右图像。左右两幅图像经过大脑的合成,最终呈现出一帧立体图像。

色分式由于采用了互斥的三原色,因此左右两帧图像即使冲印到同一张底片上,在放映时也可以利用色分眼镜进行完美的分离。正式具有这个特性,现有的显示设备,如电视机、显示器、投影仪等,在不进行升级的情况下就可以进行这种3D影像的显示。同时,色分式3D系统的造价很低廉。

然而,色分式3D系统最大缺陷在于其只采用了三原色中的两种,另一种被丢弃了。因此,在实际显示中偏色非常严重,显示效果大打折扣。正式由于这个缺陷,导致色分式3D系统趋于淘汰。

光分法——偏光式3D技术

“光分式”也被称为“偏振式”。顾名思义,这种技术利用了偏振光的特点。

我们知道,光波是一种横波(震动方向垂直于传播方向),是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的震动形成的。我们通常将其电场的震动方向称为光波的震动方向,自然光在各个方向上的震动是均匀的,因而也被称为非偏振光。如果一束光在任意一个特定的时刻只在一个特定的方向上震动,则这束光就是偏振光。

偏振光可以通过偏振镜获得,偏振镜就是一个栅栏,其具有震动方向。当一束自然光通过偏振镜时,偏振镜只会这束自然光中与其震动方向一致的一部分光通过,而其他不一致的部分都会被过滤掉。

而当一束偏振光经过偏振镜时,如果这束偏振光的震动方向与偏振镜的震动圆偏振光振动方向一致,这束偏振光则全部被允许通过;反之,如果这束偏振光的震动方向与偏振镜的震动方向不一致,这束偏振光则全部被过滤掉。光分式系统正是利用了这一原理。

当系统进行显示时,将左、右图像同时显示在屏幕上。不过左右两幅图像在显示在屏幕上之前会经过不同偏振镜的过滤,如上图所示:左图像用垂直方向的偏振镜进行过滤,成为在垂直方向上震动的偏振光;而右图像则采用水平方向的偏振镜进行过滤,成为在水平方向上震动的偏振光。

与之相对应的是,观众所配戴的偏振眼镜的左镜片的震动方向为垂直方向,右镜片的震动方向为水平方向。这样就能保证做图像最终被观众的左眼所看到,而右图像被观众的右眼所看到,两幅图像经过大脑的合成最终形成一幅具有三维立体感的3D图像。

偏振光具体上分为线性偏振光与圆偏振光两种。在任意一个特定时刻,线偏振光和圆偏振光都只在一个特定方向上震动。而随着时间的变化,线偏振光保持震动方向不变,而圆偏振光的震动方向在垂直于光线传播方向的平面上旋转。而旋转方向又分为左旋和右旋。

早期的光分式3D系统多采用线性偏振光,而采用线性偏振光最大的缺点是观众观看姿势必须尽量保持不变。如果观众歪头或侧身,则眼镜的偏振方向会变得与光线的偏振方向不一致,3D效果会变差,甚至会导致观看者头晕、头痛等现象。

圆偏振光的引入则比较有效的改善了线偏振光的缺点。圆偏振光系统与线偏振光系统的组成结构没有任何的区别,只是将垂直偏振镜与水平偏振镜替换为左旋偏振镜与右旋偏振镜。

光分式的3D成像效果较好,造价相对较低。该技术现阶段主要被各种3D影院系统所采用,如RealD,IMAX等。光分式最大的问题在于没有完美的偏振镜,也无法过滤出完美的偏振光。

因而观众所配戴的偏振眼镜无法对左右图像进行完美的分离,因而导致总有一部分左图像的光线进入右眼,而一部分右图像光线进入左眼。虽然从比例上讲很少,但足以导致3D效果的下降,以及导致一部分观众观看过程中的不适,如头晕、头痛。

时分法——主动快门式3D显示技术

主动快门式3D技术在原理上比前两个更加简单,它直接通过快速交替关闭一只镜片的方式,让双眼在不同时间接收完全不同的画面。只要屏幕的刷新率和眼镜的开关频率完美的配合成120Hz以上,便可以让每只眼睛都得到60Hz刷新率的连贯流畅画面。

相对于前两者,主动快门式3D显示具有更多的优势,它不会产生红(琥珀)蓝3D 的光化学损伤问题,成本及兼容性代价方面也要优于偏振式3D技术。因此目前主动快门式3D显示正在快速的进入市场并进入普及阶段。但因为主动快门式3D技 术存在镜片开合操作,因此或多或少都会产生闪烁感,这是目前主动快门式3D技术最大的技术问题。

这种3D技术在电视和投影机上面应用得最为广泛,资源相对较多,而且图像效果出色,受到很多厂商推崇和采用,不过其匹配的3D眼镜价格较高。

裸眼类3D显示技术

显示器屏幕是平面2D的,人之所以能欣赏到真如实物般的3D图像,是因为显示器展现出的图像色彩灰度的不同,而使人眼产生视觉上的错觉,将显示的2D图像感知为3D图像。

眼镜类的3D显示技术是通过眼镜将左右图像分离出来,并分别送到观看者的左右两眼中,实现3D效果。而裸眼类的3D显示技术则是通过调节光的角度使左右两个图像分离出来,并分别送到观看者的左右两眼中,以实现3D效果。

如今的裸眼类3D显示技术,组合了目前人类最新面板制造技术和引擎软件技术,一方面,在生产制造方面,采用在液晶面板前方配置双凸透镜的全景图像方式显示,即在同一个屏幕上,以分割区域显示(空间多功裸眼3D技术)和切割时间显示(分时多功裸眼3D技术)来实现3D显示(见表三)。另一方面,在图像显示方面,通过计算机图像处理技术,将已有的2D图像和3D图像的左右两眼的视差,转换为9视差的3D图像。

裸眼类3D显示技术目前主要有:光栅式、柱状透镜式、全像投影式、体积式、分时多工式等几种

光栅式3D显示技术

光栅式与眼镜类3D显示技术最大的区别在于:观看光栅式3D显示系统时不需要配戴眼镜,裸眼就可以进行3D影像的观看。由于这个特点,光栅式3D技术引起了很多厂商的重视,技术和应用上也得到了很大的发展。

在具体的实现细节上,光栅式又细分为狭缝光栅式与柱状透镜式。

狭缝光栅式的显示器件被划分为一些竖条,一部分竖条用于显示作图像,而另一部分竖条用于显示有图像,左右相互间隔。而在显示器件的前方则有一些柱状的狭缝光栅。这些光栅的作用在于能够允许左眼看到左图像,阻挡右眼看到左图像;同时光栅允许右眼看到右图像,阻挡左眼看到右图像;

而柱状透镜式与狭缝光栅式的区别在于将显示器件前的狭缝光栅替换为柱面透镜,如右图所示:显示器件同样被划分为竖条,一部分竖条用于显示作图像,而另一部分竖条用于显示有图像,左右相互间隔。利用显示器件前面的柱面透镜的折射作用,左图像的光线射向左眼位置,而有图像的光线射向有眼位置。左右两幅图像最终经过大脑的合成,最终呈现出一帧立体图像。

光栅式的优点很明显:观看者不需要配戴眼镜;其缺点同样明显:

(1)观看者只能站在几个固定的角度才能出现立体效果

(2)现阶段的清晰度也非常低;

(3)工艺难度与成本都很高,尤其难以在大屏幕上实现;

(4)而且无法与2D兼容。

由于以上特点,光栅式3D技术主要被一些电视机厂家用来研发、生产用于广告牌等展示用途的设备。

全息投影式3D显示技术

全息照相投影相对于传统的摄影技术来说是一种革命性的发明。光作为一种电磁波有三个属性:颜色(即波长)、亮度(即振幅)和相位,传统的照相技术只记录了物体所反射光的颜色与亮度信息,而全息照相则把光的颜色、亮度和相位三个属性全部记录下来了。

全息摄影采用激光作为照明光源,并将光源发出的光波分为两束,一束直接射向感光片,另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉,感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度,也记录了位相信息。

人眼直接去看这种感光的底片,只能看到像指纹一样的干涉条纹,但如果用激光去照射它,人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。一张全息摄影图片即使只剩下很小的一部分,依然可以重现全部景物。

全息照相在理论上是一种很完美的3D技术,从不同角度观看,观看者会得到一幅角度不同的3D图像。其它的3D显示技术都无法做到这一点。全息照相可应用于无损工业探伤、超声全息、全息显微镜、全息摄影存储器、全息电影和电视。但是由于技术的复杂,全息投影照相技术目前还没有得到商业应用。

体积式3D显示技术

体积式是由德仪所开发的激光3D投影技术,以激光光照射在一个高速旋转盘上的散射现象,于一个玻璃密闭空间内显示立体物件的每一个点,并组成立体影像。但缺点在于投影物件体积受到限制,且越靠近中央转轴解析度越低。

分时多工3D显示技术

分时多工技术又称为指向背光板技术。以一组指向性背光板搭配快速反应面板,快速切换显示左、右眼影像让使用者观看形成3D影像。

随着技术的进步, 3D显示技术已成功应用到了数字显示领域,3D显示技术和普通消费者的距离已经越来越近了,而作为新起之秀的裸眼3D显示技术必将青出于蓝而胜于蓝,裸眼3D技术在实现成品化、成熟化后。不仅可以实现了裸眼看3D,而且还可以保证3D立体出屏效果的震撼,解决戴着眼镜看3D的束缚与困扰,开拓出一个自由自在享受3D的空间。

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沐鸣2平台首页_如何用Python实现iPhone X的人脸解锁功能?

FaceID 是新款 iPhone X 最受欢迎的功能之一,它取代 TouchID 成为了最前沿的解锁方式。

一些苹果的竞争对手们还在继续沿用着传统的指纹解锁方式,FaceID 解锁方式显然是革命性的:扫你一眼,手机自动解锁。

为了实现 FaceID 技术,苹果采用了先进而小巧的前置深度相机,这使得 iPhone X 能创建用户脸部的 3D 映射。此外,它还引入了红外相机来捕捉用户脸部图片,它拍摄到的图片对外界环境的光线和颜色变化具有更强的鲁棒性。通过深度学习,智能手机能够非常详细了解用户脸部信息。所以当用户接电话时,手机就会自动识别并解锁。但更令人吃惊的或许是它的安全性,苹果公司技术人员表示,相比于 TouchID ,FaceID 的出错率只有 1:1000000。

我对苹果 FaceID 及其背后的深度学习技术非常感兴趣,想知道如何使用深度学习来实现及优化这项技术的每个步骤。在本文中,我将介绍如何使用深度学习框架 Keras 实现一个类似 FaceID 的算法,解释我所采取的各种架构决策,并使用 Kinect 展示一些最终实验结果。Kinect 是一种非常流行的 RGB 深度相机,它会产生与 iPhone X 前置摄像头类似的结果。

理解 FaceID 工作原理

FaceID 的设置过程

首先,我们需要分析 FaceID 的工作原理,了解它是如何在 iPhone X 上运作的。但在这之前,我们还是说一下 TouchID 一些基本操作:当用户使用 TouchID 时,必须按压几次传感器进行初始化,并且记录指纹,大约经过 15-20 次不同角度的触摸之后,指纹信息将在手机上完成注册,这样 TouchID 也就准备就绪了。

同样地,使用 FaceID 也需要用户注册他\她的脸,这个过程非常简单:用户只需以一种自然的方式看手机屏幕,然后慢慢将头部转一圈,以不同姿势记录脸部信息。如此,用户就可以使用手机的人脸解锁功能了。

这样快速的注册过程可以告诉我们一些 FaceID 背后深度学习算法的相关信息。例如,支持 FaceID 的神经网络不仅仅是执行分类这么简单。

Apple Keynote 推出 iPhone X 和 FaceID 新功能

对神经网络而言,一个目标分类任务意味着模型需要去推测一张脸是否与该用户匹配。通常情况下,解决这类问题要使用一些数据来训练模型,让模型学习如何辨别真(Ture)假(False)。不过,这种方法却不能应用到 FaceID 的模型训练中,它不同于其他深度学习案例。

首先,神经网络需要重新使用从用户脸上获得的新数据进行训练,而这需要大量时间、能耗和庞杂的人脸训练数据,这种方法不切实际。当然,你也可以用迁移学习,对预训练好的网络进行微调,情况可能会有所好转,但也无法从根本上解决问题。此外,这种方法也无法利用苹果实验室中离线训练好的复杂网络,这样也就不能将更先进的网络模型部署到手机上了。

那 FaceID 的模型训练究竟如何呢?

实际上,FaceID 使用的是类似暹罗式卷积神经网络(siamese-like convolutional neural network)来驱动。这种网络模型是由苹果离线训练好的,能将脸部信息映射到低维潜在空间,通过使用对比损失(contrastive loss)来最大化不同人脸之间的差异。如此,你就得到了一个准确的、适用于少样本学习(one-shot learning)的模型结构,而这种模型在只有少量训练样本的情况下,也能够学习样本特征并进行推测分类。

暹罗神经网络及其优势

一般而言,它由两种相同神经网络组成,这两种神经网络共享所有权重。该网络结构可以计算特定类型的数据(如图像)之间的距离。通过暹罗网络传递数据,或者简单地通过两个不同步骤向同一网络传递数据,网络会将其映射到一个低维特征空间,好比一个 n 维数组。然后,你需要训练网络产生特征映射,从而获取尽可能多的不同类别的数据点,而同一类别的数据点尽可能是接近的。

我们所希望的是,该网络能够从数据中提取并学习到最有意义的特征,并将其压缩成一个数组,来创建一个有意义的映射。

为了能更直观地理解这一过程,想象一下如何使用 small vector 来描述狗的品种,使得相似的狗具有更接近的向量。你可能会用一个数字来编码狗的毛色、狗的大小、毛的长度等等。这样,相似的狗就会具有相似的特征向量。同样地,一个暹罗神经网络可以帮你完成这件事,用不同编码来表示目标的不同特征,就像是一个自动编码器。

上图来自 Hadsell,Chopra 和 LeCun 发表的论文“Dimensionality Reduction by Learning an Invariant Mapping”。注意,模型是如何学习数字之间的相似性,并在二维空间中自动地将它们分组的。FaceID 就采用了与这类似的技术。

通过这种技术,人们可以使用大量人脸数据来训练这样的模型结构,最终目标是让模型自动识别哪些人脸是最相似的。此外,我们不仅需要对模型的计算成本有准确预算,还要让模型能够适应越来越难的人脸案例,譬如使神经网络对识别诸如双胞胎、对抗性攻击(掩模)等事物时也具有强鲁棒性。

苹果的这种方法的优势在哪里?

我们最终拥有的是一个现用模型,只需在初始设置过程中拍摄一些人脸照片后,计算人脸位于所在的脸部映射空间中的位置即可,而不需要再进一步训练或优化模型以识别不同用户。正如前面狗的品种分类问题一样,它为一只新品种的狗编码其特征向量,并将其存储到特征空间。此外,FaceID 能够自适应用户的面部变化,如一些突兀的变化(眼镜、帽子和化妆)和一些轻微的变化(面部毛发)。这些特征变化通常只需通过在脸部特征空间添加一些参考面向量即可,之后再根据这些向量进行新的面部特征计算。

FaceID 能自动适应脸部变化

下面,我将介绍如何在 Python 中用 Keras 框架来实现上述过程。

用 Keras 实现 FaceID

对于所有的机器学习项目而言,首先需要的是数据。创建我们自己的人脸数据集需要大量时间和人工成本,这将是个极具挑战性的任务。我在网上看到一个 RGB-D 人脸数据集,发现它非常合适作为我们的人脸数据集。该数据集由一系列面向不同方向,并带不同人脸表情的 RGB-D 图片组成,就像 iPhone X 中 FaceID 所需的人脸数据一样。

然后,我构建了一个基于 SqueezeNet 架构的卷积神经网络。该网络以耦合人脸的 RGBD 图像作为输入,因此输入图像的维度是 4 通道,输出则是两个嵌入值之间的距离。该网络训练时会产生一种对比损失,可以最大限度减少图片中相似的人之间的距离,并使图片中不同的人之间的距离最大化。对比损失函数的数学表达式如下:

对比损失函数表达式

经过模型训练后,该网络能够将人脸映射成 128 维数组,并将图片中相同的人分在同一组,与图片中其他人的距离尽可能远。这意味着,要解锁你的手机,该网络只需计算在解锁过程中拍摄的人脸照片与注册时所存储的人脸照片之间的距离。 如果这个距离低于某个阈值,则会解锁手机,阈值设置得越小,你的手机将越安全。

此外,我使用了 t-SNE 算法在 2 维空间上可视化 128 维的嵌入空间,用每种颜色对应不同的人:正如下面你所看到的,该网络已经学会如何将这些人脸进行准确分组。值得注意的是,使用 t-SNE 算法进行可视化时,簇(cluster)与簇之间的距离没有意义。此外,当你使用 PCA 降维算法进行可视化时也会看到一些有趣的现象。

使用 t-SNE 算法在嵌入空间生成不同的人脸簇。每一种颜色代表不同人脸(这里部分颜色被重复使用)

使用 PCA 算法在嵌入空间生成不同人脸簇。每种颜色代表不同人脸(这里部分颜色被重复使用)

实验!

现在,我们将模拟一个通用的 FaceID 解锁过程,看看其中的模型是如何进行运作的。首先,注册一个用户的脸部信息;在解锁阶段,其他用户在正常情况下都不能够成功解锁设备。如前所述,神经网络会在解锁阶段计算当前人脸与所注册人脸图片之间的距离,并且会查看该距离是否小于某个阈值。

我们从注册阶段开始,在数据集中采集同一个人的人脸照片,并模拟整个注册阶段。 随后该设备将计算当前每个人脸姿势的嵌入,并将其存储在本地。

一个新用户在 FaceID 上的注册过程

来自深度相机所看到的注册过程

现在来看,当同一用户试图解锁设备时会发生什么?我们可以看到,来自同一用户的不同姿势和面部表情都有着较低的距离,平均距离约为 0.30。

嵌入空间中来自同一用户的人脸距离计算

而不同的人的 RGBD 人脸图像,计算得到的距离值为 1.1。

嵌入空间中来自不同用户的人脸距离计算

因此,将距离阈值设置为 0.4 就足以防止陌生人解锁你的手机。

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杏耀注册登录网_极客玩转Home Assistant 米家疯狂对接HomeKit

注:Home Assistant,简称HA或HASS,独立平台。

Homebridge ,简称HB,桥梁插件。

Pi指树莓派Raspberry Pi

今天我们只说一个疯狂的屌丝级故事,把米家的智能家居接到 HomeKit 上!分享玩转智能家居带来新的启发和收获。

将Pi接入智能家居控制系统并不新鲜,Homebridge 接入 Homekit已经非常常见,但是由于 Homekit 本身的局限性,使其对智能家居设备的支持广度和深度不足,间接影响了用户的使用体验。例如早期 Homebridge-aqara 插件并不支持小米网关 2 的自带灯光控制,白白浪费了设备的功能。

为了摆脱这一束缚,我们可以利用另一个强大的智能家居平台:Home Assistant,Home Assistant 是一个成熟完整的基于 Python 的智能家居系统,设备支持度高,支持自动化(Automation)、群组化(Group)、UI 客制化(Theme) 等等高度定制化设置。背后又有庞大的社群基础,且不断在更新。最重要的是我们可以通过 Homeassistant-homebridge 插件打通两个平台,同样实现设备的 Siri 控制。

Home Assistant 作为接入所有智能家居设备的平台,通过 Homebridge 这一桥梁,最终实现 iOS 及 macOS 设备对智能家居的设置。我们知道 Homebridge 本身可以接入部分原生不支持 Apple Homekit 的设备,但由于 Homekit 本身的局限性,“桥梁”再强大,也无法逾越其极限。

HomeKit 集成在 iOS 系统上,凭借 iOS 的易用美观以及 Siri 操控家居的炫酷感,深得大众喜爱。?HomeKit 正版授权的硬件的成本都比较高昂,唯有把目光投向同样把脚踏入智能家居的小米。

Home Assistant存在的意义

打个比方来说,每个人都能单独过桥到对岸,但是速度始终有限,如果我们把人装进车里一起运送过桥,效率则更高,同时多了车内这么一个空间,这里的“车”就可以看作是 HA。HA 本身作为一个独立的平台,有能力集成大量量产或 DIY 的智能家居设备,并且拥有独立的控制前端,在层级上来说是和 Appple HomeKit平台平起平坐的大 Boss。换言之,通过 HB 接入 Homekit 只是这个平台应用的一部分,对于其他非 Apple 生态用户,HA 也同样给予其完整丰富的智能家居体验。

安装Home Assistant(HASS)和Homebridge(HB)

HA 支持大部分平台,包括 Docker、macOS、Linux、Windows等。简而言之,只要你的主机能跑 Python,基本就能安装 HA,本篇以树莓派 3B型号为例。

初始安装HA

在树莓派安装 HA,有 3 种方法供选择:以树莓派官方系统 Raspbian 为根系统,再通过指令安装;直接安装集成了 HA 的 Hassbian 操作系统;直接安装最新高度集成系统 Hass.io。

以上 3 种方法从性能上来说并无二异,均能实现 HA 全部功能,Hassbian 实际上亦基于 Raspbian ,唯一需要纳入考虑的是图形化操作界面的需求。原生 Hassbian 没有 GUI,但是我们可以手动进行安装。对于刚入门的新手和想摆脱大量代码的朋友,方法推荐度依次为:3 > 2 > 1。

Homebridge 安装

HASS 本身可以通过网页控制,这也赋予了其全平台的控制能力。当然,想必不少人还是冲着语音控制功能考虑智能家居的,对于 iOS 用户来说,想要更自由地使用 HomeKit,HB 依然是绕不开的环节。

安装 HB 的目的在于通过 HB 打通 HA 和 Apple Homekit 两大平台,实现联动。HB 提供一行安装指令:sudo npm install -g –unsafe-perm homebridge 但是安装成功率比较低,推荐大家使用下面的手动安装指令。

sudo apt-get install git make

sudo apt-get install g++

curl-sL https://deb.nodesource.com/setup_7.x | sudo -E bash –

sudo apt-get install -y nodejs

sudo apt-get install libavahi-compat-libdnssd-dev

sudo npm install -g –unsafe-perm homebridge hap-nodejs node-gyp

cd /usr/local/lib/node_modules/homebridge/

(注意这里如果显示不存在文件夹,替换成 cd /usr/lib/node_modules/homebridge/)

sudo npm install –unsafe-perm bignum

cd /usr/local/lib/node_modules/hap-nodejs/node_modules/mdns

(注意这里如果显示不存在文件夹,替换成 cd /usr/lib/node_modules/hap-nodejs/node_modules/mdns)

sudo node-gyp BUILDTYPE=Release rebuild

安装完成后,建议大家直接输入homebridge运行一次 HB,以生成示例配置文件,然后 Ctrl + C 退出进程。

接着,安装“homebridge-homeassistant”插件,实现平台联动:

sudo?npm?install?-g?homebridge-homeassistant

智能家居设备接入

大多数人初接触 HASS 的时候经常一头雾水,原因是 HASS 的配置体系十分混乱,一个设备的完美接入需要涉及多个配置文件。实际上,系统架构不清晰也是 HASS 的最大缺点,因此,在开始配置教程前,先捋一捋 HASS 的配置框架。

HASS 配置框架

HASS 的核心配置围绕configuration.yaml文件展开, 在这里你可以进行时区、度量单位、开发者模式、主题选择等等基础配置。最为重要的是,你将在该文件内完成所有设备的接入。

HASS 的运行依赖于一个个相对独立的功能组件(Components),比如小米米家平台就可以视作一个组件。有些时候,部分设备或者功能仍未得到 HASS 的官方支持,你必须在主目录下新建自定义组件custom_components文件夹,添加相关的设备支持文件。完成上述的文件修改,加上 HB 的配置,你就可以自如控制所有智能家居设备了。

然而,使用一段时间后,可能会觉得设备太多显示凌乱,想给界面换个风格,或者configuration.yaml文件看起来要炸了。此时,可以考虑把部分配置剥离出去形成独立的文件。例如你开启了“设备追踪功能”(Device Tracker),那么HASS将在主文件下自动生成?known_devices.yaml文件,将在这里配置需要追踪的设备。

主文件设置

打开树莓派的 SMB 服务,通过 SMB 打开 HASS 主目录。(macOS 在 FInder 左侧栏“共享的”接入,Windows 在计算机-地址栏 里直接输入//树莓派地址即可跳转)

打开configuration.yaml,文件默认包含如下内容,我们按需修改:

homeassistant:

#经纬度

latitude: 32.87336

longitude: 117.22743

#海拔

elevation: 430

#度量单位,默认米

unit_system: metric

#时区

time_zone:Asia/Shanghai

#系统昵称,显示在主界面顶部

name: Home

正常情况下,剩下的部分便无须变动了。现在小试牛刀添加雅虎天气服务:

weather:

– platform: yweather

woeid:2151849

其中,woeid是城市代码,打开雅虎天气官网输入城市后搜索,url的最后几位数字便是:

https://www.yahoo.com/news/weather/china/shanghai/shanghai-2151849

保存,重启 HASS。

第一个 HASS 组件接入成功,你应该大概已明白 HASS 的操作原理,HASS 支持上千款智能家居设备,使用者可以寻找其他设备按上述方法接入。

如果你是果家用户,需要 Homekit 服务,那么我们还需要转到 Homebridge 进行相关设置。

Homebridge 设置

执行指令前,请先运行一次 Homebridge。注意:如果添加了开机自启任务,勿重复运行 Homebridge,否则会出现端口占用错误。

Homebridge – homeassistant 插件版本为 2.3.0 以上的,特别注意添加最后一行配置,否则家庭 app 内设备为空。

cd /home/pi/.homebridge

sudo nano config.json

{

“bridge”: {

“name”: “Homebridge”,

“username”: “CC:22:3D:E3:CE:30”, //树莓派 mac 地址

“port”: 51826, //运行端口

“pin”: “123-45-678” //连接密码,自行设定

},

“platforms”: [

{

“platform”: “HomeAssistant”,

“name”: “HomeAssistant”,

“host”: “http://127.0.0.1:8123”, //HA 运行的网址,可以是 ip 也可以是域名

“password”: “raspberry”, //HA 的 api_password,及密码,如有设置请添加

“supported_types”: [“automation”, “binary_sensor”, “climate”, “cover”, “device_tracker”, “fan”, “group”,

“input_boolean”, “light”, “lock”, “media_player”, “remote”, “scene”, “sensor”, “switch”],

“default_visibility”: “visible” //特别注意此项

}

]

}

ctrl+x,y,回车。之后清除 Homebridge 的缓存:

sudo rm -rf /home/pi/.homebridge/persist/

请大家记住此步指令,今后若出现重新配置 HA、HB 导致 iOS 设备无法识别新设备或树莓派的,大部分情况均可以使用此指令解决。

这样我们就完成了 Homebridge 的设置,重启Homebridge:

sudo systemctl restart homebridge

经过上述设置,智能家居设备已经在 HA 和 HB 里稳定运转了,现在不妨尝试使用 Siri 操控你的设备。

鹬蚌相争

上面介绍了 Homebridge 通过安装插件的方式将智能设备接入Apple HomeKit平台,有的时候设备同时支持HA和Apple Homekit两个平台,这时我们就面临平台选择。

首先,这个问题只存在 iOS 以及未来的 macOS 用户身上,因为只有你们可以使用 Siri,才可以痛并快乐着。对于其他终端系统的用户而言,要么和设备厂家的app斗智斗勇,要么享受HA网页操控的快感。

其次,以米家设备为例,同是网关,HA可以控制夜灯功能,获取光感数据,Homekit 则不能;而针对扫地机器人,HASS的接入方法十分复杂,且现阶段只能实现开关功能,HB的插件安装配置更为容易,且可以控制吸力……可以说两个平台之间没有绝对的胜者,都需要具体情况具体分析。个人认为大多数情况下,HA对设备的支持更好,并且基于社群支持,跟进速度也更快。

最后,初学者在驾驭两个平台的同时,二者必须取其一,同一设备请通过一个平台接入,否则未经“自定义设置”将产生冲突。

对于已经将设备通过 HB 接入,但想转入 HA 平台,这里提供如下兼容方案:

1、在 HA 接入相关设备,上文已经介绍过。

2、在 HA 主页面侧边栏,点击下方 “<>”,获取设备的 entity ID:

3、在 HA?configuration.yaml?配置文件中添加如下设置:

则该设备将在 Homebridge 中被隐藏,重启后不会被家庭 App 重复识别添加。

此时,可以通过 Apple Homekit 和 Hass 平台同时控制该设备。

设备追踪设置

HA 可以追踪同一路由器内网设备联网状态,可以利用这个系统判断家人是否在家等,非常方便。

HASS 原生支持大部分品牌的路由器,包括小米路由器、TP-LINK 等。不同的路由器对应配置方法不同,设置前需要打开路由器的 SSH 模式,设置好密码等,保护数据安全。建议设置仅限 LAN 用户拥有 SSH 权限。

打开configuration.yaml文件,末尾添加:

device_tracker:

– platform: asuswrt (按需填写,小米为“xiaomi”,Netgear为“netgear”,TP-LINK为“tplink”)

host: 192.168.xx.1 #路由器IP

username: ***** #管理员账号

password: ****** #管理员密码

track_new_devices: no #是否自动添加新设备

重启HASS后,主文件夹下便会自动生成?known_devices.yaml?文件,打开之后你会发现,系统已经自动为嗅探到的连接到路由器的设备添加了默认配置:

devicename:

name: Friendly Name #昵称

mac: EA:AA:55:E7:C6:94 #mac地址

picture: https://home-assistant.io/images/favicon-192×192.png #图片icon: mdi:human-female #图标,和图片取一个设置

track: yes #是否追踪

hide_if_away: no #离开后是否自动隐藏

经过自动化配置,可以真正实现人工智能。摆脱遥控的束缚、更换主题,展现个性、设置简洁大方的控制面板。

小米的接入

截止2018年2月底,支持的HASS已经支持975款设备,其中多为国外品牌,我们这里只截图了小米的设备,每个版本的迭代大概会增加十几款设备。(具体设备支持查看网址:https://home-assistant.io/components/#search/)
因为小米生态链的产品过多,也并不是所有设备都支持HA,所以只以三款典型智能设备举例。

网关类设备

一个设备需要小米多功能网关才可以使用,一般都走的是 Zigbee 协议,只要小米网关接入了 HA 就可以完美适配。如果一个设备是独立接入网络的,比如米家 Wi-Fi 插座、扫地机器人、Yeelight 灯具等,我们则需要单独在 HASS 里接入它们。

类似的标准也适用于 Homeridge,homebridge-mi-aqara 插件正常情况下只支持 Zigbee 设备,其他设备需要另安装插件。

以小米多功能二代网关为代表的网关类设备,是大部分米家及绿米Aqara的Zigbee 设备的联动基础,也是整个米家智能家居系统的核心。除多功能网关外,空调伴侣和 Aqara 监控摄像头都具备网关功能。

要将网关接入 HA,我们需要先打开网关的通信协议,并获取通讯密码。打开米家 app,连接设置多功能网关,点击进入网关页面,点击右上角“…”,进入“设置”。点击第二行“关于”,狂点空白处,便会跳出“局域网通信协议”以及“网关信息”。进入“局域网通信协议”,打开开关,记录下密码,这就是之后待填的“key”。回到上级页面,进入“网关信息”,记录下 mac 地址,这就是之后待填的“sid 或 mac”。

HA 0.50.0 及之后版本已经添加对米家平台的官方支持,我们只需要直接配置即可。如果之前复制过 custom_componets 文件夹,升级后请删除该文件夹。打开?configuration.yaml?文件,添加以下配置(此设置适用于 HA 0.54.0版及之后):

xiaomi_aqara:

gateways:

– mac: MAC 地址 (地址不带 “-” 或 “:” ,行首的「-」必须保留)

key: 通讯密码

重启后,HA 主界面将会自动识别网关及捆绑的所有设备。

如果有多个网关,则按以下格式设定:

xiaomi_aqara:

gateways:

– mac: xxxxxxxxxxxx

key: xxxxxxxxxxxxxxxx

– mac: xxxxxxxxxxxx

key: xxxxxxxxxxxxxxxx

获取 token

所有的小米 Wi-Fi 设备都必须先取得设备的 token 方可接入 HA,以下简要介绍获取 token 的方法之一。

首先在安装有 Node.js 的电脑上安装 miio 库

sudo npm install miio

之后,重置待连小米设备的网络,使其产生 Wi-Fi热点,将电脑连接至该热点上,之后输入:

miio –discover

即获取设备的 token,请集中保存。获取 token 后,如需绑定米家 App,请直接在 App 中添加设备,切勿继续重置设备,否则 token 将重新生成,原有 token 将失效。

空气净化器

HA 目前原生支持 2 代空净,暂不支持 Pro 版。按照上方教程获取空气净化器的 token,之后在configuration.yaml中填入以下配置:

fan:

– platform: xiaomi_miio

name: Xiaomi Air Purifier 2

host: 192.168.130.66

token: YOUR_TOKEN

Wi-Fi 插座及智能插线板

0.56.0 的更新带来了插座的支持,接入前先获取设备的token,具体方法见前文。之后,在?configuraiton.yaml?添加如下设置:

switch:

– platform: xiaomi_miio

name: Original Xiaomi Mi Smart WiFi Socket

host: 192.168.130.59

token: YOUR_TOKEN

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沐鸣2平台提供_不联网就绝对安全?黑客演示用“超音波”窃取电脑资料

政府、军方等特殊部门在保存资料时,一般会将这些资料储存在永不连网电脑里(air-gapped computer),以免遭黑客入侵,窃取资料,但是你知道吗?即使是电脑在不连网的状态下,黑客仍有办法隔空偷走电脑里的资料。

▲即使不连网,黑客仍有各种手段盗取电脑资料。(图片来自YouTube)

Gigazine报导,以色列本.古里安大学研究团队近期展示了一项称为“MOSQUITO”的新技术,通过这项技术,黑客们能通过“超音波”,让两台未连网的电脑进行传输数据。

原来这项技术的核心是使用扬声器与麦克风,大部分扬声器、麦克风对18kHz至24kHz的声音都可以进行识别,因此它们是良好的输入/输出设备,这些频段的声音人无法感知,所以通过这个原理黑客能悄悄偷走电脑里的信息。

视频里,研究人员们展示了两台均被“MOSQUITO”木马感染的电脑,其中一台(电脑A)有熊猫图案,另一台(电脑B)则一片空白,两者都未联网,最终通过超音波传输,电脑B的画面却逐渐绘出与电脑A相同的熊猫。

研究人员表示如果电脑的扬声器性能更好,则能从8至15米的距离,以10—166 bps的速率传输资料,所以要隔空从电脑中盗取资料,也并非不可能的事。据了解超音波传输,只不过是本.古里安大学的团队研究的冰山一角,该团队曾尝试用各种方法入侵电脑,例如用硬盘运转的噪音、电脑主机散发的热能等,这些都是他们窃取资料的方式,让人感觉非常神奇。

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沐鸣2平台提供_5G、LPWAN、SDN…一文带你看懂物联网“网”的本质

物联网是一个跨界融合的产物,无论是IoT中的各种智能设备、使用的通讯网络、还是分析平台和各类应用,都在进行持续裂变。其中,围绕物联网中“网”展开的一系列技术裂变,已经多到让人应接不暇的地步,因此这篇文章我将聚焦物联网与通信行业接壤的领域,浓缩呈现你所需知道的一切。

5G、LPWAN、SDN、NFV、TSN…这些层出不穷的新鲜名词都与物联网中的“网”有关,你是否对它们有所耳闻?你是否能说出它们的全称?你是否了解它们各自的含义?

好的技术一定符合简谐之美,事物的本质规律也永远是一目了然的,如果一种技术让你觉得眼花缭乱、纷繁复杂,那么要么是你理解偏了,要么是这项技术本身“忽悠”的价值大过实际应用。

为了恢复通讯技术的“简”与“美”,在这篇文章中,我尝试使用最为通俗易懂的语言,让你在不需要大量CT(通信技术)和IT(信息技术)知识的情况下,亦理解这些技术的内涵。从“外行看热闹”到“内行看门道”就是本文的初心了。

一个比喻,串联各种通信领域热词

话不多说,进入正题。为了更直观的体现各种最新通信技术的关系和比较,我以邮寄快递包裹的过程为例进行说明。

虽然最终用户的核心需求是把各种包裹寄到目的地,在选定了一家快递公司之后,用户并不用关心这家公司到底使用哪种交通工具、海陆空哪种运送方式、快递小哥是中日韩哪种混血儿…这些细节,但不同快递公司之间毕竟有价格差异,服务水平也不同,用户有必要了解基本的快递过程,比如“功耗”、“带宽”、“可靠性”、“成本”等,做到对快递支出心中有数。

各种通信技术在不同设备之间传递数据的过程,就跟快递公司递送包裹的过程如出一辙,各司其职完成分工协作。在这里,如果将数据比喻成货物,通信网络比喻成道路,携带数据的网络报文比喻成送货车辆,那么故事就这样开始:

1. 先从快递的“入口”说起,NB-IoT、TSN、Zigbee、WiFi等等这些通信协议,专供物联网应用,就像各种快递货车一样,解决的是如何从各种终端设备中,将数据包裹递送到就近的分拣站。

比如NB-IoT(窄带物联网)这个类型的货车发车间隔长,各个车辆的货箱很小,虽然一次装不了多少包裹,但却极为省油,运输成本很低。

TSN(时间敏感网络)这类车辆专门递送智能工业和智能汽车领域对时间极为敏感、要求实时送达的包裹。为了解决实时性的问题,TSN定制了一种特殊的快递车型,就像电影《黑衣人》中秒变火箭的飞行汽车一样,保证送货车辆的速度和时效。

2. 在取货的过程中,遇到大数据量,对传输速度要求较高的数据包裹时,普通的快递货车不够用了,这时就需要有线标准以太网、3G/4G、以及5G中相应的宽带通讯技术登场了。它们提供的交通工具是轮船、火车和飞机,传输距离长、载货量大、服务质量高。

3. 在快递的过程中需要一些基础设施,比如机场、车站、转运站,这些工作由网关、交换机、路由器等设备承担。它们不仅负责数据包裹的继续传递,还负责包裹的快递路径规划。

以前各个城市之间的送货道路和转运站由于没有统一的交通信号系统,加之方言不通难以跨城合作,不仅需要人为疏通交通系统,而且包裹的跨城快递效率不高。

于是有人提出建设跨越各个城市的智能交通系统,也就是SDN(软件定义网络)。SDN通过统一的智能交通调度“中枢”,解决了人为调度的问题,实现快递路径的自动规划,还加强了对于交通状态的可视化能力,多种手段避免拥堵路段的产生。

4. 有了智能交通系统之后,人们还想对各类的送货基础设施在不改变原有硬件的情况下,做到最高的通行效率优化,而且希望有安防措施避免对数据包裹的拦路抢劫或恶意损毁。

这时就需要用到NFV(网络功能虚拟化),它对道路本身进行了优化,在不改变原有基础设施的情况下,解决了道路承载灵活性的问题。当有特殊快递需求时,NFV可以快速建起一条虚拟道路,当车辆通过之后,虚拟道路取消,相关资源释放回资源池。NFV还可以创造虚拟警察,让劫匪难以下手。

看到这里,相信你对各种技术在整个纵向的信息传递流程中,各自解决什么问题已经有了大致的了解。接下来我将聚焦核心趋势,主要包括5G、软件定义网络和实时物联网,把相关的重点技术进行分组,横向谈谈它们各自的使命。

宽、窄、快、慢都支持的5G

老百姓对5G的印象是它比现有的4G快上10-100倍,但是5G带来的可不只是网速的飞升,还有一大堆技术名词,包括uRLLC、eMBB、mMTC等以及向5G演进的NB-IoT、eMTC、LTE-V等,有数十种之多,令人感觉云里雾里,晦涩难懂。

其实对于用户来说,相比网速更重要的是5G在网络能力上的提升,它将可承载更多种类的物联网设备对各种通信场景的需求。为了解决这一问题,与4G有明显不同,5G使用创新性的思维,能同时支持高带宽和窄带宽、低时延和高时延这些“两极分化”的场景,可以说是能宽能窄、能快能慢地应对终端需求。

5G中窄带的分支,从现在物联网领域中热门的eMTC(增强型机器对机器通信)和NB-loT(窄带物联网)演进而来,图中的Cat M/Cat NB就是其演进的路径,未来实现在每平方公里百万级终端接入和超低功耗、超低成本的mMTC场景。这些低功耗广域网络LPWAN代表性技术的一个核心功能是对“物”的感知数据的传输,而所传输的数据基本上具有“小包、低频”的特点。这些小批量的数据却是用户直接业务所需要的,可以说是“直击”用户业务痛点。当然,这个窄带的分支一般不承载关键性的高可靠业务,可以承担大量并不要求实时性、敏感性的通信任务,作为5G“慢”的场景支持。

5G中宽带的分支,主要是增强型移动互联网(eMBB),可以提供高达1Gps到数十Gbps的带宽,就像高速公路从原来3车道变成13车道一样,能够大幅增加车流。如果从场景上做简单划分,eMBB针对3D/超高清视频等大流量移动宽带业务,未来这些终端可能眨眼就用了好几个G的流量。从上图的演进路径可以看出,我们并不是从最初4G商用的带宽一下子跳到5G的高带宽,这个过程中厂商在阶梯式地提升网络带宽直至演进到5G所要求的带宽。

5G中的“快”的分支,就是高可靠低时延通信(uRLLC),eMBB解决车道宽度和可同时容纳车辆的容量,而uRLLC解决速度直达的问题。很多时候我们往往将高带宽和高速度混为一谈,但实际上超高的带宽并不一定带来速度的本质的提升,更需要突破“时延”的障碍。“时延”是端到端传输的速度,举例来说在抢红包时,一些手机连接的WiFi的带宽高于4G,但通过4G往往比WiFi更容易抢到,因为4G的时延低于WiFi。未来5G端到端的时延要达到毫秒级别,是人的反应速度极限的100倍以上,像一些工业自动化、自动驾驶场景下这样的网络反应速度才是可靠的。

别看这么多场景,5G能够在一张网络上承载宽、窄、快、慢各种“两极分化”的场景,可以说是全新的变革。

立足于软硬“解耦”的软件定义网络

SDN(软件定义网络)和NFV(网络虚拟化)无疑是当下IT领域最为炙手可热的趋势。在不久之前刚刚结束的巴塞罗那MWC展会上,几乎所有CT与IT厂商均把SDN与NFV作为降低通信成本的战略方向,提出了针对性的产品和方案。

也许这组词汇让你觉得有些陌生。如果探究SDN和NFV的内在逻辑,其实很简单,核心的思维是“分离”和“解耦”。SDN将控制平面(可以简单理解为上述例子中的车辆调度)和数据平面(例子中道路上行驶的车流)进行了分离,NFV将网络中使用的软、硬件进行了分离,各自解耦发挥最大功效。

推动SDN和NFV发展的主要驱动力来自数据中心和广域WAN,但它们的存在,可供物联网等场景借鉴和使用。SDN和NFV解决了物联网中业务灵活性和敏捷性的需求。面对迭代越来越快的通信技术,不停更新硬件和基础设施来跟上时代的脚步并不现实,因此就需要让控制和软件发挥作用,满足千变万化的业务需求,加快部署时间、提高网络的传输效率,同时确保硬件投入成本不会大幅增长。

这些基于软件的网络技术(包括SDN,NFV和SD-WAN)提供了灵活设计网络架构的新工具,可以根据物联网的业务需求定制网络。SDN主要是优化网络基础设施架构,比如交换机、路由器、无线网络等。NFV主要是提供增值功能的灵活性和低成本,包括负载均衡、安全、广域优化等。SDN提供的集中式管理控制功能和NFV提供的业务功能虚拟化,可以协调管控分布式IoT系统中的各种数据流和业务流。

随着分布式计算和终端智能的推进,SDN和NFV正在逐步走向网络边缘侧,推进边缘计算的发展,物联网人今后与其“你来我往”的机会越来越多。

比SDN和NFV更为重要的是,蕴藏在它们背后的“解耦”思维模式,这一思维催生了各种SDX,此起彼伏,推动硬件和软件之间的协同工作进入了一个新的高度。

最早的SDX出现在无线电领域,设备功能主要由硬件决定,一种设备对应一种专用硬件,不但不灵活,性价比也差。随着硬件通用性和软件多样性的提升,人们从而实现只需改变软件,就可赋予同一设备多种功能,甚至具有前所未有的新功能。

现在这种思维逐渐扩展到其他领域,出现了“软件定义存储”、“软件定义网络”、“软件定义安全”、“软件定义数据中心”…有人就干脆说“软件定义一切”,也就是SDX。其中的集大成者是iPhone,同一款手机硬件通过个性化APP软件,实现游戏机、随身听、翻译笔等多重功能。工业领域的软PLC(工业可编程控制器),也是这一思维的成果之一。

打通工业通讯壁垒的TSN和OPC-UA

最后的这组技术来自工业领域,TSN(时间敏感网络)和OPC-UA(设备之间的“对话”协议)。它们一起协作解决了标准以太网在工业应用时的不确定性问题,和工业通讯之间彼此语言不通难以交互的问题。

标准以太网的本质是一种非确定性网,但在工业领域必须要求确定性,一组数据包裹必须完整、实时、确定性的到达目的地。为了满足这个需求,TSN自研“飞行快递货车”。普通货车从北京的国贸到天安门,全程5公里,大约需要20分钟左右,上下班高峰期还会更久。而TSN飞行汽车让送货计划被安排得分秒不差,如果以100公里/小时的速度行驶,TSN货车将在3分0秒后准时到达天安门,消除了标准以太网由于交通“拥堵”导致的非确定性。

除了解决以太网的确定性问题,TSN还正在解决工业领域的碎片化问题。要知道如今工业中存在着庞杂的、拗口的、各有所长也有所短的以太网协议,比如Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP、EtherCAT、PowerLink、SERCOS III等,每种技术的背后都有不同的厂商阵营在支持,哪家也无法一统江湖。工业通讯的碎片化还导致了对于数据包裹的描述不统一,即便收到了包裹,读不懂里面的内容也是白费。

因此TSN和OPC-UA的核心思维是提出了一个可互操作的系统,并支持多个制造商、协议和机构在同一个网络上共享,同时数据使用相同的语言进行解析,不仅可得,而且可用。作为底层的通用架构,TSN使得更多企业可以在此架构上实现OT和IT的融合。这种融合提高了工业设备的连接性和通用性,并且面向未来,为大数据分析、边缘智能、新型业务提供了更快更好的发展路径。

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沐鸣2注册开户_干货 | AI的人工神经网络

我们正经历一场大革命,这场革命就是由大数据和强大电脑计算能力发起的。

人工智能的底层模型是”神经网络”(neural network)。许多复杂的应用(比如模式识别、自动控制)和高级模型(比如深度学习)都基于它。学习人工智能,一定是从它开始。

人工神经网络

人工神经网络是模拟人和动物的神经网络的某种结构和功能的模拟,所以要了解神经网络的工作原理,所以我们首先要了解生物神经元。其结构如下图所示:

从上图可看出生物神经元它包括,细胞体:由细胞核、细胞质与细胞膜组成;

轴突:

是从细胞体向外伸出的细长部分,也就是神经纤维。轴突是神经细胞的输出端,通过它向外传出神经冲动;

树突:

是细胞体向外伸出的许多较短的树枝状分支。它们是细胞的输入端,接受来自其它神经元的冲动;

突触:

神经元之间相互连接的地方,既是神经末梢与树突相接触的交界面。

对于从同一树突先后传入的神经冲动,以及同一时间从不同树突输入的神经冲动,神经细胞均可加以综合处理,处理的结果可使细胞膜电位升高;当膜电位升高到一阀值(约40mV),细胞进入兴奋状态,产生神经冲动,并由轴突输出神经冲动;当输入的冲动减小,综合处理的结果使膜电位下降,当下降到阀值时。细胞进入抑制状态,此时无神经冲动输出。“兴奋”和“抑制”,神经细胞必呈其一。

突触界面具有脉冲/电位信号转换功能,即类似于D/A转换功能。沿轴突和树突传递的是等幅、恒宽、编码的离散电脉冲信号。细胞中膜电位是连续的模拟量。

神经冲动信号的传导速度在1~150m/s之间,随纤维的粗细,髓鞘的有无而不同。

神经细胞的重要特点是具有学习功能并有遗忘和疲劳效应。总之,随着对生物神经元的深入研究,揭示出神经元不是简单的双稳逻辑元件而是微型生物信息处理机制和控制机。

而人工神经网络的基本原理也就是对生物神经元进行尽可能的模拟,当然,以目前的理论水平,制造水平,和应用水平,还与人脑神经网络的有着很大的差别,它只是对人脑神经网络有选择的,单一的,简化的构造和性能模拟,从而形成了不同功能的,多种类型的,不同层次的神经网络模型。

人工神经网络具有四个基本特征:

(1)非线性非线性关系是自然界的普遍特性。大脑的智慧就是一种非线性现象。人工神经元处于激活或抑制二种不同的状态,这种行为在数学上表现为一种非线性关系。具有阈值的神经元构成的网络具有更好的性能,可以提高容错性和存储容量。

(2)非局限性一个神经网络通常由多个神经元广泛连接而成。

一个系统的整体行为不仅取决于单个神经元的特征,而且可能主要由单元之间的相互作用、相互连接所决定。通过单元之间的大量连接模拟大脑的非局限性。联想记忆是非局限性的典型例子。

(3)非常定性人工神经网络具有自适应、自组织、自学习能力。

神经网络不但处理的信息可以有各种变化,而且在处理信息的同时,非线性动力系统本身也在不断变化。经常采用迭代过程描写动力系统的演化过程。

(4)非凸性一个系统的演化方向,在一定条件下将取决于某个特定的状态函数。

例如能量函数,它的极值相应于系统比较稳定的状态。非凸性是指这种函数有多个极值,故系统具有多个较稳定的平衡态,这将导致系统演化的多样性。

人工神经网络是一种非程序化、适应性、大脑风格的信息处理,其本质是通过网络的变换和动力学行为得到一种并行分布式的信息处理功能,并在不同程度和层次上模仿人脑神经系统的信息处理功能。它是涉及神经科学、思维科学、人工智能、计算机科学等多个领域的交叉学科。

人工神经网络是并行分布式系统,采用了与传统人工智能和信息处理技术完全不同的机理,克服了传统的基于逻辑符号的人工智能在处理直觉、非结构化信息方面的缺陷,具有自适应、自组织和实时学习的特点。

典型神经网络

当前最常见的几种神经网络分别是感知器网络、BP网络、柯荷伦网络、竞争网络,这几种网络各具特点。

1、感知器

感知器的工作原理是使用直线、平面等切割平面或立体空间,将这些平面或空间分成若干不同的区域 ,以达到对输入信号进行分类的目的。感知器在使用前,需要先进行训练。训练感知器的主要目的是调整它的权值。训练感知器时,通过选择典型的输入类型,这些输入需要能代表所有的输入类型,然后将这些数据输入到感知器中对感知器进行训练。训练之后,感知器网络的节点数及权值得到了调整。当感知器训练完成之后,就可以进行工作了。

2、BP 网络

BP 网络是当前使用得最多的一种神经网络,它的主要功能是对非线性有理函数进行逼近,以满足对非线性系统的控制作用。一般使用最速下降法对 BP 网络进行训练,将误差反向传播,当有大量的数据通过 BP 网络时,网络的权值和阈值得到调整,并使得网络的误差系数降低到最小 。下式是不含反馈的神经网络的输入与输出关系:

以上表达式不能表示具有反馈方式的神经网络,如果需要表示 BP 网络,还需要对上式加入反馈部分,如下式所示:

当训练结束之后,此神经网络即是 BP 网络,它就可用于对非线性系统的控制。它将输出反馈到输入,作为输入的一部分,以达到对系统权值的持续调整,消除非线性影响的作用。

3、竞争网络

竞争网络一般用于对大量具有典型特征的数据进行分类,它是一种单层网络,包括输入层和竞争层,输入层和竞争层共用一个权值函数。竞争网络的训练和工作并未像其它神经网络那样明确分开,而是在工作的过程中实现对网络的训练。它的训练方式是无监督式的,训练过程是通过竞争,将获胜节点的权值进行调整,从而使网络的输出于输入间的误差逐渐减小,在这个竞争过程中,就可以通过输出的不同,而将输入分成不同的类型,以实现自动分类的功能。

4、柯荷伦网络

为了实现对具有概率分布模式的数据进行分类,可以利用柯荷伦网络模型。柯荷伦网络网络模型与普通的网络模型很相似,它的不同之处在与它在训练过程中对节点的调整方法的区别。柯荷伦网络模型对节点的调节方式与竞争网络的比较相似,都是通过竞争来确定需要调整的网络节点,竞争网络只需要调整竞争获胜的节点,而柯荷伦网络除了需要调整竞争获胜的网络节点,还需要调整获胜节点的临近节点。

BP 网络在智能系统中的应用

1、联想记忆

在信号处理、语音和图像识别等领域,当输入数据具有干扰或需要网络具有纠错能力时,就需要网络能够识别出这种错误,并将其纠正过来。为了能得到具有这种功能的神经网络,可以先将识别对象转换成网络的平衡节点,通过调整节点的权值,使其记住这些目标。然后再通过不断对网络输入学习数据,使其不断进行联想,最终使目标模型的特征收敛到网络的平衡节点上。例如在进行文字处理时,为了能是神经网络具有识别出错误文字的功能,可先将特定模型的文字转化成网络平衡节点,然后在对网络输入正确的文字,在不断的训练过程中,网络就能实现对错误输入的识别作用。

2、优化计算

霍普菲尔德的网络稳定性判别函数以能量为基础。当系统不稳定时,能量会逐渐减小,并最终趋于稳定。在大规模电力线路的设计过程中,为了使设计的电子线路系统最优,就需要对设计不断进行优化。通过对系统网络进行分析,求解出网络的最优参数之后,将这些参数转换成神经网络中的平衡节点。在对神经网络进行训练之后,网络就可以通过不断循环优化,最终设计出一个最优电子线路系统。

3、影像处理

在人造成像系统中,无论是光学成像,还是声波成像,以及电磁波成像,由于在对影像进行采集和处理的系统一般是数字系统,并且数字信号本身比模拟信号具有更强的抗噪能力,在采集和处理过程中,必须先对影像资料进行数字化处理,将模拟信号转换成数字信号。因此,最终采集到的影像资料都是不连续的。

当前对影像数据的处理主要包括:处理因焦距问题而产生的影像模糊;影像噪声含量较多时将噪声处理掉;使用边缘检测的方法,得到图像的特殊属性。影像处理所涉及的领域也非常宽广,如对影像进行分类、在医学中对药物反应的影像进行分析等。

在对图像处理的研究中,主要出现过线性鉴别、遗传网络、counter-propagation network 三种主要的处理方法 ,经过比较其处理结果,发现利用遗传网络进行处理的性能最好。

神经网络对图像进行处理的步骤如下:将原始图像输入到网络中;利用特征提取的方法得到图像自身的属性;对图像特征进行分类;将这些处理结果作为训练资料或数据输入到神经网络中,通过神经网络的自动分辨功能,分辨出图形结果。

在实际使用时,先对神经网络进行训练,再将神经网络投入到实际应用中。利用神经网络进行图像处理具有诸多实际应用意义,也是当前研究的一个热点方向。在Google 地图、对天文图像的处理及网络图像分析等领域,由于资料十分庞大,利用人工进行处理,显然是不切实际的。为了能快速的得到所需的图像特征,查找出需要的图像资料,利用神经网络进行图像处理,无疑是最好的选择。

神经网络是一门重要的机器学习技术。它是目前最为火热的研究方向–深度学习的基础。学习神经网络不仅可以让你掌握一门强大的机器学习方法,同时也可以更好地帮助你理解深度学习技术。

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沐鸣2平台提供_清华大学在仿生石墨烯压力传感器研究取得重要进展

近日,清华大学微电子系任天令教授团队在《美国化学学会·纳米》(ACS Nano)上发表了题为《仿生针刺随机分布结构的高灵敏度和宽线性范围石墨烯压力传感器》(Epidermis Microstructure Inspired Graphene Pressure Sensor with Random Distributed Spinosum for High Sensitivity and Large Linearity)的研究成果,由人体皮肤感知微结构出发提出相似的仿生结构,通过微结构和分布模式的结合解决了灵敏度和线性范围之间的矛盾,为力学器件性能的综合提升提供了一种全新的思路。

近年来,柔性力学微纳传感器特别是在人体生理信息监测和检测方面成为学术界的研究热点,同时也有大量相关产业公司相继成立。相比于传统的硅基器件,由于具有舒适性、贴合性和可穿戴性等方面的特点而广泛应用于人体物理和化学活动的监测,但作为力学器件的两个重要指标灵敏度和线性度之间的矛盾一直未能得到很好的解决。通常制备出的器件都需要以牺牲一个指标而为提升另一个指标服务,这往往限制了其实际应用的范围,解决这一矛盾成研究难点。

(从上到下,从左到右)皮肤的微结构示意图,皮肤微结构和仿生结构照片,线性度和灵敏度与前人工作性能对比,腕部脉搏和呼吸监测结果。

任天令课题组基于人体皮肤,特别是指尖对于不同大小应力的高灵敏响应特点,根据对其微结构的研究提出了相似结构的制备。通过砂纸作为模板倒模成型柔性的基底,利用氧化石墨烯在高温下还原后作为力学敏感层,制备出具有针刺形貌和随机分布的压力传感器。该传感器表现出优异的稳定性、快速响应和低探测极限,实现了在更宽线性测量范围的高灵敏度。其中针刺结构之间接触面积突变主要贡献出高的灵敏度,随机分布主要贡献宽的线性范围,通过两者结合在很大程度上解决了这一对矛盾。

正是由于该传感器高的灵敏度和宽线性范围,课题组成功了应用于对人体各种生理活动的监测,例如脉搏、呼吸和声音识别,还实现对走、跑、跳等走路姿态的监控,以及对走路步态的监测。利用可穿戴的高性能力学传感器对人体各种生理活动参数的获取将会在个人健康和医疗方面具有重要的实际意义,具有重大的应用前景。

该研究成果得到了国家自然基金重点项目和科技部项目的支持。

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