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1.1 物联网的概念
物联网(Internet of things)是科技高速发展的产物,也是信息时展的象征。从字面意思来看,物联网就是通过互联网将相同的或者不同的物体连接起来。从中,可以了解到物联网是建立在互联网的基础上发展的,它是互联网功能的一次延伸,应用创新是其发展的关键因素。从深层次来说,物联网就是通过局域网或者互联网等通信技术,并运用一定的手段将传感器以及控制器、各类设备、物资等以一种全新的方式联系到一起,为人与物、物与物之间的联系搭建平台,实现信息智能化以及远程控制的网络,但需要注意的是物联网上所包含的机器设备、资源以及通信等元素都具有个性化以及私有化的特征。
1.2 物联网的基本属性及特征
物联网以其特殊的方式突破了时间、空间的限制,实现了人与人、人与物、物与物之间通过网络或者其他的一些路径的联系。因此,物联网的属性有集中、内容、收集以及情景的连接。物联网中的物体包含以下几个特征:首先,物体既可以是实物,也可以是虚拟物品。物体能够通过使用一些标识来识别。同时,物体通过互联网能够在现实的物理世界与虚拟的数字世界进行信息的交换;其次,物体能够利用传感器与周边的环境进行交互。物体能够在资源以及服务等方面与其他物体进行竞争;最后,物体具有社会、自控、自我复制的特征。
2 物联网的体系结构
物联网的体系结构可以分为感知、接入、网络、服务管理、应用等几个层次。
2.1 感知
通过使用不同类型的传感器对物质的相关属性、周边环境、活动趋势等静态或者动态的信息进行收集与分析,并依据具体的目标任务,采用协同方式从不同角度对信息进行全面的控制,进而将所获得的信息传入网络,实现资源的共享。
2.2 接入
利用现有的网络设施,如无线网、局域网、卫星以及移动通信网等,将感知获得的信息传入网络。
2.3 网络
建立无线网络平台,并把传入的信息进行科学合理的整合,构建超大规模的智能网,为大行业提供高效、可靠的网络平台。
2.4 服务管理
通过大型的计算机系统,对现有的网络信息进行及时的管理控制,为上层应用提供优质服务。
2.5 应用
这是物联网的基本设施,它根据不同行业的实际需求,为他们提供个性化应用,如自然灾害的预测以及监测、智能电网、远程医疗以及实时健康监测等。
3 物联网的关键技术分析
3.1 射频识别技术
射频识别技术,又叫做电子标签,是物联网能够顺利运行的核心技术。它使用射频信号并通过交变磁场或者电磁场,进行信息传递,同时利用所传递的信息来识别物体。该技术由标签、阅读器以及天线构成。其中,标签是在放在物体之上的,起分辨物体的作用;阅读器是用来读取或者输入标签上所包含的信息;天线介于标签与阅读器之间,作为一种传播介质,起传递信号的作用。该技术的应用思路为:通过利用现如今的科学信息技术,实现对不同物体(设备、信息、人员等资源)在移动或者动态等状态下的识别管理。
射频识别技术因其抗干扰性以及高适用性,能够对各种物体进行追踪管理,因此深受各行各业人员的喜爱。其应用的成功典范就是高速公路的自动收费系统。目前,该技术在碰撞、信息物品安全以及用户隐私、射频天线等方面还存在不足。
3.2 传感器技术
因为物联网需要与自然环境进行长时间的接触,因此,传感器有时会在极端恶劣的环境中工作,这对传感器的技术设计以及应用提出了巨大的挑战。传感器的核心功能是采集信息。如果将计算机看做一个能够收集、汇总、分析信息的人脑,把计算机网络的通信系统看做人脑的神经系统,那么,传感器就是我们对周围环境进行感知的器官。总之,传感器就是将感知到的信息利用一定的手段,并按照一定的规律转变为能够传输的信号的设备装置。传感器技术在现代社会中具有十分重要的地位,如果没有传感器技术,那么感知到的信息就不能够准确的转换,这就会导致物联网信息的失真。
目前,传感器技术主要从两方面进行研究,即信息的感知、传感器自己的智能化以及网络化的管理。其未来的发展方向为功能多样化、传输智能化、材料新型化,与前沿科技相结合(如生物科学技术)等。
3.3 网络通信技术
尽管物联网的功能多样、概念外延较为广泛,其仍是建立在网络通信技术的基础之上的。网络通信技术并不是一个单一的技术,而是一个技术集合体,它包括有限传输以及无线传输、网关以及交换等技术。其中,M2M技术是物联网网络通信的核心技术,是机器与机器之间(machine to machine)、人与机器之间(man to machine)、机器与移动网络之间(machine to mobile)以及人与人之间(man to man)的联系。该技术应用范围十分广泛,它能够实现远距离的连接技术(如GSM或者GPRS、UMTS)以及近距离的连接技术(如wife、ZigBee、 以及蓝牙等)的有效结合,同时,它能够结合XML以及网络位置服务等技术,进行安全隐私的保护、货物位置的追踪等。现如今,该技术的研究方面侧重于机器与机器之间的无线连接,为物联网提供一个安全可靠的信息传输通道。
4 物联网的应用分析
物联网被广泛应用于各行各业,包括交通、环境保护、办公环境、公共安全、家居生活、风险监测、健康实时管理以及老人、儿童护理等多个方面。它的出现,将线下的各种资源通过互联网联系在一起,促进了产业的转型升级,便利了人们的生活,为社会的发展提供了新的推动力。其在现实生活中的成功应用主要在以下几个方面:
4.1 物联化身份控制器
目前,研究院以及高校实验室都会配置一些贵重的精密仪器设备,但人工的管理对于这些仪器设备的使用以及保养等不能做到面面俱到。而物联化身份控制器很好的解决了这一问题。
实验室中的所有设备无论是否联网,都能通过该控制器实现设备的使用权限控制、对使用者进行身份识别以及使用的时间、时长记录等。
4.2 智能电网
智能电网利用一系列技术以及设备,如计算机网络技术、通信技术、传感器、处理器等,构建一个能够自动判断、自动调节以及自动监测的多能源统一接入电网,并进行分布式管理的智能网络。该网络能够对电网运行状态以及用户实时用电信息进行收集以及汇总,通过全面分析,选择最合适的配电方案,将电能安全送到最终的用户家中。智能电网的运用能够提高电能输送的安全性以及可靠性,有助于实现电能的优化配置。
4.3 智能交通
智能交通就是充分利用网络通信、传感器技术以及自控技术、计算机系统等,对道路交通进行实时监控以及管理等,它能够及时发现道路堵塞、交通事故发生等现象,并及时的进行交通疏导,有助于缓解道路交通压力。同时,它能够将道路前面发生的交通事故及时的告知车辆驾驶员,避免二次事故的发生。当然,在恶劣天气中,它还能够对道路情况进行监测,并反馈给驾驶员,提高其行车安全。
4.4 物流管理
物流管理是物联网最初的应用领域,它将传感器技术引入物流管理的每一个环节,包括商品的生产、出产、包装、销售、物流派送以及服务等环节,使管理者能够对物流进行智能化、信息化管理,可以实现每一环节时间、资金的最优配置,从而使总成本得到节省,提高物流管理的效率。物联网的关键技术,即标识追踪、定位技术,能够实现物流管理的智能调配,提高物流管理的科学性。
4.5 医疗管理
将物联网引入医疗领域,能够实现医疗数据的科学管理,如能够实现病人身份扫码验证、病例录入查询、药品采购以及使用信息查询、病人身体特征实时监控等方面的管理。同时,还可将药品的验证信息传到相关网站,便于医生以及病人对所用药品进行真伪查询等。
5 物联网未来发展建议
物联网作为一个刚刚起步的行业,其有很大的发展潜力。我国的物联网在众多人员的共同努力下,拥有了长足的进步,但和西方发达国家相比,仍存在较大差距。因此,在未来,我国的物联网产业应做到:首先,要加大科技以及资金的投入,积极研发该产业的核心技术,提高专利数量;其次,应制定或者完善关于物联网的相关制度,规范其产业发展行为,同时,加强国际间的合作与交流,积极借鉴国外优秀制度;最后,国家应加强对物联网的政策支持,发挥物联网成功典范的带动作用。
6 小结
物联网是集多种技术于一身的新型技术,它的出现是时展的需要,也是科技发展的必然结果。我们应深入发展物联网的几个关键技术,扩大其应用领域。
参考文献
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一、物联网的基本内涵
物联网的概念是在1999年提出的,物联网的英文名: Internet of Things(IOT),也称为Web of Things。被视为互联网的应用扩展,应用创新是物联网的发展的核心,以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。2005年,在突尼斯举行的信息社会世界峰会上,国际电信联盟了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了“物联网”的概念。博欣将物联网定义为通过各种信息传感设备,如传感器、射频识别(RFID)技术、全球定位系统、红外线感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息,与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人,所有的物品与网络的连接,方便识别、管理和控制。
二、物联网的技术架构
从技术架构上来看,物联网可分为三层:感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成,包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢,它是物联网识别物体、采集信息的来源,其主要功能是识别物体,采集信息。
网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成,相当于人的神经中枢和大脑,负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口,它与行业需求结合,实现物联网的智能应用。物联网的行业特性主要体现在其应用领域内,目前绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试,某些行业已经积累一些成功的案例。
三、物联网技术的应用案例
物联网传感器产品已率先在上海浦东国际机场防入侵系统中得到应用。
系统铺设了3万多个传感节点,覆盖了地面、栅栏和低空探测,可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。上海世博会也与中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心签下订单,购买防入侵微纳传感网1500万元产品。
ZigBee路灯控制系统点亮济南园博园。ZigBee无线路灯照明节能环保技术的应用是此次园博园中的一大亮点。园区所有的功能性照明都采用了ZigBee无线技术达成的无线路灯控制。
首家手机物联网落户广州,将移动终端与电子商务相结合的模式,让消费者可以与商家进行便捷的互动交流,随时随地体验品牌品质,传播分享信息,实现互联网向物联网的从容过度,缔造出一种全新的零接触、高透明、无风险的市场模式。手机物联网购物其实就是闪购。广州闪购通过手机扫描条形码、二维码等方式,可以进行购物、比价、鉴别产品等功能。
这种智能手机和电子商务的结合,是“手机物联网”的其中一项重要功能。预计2013年手机物联网占物联网的比例将过半,至2015年手机物联网市场规模达6847亿元,手机物联网应用正伴随着电子商务大规模兴起。
与门禁系统的结合,一个完整的门禁系统由读卡器、控制器、电锁、出门开关、门磁、电源、处理中心这八个模块组成,无线物联网门禁将门点的设备简化到了极致:一把电池供电的锁具。除了门上面要开孔装锁外,门的四周不需要设备任何辅佐设备。整个系统简洁明了,大幅缩短施工工期,也能降低后期维护的本钱。无线物联网门禁系统的安全与可靠首要体现在以下两个方面:无线数据通讯的安全性包管和传输数据的安稳性[16]。
与云计算的结合,物联网的智能处理依靠先进的信息处理技术,如云计算、模式识别等技术,云计算可以从两个方面促进物联网和智慧地球的实现:首先,云计算是实现物联网的核心。 其次,云计算促进物联网和互联网的智能融合。
与TD结合,物联网发展是确保TD成功的重大契机。TD-SCDMA是我国拥有自主知识产权的第三代移动通信系统,是宽带无线通信网络,TD的发展需要数据业务的拉动,物联网应用是需求最迫切的增强型数据业务,具有广阔的应用前景,能够充分发挥TD网络优势,有助于促进TD产业链的成熟。
完善现有网络,发挥TD优势,积极推动无线传感器网络与TD网络融合,构建适于物联网应用的GPRS/TD/WSN(无线传感器网络)融合网络,大力发展适于TD网络承载的物联网业务,提升TD的核心竞争力,给物联网的发展以强有力的支撑,是中国移动的发展思路。
参考文献:
1.兰洁;浅谈物联网[J];电脑知识与技术;2011年04期
中图分类号:TP212.9
1 物联网的概念
物联网字面上的意思是把事物通过网络联起来,而目前较为准确的定义是:采用红外感应器、射频识别器和全球定位系统等信息的传感设备,采用规定好的协议,将事物和网络连接起来,用来交换和通信信息,从而达到识别、跟踪、定位、管理与监控的目的网络形式。同时物联网还有另外一个含义:能做到物与物、人与物、人与人的互联,把人与人间的连接利用的传感技术延伸到物的范畴。物联网的关键是完成所有事物的互联,来满足所有事物间能进行主动信息的通信和交换。
本文认为物联网并不是普通意义上的网络,而是泛在网的运用形式。泛在网是一种无处不在的网络,指的是通过目前的网络技术来实现人与人、人与物以及物与物间所需要的信息传递、获取、认知、使用和决策等服务的网络体系结构。泛在网具有内容与环境的感知能力等等各种智能性,能提供无所不有、泛在的信息服务;泛在网比物联网意义更深远。
2 分析与研究物联网的关键技术
2.1 物联网体系结构
物联网由网络层、感知延伸层、业务和应用层组成。
2.1.1 网络层。物联网的网络层主要是用来传递信息的,由接入网与核心网组成。由于物联网中需要接入多种网络功能的设备,因此要求物联网必须能支持异构接入。还得考虑到物体可能会被移动,所以物联网本身的网络层还应具备可移动性,同时能进行无缝透明的设备接入。
2.1.2 感知延伸层。物联网要能进行物和物、人合人的通信,必须具备感知延伸层。感知延伸层的功能是进行物体本身信息的捕获、采集和识别。感知延伸层所运用到的核心技术有GPS、RFID、传感器、传感器网络、自组织网络和短距离无线通信等。感知延伸层必须具有成本低、功耗低和小型化的功能,还要具有更全面、更高的感知能力。
2.1.3 业务和应用层。业务和应用层采用存储信息、挖掘数据、决策应用等功能。业务和应用层采用了分布式计算、海量信息智能处理、信息发现等技术。
2.2 物联网的关键技术
2.2.1 异构融合网络平台。要想实现任意终端节点都能泛在相连,就必须采用异构网络融入平台来实现资源共享。网络融合的主要方式是在基础网络平台上,能实现不同异构网络共性的融合和个性的协同。共性的融合是指将不同的异构网络融合到公共通信平台的各种骨干传输网络和移动通信网中,结成一张大网。而个性协同是整合各个系统之间的独特个性。而融合各类通信网络的目的是为了更好地实现异构通信网络间的协同。
2.2.2 感知节点及终端。利用感知节点后,不仅能够收集事物本身的信息,而且能存储、融合以及处理与事物有关的各种信息,让物联网能了解更多有关事物的信息以及它们间的连接性。在感知节点上也采用了相关的技术,例如:感知节点的低成本制造与设计、感知节点组合化技术、支持感知内容多媒体化的技术等等。
2.2.3 泛在传感网。泛在传感网技术一般被物联网末梢所采用,它利用分布式的无线自组织网络,来获取事物周围环境的变化信息,只适用于传递局部范围或小型范围内的物与物间的信息。目前在研究泛在传感网已经取得了一定的突破,不仅架设了一些具有特殊意义的传感器的节点平台,同时还制定了很多传感器网的通信协议,开展研究中间件技术,协同掌控等应用技术上也获得了一定的成绩。
2.2.4 业务支撑及智能处理。业务支撑最先要做的就是探索物联网的业务需求和应用场景。在研究业务场景与业务需求前,首先要对业务的特点和性能进行分析,界定业务的通用功能,然后把物联网的网络资源抽象化处理,最后设计能支持各类业务的结构、开发业务分发平台以及第三方开放业务的可扩展接口,从而制定与底层异构网络没有关系的业务分发机制。
2.2.5 综合服务平台。架构物联网的综合服务平台最核心就是云计算技术。所谓“云”就是用来供应资源的平台,而云计算则是一种商业的计算模型。云计算的中心思想是,结合所有的力量,供每位成员利用。
2.2.6 安全技术。物联网拥有很多个终端设备,所以物联网在具备解决传统网络安全问题的功能之外,还得具备有解决自身独特的安全问题的功能。物联网这样的多样性应用平台必须要有个非常强大的安全管理平台。因此需要给物联网开发系统性的安全保护机制。
3 多域融合共享理念和泛在综合服务思想
3.1 多域融合共享理念
多域融合共享的主要目的是融合多个领域间的资源,共享它们间的服务,它理念的实质是协同融合未来所有的网络形式,无限的承载各类信息业务,从而实现更多业务的融合。多域融合将会成为现代化信息技术融合领域的发展方向。同时多域融合不仅能减少了低水平的重复性建设,而且是一个具有维护起来容易、适应性强、费用低的多媒体平台。
3.2 泛在综合服务思想
泛在综合服务思想的基本意思是将世间所有的事物通过网络连接到一起,让它们都能上网。但是实质是通过网络信息化的方式来表示各种事物,实现事物能通过各种传感技术来进行智能的“交谈”,以及自动识别、互联、共享信息的功能。多域融合和服务融合的真正含义是实现在一个网络平台上提供各种业务。贯彻实行多域融合之后,能建立一个一致的网络平台,让所有的业务都能在这一个平台上得以实现,虽然它有各种不同的接入方式,但是却能形成统一、融合的网络。网络融合后,大大方便了用户的使用。
4 智能化综合服务技术体系
在多域融合共享与泛在智能服务的技术思想的基础上,对智能化综合服务平台体系机构进行了研究,制定出相关的实验理论模型。在模型中,把物联网的综合服务平台按照技术体系划为7层:第1层表示事物,第2层表示事物的连接和感知的信息,第3层表示融合的网络和共享的资源,第4层表示融合的数据和智能化处理,第5层表示融合的业务和各种智慧服务,第6层表示综合平台统一的门户与身份认证,第7层表示用户。
有了实验理论模型作为后盾,再分析物联网未来的市场应用、商业模式、服务需求和产业结构,我们还应建立商务应用模型来体现物联网泛在综合服务。而这个模型的核心任务是搭建共享的融合平台,来共同经营用户所需的各种业务,提供智能化的服务,这里我们把它叫做“智能服务商店”,简称“3S商店”。在3S商店中,需要架构4个虚拟融合平台,一个作为资源融合平台,一个作为业务融合平台,一个作为信息融合平台,另外一个作为终端融合平台。模型里任何终端用户都能使用相同的身份认证进入服务商店,去使用商店里所有的信息资源,享受商店里所有提供的服务。在商务应用模型里,服务提供者能随意的提供计算资源和信息,服务的管理者也能任意的运营和组织服务,而服务的使用者则可以准确、安全、快速地获得他们所需要的智能化服务。
5 结语
物联网不但是一场技术革命,而且关系着新兴领域里各行各业的发展,需要得到很多力量的支持。物联网想要推动新兴行业的经济发展,就得有政府的政策作为支持,而且政府派专门的机构和人员来进行协调和研究,才能发挥物联网在新兴行业发展上的真正意义。
参考文献:
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[3]沈苏彬,范曲立,宗平,毛燕琴,黄维.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报(自然科学版).2009(06)
随着计算机水平的不喾⒄梗人们的生活水平得到了进一步的提高,与此同时,改造物质世界的能力得到了进一步提升,在这种情况下,物联网的概念诞生了。所谓物联网主要是指网络技术和通信技术以及传感技术的有机叠加,并在此基础上融合了更多人性化的设计。近年来,物联网技术逐步应用到建筑消防和军事等领域,给各行各业的人们带来了巨大的方便。
一、物联网技术的应用
在社会高度发展的今天,物联网技术在我们日常生产生活中的应用,可以有效满足广大人民群众对生产过程以及家居生活的监控,甚至还可以实现远程数据采集和测量,并在此基础上进行指挥调动,一方面节省了人力和物力,另一方面也进一步提高了工作效率。然而随着物联网技术水平的进一步提升,物联网在这些领域的应用范围,也得到了进一步深化和拓展。
1.物联网技术在建筑消防领域的应用。众所周知,消防安全系统主要组成部分包括感知层、网络层以及应用层。感知层为最底层,它能够对各种物质进行感知,具有一定的感知能力,在建筑消防领域中,它可以识别物体,将那些与火灾场景产生的相关信息采集和补货到,并接受人们的各项执行命令。网络层是连接感知层和应用层的桥梁和纽带,在具体应用过程中,通过有线和无线网络将感知层搜集到的险情通过网络、无线网络传达到应用层,这是一种险情的传递。除此之外,它还会将应用层的消防指令传达给感知层,实现消防指令的传递。应用层则包含消防部门和防火重点部门,这里是消防决策产生的地点。
2.物联网技术在军事领域的应用。近些年来,美国的军事领域正在进行一项研究计划,该计划就是将无线传感器网络应用到未来的战争,笔者认为,这将进一步提高物联网技术使用方的军事作战能力,避免人员伤亡,具有非常重要的积极意义。美国国防部高级研究计划局甚至还建立了相应的项目,通过在战场上应用不同类型传感器来实现传感器网络的建立,帮助士兵迅速了解战场的实际情况,辅助相关人员做好决策。在具体的应用中,相关人员必须在物联网技术的基础上采用协同感知的方法,融合不同传感器数据分析应用场景和不同位置的分析结果,来进一步提高结论的科学性。
3.互联网技术在电网中的应用。将物联网技术同电网有机结合在一起,可以实现电网的智能化。这种方式可以及时迅速地掌握整个电网的信息。电网信息的掌握必须建立在良好通行线路的基础上,实现终端信息的采集应用,使数据实现安全稳定的传输,进一步提高智能电网的可靠性,将全面和及时以及准确的信息传达给工作人员。笔者通过长期的研究与实践发现,智能电网将会实现更多设备的有机联系,这其中就包括智能传感器、控制元件以及地理设备设施等。
4.物联网技术在农业领域中的应用。随着社会的发展,我们的自然环境也暴露出了一些问题,例如水土资源流失严重,生态环境恶化等,这些问题与可持续发展理念相违背,也会对我们人类的生命健康带来威胁。在这种情况下有必要实现对水土资源的有效监督,对环境的有效监测,并实现农业的精细化管理,而物联网技术在这些领域的应用,极大地提高了这些领域的应用效果。以农业领域为例,在进行种植和养殖业的同时,也会遇到一些问题,其中就包括各种病虫害等。物联网技术在现代农业领域的应用,就可以及时监控灾情的发展,并监视农作物灌溉情况,土壤气候变更情况等,还可以收集温度和风力等因素的发展变化情况,从而对农业进行科学合理的预测,切实帮助广大农民群众预防灾害,维护广大人民群众的利益。
二、物联网技术应用过程中存在的问题
虽然物联网技术的广泛应用给我们带来了极大的方便,但随之,也带来了一些社会问题,这些社会问题随着互联网应用范围的拓展也会更加严重。首先,物联网技术可以运用无线数据通信技术,实现对商品所有信息的及时获取,方便了我们的同时也给信息窃取人带来了方便,使他们能够隐蔽的获取信息。这样就会使相关人员的信息在不知不觉中泄露出去,给当事人带来巨大的安全隐患。其次,物联网技术的应用主要目的在于实现全球商品供应链的整合,使经济主体的经济关系更加密切,因此,一旦经济出现问题,所造成的经济损失更为巨大,更难以想象。最后,由于物联网技术涵盖范围非常广泛,这也使得其信息窃取手段更为方便快捷,给国家安全威胁带来巨大的隐患。
三、建议和展望
虽然物联网技术在我们日常生活生产中的应用为我们带来了方便和快捷,给我们构建了一个美好的蓝图,我国无论是在政府层面,还是相关企业研究层面,对物联网的研究和发展都取得了巨大的成果,但值得注意的是,物联网技术的实现还面临着很多问题。例如资金和成本的问题,这是物联网技术发展最直接的决定性因素,它制约着物联网技术水平的进一步提高。又如通信的距离和外部环境指标对物联网技术发展的阻碍,这些问题都是亟待解决的问题。如果不能够解决,物联网技术的发展很有可能会停滞不前。在解决上述问题之后,物联网技术还应当着重考虑物联网使用者的隐私保护问题,使广大人民群众在使用物联网时能够更加安全,更加放心。
四、结语
总而言之,物联网技术的应用范围正在不断拓展,在这种情况下,相关研究者应当采取有效措施,切实解决物联网技术在应用过程中存在的问题,实现物联网技术水平的进一步提高。当然这一过程也非一蹴而就的,他是一个系统的过程,需要广大人民群众共同努力才能够实现。
参考文献:
[1]熊本海,杨振刚,杨亮,潘晓花.中国畜牧业物联网技术应用研究进展[J].农业工程学报,2015,S1:237-246.
中图分类号:TP391
计算机技术和互联网技术的发展迅速,已经深入到人们的工作、学习和生活之中。近年来,互联网的发展尤为突出。在互联网技术的基础上,结合电子技术,产生了一种新型网络,即物联网。物联网的概念出现,随着技术的不断成熟,得到各个国家和大型企业和重视,在各个领域大力发展物联网。
1 物联网的概念综述
1.1 物联网的发展。物联网的雏形可以最早追溯到上世纪90年代初,当时施乐公司生产的网络可乐贩售机,已经有了物联网的概念。接着,在1991年,美国的麻省理工学院的Kevin Ash-ton教授首次提出了有关物联网的概念。到90年代末,美国麻省理工学院建立了“自动识别中心(Auto-ID)”,专家们提出了“万物皆可通过网络互联”的概念,描述了物联网的一些基本含义。在物联网的启蒙时代,物联网是依托射频识别(RFID)技术的物流网络。随着计算机技术、网络技术和电子技术的发展,现在的物联网的内涵和应用已经远远超出当初的设想。
1.2 物联网的概念。所谓物联网,并没有一个统一、确定的定义,但有大致差不多的概念,即通过RFID技术(射频识别)、红外感应技术、全球定位系统技术、无线传输技术等信息传感设备,根据相关协议,能够将物体与互联网连接起来,进行通信和信息交换,以实现智能化识别、定位、监控及管理的网络。其实,物联网也可以说,就是“物物相连的互联网”。
1.3 我国物联网的发展现状。我国的计算机网络建设滞后于世界,但通过这几十年的迅速发展,我国的互联网技术已经赶上世界的水平。作为物联网的基础,有了互联网的发展,我国的物联网发展和世界是处于同一起跑线,甚至还可以说我们的研发水平处于世界的前列。物联网核心技术之一是传感技术,我国早在上世纪末就已经开始了研发;同时,我国还是传感网领域的标准制定国之一,拥有大量专利。通过十多年的研究发展,特别是高校和企业的联合研究。例如,我国物联网的高校研究中心,北京邮电大学和南京邮电大学,和政府及一些企业签署合作协议,专门研发物联网涉及的自动控制、无线传输、网络通信等关键技术,我国已经实现了物联网的完整产业链。
1.4 物联网的认识误区。物联网的发展方兴未艾,是如今网络技术的大热门。但是,人们对于物联网的理解也存在一些误区。其一,把传感网或RFID网等同于物联网。传感技术或RFID技术只是物联网整个技术集群中的个体,仅仅是处于物联网前端的信息采集技术之一。同样,视频识别、红外线、激光、扫描等技术,都能够实现信息采集技术。所以说,传感网或者RFID网只是物联网的一种应用。其二,有人认为物联网就是下一代互联网,是互联网的无限延伸。其实,物联网号称物物相联,但并不是任何物品都能相联,没必要,也不可能做到所有的物物相联。同时,互联网是一个很广泛的概念,是一个全球共享平台。而物联网中有很多应用都是局限于局域网,例如智能小区;或是一些专业网,例如智能电网等。其三,有人认为物物相连不可能,技术实现难度太大,物联网只是一个概念上的炒作。物联网的概念虽然提出的时间并不久,但是物联网确实中真实存在的,物联网涉及的技术很多,有些技术难度确实也大,但随着网络技术的发展和科技的发展,物联网的实现早已成为可能,并且已经在运用当中,例如智能家居等物联网的经典运用案例。
2 物联网的技术分析
物联网涉及的技术因素很多,囊括了广泛的内容,例如传感技术、红外技术、RFID技术、网络技术、无线传输技术等等,下面分析一下几个关键技术。
2.1 传感器技术。这是物联网中最为关键的技术之一。因为,物物相连,很多物品这间传递的是模拟信号,而计算机处理的是数字信号,因此,要想能够处理模拟信号,就要用到传感技术进行信号的收集和转换。传感器技术也是位于实现物联网中通信的前置条件。
2.2 RFID(射频识别)技术。RFID技术融合了无线传输、射频技术、嵌入式技术等为一体。在物联网发展的早期阶段,曾经是物联网的主要技术,曾有人就将RFID网等同于物联网。随着物联网的发展,物联网的内涵和应用越来越广泛,RFID技术成为物联网实现的基础条件之一。
2.3 IPv6地址。网络知识告诉我们,处于任何网络中的节点可终端若要可标识,就要拥有自己独立的地址,这个地址就是IP地址。要实现物物相连的功能,那么物联网中的物品数目众多,用以前的IPv4地址方式是不法进行完整表示的。所以,物联网的地址表示方式采用IPv6方式。IPv6方式理论上拥有的IP地址能够满足物联网中物品的标识。
2.4 嵌入式系统技术。嵌入式系统技术是一种比较复杂的技术应用,它是传感技术、计算机技术、电子技术等多种技术的综合应用。嵌入式系统技术的应用产品随处有见,例如MP4,平板电脑、天气预报系统等。
3 物联网的应用趋势
物联网从概念提出到技术实现仅仅十多年的时间,但是物联网已经在很多领域应用。
3.1 物联网的应用模式。在物联网的应用中,大致可以归纳为对象的智能标签、环境监控和对象跟踪、对象的智能控制三种模式。
对象的智能标签是指运用特殊的技术(例如二维码、RFID等)来标识特定的对象。例如,已经在我们的生活中出现的智能卡、二维码扫描、手机电子扫描等技术。环境监控和对象跟踪指的是利用传感器和监控器实现的对特定的信息采集和监控,其中典型案例就是GPS的应用、交通智能监控等。对象的智能控制指的是根据传感器的信息数据的获取,经过网络传输和计算机的分析,达到对特定的控制,例如现在我们在公路上经常看到交通管理部门用来测算交通流量的交通智能监控等。
3.2 物联网应用的个案分析。物联网并不是看不见摸不着的,而是已在我们的现实生活中真实存在的技术。在生活中的一些领域,物联网给我们带来了新的生活方式。例如智能门禁系统和智能家居。
智能门禁系统改变了我们的对门禁的传统认识,解决了以往门禁带给人们的一些困扰。门禁系统由门磁、读卡器、控制器、电锁、电源、无线传输部件、网络处理部件等模块构组成。智能门禁系统能够实现网络上查看锁门情况,网上开锁、网上智能锁门等功能,解决了老人和儿童对门禁的困难。
智能家居系统包括智能窗帘、智能灯光控制、智能防盗、智能火警报警、智能电视、智能冰箱等应用。这些智能物体都能实现无线连接,在网络监控和管理操作。我们可以在任何能够上网的地方对智能家居做出控制。智能家居在我国的发展势头良好,部分家庭和企业已经进行了尝试,体会了物联网科技给生活带来的便利。
3.3 物联网的应用趋势。随着网络技术进一步的发展,特别是云计算机技术的发展和实现,物联网的发展也会趋于完善。在智能家居、智能消防、智能交通监控、工业监测、智能小区管理、智能安防、智能食品监测等方面大力发展。
4 结束语
我们国家在物联网方面发展处于世界前沿,得益于政府、企业和高校的联合研究和应用研究开发,产品研发涉及了传感器、无线传输、计算机网络、云计算机的各个应用领域。物联网的发展起点高,在综合利用计算机技术、网络技术、电子技术的基础上,结合新一代互联网技术,应用手机、平板等设备终端,应用数据中心,物联网必然会发展成和我们生活、工作息息相关的专业网络。
参考文献:
[1]刘晓亮.基于IPv6的物联网应用研究[J].科技资讯,2011,31.
[2]刘强,崔莉,陈海明.物联网关键技术与应用[J].计算机科学,2010,6.
[3]燕妮.浅论物联网技术的应用研究[J].科技信息,2013,19.
中图分类号:TN391 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2012)09-0062-04
Application of IOT technology in military field
WANG Sheng-kai1,2, KONG Ning1,2, TIAN Ye1,2
(puter Network Information Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 2.China Internet Network Information Center, Beijing 100190, China)
Abstract: Sensors, RFID and other Internet of Things technologies have been increasingly applied in human life and manufacturing field and at the same time are changing the way that people work and live. A considerable part of IOT technologies is derived from military field and with the development and application, they have a great impact on the military field. From the perspectives of reconnaissance, early warning, situational awareness, communication and command, equipment management, logistics support and nuclear biochemical threat monitoring, the paper illustrates the possible application of Internet of Things technology in the military field and discusses the main problems of Internet of Things technology promotion and application in the military field.
Keywords: Internet of Things; military field; network-centric warfare; reconnaissance and early warning
0 引 言
物联网(Internet of Things)是基于互联网、电信网等载体,通过传感器、射频识别(RFID)、红外感应器、激光扫描器、GPS、无线数字通信、智能嵌入等信息感知设备与技术,实时采集物体的声、光、热、电、力学、化学、生物或位置等信息,按约定协议,进行信息交换,以实现物与物、物与网连接并实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网技术是继计算机技术、移动通信技术和互联网技术之后的又一次信息技术革命,是现代电子信息技术发展到现阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升,是传感器与感知、计算机与通信网络、自动化与人工智能等技术的“大融合”,技术集成与应用创新是物联网发展的核心。未来无处不在的物联网将更好地实现人与物、物与物之间的沟通和相连,将给人类的生产和生活带来巨大影响,推动实现数字地球、智慧地球的宏大目标。
军事领域是新技术应用最革命、最活跃的领域,许许多多新技术就是率先在军事领域得到应用并变得成熟后再走向民用领域和市场的。在当前积极开展物联网技术研究与推广应用的过程中,也应适当关注西方发达国家和军事强国在此方面的发展状况,考虑物联网技术在未来军事领域的应用问题。
实际上,从技术架构的角度来看,物联网与前几年美军提出的网络中心战可以说一脉相承,具有诸多相似之处。它们均可分为三层,相互对应,表1所列是物联网与网络中心战技术架构对照表。
网络中心战及其体系结构是当时技术条件下战场无线通信网络和指挥控制系统的历史产物,可以设想,随着物联网、互联网、传感器、移动通信、宽带网络等技术的发展,更为先进的物联网技术将在未来军事领域得到推广应用,为提高部队的战斗力而服务。
1 物联网技术在军事领域的应用展望
未来物联网新技术在军事领域的应用将重点围绕战场态势感知、智能分析判断和行动过程控制等方面展开,它将有机融合作战和保障体系,全面提升基于信息网络系统的作战能力和保障能力。
物联网技术作为现代信息技术的一个组成部分,也是信息化发展的下一个重要阶段。其英文名称是:“Internetofthings(IoT)”。物联网实现了物与物的快速、精准连接。下面,我们从两个角度来解释和认识物联网技术。首先,物联网作为新一代信息技术,仍然是以网络作为核心环节,通过网络进行用户信息的延伸和扩展。其二,物联网通过网络实现物品之间信息的传递、通信和交换。物联网通过感知技术、识别设备与普通计算机网络技术相结合,广泛应用于各个领域,冲击着传统的操作模式。以传统农业为例,通过人工进行种植、管理和收获,而物联网技术采用传感器、互联网和应用层,实现用户智能化、信息化管理和应用。
1.2结构框架
物联网由感知层、网络层和应用层三层结构组成。感知层由温度传感器、pH感应器、条形码标签、摄像头、识读器、GPS、M2M终端、传感器网关等识别信息和物理信号的终端。感知层是物联网发展的一个重要的组成部分,是对外界物理信息进行识别、采集的重要载体和途径,因此将感知层称为物联网的眼睛,是对外部信息感知的主要环节;网络层是负责将感知层获取的信息通过网络传输到应用层,包括互联网、无线网等各种网络,是物联网技术的核心部分,类似于高等动物的大脑和中枢系统,负责信息的分析和处理,并将信息传输到应用层;然后由应用层做出反应,应用层是物联网与用户控制终端相连,负责信息调控和管理。
1.3物联网技术分类
物联网技术一般分为射频识别技术、传感器与传感网、无线通信网、嵌入式系统等几类。射频识别(RadioFrequen⁃cyIdentification)技术是通过无线电信号进行对象识别并读写数据的一种通信技术。这种特别的通信技术不必建立机械或者光学接触就可以进行系统和目标对象的识别。其中,常用的技术主要有低频、高频、超高频,微波等。射频识别读写器一般还分为移动式的和固定式两种。目前射频识别技术已经在各单位机构得以应用,如:图书馆的进出,门禁系统,食品安全溯源等等。相比而言,传感器则是一种检测系统,它可以满足传输、存储、处理、显示、记录和控制等需求,它通过检测信息对象,并将此对象按照一定的电信号或其他信息信号输出。无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波信号,它的传送距离约有几十千米,但是它有很宽的频带和较大的通信容量。由于微波的传输距离较短,所以一般每隔几十千米就要建一个微波信号中继站。卫星通信则是以通信卫星为中继站在地球上的多个移动体之间建立微波通信。嵌入式系统是物联网实现物与物相连的智能化终端系统。它是一个存储在存储器中的嵌入式处理器控制板。
2物联网技术在无土栽培中的发展现状
2.1无土栽培概况
目前,无土栽培技术采用营养液或者固体基质作为植物根际环境,代替传统土壤,实现精量化育苗和种植。主要种植方式由水培、雾培和基质栽培三种。水培是将苗木的根系直接浸入营养液中的一种种植技术;雾培又称气培,是将提前配好的营养液喷雾到植物的根表现,供给其所需的营养;固体基质栽培技术主要采用珍珠岩、泥沙、蛭石、草炭、泥炭等材料,进行栽培植物。
2.2国内外无土栽培的现状
研究发现无土栽培作为设施农业最重要的一部分,正改变着传统农业的种植方式,成为信息化农业的新典范,为农业技术的现代化发展指明了道路。在20世纪30年代,西方发达国家首先开始无土栽培技术,并获得成功。到了20世纪70年代,营养液膜技术以其较低投入的特点得到快速的发展和推广。目前,美国、荷兰、法国、加拿大和日本等国家在无土栽培商业化种植方面,发展迅速,应用面积广,在设施农业种植中占有非常大的一块比例。无土栽培技术优势非常明显,能够节省种植空间,同时为人们提供无污染的产品,避免土壤连作带来的问题,在生产名贵花卉、反季节农产品等方面被快速应用。为此,发达国家将采用现代化信息技术与无土栽培技术相结合,达到自动控制和测定相关指标,使无土栽培方式可以快速产出、且无污染、产品绿色化。因此,采用物联网技术来感知和调控栽培基质或营养液温度、营养配比、pH、水分含量、植物长势等相关指标,实现无土栽培的工厂化生产、产品的周期性生产以及效益的最大化。近些年,无土种植在我国有了长足的发展。早在20世纪中后期,我国开始无土种植研究,成果显著。随着改革开放,人们生活品质的改善,无土栽培技术在全国各地快速兴起,为人们提供了绿色无污染的农产品。但是无土栽培在我国起步较晚,还存在很多问题,比如技术的缺乏,设备的不完善,资金不到位,人才培养制度不明确,尤其缺乏与现代信息技术的联系。因此,导致无土栽培技术很难在我国大面积推广,同时,阻碍了现代农业技术的发展。
2.3物联网技术在无土栽培中的应用
2.3.1无土栽培环境条件的感知
物联网的感知层由各种信息和数据采集层以及传感器设备组成,其中信息采集层通过温湿度传感器、pH感应器、营养浓度感应器、摄像头、红外线等传感器来感知、采集无土栽培设备中的环境温度、湿度、pH值以及营养浓度,并将采集到数据、视频或者物理量转化为物理世界的信息。自组织传感器网络采用数字链路的编码、调制和解调技术来实现局域网内传感器及传感器节点间的数据传输,基于网络、流量管理、路由等技术,实现各节点间的自组织与协调互通。通过安装的各类传感器对无土栽培设施中相关指标的变化进行感知、采集,经过3G、4G网络技术、无线网、蓝牙等进行信息的传输。
2.3.2无土栽培环境信息的处理
由感知层采集到的相关指标信息,通过自组织传感网络传输到网络层。网络层是传递感知层发出或接收的数据,通过获得物理量自身携带的电子信息,进行识别和信息格式的转换,然后经网络中间层将感知层采集到信息传入过应用层,实现整个物联网三个结构层次的连接。
2.3.3无土栽培环境的调控
根据无土栽培设施植物对环境条件的要求,提前设定栽培环境指标,如无土栽培设施中温度、湿度、pH值、二氧化碳浓度、养分浓度、光照,以及栽培室外气候条件等相关指标进行监测、记录。通过感知层多种传感器和信息采集终端及时获取指标参数,然后经过网络层传递和处理,输出到相应的操作接口,实现对无土栽培环境中相关指标的实时监控和调节。另外,用户根据栽培植物对生长过程中,在不同时期对环境指标的要求,设定相应的警告阈值,网联网系统可以根据植物对相关指标的不同需要进行智能化调节。
引言
物联网是现代科技发展过程中的新型产物,计算机技术的科学应用能够使其得到更高程度的发展,对现代科技的进一步发展具有不可或缺的重要价值,相关行业工作人员必须对其加强重视,确保物联网技术的科学应用,能够推进各行各业的进一步发展,为现代科技的有效提升创造良好的条件。在此过程中,计算机技术是物联网发展的主要推动力,本文的研究,进一步明确计算机技术推动物联网的发展。
1物联网技术
在现代科技高速发展过程中,物联网基于计算机技术为现代人生活带来了很大程度的变革,能够为人类提供更为便携的服务。就字面意思而言,物联网具体是指物体联通的过程,并不仅仅是信息联通,可以用数据和虚拟信号完全概括。物联网设计处理,传输感知等多个方面,通过利用识别和感知技术,通信技术,计算机技术,基于互联网的迅速反馈和传输的特性,在网络和现实生活中广泛应用。相对于互联网而言,物联网最大的特点在于其网络连接技术[1-3]和完全开放的算法[4,5]。互联网结构从具体包括应用层,网络层和感知层,感知层是接收信息的主要源头,在互联网实现产业化发展过程中具有一定程度的关键性价值,能够感知和收集相关数据,同时对其相关信息全方位进行精确感知,与此同时,还可以使其低成本问题和低功耗问题得到有效解决。在此过程中,嵌入式技术、RFID技术和传感器技术是其不可或缺的核心技术,以此为基础,能够对模拟信号进行科学转变,使其形成数字信号,在计算机程序内,数字信号只能以二进制形式被处理。无线射频识别RFID技术在不接触物体的情况下,可以进行自动和智能的识别,而嵌入式技术可以称之为固件。网络层则是应用计算机技术的重要条件,通过进行通信网络的科学设置改造和转化物联网,以此为基础,使其能够传递感知层信息,进而确保信息传递的网络化,系统化和规范化。应用层是具体应用物联网的层次,涉及交通网络信息,智能家居物流监控,远程医疗等方面。对于物联网而言,服务对象并不仅仅是个人,同时还包括企业和家庭。
2计算机技术在物联网的应用
对于物联网而言,网络从事起最为核心的结构层,具有更高的成熟度,计算机技术可以这么合理应用移动通信网,广电网和互联网等基础设施,相对于应用层和感知层而言,具有较为突出的灵活性和方便性。在物联网具体发展过程中,将其看作一个网络,不如将其视为同时存在多种商品的市场。相对于一般市场而言,该市场是以计算机为媒介,通过利用网络设备为商品建立一定的关系。虽然商品是具体的实物,但是市场却存在一定程度的虚拟性。消费者通过利用物联网足不出户便可以购买相关商品。物联网的进一步发展与合理应用使现代人生活发生了很大程度的改变,在此过程中,计算机技术需要有效结合互联网和各种实物,为物联网技术的进一步发展奠定良好的基础,进而推进物联网的有效发展,使其实现更快更好的发展。现代社会经济的高速发展,使人们生活水平得到了很大程度的提升,对于生活质量提出了更高的要求,在应用互联网技术过程中也开始追求新的发展。人们如果想要确保实体能够和网络实现接轨,需要科学应用计算机技术。在现代经济建设过程中,物联网已经逐步渗透至人们生活的各个方面,计算机技术的科学应用能够在很大程度内推进现代物联网技术的有效发展,通过科学构建物联网平台,可以从多个角度向消费者展示商品,在此过程中,消费者具有更为广泛的选择权。同时,部分商品的知名度也会得到很大程度的提升。在前沿科技应用过程中,计算机不仅能够确保在现实生活中更为广泛的应用物联网,同时还可以在网络世界发挥较为广泛的作用。在互联网具体发展过程中,不能脱离计算机技术,与互联网相比较而言,物联网能够使互联网和实物之间进行更为有效的连接,进而使其作用得到共同发挥,基于此,在物联网技术发展过程中,计算机科学具有极其重要的推动意义。在现代社会建设过程中,计算机技术已经逐步成熟,相对而言,互联网作为一项新型技术,在具体发展过程中,必须由计算机技术对其进行合理支撑。在具体运营物联网过程中,计算机技术利用先进理念和先进技术有效解决物联网发展过程中存在的具体问题,例如如何通过物联网更为充分的体现实物,物联网运作等。基于此,科学应用计算机技术能够确保物联网内部具有更高的条理性。在近几年发展过程中,医疗,食品,交通,家居都逐步实现更高程度的智能化水平,物联网技术在智能化领域发展过程中,也得到了有效渗透,现代人生产生活都发生了很大程度的改变。在物联网发展过程中,计算机技术具有不可或缺的重要价值,能够确保物联网与现代人生活时更为有效的融合,使其现在现代人社会发展过程中发挥更大的价值。计算机技术能够帮助物联网更好地实现其功能。在具体应用物联网过程中,通过一些平台能够收集和发现问题。随后利用计算机最新进行科学改正,使其更好地适应人们日常生活。物联网发展速度非常快,同时具有极为广泛的应用,科学应用物联网,人们能够通过电子标签和真实物体之间建立联系。同时利用物联网识别其具置。同时,在具体应用物联网过程中,相关人员还可以通过中心计算机对各类机器设备进行集中式管理,同时还可以遥感控制汽车和家庭设备,搜索其具置,避免发生物品被盗的不良现象,与自动化操控系统功能相似。数据的有效收集,还可以使其逐步向大数据汇聚,进而确保能够为控制流行疾病,防治犯罪行为,预防自然灾害,设计道路提供必要的帮助。在我国,物联网已经得到了极为广泛的应用,基于计算机技术,现代科技会在很大程度内影响人们日常生活。基于此,在计算机技术影响下,物联网将会具有更为完善的系统。互联网具有较为复杂的运营模式,物联网是由互联网衍生发展形成的网络,但是这不仅是一种网络,更像是应用型市场。在发展初期,互联网形势极为简单,而发展至今天,物联网已经在各个方面得到了广泛的应用,例如政府工作,公共安全,环境保护,水系检测,防盗系统,通过科学应用现代计算技术,互联网具有蓬勃的生机。
3物联网的发展前景
关键词:
物联网技术;监测;输变电设备
1物联网技术的简介及构建
基于物联网的物联网技术是为载体实现虚拟空间信息共享的技术。通过网络协议相关的虚拟空间实现运营的。随着互联网技术的发展,移动互联网的出现为高端技术的产生和发展提供了平台,包括跟踪GRS的函数技术,红外定位技术和定位功能等等。物联网系统包括感知层、网络层和应用层三层结构。感知层的功能是接受范围内的网络信息,网络结构的连接,通信设备是使用短距离无线通信网络连接,使感知层可以有效地接受各种网络信息系统操作和控制的传播信息,并将信息传输到指定的设备。在物联网系统中,网络层主要是为各种各样的信息开发网络数据传输的功能。物联网系统应用程序层包括电脑、智能手机和平板电脑等,使计算机在应用程序层和用户名之间交换。
2物联网体系的设计及输变电设备状态监测的现状
在物联网系统中,包括协调员,路由器和终端设备。其中,协调员是物联网的核心,包括建设网络和连接到设备维护、无线数据传输等内容,对硬件部分的功能具有指示作用。路由器的作用有网络设计和电路设计为主,通过网络连接,将主控制芯片连接到网关接口,路由器被连接到网络终端设备。物联网系统设计也关注节点的设计,提高路由器的兼容性,确保终端节点是协调员相同的数据信号传输,输出信号通过MAX232逻辑电平转换后转移到网络平台和终端设备,通信信息开始传输数据。当前电力传输和转换设备状态监测系统,通常是一个单一的电力传输和转换设备状态参数集,将信息收集和应用程序产生的损害隔离,系统需要建立自己的独立信息数据库,将没有形成网络覆盖的区域联合起来,大大提高收集信息系统操作和维护的能力,为以后分析和预测诊断提供便利。当前每个系统制造商不同,导致同一个装置难以统一标准,通信协议很少将操作、维护和校准系统与其他系统统一,数据传输也更容易受到强电磁干扰。基于无线传感器网络技术的物联网技术,RFID无线射频识别技术的识别,智能监控对象,如无线传感器网络(WSN)技术可以有效地解决电缆通信故障。RFID射频识别技术是基于网络的数据的通信技术,射频通信结合无线远程传输通过GPRS无线通信网络模型,称为实时同步的电力传输和转换设备管理,提供了一种新的智能电力传输和转换设备状态监测。在互联网感知层、传输设备的杆塔部署的传感器传输线变电站设备。利益智能传感器网络,实时采集电力传输和转换设备状态信息,明确小型化方向。无线传感器,以实现感知层范围内的电力传输和转换设备监控为目标。在物联网网络层之间根据数据收集,分析,应加强可视化和SCADA系统及其他应用程序的信息综合能力,实现综合的全面数据分析。物联网技术要根据输变电设备运行需要充分了解互联网技术和大数据的集成,以促进物联网网络信息传播的有效运行。操作的物联网技术在电力传输和转换设备的利用上充分发挥作用,还将物联网技术的相关研究引领至科技的前沿,以确保能够准确进行电力传输和转换设备的状态检查。
3输变电设备状态监测中物联网技术的应用
电力传输和转换设备状态监测及物联网技术的引入,所有的电力传输和转换设备生命周期管理,为了提高电力传输和转换设备的操作性能。在物联网技术的应用中,电力传输和转换设备状态监测、物联网系统的建立,需要电力传输和转换设备,采用分层分布式体系结构,包括智能感知、智能网络和智能应用程序等。
3.1智能感知层
电力传输和转换设备系统的物联网智能感知层是基于物联网为载体,传感装置的应用包括智能传感器、GPS全球定位系统(GPS)、红外传感器、EPC标签等等。电力传输和转换设备运行状态数据生成的智能感知,并收集资产信息。感知层收集到的信息,包括电力传输和转换的传感器网络设备状态,信息采集、信息操作及信息网格操作,为输电线路和设备安装的信息收集提供包括气象信息、自然灾害预警等信息。
3.2智能网络层
在智能网络层,通过数据传输通道,将在异构网络的一层进行介入。因此,电力传输和转换设备的无缝访问操作是电力传输和转换设备之间的操作。智能终端的公共接口根据需要将输电线路和通讯网络之间建立连接,包括电力数据通信网络、通信电缆、电力无线个人网络将信息传播到变电站智能监控系统中,如传输线的兼容性和可扩展性。传输的信息,也可以直接转移到移动变电站设备和网络信息管理平台上。供电局变电站网络致力于将待传输的信息进行信息的收集,并将信息传输出去。在供电局需要建立光学网络,网络层连接变电站设备,以实现信息交换。电力传输和转换设备是物联网的集成,以得到各种各样的信息。这些信息数据操作将为生产管理系统提供数据和设备操作,利用数据集成信息参考数据生命周期管理。
4结束语
文章总结温习了在特定的应用程序下,完全理解物联网技术,注意根据监测需求把握电力传输和转换设备及使用物联网技术,以改善电网的运行质量。分析通过网络协议相关的虚拟空间是如何实现运营的。随着互联网技术的发展,移动互联网的出现为高端技术的产生和发展提供了平台,包括跟踪GRS的函数技术,红外定位技术和定位功能等等。当前电力传输和转换设备状态监测系统,通常是一个单一的电力传输和转换设备状态参数集,将信息收集和应用程序产生的损害隔离,系统需要建立自己的独立信息数据库,将没有形成网络覆盖的区域联合起来,大大提高收集信息系统操作和维护的能力,为以后分析和预测诊断提供便利。智能终端的公共接口根据需要将输电线路和通讯网络之间建立连接,包括电力数据通信网络、通信电缆、电力无线个人网络将信息传播到变电站智能监控系统中,如传输线的兼容性和可扩展性。文章在社会主义经济快速发展的背景下,我国电网快速发展为背景对物联网在电网检测中的应用现状及应用过程进行了简要的分析,在日后的生产建设过程中,物联网建设将在电网运行中发挥更多更大的作用,期待相关学者专家能够以物联网和电网目前的高速发展为契机,做出更精细严谨的科学研究。
参考文献:
[1]刘听,徐格,陈文龙.融合物联网的下一代互联网体系结构研究[J].电信科学,2013(11).
1.物联网概念
物联网是通过运用物品把它和互联网相结合,从而实施智能化的管理、定位、识别与监控的网络,同时通过激光扫描器、全球定位系统与红外感应器等信息传感设备实现通讯与交换。它的核心是互联网,但是结果却已经扩散到商品之间的互换。
2.物联网的发展历程
在1999年,物联网这个概念第一次被提出。物联网是依靠互联网技术运用无线设备与射频设别技术,从而形成一个能够让全世界的商品在互联网上能够达到实时共享的网路。在2003年,美国的权威杂志《技术评论》表示在未来的生活中物联网将会是改变我们生活习惯的十大技术的第一位。在2005年国际电信联盟就发表了物联网的相关报告,在报告中表示出物联网大时代的到来,在全世界各地的商品都能够通过网上交易平台实现交换。通过依靠互联网技术,物联网也将会成为未来商品交易的主要方式之一。在中国也出现了许多成功运用物联网技术实现人工智能化的典型,例如上海的浦东机场与上海的世博会。
二、物联网关键技术
首先物联网需要运用特定的识别系统对物品的相关属性进行鉴定,其次应该把相关物品的数据信息通过互联网上传的网上,最有通过中央信息处理系统把传输进去的网络信息进行处理与公布,从而实现信息的共享。在当前物联网使用的主要技术包括:智能嵌入、云计算、IPv6、传感技术等。
1.IPv6
因为互联网的不断成熟,互联网的IPv4地址已经达到了顶峰,IPv6必定会在未来取代IPv4。当期IPv4只有32位的地址远远不能够到达当前会联网用户的需求,而孕育而生的IPv6具有128位地址,这样就能够促使世界上的任何一样物品都能够拥有自己的IP。在当前想要快速发展物联网就需要让每一件商品都具有自己的IP地址,因此IPv6的运用必将成为物联网实现迅猛增长的基础。
2.RFID
运用射频识别RFID能够通过无线射频识别出相应的物品信息。射频识别可以识别出很小的物品的相应信息,同时通过对实体的分辨,可以迅速的在没有触摸商品的情况下了解到商品的相关信息。RFID能够大面积的识自动识别商品的相关属性,但是RFID运用的技术也有相应的不同,比如适用领域、技术特点与工作原理都制定出了不同的标准。
3.云计算
云计算被一些专业人士叫做计算资源池,它能够对海量的信息实现快速的处理,它是发展物联网的关键。由于物联网需要随时随地及时的对相关采集的数据进行更新与添加,这样就需要一个能够大量存储信息的平台实现,通过云计算就能够实现海量数据的管理。
4.传感技术
计算机技术、通信技术、传感技术是信息技术的三大核心。传感技术通过传感器、信息的识别与处理对相关物品实现检测与数据录入。同时运用其相关的传感器对一些感官达到信息录入与处理的要求。
5.智能嵌入
把信息处理器嵌于应用系统,运用Internet让整个系统固化。这样就能够节约许多的时间,但能够快速的让信息实现共享。这样就能够让计算机技术与网络技术实现实时同步的进行信息的高速传递。
三、物联网技术在铁路运输中的应用
在铁路运输中实现物联网的全覆盖能够对铁路运输与维护起到高效的作用。它能够在铁路行车调度管理、机车和轮对检修信息管理系统、铁路货运物流信息化系统与智能化检票系统中实现
1.智能化售检票系统
智能化售票系统在中国已经实现了大规模的使用。乘客可以使用自动售票机进行铁路购票。在乘客进站时检票员运用小型识读器识别读取RFID电子标签,以此来识别乘客购买的车票是否与购票信息相符,这样不但能够大大提高铁路人员的工作效率,还能够节省旅客进出车站的时间,从而使车站可以快速运转。
2.铁路机车车辆智能化识别系统
地面独立识别设备、车身或者底部的识别标签、复示设备与数据集中管理这五个部分构成了铁路机车车辆智能化识别系统。地面独立识别设备是由四个部分组成,其设置需要通过各个站点的一系列的处理来实现信息的管理。在货物运输车上安装电子标签就能够迅速的对车辆的相关信息进行识别。这样在物联网时代就能够让货物的信息实现实时的了解与共享。
3.铁路行车调度管理
物联网在铁路行车调度管理中只要是通过对车厢的管理来实现。它能够对铁路的速度检测与信号的升级起到关键的作用。在每一个车厢上安装一个RFID芯片,运用RFID芯片的读写器,不但能够了解到当前铁路运输的速度,还能够检测到当前铁路运输中所出现的安全隐患,从而使相关人员能够及时的排除安全隐患从而使铁路可以安全的到达相应的目的地,防止一些干扰。
4.铁路客运系统
运用物联网,把旅客购票的信息植入到每一张的车票中,同时把读写器安装的客运车厢、候车室、检票口与车站口等地方。当旅客在自动售票机上购买到车票以后进入到进站口就能够自动识别车票信息是否与本人相符,进入到候车大厅以后,收到读写器的识别能够快速分辨出旅客候车地是否正确,以免旅客耽误候车时间。同时还能够及时的对旅客候车的人数进行统计。旅客在登上火车后,也可以通过读写器对某些旅客走错车厢得以及时的纠正,并且对旅客的下一站所达到的信息进行实时传递,一面旅客坐过站的现象出现。在旅客下车以后,系统还可以对相关信息进行处理。
5.机车和轮对检修信息管理系统
运用RFID技术,能够对火车的到达时间与步骤进行精确的统计与计算,进而存储。不但如此,还可以对火车进出车站的次数与相应数据进行快速的采集与录入,这样就可以大大提高列车数据的查询与统计效率,缩减检测工作人员的工作量提高其工作质量与效率。
6.铁路货运物流信息化系统发展
铁路物流,就一定要把集装箱运输实现信息系统化。通过对集装箱信息的采集与统计,对箱号图像识别,这样可以方便摄像头对集装箱对信息的快速读取,从而减少由于天气或集装箱破损的原因导致识别系统出问题的现象的出现。把RFID技术运用到铁路的集装箱上面,不但能够实时了解货物运输情况,还可以减少商品被盗或者破损的情况。同时提高集装箱运输运用的效率得以提高。
四、物联网技术在铁路行业其他业务中的应用及展望
1.物联网在视频监控中的运用
想要达到高质量的要就必须要使用传感器与物联网。比如,能在探头前面连接各种各样的传感器,将激光测距传感器、倾角传感器与云台摄像机连接,利用云台摄像机捕捉画面信息,利用激光测距传感器进行测距。
2.山体滑坡的监控以及提前警报系统
山体滑坡作为一种破坏力极强的地质灾害,它不但可以摧毁大量的铁路基础设施,还可能对铁路运输时对火车上的人员造成极大的伤害,由此看它是一个特别严重的灾害对铁路运输安全是一个极大地隐患。在当前铁路部门可以运用物联网技术,在山体滑坡现象严重的区域安装倾角传感器、液位传感器和前端设备,这样不但能够实时监控这一地区山体情况,还能够对当前的山体的数据进行传输与储存以便于相关人员的分析。同时在发现山体变化的同时及时的发出警告预警,以便于车站人员能够及时的对相应的地质灾害做出反应,进而极大地挽回人员与财产的损失。
中图法分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2014)04-0054-03
0 引 言
物联网融合了新一代的互联网技术和移动通讯技术,通过把各种传感器组成的终端嵌入到各种实体中,把实物组建成网络的形式,与目前的互联网整合起来,利用传感器收集信息和互联网快速传递数据信息的功能,以及利用计算机强大的数据处理信息能力,能够高效快速地管理实物,并充分实现资源信息的共享,最终达到提高资源的利用率、提高生产水平的目的。
1 物联网技术
在物联网中,物体可以实时地被识别、定位和进行数据交互,这是形成物联网的基本要求,物联网的功能决定了其大体上分为3个层状的网络结构,图1所示是物联网的技术结构。
图1 物联网技术结构
物联网中的感知层由各种传感器网络和无线射频识别系统组成,用于完成数据信息的采集和协同处理信息,主要涉及传感器、RFID、多媒体信息采集和实时定位等技术[1];
传输层也叫网络层,是由互联网、无线网络、移动通讯等组成的网络结构,用来实现从信息采集到信息传输的功能[2];
应用层则通过上位机(PC机)、手机、智能控制系统等对收集到的数据信息进行整合、分析、计算和管理,形成与业务需求相适应,并可实时更新的动态数据资源库,为各类业务提供统一的信息资源服务,从而实现物联网各个行业领域应用,主要体现的是对信息的智能处理能力[3]。
2 无线组网技术
2.1 无线组网的模型
无线通讯模块的实现不同于有线通讯,不能使用成熟的有线网络拓扑结构,不过无线通讯由于摆脱了场地的限制,所以组成网络也有自身的特点,无线网络总的来说一般分为3种情况:点对点、星状网络和网状网络,图2所示是3种常见的组网结构。
图2 三种常见的组网结构
图2中从左到右依次为点对点结构、星型结构和网络结构,深色的节点为协调器或者实现路由功能的节点,浅色节点为普通终端节点。
点对点通讯:适合连接物体不多的设备且需要相互之间传递数据信息的情况,这种情况属于一种很特殊的网络,只不过网络节点是简单的包含终端和数据中心两个方面;
星状网络:控制简单,任何的节点只需要和中心节点通讯,致使协议也行对简单,易于网络的监控和管理;
网状网络:处于网络中,每两个节点之间可以直接或者间接的通讯,而且有时候通讯路径也不唯一,这样的网络结构组成各种形状,网络内的各个节点之间对资源的共享比较容易,能选择最佳路径,传输延时小但是建设网络的费用高[4]。
2.2 无线组网通讯技术优势
无线组网通讯技术有以下的优点:
实时查询:在网络中的每一个节点都能实时的传输信息,返回终端节点的状态;
数据交流:能够和信息处理中心进行双向的数据信息传递和信息交换;
数据处理:终端节点一般有简单提取和处理信息的能力,让信息以相应的格式传送到信息处理中心;
组成网:虽然具体到每个节点都有不同的任务分工,但是每个节点都有相同的功能就是和上下节点之间建立连接,宏观上面就是系统组成了一个无线的局域网络;
低能耗:每个节点不管是终端设备、路由器还是协调器都是由微控制器控制的低功耗芯片,一般的终端节点都使用纽扣电池或者太阳能电池供电就足够了,所以整个网络的功耗低。
2.3 几种常见的无线组网技术
2.3.1 蓝牙组网
蓝牙技术是一种支持设备短距离通信(一般10 m内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化设备与因特网之间的通信。
蓝牙系统采用一种灵活的无基站的组网方式,使得一个蓝牙设备可同时与7个其他的蓝牙设备相连接,蓝牙系统的网络结构的拓扑结构有两种形式:微微网(piconet)和分布式网络(Scatternet)。
微微网是通过蓝牙技术以特定方式连接起来的一种微型网络,一个微微网可以只是两台相连的设备,比如一台便携式电脑和一部移动电话,也可以是8台连在一起的设备。在一个微微网中,所有设备的级别是相同的,具有相同的权限。蓝牙采用自组式组网方式(Ad-hoc),微微网由主设备(Master)单元(发起链接的设备)和从设备(Slave)单元构成,有一个主设备单元和最多7个从设备单元。主设备单元负责提供时钟同步信号和跳频序列,从设备单元一般是受控同步的设备单元,接受主设备单元的控制;
分布式网络是由多个独立的非同步的微微网组成的,以特定的方式连接在一起。一个微微网中的主设备单元同时也可以作为另一个微微网中的从设备单元,这种设备单元又称为复合设备单元。蓝牙独特的组网方式赋予了它无线接入的强大生命力,同时可以有7个移动蓝牙用户通过一个网络节点与因特网相连。它靠跳频顺序识别每个微微网。同一微微网所有用户都与这个跳频顺序同步[5]。
2.3.2 ZigBee协议组网
ZigBee是最近十年内出现的一项技术,经常应用于工业等相关领域,一般会结合传感器技术和网络信息技术,ZigBee技术已经在全世界的范围内推广开来,也逐渐向农业、医学等相关领域发展[6]。
在ZigBee网络中,分为几种功能不同的类型。如:每一个网络中只能有一个协调器,协调器主要是负责整个网络的构建,同时它也可作为与其他类型网络的通讯节点(网关),但是网络中可以出现很多个路由器,终端的节点可以拥有的更多,但也有数量限制,一般一个ZigBee网络最多可存在65000个终端节点。
ZigBee组网协议的特点:
(1)ZigBee网络的功耗都比较低,主要是因为该协议一般不支持高速的数据传输,而且有相应的低功耗模式,在有限电量下可以工作很久的时间;
(2)该协议的容量比较大,在一个网络中可以最多的存在65 000个节点,可以在星型网络中容纳不同的设备;
(3)组网形式灵活多变,连接的网络节点之间可以相互感知,数据流通途径可以有多种方式;
(4)ZigBee协议体积小,一般在几KB到几十KB之间,也是属于面专利费的协议,这样使用该协议的成本也会比较低;
(5)可靠性和安全性比较高,在协议的MAC层中使用了确认信息的数据传输模式,发送的每一个数据都必须得到接收成功后,才能进行下一步传输动作,而且还提供了循环冗余校验的功能,还提供了完善的加密算法,确保了信息的安全传输。
2.3.3 SimpicitiTI协议组网
SimpliciTI协议是德州仪器针对其生产芯片开发的,主要支持两种通信结构,简单的点对点通信和星状的网络通信结构,在星状的网络结构中AP负责大部分的任务,包括网络的构建以及维护,对各个节点低功耗的支持等,还提供从正常模式到休眠模式的转变,并且拥有很快的唤醒体制,该协议组成的网络比较稳定,数据的传输可靠性高,SimpliciTI协议对硬件资源需求不高,在满足了基本的寄存器和较少的存储条件就可以运行[7],图3所示是SimpliciTI组网协议的构成图。
图3 SimpliciTI协议的组成结构
可以看出,SimpliciTI组网协议主要分为3个部分:
(1)应用层(Application Layer)
就是主应用程序,在程序中定义并实现了整个系统的各个功能,具体的包括整个系统的初始化,网络的初始化以及网络维护,整个系统的数据流程等;
(2)网络层(Network Layer)
在网络层中主要负责信息的收发队列,由很多的网络层应用函数组成,这些函数都是以端口号的形式作为自身的标志,协议中出现的端口其实和TCP/IP中的端口相似,并且网络应用层也支持用户自己定义,在SimpliciTI协议的网络层中,通过相互的API函数调用最终实现整个网络层的功能;
(3)硬件逻辑层(Lite Hardware Abstraction Layer)
又可细分为射频层Radio和应用板支持层BSP,负责实现网络的API接口函数,主要包括涉及到射频模块的硬件结构的函数定义。
SimpliciTI组网协议的一般工作流程如下:
整个系统首先进行硬件底层的初始化,然后是上层网络的初始化,所有的终端节点开始发送入网请求,这个时候AP节点检测是否有节点加入请求,发现有入网的请求就开始响应终端节点,最终构建好整个网络框架。在网络建立好了之后,可以调用协议中的API函数进行网络的控制,以及整个系统数据接收发送的流程的控制。
最后,设备之间通过调用协议接口函数建立好网络后,就可以进行端到端的数据收发了,这样就实现了整个网络系统的数据传递功能。
2.3.4 其他常见的无线组网技术
Wi-Fi也是市场上很热门的通讯技术,正式的名称是IEEE802.11b,传输的速度也很快,,在通讯的覆盖范围上Wi-Fi要比其他的短距离无线通讯方式优秀很多,可以轻松地覆盖整个家庭、办公室,甚至是整装办公大楼。覆盖在网络中的通讯终端都可以连接在一起,相互之间构成互联网通讯网络。
3 无线组网技术在物联网中的应用
伴随着物联网技术的快速发展,无线组网技术已经应用到了社会的各个领域,结合传感器技术和计算机技术对每个应用领域都起到了很大的影响。
3.1 智能家庭
可以应用于家庭的照明、温度、安全、控制等,通过无线网络终端设备可以收集家庭各种信息,传送到中央控制设备,或是通过遥控达到远程控制的目的,提供家居生活自动化、网络化与智能化[9]。
3.2 工业应用
通过无线网络自动收集各种信息,并将信息回馈到系统进行数据处理与分析,以利工厂整体信息之掌握,例如:火警的感测和通知、照明系统的感测、生产机台的流程控制等,都可由组建的无线网络提供相关信息,以达到工业与环境方面的控制管理。
3.3 物流应用
目前物流产业正在蓬勃发展,特别是在各种网上购物方面物流是其支撑的很重要的一个方面,而在物流管理方面经常会出现货物的丢失等管理不当的行为,这时候在每一个或者一批货物上面加载定位标签,使货物组建成为一个很大的物流网络,不但能够提高货物的管理能力,也能大大提高生产运输效率。
3.4 无线货架标签
电子货架标签系统是在计算机技术、移动通信技术和互联网技术快速发展的基础上实现的,使用无线组网的方式统一管理商品信息,不但拥有便捷的管理方式和快速的数据信息处理能力,还减少了资源的浪费,节省了大量人力[10]。
3.5 农业应用
在农业逐步迈进现代化的时代,也对农业方面的管理提出了更高的要求,比如对农业的自动化监管和控制管理等,这就需要使用物联网的组网技术结合传感器技术,实时地传递农作物的空气、湿度、温度等相关信息,最终达到对农业的智能控制。
4 结 语
物联网技术目前正处于壮大发展的的阶段,在不远的未来肯定有其广阔的发展前景,物联网和无线网络通信就像不可分割的一个整体相互促进,在未来,无线网络通讯技术将会是一个一体化的整合网络,各种无线通讯技术如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee和移动通讯(2G、3G或者更高的技术)等都将会融合到互联网中去,组成一个稳定高速的信息数据网络,各种无线通讯技术相互补充完善,促使物联网技术的日臻完善,届时将会给人们提供一种更便利高效的物联网服务。
参 考 文 献
[1]Cha J R, Kim J H. Dynamic framed slotted ALOHA algorithms using fast tag estimation method for RFID system[C]. Consumer Communications and Networking Conference, 2006. CCNC 2006. 3rd IEEE. IEEE, 2006(2): 768-772.
[2]李锦涛, 郭俊波, 罗海勇, 等. 射频识别 (RFID) 技术及其应用[J]. 信息技术快报, 2004, 11(2): 1-10.
[3]尹应增. 微波射频识别技术研究[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2002.
[4]Leong K S, Ng M L, Cole P H. The reader collision problem in RFID systems[C]. Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications, 2005. MAPE 2005. IEEE International Symposium on. IEEE, 2005(1): 658-661.
[5]余向阳. 无线传感器网络研究综述 [J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2008, 8(2): 8-12.
[6]喻金钱, 喻斌. 短距离无线通信详解: 基于单片机控制[M]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2009.
[7]孙晓东. 基于 nRF2401 的 RFID 系统设计[D]. 杭州: 浙江大学, 2008.