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〔關鍵詞〕物聯網;高校圖書館;射頻識別技術
〔中圖分類號〕G25072 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821(2012)11-0045-03
物聯網被稱為是繼個人計算機、互聯網之后科技界的第三次信息革命,也被稱為是繼互聯網之后信息產業的第二個億萬級的產業。目前,物聯網已經成為世界各國科技和產業競相關注的熱點。美、日、韓等國都已將物聯網提升到戰略發展高度,紛紛投入巨資,深入研究物聯網。我國也正高度關注、重視物聯網技術的研究與應用。高校圖書館在信息時代扮演著重要的角色,研究物聯網技術對于高校圖書館的管理與服務升級以及核心競爭力的提升都有著非常重要的現實意義。
1 物聯網概述
1.1 物聯網概念的出現
1998年,美國麻省理工學院創造性地提出了當時被稱為EPC(Electronic Product Code,EPC,電子產品編碼)系統的物聯網架構。1999年在美國召開的移動計算和網絡國際會議上提出了“傳感網是下一個世紀人類面臨的又一個發展機遇”。同年,中科院啟動了“傳感網”研究,目前已建立了一些實用的傳感網。2005年11月17日在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上,ITU(International Telecommunication Union,國際電信聯盟)了《ITU互聯網報告2005:物聯網》,正式將物聯網概念稱為The Internet of Things[1]。2008年底IBM提出的智慧地球戰略,進一步明確和細化了物聯網的概念,對物聯網的應用場景、應用潛力進行了描述與分析,物聯網正式進入公眾的視野。
1.2 物聯網的定義
物聯網的定義分為廣義和狹義兩方面。廣義來講,物聯網是一個未來發展的愿景,等同于“未來的互聯網”或者“泛在網絡”,能夠實現人在任何時間、地點,使用任何網絡與任何人與物的信息交換以及物與物之間的信息交換;狹義來講,物聯網是物品之間通過傳感器連起來的局域網,不論接入互聯網與否,都屬于物聯網的范疇。
1.3 物聯網的特征
物聯網是對物體具有全面感知能力,對信息具有可靠傳送和智能處理能力的連接物體與物體的信息網絡。它具有技術性、感知性、智能性等基本特征。
1.3.1 技術性
物聯網是技術變革的產物,是由多項信息技術融合而成的新型技術體系。通過射頻識別技術(RFID)、傳感技術、納米技術和智能嵌入式技術,物聯網將世界上的物體從感官上和智能上連接到一起。由此可見,物聯網是一個包含眾多先進技術、復雜而龐大的系統,而其發展又依賴其眾多技術的支撐和保障。
1.3.2 智能性
物聯網使得人們所處的物質世界得以最大程度地數字化、網絡化,可實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控及管理。通過在物體上植入各種微型感應芯片,借助無線通信網絡,就可實現人與物體、物體與物體之間的智能連接、智能識別以及科學管理。
1.3.3 移動性
物聯網通過在各種各樣的物理實體中植入一種短距離的移動收發器,實現任何時間的連通、任何地點的連通以及任何物體(包括人)之間的連通??梢詫θ魏挝矬w(包括人)實現實時定位、追蹤、監控和管理。
關鍵詞關鍵詞:物聯網;智能家居;ZigBee技術
DOIDOI:10.11907/rjdk.162351
中圖分類號:TP301文獻標識碼:A文章編號文章編號:16727800(2017)001018002
引言
隨著國家經濟發展,人民生活水平日益提高,生活智能化、個性化、便捷化越來越受關注,智能城市、智能交通、智能社區逐漸走入人們生活,智能家居嶄露頭角。智能家居擁有智能、便捷、個性、安全等優勢,從時間、空間等方面提高人類生活質量,具有廣闊的市場前景。1智能家居
智能家居(Smart Home)是利用綜合布線技術、網絡通信技術、自動控制技術等,將家居設備相關信息集成于一個以住宅為基礎的平臺,構建高效的住宅設施與家庭日常事務的管理系統。實現家居設備之間相互共享和交換,提升了家居的安全性、便利性、舒適性、藝術性,以及環保節能的居住h境[13]。2智能家居發展
物聯網作為互聯網的延伸融入人們生活,極大改變了人們的生活方式和理念。計算機技術、網絡技術和控制技術逐漸向傳統家居滲透,物聯網冰箱、洗衣機、電視等智能家居出現在人們生活中,未來生活的智能化不再是遙不可及的夢想。2.1國外智能家居發展情況
智能家居技術是物聯網發展的實踐,最初起源于物聯網技術迅速發展的美國,發達國家緊隨其后并提出符合本國國情的相關智能家居建設方案。在國外,智能家居技術起步早、技術成熟,智能家居系統人機交互性以及UI設計可操作性良好。
1984年,美國誕生了世界上第一幢智能建筑――都市辦公大樓 (City Place Building)。此樓最初并非“智能”,原因是聯合技術建筑系統公司(United Technologies Building System Co, UTBS)參與此建筑的裝修,獲得該大樓的空調、電梯及防災設備等建設工程。UTBS公司作為這幢大廈的住戶,不僅將空調系統、電梯以及防火防災等各子系統計算機相連,而且利用嵌入式通信技術連接計算機與用戶通信終端,為大廈其他住戶提供相關的計算機服務和通信服務。都市辦公智能大廈在經濟相對發達的國家引起強烈反響,各國先后提出本國的智能方案。
1997年,比爾?蓋茨的智能化豪宅完工,首次引入智能化設備和系統,其中包括智能照明設備和智能溫控系統。用戶可根據需求通過智能設備設置相關參數,從而使生活環境達到最優。智能化設備和系統從此走進人們家中。
1998年,新加坡舉辦的電子消費品國際展覽會上推出了家庭智能系統,是“未來之家”的縮略模式[4]。該系統包含三表抄送、安防報警、家電控制等功能。
據2000年不完全統計,新加坡約有5 000個家庭采用家庭智能化系統,美國有超過400萬個家庭使用該系統。
國外智能家居發展至今,研究水平隨著人們日益增長的物質文化需求而提高,智能家居系統普及成必然趨勢。
2.2國內智能家居發展情況
中科院最早啟動物聯網研究和開發。雖然起步較晚,但我國的技術水平處于世界前列,具有研發優勢和重大影響力[5]。
1999年,中國科學院研制出45Mbps的電力線高速通信產品,并運用于沈陽一個擁有200戶規模的小區,極大方便了人們日常生活,這是中國最早將智能技術應用于國民生活的實例。
2014年,美的與小米達成戰略合作協議,除資本層面外,小米與美的將在智能家居及生態鏈、移動互聯網進行多種模式的戰略合作,包括雙方在智能家居、電商、物流和戰略投資等領域的對接。
2015年初,海爾與魅族的跨界合作終于落地。魅族入駐海爾U智能家居平臺,海爾將向魅族開放其U平臺SDK,使魅族手機可控制所有海爾智能家居產品,同時魅族也將向海爾開放Apps系統級別權限。
智能家居發展迅速,但是各個廠家參照的標準不統一,產品兼容性差,導致智能化系統成本增加,影響消費。2005年,信息產業部正式家庭網絡推薦標準,鼓勵各大廠家對家庭網絡進行全面綜合研究,實現國家未來智能家居的發展規劃。 3智能家居技術
智能家居技術從本質上而言是對網絡技術、物聯網技術和自動化控制技術的綜合運用[6]。3.1網絡技術
國務院于2010年公布了第一批“三網融合”試點城市,標志著三網融合拉開序幕。三網融合并不僅僅是傳統的電信網、計算機網和有線電視網三大網絡的物理結合,更是其通信業務的融合。它要求以光纖到戶/光纖到小區(FTTH/FTTZ)為主要接入方式。光纖信息傳輸速度快,深入千家萬戶,運行成本低。三網融合使智能家居擁有更便利的傳輸方式、更高效的傳輸速率、更安全的傳輸環境,從實質上促進了智能家居產業的升級。
智能終端和無線網絡的發展也推動了智能家居的發展[7]。智能終端擁有良好的人機操作界面,使用戶達到更好的智能家居操作體驗,完美地詮釋“科技以人為本”的追求,成為最佳的人機交互窗口。以WiFi為主的無線網絡技術的普及,不僅實現了移動網絡的分流,而且承擔移動網絡的壓力,成為有線網絡的有益補充。這種技術支持在數百英尺范圍接入互聯網的無線電信號,減少布線麻煩,實現對家電的智能控制,具有良好的擴展性和移動性,讓智能家居控制變得便捷、人性化。
3.2物聯網技術
物聯網起源于1990年,最早實踐于施樂公司的網絡可樂販售機。2010年,國家發展與改革委員會、工信部等部委發文,推動新一代信息技術物聯網的研究。
物聯網(The Internet of Things),字面含義為物物相連的互聯網,是互聯網的拓展和延伸。由此可知,物聯網的客戶端不再僅限于傳統終端,而是將其拓展和延伸到任何物體與物體之間,在物體與物體之間實現信息交換和共享。
物聯網是指通過各種信息傳感設備,實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等信息,實現物與物、物與人,所有物品與網絡的連接,方便識別、管理和控制,并與互聯網結合形成一個巨大網絡,是新一代信息技術的集成。
在物聯網還沒有提出來時,智能家居處于數字化時代,單純被動地接收數據。而物聯網的興起,給智能家居帶來了第二次生命,重新定義了智能家居概念,主動控制和交互,使智能家居變“數字”為“智慧”。
在智能家居系統中,物聯網將所有家電設備連接到一個網絡,讓設備狀態、設備參數等信息共享和交換[8]。
物網技術架構大致分為3層,從下至上分別是感知層、網絡層、應用層。下層為上層提供數據,上層為下層提供數據處理等服務,各層相互獨立卻又相互聯系。
感知層運用各種傳感器、傳感網感知并收集外界信息。ZigBee智能家居系統要求用戶只需將普通開關、插座更換為ZigBee智能開關、智能插座,然后安裝ZigBee無線接收器等智能設備即可實現家居智能化控制。
網絡層能高效無障礙地將感知信息傳輸給應用層。
應用層處理和管理數據,并將處理后的數據進行應用。智能家居系統應用層監控和管理家電設備工作情況,云計算可以跨網絡平臺工作,這就使得通過智能終端可以隨時隨地監控家居設備系統。
3.3自動化控制技術
自動化控制技術以控制理論為基礎,通過具有一定控制功能的系統完成對所有設備的控制任務,保證家電設備運行過程按照預想進行,實現自動控制目標。在日常生活中,自動洗衣機是最早進入家庭的自動化設備。
在智能家居系統中,智能家居由6個子智能系統組成:①智能燈光控制系統(光暗傳感器,通過進入房間光線強弱可判斷每個房間明暗程度,通過無線設備將獲得的參數傳輸到設備控制器,自動調節燈光);②智能安防控制系統(光電傳感器、煙霧傳感器、燃氣體探測器);③智能背景音樂控制系統;④智能煤水電控制系統;⑤智能家電控制系統;⑥智能車庫控制系統(車庫擁有獨立的溫度濕度傳感器與調節裝置,功能是調節車庫溫度、濕度,但燈光仍由燈光控制系統獨立控制),這6部分相互獨立又相互聯系。當用戶發送請求時,子系統可以自動接收請求并作出相應處理,給予相應操作,從而調節用戶家居環境,使之成為最適合用戶居住或處于用戶最為滿意的工作狀態。智能系統運用ZigBee技術連接定位,當用戶進入某一房間,首先定位位置,然后使用手機或其它電子設備通過有線網絡、無線WIFI或者移動網絡獲取房間定位,打開燈光或者調節燈光等;智能家電溫控系統獲取室內溫度,通過溫度傳感器判斷調控溫度。同時,智能背景音樂系統根據用戶喜好播放音樂。自動化控制技術讓智能家居成為人們生活中減輕負擔的自動化管理者,提高了人們物質、文化生活水平。
4結語
[關鍵詞] 物聯網; RFID; 傳感器網絡; 云計算; 私有云; 集團型企業; 主數據
doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 24. 050
[中圖分類號] TP393 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194(2012)24- 0083- 03
0 引 言
隨著物聯網產業的發展,其在科技和經濟領域的重要戰略性地位越來越被各國家和地區所重視,而其一些關鍵技術已經在相關領域得到應用。由于物聯網涉及到的行業領域很多,其構成的不同技術也存在不同的發展階段。本文從物聯網的技術構架及應用等方面對其進行了闡述,重點綜述物聯網的關鍵技術云計算在集團性企業主數據存儲方面的相關成果及應用。
1 國內外物聯網的起源與發展
物聯網起源于20世紀90年代末,于1999年由美國麻省理工學院(MIT)提出,旨在通過使用網絡無線射頻識別(RFID)系統將所有的物品通過射頻識別等信息傳感設備和互聯網連接起來,實現智能化識別和管理。早期的物聯網是在RFID技術的基礎上發展而來的,其主要目的是在物流系統中代替條碼識別,實現信息采集的高效化、自動化。
其實早在2004年,日本就推出了基于物聯網的國家信息化戰略——“U-Japan”。希望通過催生新的科技信息革命,開拓以人為本,實現人、物之間的相互連接?!拔锫摼W”概念的正式確立是在2005年ITU在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上,并且了《ITU Internet reports 2005——the Internet of things》。ITU在報告中指出,物聯網是為了將信息和通信技術從連接人與人,擴展到連接任何物品。2009年6月18日,歐盟物聯網研究項目集合體CERP-IoT發表《物聯網策略研究路線圖》報告描述了物聯網的發展前景,對物聯網進行了定義,并且首次提出了對物聯網的發展管理設想。同年10月13日,韓國通信委員會了《物聯網基礎設施構建基本規劃》,將發展物聯網產業作為其新的經濟增長點,并提出了構建包括4大領域和12項詳細課題在內的物聯網發展方案。
我國的物聯網產業也在這樣的大環境下發展起來。2009年8月7日,總理視察無錫時提出“感知中國”理念。2010年3月5日,總理又在《政府工作報告》提出要將“加快物聯網的研發應用”納入重點產業振興。
2 物聯網的定義及主要特征
2.1 物聯網的基本定義
由于物聯網所涉及到的領域很多,不同行業的學者對其定義的起點各不相同,對物聯網的描述還沒有達成共識。下面給出了幾個較有代表性的物聯網定義。
定義1:物聯網是未來網絡的一個重要組成部分,它是以標準、互通的通信協議為基礎,具有自我配置能力的全球性動態網絡設施。在這個網絡中,所有實質和虛擬的物品都有特定的編碼和物理特性,通過智能界面無縫鏈接,實現信息共享。
定義2:由具有標識、虛擬個性的物體/對象所組成的網絡,這些標識和個性運行在智能空間,使用智慧的接口與用戶、社會和環境的上下文進行連接和通信。
定義3:物聯網指通過信息傳感設備,按照約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡,它是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡。
由以上的幾個定義我們可以看出,目前,物聯網的概念較之其最初的概念有了較大的擴展。從最初的通過使用感知網絡連接物品與物品,實現智能化識別和管理;變成了將物品、人、環境等一系列物理實體與信息空間融合,實現一切事物的數字化、網絡化高效信息交互和融合。
2.2 物聯網的主要特征
物聯網的主要特征包括3點:
(1) 全面感知。全面感知特征體現在信息采集方面,物聯網通過射頻讀寫設備、二維碼識別設備、傳感器終端等不同的信息采集設備對所需的信息進行采集和獲取。
(2) 可靠傳送。隨著物聯網技術的發展,信息采集設備開始向分布式構建發展,要將分布的物體接入到信息網絡當中,實現實時的信息采集,必須依靠可靠的通信網絡。
(3) 智能處理。由于物聯網存在海量信息,且由于采集設備型號、分布不同,采集到的信息也可能存在異構性和不可靠性,這就需要對海量的感知數據和信息進行分析并處理,實現智能化的決策和控制。
3 物聯網的技術體系及相關技術
3.1 物聯網的技術體系
根據ITU在2007年于《Requirements for support of USN applications and services in NGN environment》中提出的建議,可以將物聯網分為以下5個層次。
感知層:該層是通過各種不同的信息讀取設備和傳感器對物體的屬性、狀態等進行實時的采集辨識。
接入層:接入層主要是為信息進入互聯網提供接口技術,這種技術手段是多樣的,可以是通過移動通信技術、無線傳輸、有線傳輸技術等。
網絡層:網絡層的主要功能是利用現有的互聯網為采集到的信息提供高效、可靠、可信、安全的傳輸服務。
服務管理層:該層的主要功能是通過具有海量數據處理功能和計算功能的計算集群,對采集的數據進行實時的監控和管理,為上層應用提供可靠的接口。
應用層:應用層根據不同行業以及應用環境的實際需求,差異化的定制符合其需要的應用服務。
隨著物聯網的不斷發展和軟硬件技術的不斷進步,信息感知網絡技術和云計算技術已經成為物聯網技術發展的主要瓶頸。
3.2 物聯網的關鍵技術
3.2.1 感知網絡
感知網絡主要包括傳感網絡和識別網絡。
(1) 傳感器網絡,是指由大規模的分布式傳感器終端、基站以及信息監控中心構成的系統。根據不同的應用需求,動態、協同的感知和采集網絡覆蓋區域的各類對象信息,用以支撐上層監控和決策。他由傳感模塊和短距離傳輸模塊組成。其中傳感器模塊包括溫度、適度、壓力等多種傳感器,而短距離傳輸模塊包含無線傳輸和有線傳輸模塊。目前,國內外傳感器硬件技術已經發展的較為成熟,所以研究的重點集中在低功耗、高可靠性的短距離信息傳輸技術,其中ZigBee和WiFi是其中的主要傳輸技術。
(2) 識別網絡。識別技術是以二維碼和RFID標簽的讀寫為基礎的,是實現全面感知的基礎。目前,國內外的條碼識別技術已經較為成熟,在各個行業得到廣泛的應用,可以實現精度較高的信息采集,但是由于條碼自身的諸多特性限制,包括不可修改,需接觸式讀取,容易被破壞等,不能很好地滿足信息識別的要求,而RFID正好克服了條碼中存在的問題。
無線射頻識別(radio frequency identification ,RFID)技術是一種能夠實現自動識別和數據獲取的技術。它的工作過程是閱讀器向RFID 標簽發送能量,然后標簽向閱讀器返回數據,閱讀器解碼并向主機返回數據。
RFID技術具有如下特性:數據的讀寫功能;標簽容易小型化和多樣化;耐環境性;可重復使用;穿透性強;數據的記憶容量大,與傳統的條形碼相比,條形碼識別物品的種類,而RFID技術確定每一個單獨的物體對象。
但是由于RFID產業發展較晚,在硬件以及技術上都不夠成熟,其標簽以及讀寫設備成本較高,還不能在各個行業內普遍地推廣。所以在物聯網的感知網絡中,異構設備的協同合作現象還將長期存在。
3.2.2 云計算
云計算是一種將動態、可擴展的虛擬化計算資源進行整合,并通過互聯網提供出來的服務,包含5個特點:
(1) 虛擬化:云計算的虛擬化特點是由于其呈現給用戶的是一個與物理資源相同功能和接口的虛擬資源,這個資源可能建立在一個或多個物理實體上,從而為用戶屏蔽了底層的物理細節。
(2) 彈性的規模擴展:由于云計算采取一種按需分配的理念,可以根據使用者不同的需求,調整應用資源的分配,從而提高了資源的利用率。
(3) 分布式存儲:云存儲的目標是利用平臺上的多臺服務器存儲單元,替代單一服務器進行信息存儲的功能,從而實現對存儲資源的抽象和統一管理,通過這種方式,能最大限度地利用存儲資源。
(4) 分布式計算:與分布式存儲類似,云計算將大型的運算任務分成多個細粒度的子任務,并且在多個計算節點上進行調度和計算,從而實現海量數據的分析和處理功能。
(5) 多租戶:云平臺區別于普通局域網和信息中心的最主要特征是其通過互聯網使大量用戶能夠共享同一堆棧的軟硬件資源,并且根據每個用戶的需要分配資源,而不影響其他用戶的使用。
3.2.3 管理和支撐技術
隨著物聯網的發展,為了為其提供可靠的良好的發展和運行環境,要求對網絡的可知性、網絡管理和安全保障的相關技術進行研究。
(1) 測量分析。隨著物聯網的復雜性不斷提高,其可測性成了網絡研究的基本問題,需要一種高效的檢測機制。
(2) 網絡管理。由于物聯網的感知網絡具有異構性,且其傳輸網絡具有開放性和自治性,使得物聯網存在著與其他網絡所不同的特性,需要研究出新的管理模式來保證其高效穩定的運行。
(3) 安全保障。由于物聯網的開放性、包容性和匿名性,所以其信息的安全性也同樣非常重要,需要一種有效的安全構架,來實現其信息的機密性、真實性、完整性和抗抵賴性。
3.3 物聯網技術在企業主數據流轉中的應用
集團型企業業務繁多,數據量巨大,形成了一個龐大的企業內部云環境,利用云計算分布式計算相關技術對集團型企業中主數據流轉的相關過程進行優化能大大提高企業運營的效率,更好地為社會服務。
云有公用云與私有云之分。公用云是指那些以即用即付的方式提供給公眾的云。私有云是指不對公眾開放的企業或組織內部數據中心的資源。私有云平臺是整合企業內部的資源為企業自己服務的云計算平臺,這里我們主要介紹的應用是私有云的技術。
相對于公有云而言,私有云部署在企業內部,其數據安全性,系統可用性都自主控制,私用云的相關應用,已成為大型企業其部署IT系統的主流模式。
企業主數據流轉的關鍵環節是各個子系統之間消息的交換以及進程之間的通信,通信技術的優劣直接影響主數據流轉的速度及效率,繼而影響企業的運轉。
在私有云系統中,組件之間存在很大差異,所使用的平臺和語言也有明顯差異,因此將系統各個計算組件進行整合是企業主數據流轉的核心問題。
以往基于事件處理的消息系統不能完成系統組件解耦合,開發者往往需要學量的通信知識,使得系統維護和開發工作異常困難。分布式計算相關技術能很好地解決這個問題。在此我們提出一種基于消息的通信技術,消息中間件技術(MOM)。它是一種使用消息傳輸機制實現進程間通信的方法,一種存儲轉發通信技術。
消息中間件技術能夠使得應用程序分布在不同的異構系統中,可以減少程序和網絡協議的復雜度。在這種云環境下,消息將被發送至系統消息服務器中,服務器將消息存放至若干隊列中,并等待接收者的請求提取消息或者直接推送給發送方?;谙⒅虚g件通信中的所有對象都是異步的,其控制的通信對象和實體沒有直接聯系,其生命周期容易控制,并降低了程序的復雜度,大大提高企業主數據流轉的效率。
基于消息的中間件技術可以方便地實現組件之間的同步和異步通信模式,完善通信的需求,使各個系統組件僅僅通過消息隊列或者消息內容進行聯系,從而將各個系統組件獨立出來,完成了復雜系統之間解耦合的需要,使不同的計算組件之間的通信協議和規定可以完全由相對應的開發者設計和實現,明顯增強系統的擴展性。
主要參考文獻
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我們都知道互聯網的概念是指計算機之間通過網絡互相連接,傳遞信息,而物聯網,顧名思義,則是物體之間以互聯網為基礎通過某種協議進行連接,傳遞信息,可以說物聯網是互聯網的升級版,我們將物-物-機連接為一體,達到信息更充分的互換和處理。1999年提出的官方概念是:通過射頻識別(RFID)(RFID+互聯網)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。簡單來說,就是利用傳感器將一個實實在在的物體信息化,并對信息加之交換和利用。
2物聯網的發展
物聯網最早起源于1990年施樂公司的網絡可樂販賣機,而后由麻省理工學院相繼提出物聯網的相關概念,2003年美國提出傳感網絡技術是未來改變人們生活的十大技術之首,為物聯網的興起奠定了技術基礎。2005年國際電信聯盟正式在信息社會世界峰會上引用了物聯網的概念,由此物聯網正式進入大眾的視線。2009年歐盟發表了歐洲物聯網計劃,同年,亦將物聯網作為我們經濟發展的重要戰略性產業之一,為物聯網的發展灑下濃墨重彩的一筆。隨著工業4.0時代的到來,作為其重要的技術支持--物聯網的發展更是如破竹之勢,迅猛快速。
3物聯網的技術研究方向
3.1傳感器技術
傳感器技術是從模擬信號轉換為數字信號時就有了,傳感器技術分為傳感器和傳感器網絡兩大部分,傳感器是將物品的信息數字化,然后按照規律將信息輸出,傳感器網絡則是有大量傳感器節點構成,用于接收,采集,和處理感知對象的的各種信息,并將信息傳給用戶。物聯網需要實現物物信息交換就是一個數字信號的交換,所以傳感器技術是物聯網必不可少的技術基礎。
3.2RFID標簽
射頻識別技術是一種利用射頻信號在空間耦合實現無接觸的信息傳輸,并通過所傳輸的信息自動識別目標對象的技術。一個完整的RFID系統主要包括三個部分:標簽,讀寫器及應用控制系統,RFID技術就像物聯網的手,幫助物聯網探取到每一個物體的信息,同樣也是構建物聯網的基礎。RFID的工作原理是,無源的標簽接收到讀寫器發射的一定頻率的射頻信號而被激活,從而將產品信息發送出去,而有源的標簽則在不斷發送射頻信號,這時讀寫器接收到以后,讀取信息并將信息交給計算機,計算機通過運算做出相應的反應與指令,RFID可以有效的應用于自動識別和人工智能等領域。
3.3嵌入式系統技術
嵌入式系統技術我們并不陌生,我們的生活隨處可見以嵌入式系統為特征的產品,大到衛星系統,小到mp3、手機。我們的生活正在被嵌入式系統改變著,我們的社會也因嵌入式系統技術而不斷進步。嵌入式系統技術是綜合了計算機軟硬件、集成電路技術、傳感器技術、電子應用技術為一體的復雜技術。作為物聯網的核心技術,嵌入式系統技術是用于接收信息并處理這時物聯網智能的一大體現,如果說傳感器技術和RFID只是單純的的收集物體信息,形如手,那么嵌入式系統技術便是物聯網中的大腦,用于思考。
4物聯網在各類自然災害防御上的應用
4.1地震災害方面
一個基于物聯網的地震報警系統的專利中提到,在車輛上安裝地震探測裝置采集地震信息,然后將采集的地震信息傳輸到物聯網服務器,物聯網服務器接收所述地震信息并進行分析處理,判斷是否發生地震或將要發生地震,如果判斷結果為是,則物聯網服務器發出報警信號,否則繼續信息采集和處理。這個發明充分利用車輛本身的供電系統和數據傳輸系統,并充分發揮了車輛分布范圍廣泛的優勢。利用物聯網服務器作為信息處理平臺,可以完全發揮物聯網服務器強大的數據處理優勢。因為物聯網的應用,使得該地震報警系統探測點分布范圍更廣,信息獲取分析更加及時,而且最重要的是成本低。
4.2氣候災害方面
目前,物聯網技術已經被廣泛的用于氣象監測,氣象預報和氣象信息傳輸等方面,基于物聯網技術,福建龍巖氣象局和中國移動共同搭建了一個“災害性天氣監控預警平臺”,同樣的例子,安徽氣象與電信合作,建立了一個綠色通道用于氣候災害預警信息,目的是促進防災減災工作信息化。在物聯網改變了人們生活的今天,我們運用物聯網技術將氣候災害的防御趨向信息化,趨向敏捷準確化,有效的避免毫無準備下的暴雪或干旱的襲擊,從而保障人們生命財產安全。
4.3洪水災害方面
通過物聯網結合氣象系統,實現對降雨的時長,強度等信息的預先采集,建立防洪防汛預警系統,同時在排水管道,雨水泵站,河流湖泊等地方安裝水位監測裝置,隨時采集水位及運行情況,全面而準確的了解排水管道網的水量負荷狀況以及排放狀況,如此以來可隨時采取相應措施緩解強降雨或水位猛漲的壓力,有效預防洪澇災害;再者利用物聯網技術對排水管道進行日常監控管理,可以做到及時維護管道,維修受損管道,防范于未然,加強防汛抗洪能力。
5物聯網在自然災害防御上的應用的可行性分析
5.1物聯網的技術支持
更加完善科技不斷進步,物聯網技術不斷更新,使得物聯網更便捷的用于各類領域中。自然災害的防御是我們乃至全人類都在關注和研究的領域,自然也不會例外。
5.2互聯網的發展
使得信息的傳遞更加快捷準確物聯網的意義就是傳遞信息,當我們在防御各類自然災害的時候,需要的就是氣象,地殼,排水管道等等事物的信息,而如何快速準確的做出決斷或制定緊急預案,就在于信息獲取采集的速度和準確性,今天的互聯網做得到這一點。
5.3設備維護問題
《物聯網信息安全》教學大綱
課程代碼:
0302040508
課程名稱:物聯網信息安全
學
分:
4
總
學
時:
64
講課學時:
64
實驗學時:
上機學時:
適用對象:物聯網工程專業
先修課程:《物聯網工程概論》、《通信原
理》、《計算機網絡技術》
一、課程的性質與任務
1.
課程性質:
本課程是物聯網工程專業一門重要的專業課。
課程內容包括物聯網安全特
征、物聯網安全體系、物聯網數據安全、物聯網隱私安全、物聯網接入安全、物聯網系統安
全和物聯網無線網絡安全等內容。
2.
課程任務:
通過對本課程的學習,
使學生能夠對物聯網信息安全的內涵、
知識領域和
知識單元進行了科學合理的安排,
目標是提升對物聯網信息安全的
“認知”
和“實踐”
能力。
二、課程教學的基本要求
1.
知識目標
學習扎實物聯網工程基礎知識與理論。
2.
技能目標
掌握一定的計算機網絡技術應用能力。
3.
能力目標
學會自主學習、獨立思考、解決問題、創新實踐的能力,為后續專業課程的學習培養興
趣和奠定堅實的基礎。
三、課程教學內容
1.
物聯網與信息安全
(
1)教學內容:物聯網的概念與特征;物聯網的起源與發展;物聯網的體系結構;物聯網安全問題分析;物聯網的安全特征;物聯網的安全需求;物聯網信息安全。
(
2)教學要求:了解物聯網的概念與特征,了解物聯網的體系結構,了解物聯網的安全特征,了解物聯網的安全威脅,熟悉保障物聯網安全的主要手段。
(
3)重點與難點:物聯網的體系結構,物聯網的安全特征;物聯網的體系結構,物聯網的安全特征;物聯網安全的主要手段。
2.
物聯網的安全體系
(
1)教學內容:物聯網的安全體系結構;物聯網感知層安全;物聯網網絡層安全;物聯網應用層安全。
(
2)教學要求:
了解物聯網的層次結構及各層安全問題,
掌握物聯網的安全體系結構,掌握物聯網的感知層安全技術,
了解物聯網的網絡層安全技術,
了解物聯網的應用層安全技術,了解位置服務安全與隱私技術,
了解云安全與隱私保護技術,
了解信息隱藏和版權保護
1
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技術,實踐物聯網信息安全案例。。
(
3)重點與難點:信息隱藏和版權保護技術,物聯網的感知層安全技術,物聯網的網絡層安全技術,物聯網的應用層安全技術。
3.
數據安全
(
1)教學內容:密碼學的基本概念,密碼模型,經典密碼體制,現代密碼學。
(
2)教學要求:掌握數據安全的基本概念,了解密碼學的發展歷史,掌握基于變換或
置換的加密方法,
掌握流密碼與分組密碼的概念,
掌握
DES算法和
RSA算法,
了解散列函數
與消息摘要原理,
掌握數字簽名技術,
掌握文本水印和圖像水印的基本概念,
實踐
MD5算法
案例,實踐數字簽名案例。
(
3)重點與難點:數據安全的基本概念,密碼學的發展歷史;基于變換或置換的加密
方法,流密碼與分組密碼的概念,
DES算法和
RSA算法;數字簽名技術,文本水印和圖像水印的基本概念。
4.
隱私安全
(
1)教學內容:隱私定義;隱私度量;隱私威脅;數據庫隱私;位置隱私;外包數據
隱私。
(
2)教學要求:掌握隱私安全的概念,了解隱私安全與信息安全的聯系與區別,掌握
隱私度量方法,
掌握數據庫隱私保護技術,
掌握位置隱私保護技術,
掌握數據共享隱私保護方法,實踐外包數據加密計算案例。
(
3)重點與難點:隱私安全的概念,隱私安全與信息安全的聯系與區別;隱私度量方法,數據庫隱私保護技術,位置隱私保護技術;數據共享隱私保護方法。
5.
系統安全
(
1)教學內容:系統安全的概念;惡意攻擊;入侵檢測;攻擊防護;網絡安全通信協
議。
(
2)教學要求:掌握網絡與系統安全的概念,了解惡意攻擊的概念、原理和方法,掌握入侵檢測的概念、原理和方法,掌握攻擊防護技術的概念與原理,掌握防火墻原理,掌握病毒查殺原理,了解網絡安全通信協議。
(
3)重點與難點:雙音多頻信號的概念以及雙音多頻編譯碼器工作原理;信號編解碼器芯片引腳組成與工作原理,信號編解碼器芯片的典型應用電路圖及軟件編程。
6.
無線網絡安全
(
1)教學內容:無線網絡概述;
無線網絡安全威脅;
WiFi
安全技術;
3G安全技術;
ZigBee
安全技術;藍牙安全技術。
(
2)教學要求:掌握無線網絡概念、分類,理解無線網絡安全威脅,掌握
WiFi
安全技
術,掌握
3G安全技術,掌握
ZigBee
安全技術,掌握藍牙安全技術,實踐
WiFi
安全配置案
例。
(
3)重點與難點:
無線網絡概念、
分類,理解無線網絡安全威脅;
WiFi
安全技術,
WiFi
安全配置案例;
3G安全技術,
ZigBee
安全技術,藍牙安全技術。
2
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四、課程教學時數分配
學時分配
序號
教學內容
學時
講課
實驗
其他
1
物聯網與信息安全
8
8
2
物聯網的安全體系
12
12
3
數據安全
12
12
4
隱私安全
8
8
5
系統安全
10
10
6
無線網絡安全
10
10
7
復
習
4
4
小
計
64
64
五、教學組織與方法
1.
課程具體實施主要采用課堂理論講授方式,以傳統黑板板書的手段進行授課。
2.
在以課堂理論講授為主的同時,
適當布置課后作業以檢驗和加強學生對講授知識的理解和掌握;
適時安排分組討論課,
鼓勵學生自行查找資料設計電路,
并在課堂上發表自己的設計成果。
六、課程考核與成績評定
1、平時考核:主要對學生的課程作業、課堂筆記、課堂表現進行綜合考核。平時考核
的成績占學期課程考核成績的
30%。
2、期末考核:是對學生一個學期所學課程內容的綜合考核,采用閉卷考試的形式,考
試內容以本學期授課內容為主??荚嚦煽冋紝W期課程考核成績的
70%。
七、推薦教材和教學參考書目與文獻
推薦教材:《物聯網信息安全》
,桂小林主編;機械工業出版社,
2012
年。
參考書目與文獻:
《物聯網導論》
,劉云浩主編;科學出版社,
2013
年。
《物聯網技術與應用導論》
,
暴建民主編;
人民郵電出版社,
2013
年。
《物聯網技術及應用》
,
薛燕紅主編;清華大學出版社,
2012
年。
大綱制訂人:
大綱審定人:
3
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資料僅供參考!
致力為企業和個人提供合同協議,
策劃案計劃書,
學習資料等等
打造全網一站式需求
這并非全部,在更高級也更炫的配置中,完全可做到家中從空氣、水到地暖,全部為智能控制??諝饨涍^過濾,中央凈水,中央地暖,能讓房間的“微環境”富含負氧離子(在北京的霧霾天里這簡直太難能可貴了),還可以隨時調節溫度和濕度,并通過軟件始終保持在自己感覺最舒服的那一擋。
“你們現在看到的就是物聯網技術的一個小小表現?!标愺K興致勃勃地告訴我們,“更方便更快捷更安全的智慧城市才是物聯網瞄準的‘靶心’?!?/p>
“組合金剛”物聯網
什么是物聯網?
物聯網起源于歐美,起步幾乎與互聯網同步,但受制于通汛技術的局限,所以長期以來只在工業領域應用,流入大眾生活不過是這幾年的事。陳驥給了我們一個簡單的解釋:“其實物聯網可以看成是個組合的變形金剛,是傳感網+移動互聯剛,在物體上植入各種微型感應芯片使其智能化,然后借助無線網絡,人和物體‘對話’,物體和物體之間‘交流’。這些物體既可以是小小的手表、鑰匙,也可以是汽車、樓房?!?/p>
其實,物聯網技術的應用已經開始了,例如RFID(射頻識別)在門禁卡、生物識別(指紋等)、感應燈、公交車卡等領域普遍使用,但這些都是獨立運用,沒有相互支持和遠程聯網?!岸斘锫摼W與互聯網、移動通訊網相連時,人們的生活方式將從‘感覺’跨入‘感知’的階段。正是這種與互聯網結合的‘物聯網’范疇,才是未來智能城市、智慧地球的真正核心依據。并且將給人以巨大的想象空間:未來人們的生活將是智能化的。”
做“蘋果派”,不做“愛迪生派”
這里的“蘋果派”當然不是吃的,但對于陳驥和他的團隊來說,這個選擇依然是“可口”的。
陳驥很欣賞蘋果公司的模式,“掌握核心的技術,做架構,像APP Store一樣,搭建一個平臺,外面有很多人來做APP軟件?!毕鄬?,他把那種事無巨細,都要從無到有面面俱到的公司稱為“愛迪生派”公司?!拔锫摼W最頂端的商業價值還是做技術,但是你要做到每一樣技術和產品都掌握,那可能在達到目標之前就已經埋在土里了,企業要活下來首先要找到安身立命之處,那就是從應用開始——這是整個物聯網領域最前端的東西。”
陳驥所帶領的中國物聯網集團股份有限公司及其旗下的華夏威盛(北京)網絡科技有限公司走的是“技術+運營”的路子,“核心技術由自己掌握,產品一部分自己生產,一部分外包。物聯網牽扯到軟件、硬件、控制系統等等,本身就是條產業鏈,而不是一個純粹的制造業。我們不是賣標準產品,而是提供解決方案?!?/p>
陳驥和他的團隊瞄準的是民生領域——也就是大眾生活的衣食住行方方面面。智能家居他們已經在做了,個人客戶多是講求生活品質的SOHO一族,精英階層,“應用的情況還不錯,起到了‘隱形保姆’的作用”。而智能汽車則是另一個重點,“長遠看是要實現車和車,車和人,車和路,車和天氣之間能互動?!爆F在他們已經開發了一款車載遠程控制系統,“比如我的汽車在海南,一個朋友想借車,我只需要用我的手機客戶端發送一個信號,車就可以開動了,而且我可以隨時監控車的行駛路徑并了解借車者的駕駛習慣,并隨時監控燃油、發動機的情況等等。”
做企業要看未來
和我們想象的不一樣,陳驥并沒有做IT或者工程的技術背景,但在外資企業摸爬滾打多年的他,對商業機會的捕捉很是敏感。“做企業是做未來,不是做當下。”在陳驥看來,物聯網和移動互聯網、3D打印技術等一樣,是找到了人和社會的“痛點”,“人有不方便的時候,這些不方便就是機會和市場。”
一個關注能讓生活更美好的技術的人必定是熱愛生活的,這個天秤座男人喜歡健身、游泳還有唱歌。在一年中,陳驥大概會有一個月時間在國外,他饒有興致地給我們講述他在英國看到的“二維碼小鎮”,“鎮上隨處部能看到各式各樣的二維碼,比如一座老教堂,用手機一掃碼就知道了全部的建筑信息,還有這座老建筑里發生的故事。”
【關鍵詞】物聯網;商業模式;電信運營商;移動終端商
0.緒論
網絡技術得以深遠發展的今天,信息化社會對通信的要求已經不僅僅限于人與人之間的通信;傳感技術、RFID和網絡技術的成熟使人與物品,物品與物品之間的通信成為可能,這就帶來了物聯網概念,它被稱為繼計算機、互聯網之后,世界信息產業的第三次浪潮。發展物聯網一方面可以提高經濟效益,大大節約成本;另一方面可以為全球經濟的復蘇提供技術動力。目前,美國、歐盟、日本、韓國、新加坡等國都在投入巨資深入研究探索物聯網。我國也正在高度關注、重視物聯網的研究,在無錫、上海、南京、杭州、重慶、北京、武漢、廣州等城市開展試點工作。為推動物聯網產業發展,總理曾特別指出“要早一點謀劃未來,早一點攻破核心技術,要依靠科技和人才占領科技和經濟發展制高點,保證我國具有可持續發展的能力和可持續的競爭力”。因此,物聯網產業將成為今后工業化與信息化結合發展的熱點和政府、社會關注的焦點。從市場的角度來看,據Forrester Research指出,“物聯網”有關技術、產品和應用的全球市場價值將會從由2008年20億美元增長到2012年l15億美元。目前,物聯網的初級應用MZM實現主要是通過傳感節點(包含嵌入式智能)、網絡(包含無線網絡、有線網絡)、信息處理平臺實現的。為了促進物聯網產業健康、有序、規?;目焖侔l展,具有先天優勢和產業規模的互聯網運營商和終端設備商更應該在新興的物聯網產業中找準位置,發揮自己應有的作用和價值。
1.物聯網發展現狀
從技術發展角度看,傳感器網絡(Sensor Network)的概念最早由美國軍方提出,起源于1978年美國國防部高級研究計劃局(DARPA)開始資助卡耐基梅隆大學進行分布式傳感器網絡的研究項目,當時此概念局限于由若干具有無線通信能力的傳感器節點自組織構成的網絡。隨著近年來互聯網技術和多種接入網絡以及智能計算技術的飛速發展,2008年2月,ITU-T發表了《泛在傳感器網絡(Ubiquitous Sensor Networks)》研究報告。在報告中,ITU-T指出傳感器網絡已經向泛在傳感器網絡的方向發展,它是由智能傳感器節點組成的網絡,可以以“任何地點、任何時間、任何人、任何物”的形式被部署。該技術可以在廣泛的領域中推動新的應用和服務,從安全保衛和環境監控到推動個人生產力和增強國家競爭力。
物聯網的基本功能在于人與人、人與物、物與物之間在任何時間和任何地點都能夠通過任何的網絡獲取任何的服務,物體也賦予了智能化?;緫么篌w分為三類:信息識別及位置監控、(環境、物品屬性)動態監測類、智能控制類。
物聯網的一個突出特點就是將跨行業的物品信息,通過統一的接日標準和標識標準,集中存儲、處理,實現跨行業信息資源共享,更廣范圍的協調處理,讓世界變得更有“感知力”,更加“智慧”。
物聯網采取集中計算處理和分布式計算處理兩種信息處理模式同時采用,極大增強了邊緣網絡的快速反應能力,物體可嵌入智能芯片,讓物品“更智能”,反應速度更快,邊緣網絡的處理能力更強。
物聯網自身具備三個特征:
(1)全面感知:即利用RFID,傳感器等隨時隨地獲取物體的信息。
(2)可靠傳遞:通過各種電信網絡與互聯網的融合,將物體的信息實時準確地傳遞出去。
(3)智能處理:利用云計算,模糊識別等各種智能計算技術,對海量的數據和信息進行分析和處理,對物體實施智能化的控制。
2.物聯網產業環境分析
2.1物聯網產業政策環境
物聯網在我國獲得了良好的產業政策和國家支持。按事件發生的先后順序總結如下:
早在1999年我國就啟動了物聯網關鍵技術之一的傳感網技術研究,研發水平處于世界前列。在世界傳感網領域,我國是標準主導國之一,傳感網標準體系已經形成了初步框架。從前端傳感、中間信息傳遞,到后端信息處理和應用的物聯網產業鏈條正在形成。我國已將“物聯網”明確列入《國家中長期科學技術發展規劃(2006一2020年)》和2050年國家產業路線圖。
2.2物聯網產業技術環境
2.2.1相關技術標準有待完善
物聯網目前還是一項新興的技術方案,相應的技術標準嚴重滯后。在物聯網這個全新產業中,我國的技術研發水平處于世界前列,具有重大的影響力。中科院早在1999年就啟動了傳感網研究,與其它國家相比具有同發優勢。該院組成了2000多人的團隊,先后投入數億元,在無線智能傳感器網絡通信技術、微型傳感器、傳感器端機、移動基站等方面取得重大進展,目前已擁有從材料、技術、器件、系統到網絡的完整產業鏈。
2.2.2 RFID技術
物聯網中非常重要的技術是RFID電子標簽技術。以簡單RFID系統為基礎,結合已有的網絡技術、數據庫技術、中間件技術等,構筑一個由大量聯網的閱讀器和無數移動的標簽組成的,比Internet更為龐大的物聯網成為RFID技術發展的趨勢。RFID全稱為“Radio Frequency Identification”(中文名為“射頻辨識系統”),是一項利用射頻信號通過空間電磁藕合實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到物體識別的技術。
2.2.3云計算技術
當前物聯網數據處理中的一個重要的技術就是云計算,即通過互聯網向用戶提供分時的硬件服務和分空間的硬件服務的技術,實現為用戶提供托管服務和配置的計算資源。云計算三大優點:用戶端不需購買計算機;用戶端不必買昂貴的計算機軟件;計算機硬件和軟件會不斷升級。云計算最重要的問題在于如何保證數據的安全性,尤其是如何保證數據不被IT巨頭公司所獨有。
2.2.4傳感器與傳感網技術
傳感器是能感知指定的被測量信息,并能按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。隨著微機電系統、片上系統、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展,孕育出無線傳感器網絡,并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成,通過無線通信方式形成的一個自組織網絡。在物聯網的實際應用中由于布線的成本和難度,使用無線傳感網技術的場景要多于使用有線方式連接的傳感網絡。
關鍵詞:物聯網;小區管理系統;智能小區
一、相關概念
隨著科技的迅速發展,現階段,我國小區管理已進入智能化時代。智能小區指將一群特征相似的住宅樓集中起來形成一個相對獨立的區域,進行集中管理,具有完整的自動化控制管理系統。小區的智能化假設是一個時代的產物,小區實現智能化發展,不僅能夠改善小區居民的日常居住環境、提高居住質量,還能節省一定的人力、物力、財力。
物聯網,是21世紀經濟、科技發展的產物,為了形成對事物的辨別、定位、監控、實現事物之間的信息交換、信息通訊。物聯網技術已經在智能小區管理系統中得到廣泛應用,例如,如今廣泛使用的自動報警、門禁卡、電子監控、電子巡邏等系統。
二、物聯網下小區管理系統的設計與實現
(一)智能小區自動報警系統
為了有效監控小區周圍的安全狀況,管理人員在小區的部分圍墻上安裝了自動報警器,一旦出現狀況,報警器便會自動響起,通知相關人員。這種方法能及時發現犯罪分子的違法行為,并進行處置。
1、自動報警系統設計原理
探測器、傳輸系統、控制中心、現場警示設備等組成了小區自動報警系統。小區周邊的圍墻上被安裝自動紅外探測器,不法分子爬墻進小區時,探測器便能清楚地檢測到不法分子入侵的信號,探測器將信號通過傳輸信號傳送到物業管理控制中心,控制中心的電腦上便會呈現相關的預警信息,現場的探照燈、錄像設備等裝置會被系統自動打開,不法分子便會落網。在實現自動報警系統時,注意以下相關事項:
第一,自動報警系統具有預防剪線、阻擋、斷電等功能,如果工作人員發現系統無法正常運轉、工作,必須馬上向控制中心報警,系統的可靠性便能得到有效提高;
第二,自動報警系統的探測器使用了雙射束技術實現探測的,如果兩組信號同時被中斷,系統便會發送報警信息,這種做法能使探測器不受動植物、自然因素等的影響。為了防止探測盲區的出現,探測器中的發射器、接收器被交叉安裝,降低了錯報、誤報信息的發生概率;
第三,整個小區被劃成若干個小區域,系統如果發出報警信息,那么小區的保安隊便能及時、迅速地趕到事故發生現場。
2、自動報警系統評價
為了增強整個系統的實用性、可靠性,系統所需的設備,采用的都是經過檢測的合格產品,該系統采用的紅外線自動探測方法,與以往的人工值守方式相比,大大提高了報警的及時性、真實性、準確性,節省大量的人力、物力,有效降低小區物業管理成本。
(二)智能小區電子門禁系統
電子門禁系統,指為了加強小區的安全管理而采用微機的自動識別技術,該系統能有效提高小區戶主生活環境的方便度和安全度,現階段已廣泛用于小區管理中。
1、電子門禁系統設計原理
伸縮式柵欄門、電磁鎖、控制器、讀卡器、卡片、按鈕等因素共同組成了電子門禁系統利用分級的管理模式,為了方便管理、監控每天進出小區的人員而采用IC卡以及保安管理,這是一級;小區每個單元的樓道門采用分級系統,這是二級。
2、電子門禁系統工作原理
物業給小區里的每一位居民發了獨立的IC卡,居民進出小區時,通過刷IC卡自動開啟小區大門,如果居民丟失了自己的IC卡,可以申請掛失,該張IC卡便失效了,改變了以往使用機械鎖時繁瑣的工序;如果外來人員需要進入小區時,保安會通過對講機與受訪的戶主聯系、確認,并登記外來人員信息后,才放行。
(三)智能小區閉路電視監控系統
在小區里裝置24小時工作的閉路電視裝備,對相關需要監控的場所實時監控,并且保存監控場所內的視頻、聲音,為之后的具體事件的處理提供相關證據,提高小區的安全性。監視、傳輸、控制等部件共同組成了小區的閉路電視監控系統。
監視部件:通常被設置在小區的出入口、單元樓道出入口、車庫出入口等區域,在不同的區域采用不同的攝像機,來滿足不同區域的不同安全等級要求。
傳輸部件:電源線、視頻線等實現了高清數字攝像機信息的傳輸;電源線、視頻線、控制線等實現了全方位移動的具有監視功能攝像機信息的傳輸。正常視頻線的傳輸線是500米,超過這個距離時就需要增加均衡器,來提高信號,增加傳輸質量。
控制部件:攝像機、控制處理機、監視器等共同組成控制部件,攝像機由錄像機、顯示器、多畫面分割處理器等部件組成。矩陣控制主機、鍵盤組成了控制處理機,為了讓本地監視器能接收到任意一幅圖像,可以在不同的地方設置很多個監視器、矩陣控制鍵盤。
(四)智能小區電子巡更系統
智能小區電子巡更系統,指保安們事先規劃、設計好巡邏路線,在指定的時間內到達巡邏路線中的每一個地點,并且在規定的時間內巡邏規定的區域地點,巡更點、巡更儀、傳輸介質、管理主機等組成了智能小區電子巡更系統,該系統能有效制定小區保安的巡邏計劃,完整保存巡邏記錄。
1、電子巡更系統的功能
第一,安全有效地制定和修改小區保安的巡更路線、巡更時間,并且設置靈活的查詢功能;
第二,打印巡更任務單,并且發放給小區執行該任務的保安,另外通過管理主機優化巡更路線,這樣能夠有效地避免巡更盲點的出現;
第三,如果巡更時發生緊急事故,巡更保安可以通過巡更儀發送報警給管理中心,這樣能及時有效地發現、組織各類安全問題的發生;
第四,為了更清楚地知道小區保安的工作情況,可以增加管理中心與巡更儀的通訊,并將通訊信息保存、加以管理,就可以清楚地查到參與巡更的保安人員的巡更時間、違規記錄等。
2、智能小區電子巡更系統設計原理
這個系統利用無線巡更的方式,將巡更點設置在小區內需要重點巡更的區域內,巡更人員經過巡更點時,把巡更卡貼近巡更儀,那么巡更儀將自動保存本次巡更記錄,并將該記錄發送到管理中心的主機上,巡更記錄被保存到管理主機上。
結語
物聯網,是21世紀經濟、科技發展的產物,為了形成對事物的辨別、定位、監控、管理一體化的網絡系統,使用先進的傳感技術,實現事物之間的信息交換、信息通訊。物聯網技術已經在智能小區管理系統中得到廣泛應用,例如,如今廣泛使用的自動報警、門禁卡、電子監控、電子巡邏等系統。高科技、互聯網迅速發展的時代,各地的小區管理也逐漸邁向智能化時代?,F階段,雖然我國在智能小區管理方面取得了顯著的成就,然而不可否認的是智能小區不管是系統的開發還是實踐方面都存在一些問題。利用物聯網改進小區管理系統,可以更好地造福人們的生活。
參考文獻:
[1]李芳.多技術整合物聯網應用案例分享[Z].中國自動識別網,2011.
Abstract: With the continuous development of the technology of the Internet of things, people's expectations and definition of the family no longer stick to the traditional way of life. The smart home has become a hot research in the field of information technology in recent years. In this paper, the smart home design of Internet of things is based on FPGA technology. It can collect the information of temperature, humidity and light intensity in real time, implement the environmental control system, intelligent fish raising system, intelligent food and beverage systems, multimedia control system, security alarm system and other functions, and provide new physical network smart home life experience for the users.
關鍵詞:智能家居;FPGA;ZigBee;無線傳感器節點
Key words: smart home;FPGA;ZigBee;wireless sensor node
中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2016)18-0068-02
0 引言
智能家居系統的概念起源于上世紀70年代的美國,隨后,傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發展。在我國,智能家居這一概念推廣較晚,約在90年代末家居智能化系統才得以進入國內,但發展速度驚人。隨著物聯網技術的不斷發展,根據人們需求而開發設計的智能家居系統擁有更加優越及復雜的配置,可以將家庭中各種通信設備、家用電器以及家庭保安裝置通過物聯網技術連接起來,實現環境控制、養魚養花、燒水煮飯、多媒體控制及安全報警等功能,并可以異地監控、管理、報警,為住戶提供安全舒適、高效便利的學習生活及工作環境。
由于智能家居系統還缺乏統一明確的國際標準,許多公司開發出的產品都是基于自己組網和信息交換協議,很多產品是針對特定的組網環境開發的,部分核心技術沒有對外公布,技術復雜,直接導致了使用范圍的局限性。再者,缺乏對應的第三方產品,各個接入設備之間不能兼容,互操作性差,不利于產品的擴充,因而進一步局限了產品的發展。再加上有的系統成本過高,嚴重影響了產品的普及。本文通過FPGA構建了一個嵌入式控制處理平臺,利用FPGA技術低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優點,實現了物聯網智能家居控制部分的設計,能夠滿足家居需要。
1 FPGA在物聯網智能家居中的應用
目前常見的智能家居系統大多基于ARM的嵌入式系統,這類系統并不能同時支持多種無線通信協議。通過整合多種無線通信控制方式,來實現基于FPGA的物聯網智能家居控制器,為智能家居的控制領域探索了一種新可行性的方法。利用FPGA芯片可自由定制以及接口靈活性的特點,設計智能家居控制器各個模塊,相比ARM單片機支持串口少的短板,可以使系統在同一時刻支持多種通信方式,從而使系統具有更高的適應性和可擴展性,能夠同時控制多達31個家用電器,基本滿足日常家居需要?;贔PGA的物聯網智能家居在設計實現的過程中,使用了Quartus II等集成開發環境,以及ModelSim專業仿真工具,利用Verilog HDL硬件描述語言,在Altera公司的DE2開發板上進行開發設計。
2 基于FPGA的物聯網智能家居設計
2.1 系統功能
基于FPGA的物聯網智能家居系統能夠最大限度地使家居更加智能化,其三大關鍵功能是通過網絡信息終端進行信息的獲取、處理以及,進行信息的及時反饋;對相應的單元以及一些機構進行控制,實現實時監測;兼容性一定要足夠強大。該系統特色功能具體如下:
①環境控制系統:對室內溫度、濕度、亮度進行實時測量,通過人設模式控制空調、加濕器、窗簾、燈光等設備達到宜居的室內環境;②智能養花系統:通過測量相關參數,提供澆水、施肥、遮蓋陽光等功能,可以遠程監控養花,或者自動養花;③智能養魚系統:通過測量相關參數,提供補氧、喂食、控溫、換水等功能,可以遠程監控養魚,或者自動養魚;④智能餐飲系統:通過控制燒水壺、微波爐、電飯鍋等設備電源及煤氣開關,完成燒水、蒸煮、烹飪等功能,可以遠程監控完成或自動完成;⑤多媒體系統:通過開關控制,可以遠程操控電視、音響、電腦等設備;⑥完全報警系統:通過測量相關水電氣參數或者紅外感知參數,對室內實時監控,如有危險提示則報警。
2.2 系統架構
該系統是以單個家庭為單位進行安裝,智能家居控制臺采用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱,ZigBee中心節點采集環境信息。FPGA相當于智能家居系統中的管理中心,其核心是采用Altera公司推出的32位高性能軟處理器nios2與每個子節點連接。管理中心通過串口可根據接收到的ZigBee中心節點數據進行處理,并通過家庭總線系統與其他節點設備進行關聯操作,實現家庭環境的監測與管理,從而為用戶提供安全、舒適的生活或工作環境。智能家居控制器系統結構圖如圖1所示。
2.3 硬件結構
2.3.1 FPGA部分
系統的核心控制部分由FPGA實現,其設計思路是:采用Altera公司DE2-70開發平臺來完成系統設計,從ZigBee網絡傳輸過來的數據經過串口后存儲到DE2-70開發板上的SDRAM中,在FPGA控制平臺上,由Altera的IP核構成Nios II軟核,并植入FPGA芯片中,然后通過軟件編寫來實現FPGA控制平臺的功能,然后系統從SDRAM中讀取數據后將溫度、濕度等信息顯示在LCD液晶屏上。FPGA系統的Nios II軟核結構如圖2所示。
2.3.2 無線傳感器節點
無線傳感器模塊由ATMEGA128和CC2420組成,CC2420通過SPI總線連接到ATMEGA128。CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的射頻收發器,該器件包括眾多額外功能,是第一款適用于ZigBee產品的RF器件。該模塊能夠在低電壓低頻率模式下開始工作,同時能夠進行低功耗操作,還能夠支持許多種不同的低功耗模式,例如睡眠模式以及深度睡眠模式等,都是可以實現的,從而達到系統更加智能化的目的。無線傳感器模塊如圖3所示。
2.3.3 ZigBee中心節點
ZigBee中心節點使用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱配套產品,模塊內嵌工作頻率2.4GHz基于IEEE802.15.4標準的ZigBee通信協議,支持最新的RS232串行模式,在此標準通信協議下,經測試,ZigBee中心節點每次接力通信都能在75m范圍內提供250kbps的速率,能在網狀或多次跳接無線網絡內支持串行數據路由,速率最高可達38.4kbps,能夠達到目前國內產品的最好性能,完整體現了最新ZigBee網絡層的強大功能。
3 結論
本系統通過FPGA構建了一個嵌入式控制處理平臺, 利用FPGA技術低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優點,實現了物聯網智能家居控制部分的設計。最終通過Altera公司的DE2開發板驗證,本控制系統在板載50MHz的時鐘頻率下穩定運行,實驗結果達到了預期目標。該系統中的部分模塊已在我學院SMT實訓基地自主開發研制并生產。另外以該系統項目為例,通過翻轉課堂教學模式激發了學生的實踐操作能力、創新能力,對在研課題具有較好的理論價值和實際意義。
參考文獻:
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