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物聯網應用系統研究與設計

發布日期:2017-10-10

  物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體,讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化3個重要特征。物聯網的概念是在1999年提出的,物聯網的英文名: Internet of Things(IOT),也稱為Web of Things。被視為互聯網的應用擴展,應用創新是物聯網的發展的核心,以用戶體驗為核心的創新是物聯網發展的靈魂。2005年,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上,國際電信聯盟發布了《ITU互聯網報告2005:物聯網》,正式提出了“物聯網”的概念。和傳統的互聯網相比,物聯網有其鮮明的特征。和傳統的互聯網相比,物聯網有其鮮明的特征。首先,它是各種感知技術的廣泛應用。物聯網上部署了海量的多種類型傳感器,每個傳感器都是一個信息源,不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。傳感器獲得的數據具有實時性,按一定的頻率周期性的采集環境信息,不斷更新數據。其次,它是一種建立在互聯網上的泛在網絡。物聯網技術的重要基礎和核心仍舊是互聯網,通過各種有線和無線網絡與互聯網融合,將物體的信息實時準確地傳遞出去。在物聯網上的傳感器定時采集的信息需要通過網絡傳輸,由于其數量極其龐大,形成了海量信息,在傳輸過程中,為了保障數據的正確性和及時性,必須適應各種異構網絡和協議。還有,物聯網不僅僅提供了傳感器的連接,其本身也具有智能處理的能力,能夠對物體實施智能控制。物聯網將傳感器和智能處理相結合,利用云計算、模式識別等各種智能技術,擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據,以適應不同用戶的不同需求,發現新的應用領域和應用模式。

   物聯網是在計算機互聯網的基礎上,利用RFID、無線數據通信等技術,構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。在這個網絡中,物品(商品)能夠彼此進行“交流”,而無需人的干預。其實質是利用射頻自動識別(RFID)技術,通過計算機互聯網實現物品(商品)的自動識別和信息的互聯與共享。而RFID,正是能夠讓物品“開口說話”的一種技術。在“物聯網”的構想中,RFID標簽中存儲著規范而具有互用性的信息,通過無線數據通信網絡把它們自動采集到中央信息系統,實現物品(商品)的識別,進而通過開放性的計算機網絡實現信息交換和共享,實現對物品的“透明”管理。

  從兩化融合這個角度分析物聯網的涵義:其一:工業化的基礎是自動化,自動化領域發展了近百年,理論,實踐都已經非常完善了。特別是隨著現代大型工業生產自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復雜營運而生的DCS控制系統,更是計算機技術,系統控制技術、網絡通訊技術和多媒體技術結合的產物。DCS的理念是分散控制,集中管理。雖然自動設備全部聯網,并能在控制中心監控 信息而通過操作員來集中管理。但操作員的水平決定了整個系統的優化程度。有經驗的操作員可以使生產最優,而缺乏經驗的操作員只是保證了生產的安全性。是否有辦法做到分散控制,集中優化管理?需要通過物聯網根據所有監控信息,通過分析與優化技術,找到最優的控制方法,是物聯網可以帶給DCS控制系統的。其二:IT信息發展的前期其信息服務對象主要是人,其主要解決的問題是解決信息孤島問題。當為人服務的信息孤島問題解決后,是要在更大范圍解決信息孤島問題。就是要將物與人的信息打通。人獲取了信息之后,可以根據信息判斷,做出決策,從而觸發下一步操作;但由于人存在個體差異,對于同樣的信息,不同的人做出的決策是不同的,如何從信息中獲得最優的決策?另外物獲得了信息是不能做出決策的 ,如何讓物在獲得了信息之后具有決策能力?智能分析與優化技術是解決這個問題的一個手段,在獲得信息后,依據歷史經驗以及理論模型,快速做出最優決策。數據的分析與優化技術在兩化融合的工業化與信息化方面都有旺盛的需求。

  在物聯網應用中有三項關鍵技術:1、傳感器技術,這也是計算機應用中的關鍵技術。大家都知道,到目前為止絕大部分計算機處理的都是數字信號。自從有計算機以來就需要傳感器把模擬信號轉換成數字信號計算機才能處理。2、RFID標簽也是一種傳感器技術,RFID技術是融合了無線射頻技術和嵌入式技術為一體的綜合技術,RFID在自動識別、物品物流管理有著廣闊的應用前景。3、嵌入式系統技術是綜合了計算機軟硬件、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術為一體的復雜技術。經過幾十年的演變,以嵌入式系統為特征的智能終端產品隨處可見;小到人們身邊的MP3,大到航天航空的衛星系統。嵌入式系統正在改變著人們的生活,推動著工業生產以及國防工業的發展。如果把物聯網用人體做一個簡單比喻,傳感器相當于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官,網絡就是神經系統用來傳遞信息,嵌入式系統則是人的大腦,在接收到信息后要進行分類處理。這個例子很形象的描述了傳感器、嵌入式系統在物聯網中的位置與作用。

  根據其實質用途可以歸結為三種基本應用模式:對象的智能標簽。通過二維碼,RFID等技術標識特定的對象,用于區分對象個體,例如在生活中我們使用的各種智能卡,條碼標簽的基本用途就是用來獲得對象的識別信息;此外通過智能標簽還可以用于獲得對象物品所包含的擴展信息,例如智能卡上的金額余額,二維碼中所包含的網址和名稱等。環境監控和對象跟蹤。利用多種類型的傳感器和分布廣泛的傳感器網絡,可以實現對某個對象的實時狀態的獲取和特定對象行為的監控,如使用分布在市區的各個噪音探頭監測噪聲污染,通過二氧化碳傳感器監控大氣中二氧化碳的濃度,通過GPS標簽跟蹤車輛位置,通過交通路口的攝像頭捕捉實時交通流程等。對象的智能控制。物聯網基于云計算平臺和智能網絡,可以依據傳感器網絡用獲取的數據進行決策,改變對象的行為進行控制和反饋。例如根據光線的強弱調整路燈的亮度,根據車輛的流量自動調整紅綠燈間隔等。

   物聯網用途廣泛,遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、環境監測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領域?! H電信聯盟于2005年的報告曾描繪“物聯網”時代的圖景:當司機出現操作失誤時汽車會自動報警;公文包會提醒主人忘帶了什么東西;衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等等。物聯網在物流領域內的應用則比如:一家物流公司應用了物聯網系統的貨車,當裝載超重時,汽車會自動告訴你超載了,并且超載多少,但空間還有剩余,告訴你輕重貨怎樣搭配;當搬運人員卸貨時,一只貨物包裝可能會大叫“你扔疼我了”,或者說“親愛的,請你不要太野蠻,可以嗎?”;當司機在和別人扯閑話,貨車會裝作老板的聲音怒吼“笨蛋,該發車了!”  物聯網把新一代IT技術充分運用在各行各業之中,具體地說,就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中,然后將“物聯網”與現有的互聯網整合起來,實現人類社會與物理系統的整合,在這個整合的網絡當中,存在能力超級強大的中心計算機群,能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制,在此基礎上,人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活,達到“智慧”狀態,提高資源利用率和生產力水平,改善人與自然間的關系