物联网技术调查报告26.docx
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1、物联网的设计与应用物联网技术调查报告 指导教师: . 作者姓名: . 作者学号: . 完成时间: 2012年3月20日 .摘要:物联网 Internet of Things 的概念是由麻省理工学院 Auto-ID 研究中心于 1999 年提出的 ,其最初的含义是指把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来 ,实现智能化识别和管理 。IBM 于 2009 年 1 月提出了 “智慧地球” 构想, 物联网为其中不可或缺的一部分。 而奥巴马对 “智慧地球” 的构想做出了积极回应 ,并将其提升为国家层级的发展战略, 从而引起全球广泛关注。物联网被看作是推动信息领域的一次重大发展和变革机遇。 世
2、界先进国家都对物联网技术发展高度重视, 可以说物联网的广泛应用将是继计算机 互联网与移动通信网之后的又一次信息革命。 目前 ,关于物联网的研究与应用还处于初始阶段 ,有关物联网的定义还没有一个统一的标准,物联网的一些关键技术问题也没有得到有效解决,更莫达成一个共识。 国内也有不少专家和学者对物联网进行了研究。关键字:BigTable数据管理技术,虚拟计算,编程模式,基础设施即服务(IaaS),平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS),远程网络访问目录1. 当前应用情况21.1 电子车牌21.2 智能电网21.3 智能医疗21.4 环境保护22. 技术组成22.1信息采集技术22.2 近程
3、通讯技术22. 3 信息远程传输技术22.4 海量信息智能分析与控制技术23. 核心技术分析23.1 感知层23.1.1 传感器技术23.1.2 射频识别(RFID)技术23.1.3 微机电系统(MEMS)23.1.4 GPS技术23.2 信息汇聚层23.2.1 无线传感器网络(WSN)技术23.2.2 Wi-Fi23.3.3 GPRS23.3 传输层23.3.1通信网23.3.2 3G网络23.3.3 GPRS网络23.3.4 广电网络23.3.5 NGB广域网络23.4 运营层23.4.1 企业资源计划(ERP)23.4.2 专家系统(Exper System)23.4.3 云计算23.5
4、应用层24. 当前遇到的问题24.1 在射频识别系统中的问题24.2 阻抗问题24.3 辐射问题24.4距离问题25. 未来发展趋势26. 参考文献及资料251. 当前应用情况近来,物联网已成为生活中炙手可热的名词,物联网技术的应用已成为推动信息化发展和产业变革的重要力量。目前, 国外对物联网的研发 、应用主要集中在美 、欧、 日 、韩等少数国家。 其最初的研发方向主要是条形码 RFID 等技术在商业零售 ,物流领域应用, 而随着 RFID 传感器技术, 近程通信以及计算技术等的发展 近年来其研发 应用开始拓展到环境监测 ,生物,医疗智能基础设施等领域 。就目前而言, 物联网的许多相关技术仍在
5、开发测试阶段, 离不同系统之间融合, 物与物之间的普遍链接的远期目标还存在一定差距。 目前, 物联网的应用主要有智能交通中的电子车牌及电子不停车收费系统 ETC 智能电网, 智能医疗的医疗监护, 智慧城市环境保护等方面。1.1 电子车牌电子车牌作为物联网在智能交通中的应用, 它是一种新兴无线射频自动识别技术。 具有高速识别 ,防拆 ,防磁, 加密 ,储存等特点 。公安交通管理部门应用该技术, 能精确全面地获取交通信息 ,规范车辆使用和驾驶行为 抑制车辆乱占道 ,乱变道, 超速等违法违规行为 ,并能有效打击肇事逃逸 ,克隆 涉案等违法车辆1.2 智能电网智能电网在发电环节上对常规机组 ,水库 ,
6、新能源风电机组等布置传感监测点, 在输电环节上堆雷电 线路气象环境 ,线路覆冰, 线路在线增容 ,导地线微风振动, 导线温度与弧垂, 输电线路风偏 ,输电线路图像与视频 ,杆塔倾斜在线监测与预警等方面充分利用传感技术, 配电环节上对配电设备状态监测, 配电网现场作业管理 以及智能巡检也充分利用各类传感和识别技术。1.3 智能医疗在智能医疗的医疗监护应用中 医疗监护人身上可以安装不同的传感器 ,对人的健康参数进行监控 并且实时传送到相关的医疗保健中心 ,如果有异常, 保健中心通过手机 提,醒您去医院检查身体, 达到实时监测智能分析,自动预警。在智慧城市的平安城市建设应用中, 利用部署在大街小巷的
7、全球眼监控探头 。实现图像敏感性智能分析并与 110 119 112 等交互, 实现探头与探头之间 ,探头与人 探头与报警系统之间的联动, 从而构建和谐安全的城市生活环境。1.4 环境保护环境保护应用中 ,使用无线传感技术应用于生态环境监测, 生物种群研究,气象和地理研究 ;洪水, 火灾检测 ,如跟踪珍稀鸟类,动物和昆虫栖息 分区域监测水位及相关水资源与污染信息 ,铺设大量节点随时监控林区内部火险情况, 生活环境-水质 大气 ,电磁辐射 ,噪声, 降水 ,土壤 ,地质灾害检测等。2. 技术组成 通过对物联网的实质分析,发现物联网的真正实现需要信息采集技术、近程通讯技术、信息远程传输技术、海量信
8、息智能分析与控制技术等相互配合和完善。2.1信息采集技术 信息采集是物联网的基础,目前的信息采集主要采用传感器和电子标签等方式完成,传感器用来感知采集点的环境参数,如温度、震动等,电子标签用于对采集点的信息进行“标准化”标识。目前市面上已经有大量门类齐全且技术成熟的传感器,如图1。 图1 各类传感器组件2.2 近程通讯技术 近程通讯是新兴的短距离连接技术,从很多无接触式的认证和互联技术演化而来,RFID和蓝牙技术是其中的重要代表。目前常用的RFID近程通讯如图2所示 。 RFID与人们常见的条形码相比有比较明显的优势,主要如下:2. 3 信息远程传输技术 在物联网的机器到机器、人到机器和机器到
9、人的信息远程传输中,有多种技术可供选择,目前主要有有线(如DSL、PON等)、无线(如CDMA 、GPRS、IEEE802.11a/b/g WLAN等)。2.4 海量信息智能分析与控制技术 依托先进的软件技术,对各种物联网信息进行海量存储与快速处理,并将处理结果实时反馈给物联网的各种“控制”部件。目前兴起的云计算就是满足物联网海量信息处理需求的计算模型。 综合上述可以看出,物联网是一个从互联网、近程通讯网演进而来,图3描述了物联网与现存的其他网络之间的关系。3. 核心技术分析3.1 感知层3.1.1 传感器技术传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大技术。从仿生学观点,如果把计算
10、机看成处理和识别信息的“大脑”,把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话,那么传感器就是“感觉器官”。微型无线传感技术以及以此组件的传感网是物联网感知层的重要技术手段。物联网传感器在农业方面的应用从广义上讲,传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置;简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件(感知元件)和转换器件两部分组成,有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号,本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多,就其感知外界信息的原理来讲,可分为物理类,基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类,基于化学反应的原理。生物类,基于酶、抗体、和激素等分子识别功
11、能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。3.1.2 射频识别(RFID)技术射频识别(Radio Frequency Identification,简称RFID)是通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据的无线通讯技术。在国内,RFID已经在身份证、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛应用。无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它的工作原理如下:使用射频电磁波通过空间耦合(交变磁场或电磁场)在阅读器和进行识别、分类和跟踪的移动物品(物品上附着有RFID标签)之间实现无接触信息传递并通过所
12、传递的信息达到识别目的的技术。RFID是一种利用电磁能量实现自动识别和数据捕获技术,可以提供无人看管的自动监视与报告作业。具体的工作原理如下:当装有电子标签的物体接近微波天线时,阅读器受控发出微波查询信号。安装在物体表面的电子标签收到经微波天线发出的查询信号后,根据查询信号中的命令要求,将标签中的数据信息反射回微波天线。微波天线接收到电子标签反射回的微波合成信号后,经阅读器内部微处理器处即可将电子标签中的识别代码等信息分离出来。这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理,从而完成与物体有关的信息查询、统计、管理等应用。整个识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技
13、术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,并且阅读器能自行判断RFID标签是否被重复读取处理。RFID技术的这些功能特性很适合流水线上产品的控制,以实现流水作业管理,得以使整个流水线管理自动化。RFID技术市场应用成熟,标签成本低廉,但RFID一般不具备数据采集功能,多用来进行物品的甄别和属性的存储,且在金属和液体环境下应用受限,RFID技术属于物联网的信息采集层技术。3.1.3 微机电系统(MEMS)微机电系统是从微机械(Micro Machinery)发展而来,原指利用光刻技术制造微米或纳米尺度的零件、部件或简单机构的系统。随着技术的发展,研究对象已不再是简单的零件和简单结构,而是集光机电
14、于一体,可以驱动,完成一定功能的复杂系统,与之相关的制造、检测、控制等技术则称为微系统技术(MST) 。纳米技术是实现微机械系统的重要技术基础。就目前而言,MEMS一般是指是指由微机械加工方法加工的微传感器和微执行器,与微电子信号处理和控制电路有机结合而成的自动化和智能化的微系统。一般是指外形轮廓尺寸在毫米量级以下,构成的元件尺寸在微米纳米量级(10-610-9 m)的可控制、可运动的微型机电装置。当前的尺寸为1m1mm,未来也可能达到nm 级。它将微型传感器、微型执行器、信号处理电路、自动控制电路、计算机接口电路、远距离通信系统和电源集为一体,构成一个完整的系统。其中微传感器获取信息,信号处
15、理与控制电路处理信息并作出决策,微执行器则实现机械动作。对这一新兴领域,各国学者使用不同的术语来表述。日本称之为微机械(Micro machine) ,欧洲叫作微系统(Micro systems ) ,美国称之为微电子机械系统(Micro electro mechanical3.1.4 GPS技术GPS技术又称为全球定位系统,是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS作为移动感知技术,是物联网延伸到移动物体采集移动物体信息的重要技术,更是物流智能化、智能交通的重要技术。GPS定位系统原理:由 24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上,以12小时的周期环绕
16、地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知,在GPS观测中,我们可得到卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有4个未知数,X、Y、Z和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度、高程,再根据经纬度计算精确时间等信息。 三连星GPS定位系统采用的是谷歌在线地图,以建筑物为参照物,找车更快、更准。3.2 信息汇聚层3.2.1 无线传感器网络(WSN)技术无线传感器网络(Wireless S
17、ensor Network,简称WSN)的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接,从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总,以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控,并根据这些信息进行相应的分析和处理。无线传感网络结构由传感器节点,汇聚节点,现场数据收集处理决策部分及分散用户接收装置组成,节点间能够通过自组织方式构成网络。传感器节点获得的数据沿着相邻节点逐跳进行传输,在传输过程中所得的数据可被多个节点处理,经多跳路由到协调节点,最后通过互联网或无线传输方式到达管理节点,用户可以对传感器网络进行决策管理、发出命令以及获得信息。WSN技术贯穿物联网的三个层面
18、,是结合了计算、通信、传感器三项技术的一门新兴技术,具有较大范围、低成本、高密度、灵活布设、实时采集、全天候工作的优势,且对物联网其他产业具有显著带动作用。3.2.2 Wi-FiWi-Fi(Wireless Fidelity,无线保真技术)是一种基于接入点(Access Point)的无线网络结构,目前已有一定规模的布设,在部分应用中与传感器相结合。Wi-Fi技术属于物联网的信息汇总层技术。它遵循IEEE所制定的 802.11x系列标准,所以一般所谓的802.11x系列标准都属于Wi-Fi。根据802.11x标准的不同,Wi-Fi的工作频段也有2.4G/HZ和5G/HZ的差别。但是Wi-Fi却
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