物联网应用无线传感器网络方案47126.docx

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1、物联网应用无线传感器网络方案2010-100-12目录一、物联网技术术及其应用- 4 -1.1物联网的的概念- 4 -1.2物联网的的应用领域- 6 -1.3物联网的的实现原理- 7 -二、无线传感器器网络(WSSN)- 9 -2.1无线传感感器网络- 10 -2.2无线传感感器网络的特特点- 10 -2.3无线传感感器网络的架架构- 11 -2.4基于WSSN的云计算算“信息中心”- 12 -2.5信息中心心框架图- 13 -2.6软件平台台- 14 -2.6.1信息息中心应用层层- 14 -2.6.2信息息中心基础层层采集和处理理数据- 17 -2.6.3软件件界面- 20 -2.7、硬件

2、平平台- 21 -2.7.1硬件件部分- 21 -2.7.2硬件件平台的实现现方式- 21 -三、应用案例- 23 -3.1车辆传感感器- 23 -3.1.1车辆辆应用- 23 -3.2车载终端端- 24 -3.2.1终端端应用- 24 -3.3车载终端端信息发布系系统架构- 24 -3.4车辆应用用商业营运模模式图- 26 -四、总结- 27 -4.1智慧城市市概念- 27 -4.2智能医疗疗体系- 28 -一、物联网技术术及其应用1.1物联网的的概念物联网是新一代代信息技术的的重要组成部部分。物联网网的英文名称称叫“Thee Inteernet of thhings”。顾顾名思义，物物联网

3、就是“物物物相连的互互联网”。物联网的定义是是：通过射频频识别（RFFID）、红红外感应器、全全球定位系统统、激光扫描描器等信息传传感设备，按按约定的协议议，把任何物物体与互联网网相连接，利利用云计算信信息中心进行行交换和通信信，以实现对对物体的智能能化识别、定定位、跟踪、监监控和管理的的一种网络。物联网可以在内内网（Inttranett）、专网（EExtrannet）、和和互联网（IInternnet）的环境下，实实现对“万物物”的“高效效、节能、安安全、环保”的的“管、控、营营”一体化。这里的“物”要要满足以下条条件才能够被被纳入“物联联网”的范围围：1、要有相应信信息的接收器器；2、要有

4、数据传传输通路；3、要有一定的的存储功能；4、要有CPUU；5、要有操作系系统；6、要有专门的的应用程序；7、要有数据发发送器；8、遵循物联网网的通信协议议；9、在世界网络络中有可被识识别的唯一编编号。图1-1图1-2物联网的应用相相当广泛，它它在无线通信信的基础上实实现物物联通通，可以对物物体的监控和和管理，通过过不同的传感感器得到原始数据据后，利用软件件平台，对数数据信息进行行处理，例如如气象数据、车车辆数据、污污染数据等，除了可以提供给相应的部门加以利用和管理，还可以将处理后的各种数据，通过Wifi、GPRS、3G等传输方式发送到接受终端， 终端上即可显示道路、气候、新闻、娱乐、商家等指

5、数。1.2物联网的的应用领域物联网的应用遍遍及智能交通通、环境保护护、政府工作作、公共安全全、平安家居居、智能消防防、工业监测测、环境监测测、老人护理理、个人健康康、花卉栽培培、水系监测测、食品溯源源、敌情侦查查和情报搜集集等多个领域域。物联网应用行业应用方式举例智能建筑设备（家电等）、安安全、节能智能运输库存、车队、监监控、导航、识识别、货物物流供应链交易、订单、跟跟踪、识别金融电子支付、实时时信息、移动动证券健康监控监控，实时时信息教育网络教育、实时时信息电力抄表、监控、节节能公共安全照明、信号、应应急、灾害、识识别消防联动、消防栓、定定位、调度工业自动化生产、安全、防防灾、水电油油气数字

6、化医疗设备、临床、辅辅助诊断、病病程跟踪环境保护污染检测、报警警气象降水、防洪、远远程设备水务水质、水量、污污染、安全农业大棚、土壤、灌灌溉、环境、跟跟踪林业防火、勘察、报报警遥感勘测大地勘测、森林林、地震、海海洋煤炭通风、瓦斯、救救灾定位石化险情、油井、运运输、管线交通公交、出租车、铁铁路、船运、航航空1.3物联网的的实现原理物联网把新一代代IT技术充充分运用在各各行各业之中中，它可以将将感应器嵌入入和装备到电电网、铁路、桥桥梁、隧道、公公路、建筑、供供水系统、大大坝、油气管管道等各种物物体中，然后后使之与现有的的互联网整合合起来，实现现人类社会与与物理系统的的整合，它存在能力超超级强大的中

7、中心计算机群群，能够对网网络内的人员员、机器、设设备和基础设设施进行实时的管管理和控制，在在此基础上，人人类可以以更更加精细和动动态的方式管管理生产和生生活，达到“智智慧”状态，提提高资源利用用率和生产力力水平，改善善人与自然间间的关系。毫无疑问，如果果“物联网”时时代来临，人人们的日常生生活将发生翻翻天覆地的变变化。人们正正走向“物联联网”时代，但但这个过程可可能需要很长长的时间。- 38 -图1-3物联网的核心是是：)RFID（射射频技术）；)无线传感器器传感网(WSSN)；) M2M（MMachinne to Machiine）；) 两化融合合(信息化和和工业化的融融合)。在以上所陈述的

8、的领域中，核核心部分为无无线传感器网网络（WSNN）。以无线线传感器网络络为基础，再再延展出整个个物联网的应应用，因此，无无线传感器网网络可以视为为物联网的初初期形态，做做好无线传感感器网络的建建设和应用，才才能为物联网网的实现提供供软硬件的平平台和基础框框架。图1-4二、无线传感器器网络(WSSN)图2-1：WSSN的基础框框架和模型 图2-2：WSSN的软件应应用平台架构构微电子机械加工工(MEMSS)技术的发发展为传感器器微型化提供供了可能，微微处理技术的的发展促进了了传感器智能能化，通过MMEMS技术术和射频(RRF)通信技技术融合促进进了无线传感感器及其网络络的诞生。传传感器正经历历

9、一个从传统统传感器(DDumb SSensorr)智能传传感器(Smmart SSensorr)嵌入式式Web传感感器(Embbeddedd Web Sensoor)的内涵涵不断丰富的的发展过程，传传感器正在实实现微型化、智智能化、信息息化、网络化化。2.1无线传感感器网络无线传感器网络络(Wireeless Sensoor Nettworkss, WSNNs)就是物物联网的实质质性完成形态态。所谓WSSNs，就是是由部署在监监测区域内大大量的传感器器节点以无线线通信的方式式形成的自由由组织的网络络系统。这些些节点集传感感器执行器、控控制器和通信信装置于一体体，集传感与与驱动控制能能力、计算能

10、能力、通信能能力于一身，将物理世界信息融合到信息世界中，达到了“物联”的目的。图2-3：无无线传感器网网络系统方案案结构图2.2无线传感感器网络的特特点)大规模，网网络拓扑结构构复杂；)单个节点小小体积，节点点资源有限；)自组织，多多跳，无基础础设施支持；)网络数据传传输有方向性性。2.3无线传感感器网络的架架构整个WSN系统统的应用，使使观测者可以以远程、不定定期、多方式式的自由浏览览和统计被观观测区域内长长时间的信息息资料，同时时向接收终端发送送信息。图2-4：无线线传感器网络络系统数据流流程和模块关关系2.4基于WSSN的云计算算“信息中心”以各种传感器为为基点平台，噪噪音传感器、流流量

11、传感器、车车距传感器、GGPS定位传传感器等，由由传感器将数数据采集后发发送到数据终终端，并由固固定的终端（PPC、LEDD接收）、移动终端（车车载电视、手手机、车载LLED等），或或安装在室外外固定的射频频接收点，进进行数据采集集，然后通过过无线网络传传输到信息中中心进行数据据存储、处理理、挖掘，形形成固定格式式再经过数据据终端发送到到终端。图2-5：云计计算“信息中中心”运行流流程图在整个流程中，现现实世界（传传感器网络）提提供的数据源源，都完全依依赖信息中心心的软件平台台来处理和发发布。图2-6：典型型的无线传感感器网络应用2.5信息中心心框架图图2-7通过框架图我们们可以看到整整个无线

12、传感感器网络，是是如何应用到到各个领域的的。WSN中中的数据在通通过基础硬件件平台即基础础层获取后，需需要经过多个层面面的传递，予予以应用。由于无线传传感器网络的的多样性、复复杂性，所以以只有以信息息中心为平台台，利用软件件的模块化来来管理，才能能完成数据传传递、处理、交换和发布。在应用层，各个个部门都可以以在云信息中中心平台得到到数据，包括括交通、环境境监测、流量量、矿山地质、农农林渔等数据据，这些数据据由信息中心心平台的软件进行处处理和整合。公共服务层是数数据发布中心心，可面向终端（车车辆、LEDD显示、手机机、PC等）实实时发布重要要数据，提供供数据的检索索、比对、定定位追索等一一系列处

13、理。中间件层是数据据存储和设备备管理的核心心，包括数据据量的大小和和处理速度。传输层通过无线线网络Wiffi、3G、GGPRS、CCDMAXAA等方式，将采集集的原始数据据传输到数据据库中，并可可以由中间件件层存储、服服务层处理、应应用层使用。基础层以各种传传感器为基点点，安装在需需要采集的点点位，并将采采集到的数据据实时传送到到接受设备，以以供查询和使用。2.6软件平台台2.6.1信息息中心应用层层应用层我们分为为两大块，信信息运营层和和整合应用层层。图2-81）信息运营层层，这里我们们为各部门，提供相应的的数据平台或或接口，可以以与每个部门门的信息系统统联通，形成成数据交换网网络，还可以以

14、提供相应的的数据分析，为为整合应用层层提供支持。例如：环保：大气污染染指数、噪音音指数、降水水指数、水污污染指数、土土地酸碱度等等；交管：人车流量量、高峰时段段管理、事故故处理、车辆辆管理等；农林渔：智能农农业、森林防防火、渔业养养殖等；水利：水温监控控、水流量监监控、水位检检查、水污染染检查等等。2）整合应用层层：这里我们们主要为商业业平台提供信信息支持，通通过对各方面面的信息处理理，为商家提提供准确的信信息资料和发发布，通过车车载终端、手手机，就可以以查询相关信信息：图2-9交通信息：为城城市交通提供供服务；可以以通过终端查查询实时路况况、拥堵信息息、道路施工工、GPS定定位、地图信信息等

15、。图2-10车辆呼叫：用手手机呼叫身边边的出租车，可可以在信息中中心查询到出出租车的信息息。图2-11天气信息：准确确实时的天气气情况，包括括降雨、降雪雪、路面、温温度；未来几几天内的所在在地云图、降降雨；区域性性信息等信息息图2-11新闻信息：商业业新闻、公益益信息、广告告促销、商家家活动等；可可以看到区域域内的餐厅、娱娱乐场所、每每个场所的人人气指数、促促销信息、商商家的地理信信息等图2-12地图信息：准确确的定位信息息、电子罗盘盘、出行规划划等；在终端端上可以为人人们的出行提提供更详细的的规划，乘车车路线，公交交信息、住宿宿信息等如上所述的商业业资讯，为人人们出行娱乐乐提供第一手手详细资

16、料。平平台商业化应应用，可以带带动各行各业业的发展，如如旅游业、娱娱乐业、饮食食住宿、交通通运输等。在在提供准确实实时商业资讯讯的同时，还可可以发布相关关的法规、制制度、管理等等政务信息。数数据被传递到到信息运营层层后，通过分析析，为政务部部门制定行业业的管理方法法和治理手段段提供依据。2.6.2信息息中心基础层采集和和处理数据通过基础层我们们可以得到相相应的数据图2-131）车辆行驶轨轨迹，可以看看到安装基点点的车辆在一一天中行驶的的轨迹，可以以更合理的安安排车辆的行行驶、可以看看到车的流量量，长途、短短途，行驶时时间等相关数数据。图2-142）GPS信息息图电子罗盘，通过GPSS的定位，可

17、可以看到车辆辆实时状况，包包括定位、里里程、车辆工工作状况、行行驶路线。这这些数据可以以进行处理得得到某时段的的实时路况，并并发送到终端端，进行错峰峰行驶、保证证交通 顺畅畅。图2-153）在交通运输输管理中，可可以轻松的看看到每个车辆辆的行驶路线线、里程数、车车辆运营状态态、道路状况况等信息。图2-164）道路天气信信息，可以看到流流量最大的区区域某天的某某个时段的噪噪音、空气质量、降降水、降雪、路路面温度等，有有利于环保和和节能降耗的的管理。 图2-175）天气信息系系统，主要由建于于各路段的诸诸多自动气象象站、中心站站、管理与决决策机构以及及公路养护与与应急机构组组成。图2-186）监测

18、项目，除一般常规规项目之外增增加了降水识识别传感器和道路路温度传感器器，降水识别别装置可以自自动判断降水水是雨还是雪雪甚至是路面面的结冰，道道路温度探测测器是专为道道路天气信息息系统所用而而设计的，主主要安装于汽汽车前轮胎的的前面，在汽汽车行进过程程中测量路面面温度，生成成路面的温度度变化曲线，反反映不同路段段、不同时间间路面温度状状况。图2-197）噪音监测，可可以得到车辆辆出行高峰期期的噪音指数数、尾气排放放指数以及车车流量数据等等，信息中兴兴可以处理这这些数据，进进行合理的交交通疏导。2.6.3软件件界面1）传感器采集集的数据进行处理理，成为各个个部门可以使使用的数据，并并形成报告统统计

19、数据。由由传感器发送送的数据是最最原始的数字字代码，无法法直接使用，因因此有信息中中心的软件处处理之后，才才能成为可用用的资源并为为各个部门所所用。例如：可以通过过空气质量传传感器得到数数据，发送到到中心后，可可以由软件处处理。图2-202）水污染传感感器以及水纹纹传感器，可可以监控各个个地方的污染染指数、污水水排放指数、水水位及流量指指数等，对于于汛期防汛、水水土污染、空空气治理方面面提供最数据据。图2-213）水利监测类类的传感器模模块，可通过传感器采集处理的数据有有水流量、水水位警戒、水水浑浊度等，设设定报警值，就就可以防患于于未然，在雨雨季对危险水水域的实时监监控，甚至可可以对降水量量

20、实行监控。图2-222.7、硬件平平台2.7.1硬件件部分由传感器、基板板、接受终端端组成，传感感器可分为流流量、噪音、雨雨水、GPSS等，基板为载体体，传感器载载体开发板，包包括CPU和和RAM，接收终端存存储发送端，包包含wifii、3G、GGPRS、CCDMA等无无线传输模块块，传感器采集集的数据由基基板发送到终终端，再有终终端经过无线线基站发送到到信息中心。图2-232.7.2硬件件平台的实现方式传感器节点即是是基于低功耗耗的稳定硬件件平台，集成成了操作系统统、射频协议议和节点应用用程序等。节节点上传感器器灵活可配置置、同时可以以由用户自行行添加维护传传感器，各个个节点上可分分别配置不

21、同同类型不同数数量的传感器器模块。节点点自组成的网网络具有很强强的自恢复性性和低功耗特特性。节点采采集部署环境境中的实际数数据，然后将将数据通过网网络正确的进进行融合汇聚聚。已完成2.4GG频段的射频频节点、节点点板、传感器器板、网关板板等所有硬件件节点和相关关硬件板卡设设计和制造。传传感器节点主主要包含如下下硬件：1)微处理器：带丰富的IIO、A/DD和各种接口口(I2C、SSPI、UAART)，低低功耗可休眠眠；2)射频收发模模块：负责无无线数据收发发，低功耗、高高稳定性，工工作于3155/433/868/9915MHzz/2.4GGHz等多种种频率；3)传感器模块块：大量适用用于不同应用

22、用的传感器，可可采集温度、湿湿度、声、光光、压力、速速度、加速度度、PH值、含含氧量、血糖糖含量、甲醛醛等各种物理理量；4)供电模块：可采用干电电池、锂电池池、太阳能电电池等进行供供电。 传感器板 节点板 网关板 节点套装装三、应用案例 3.1车辆传感感器3.1.1车辆辆应用随着汽车产业的的发展，交通通管理和安全全成为焦点问问题，若能将在私家家车、公交车车、出租车等等交通工具纳纳入到无线传传感器网络中中，通过安装装在车上的车车辆传感器，可可以收集到大大量的数据，处理后后的信息为交交通管理提供供数据依据，如如：1）车辆管理：出租车管理理，可以防止止黑车运输、乘乘客及司机信信息、里程信信息、车辆呼

23、呼叫安排； 公交车管管理，可以车车辆行驶时间间、到站时间间、人流量信信息、交接班班信息； 私家车管理理，可以和正正规运营的停停车场联网，查查处事故车辆辆、监控黑车车运营。2）道路管理：路况信息，施施工路段的发发布、道路拥拥堵状况、道道路规划路段段、临时占路路情况； 路面信息息，路面的湿湿滑状况、路路面积水状况况、路面结冰冰降雪情况。图3-13.2车载终端端3.2.1终端端应用通过车载终端还还可以显示信信息中心发布布的信息，成成为商业应用用的平台，如如：1）、信息发布布：商家的信信息、地理位位置信息 、广告、政政策法规等多多元化、互动动式的发布；2）、信息交互互：信息搜索索、车主宝典典、商家评分

24、分等互动交流流。3.3车载终端端信息发布系系统架构图3-2如图所示，车辆辆上的传感器，将数据传给车辆上的的接收终端（PDAA）存储，然然后通过3GG网络、WiiFI网络、以以及GPRSS等通信网络，将将数据传回信信息中心进行行处理，通过过互联网为各个部门提供供数据。图3-3再由发布系统，向向车载终端发发送信息（商商业、公益信信息）并在车车载终端上显显示，提供信信息查询和交交互。 图3-4：车载载终端信息显显示图通过终端上的软软件系统，就可以以和信息中心心交互，可以以查询信息、看看路况、交友友、购物娱乐乐、车辆状况况等一系列的的互动。3.4车辆应用用商业营运模模式图图3-5越来越多的车辆辆上都安

25、装有车载终终端（PDAA、GPS导导航、行车电电脑系统等）和和蓝牙、手机机等通信模块块，只要在终终端上下载相相应的软件就就可以成为平平台中的一个个点。无线传传感器网络的的发展为车辆辆管理体系提提供了更高更更有效的手段段， 再结合合商业平台的的应用，成为为城市管理中中必不缺少系系统。四、总结4.1智慧城市市概念智慧城市是指充充分借助物联联网、传感网网，涉及到智智能楼宇、智智能家居、路路网监控、智智能医院、城城市生命线管管理、食品药药品管理、票票证管理、家家庭护理、个个人健康与数数字生活等诸诸多领域，把把握新一轮科科技创新革命命和信息产业业浪潮的重大大机遇，充分分发挥深圳信信息通信（IICT）产业

26、业发达、RFFID相关技技术领先、电电信业务及信信息化基础设设施优良等优优势，通过建建设ICT基基础设施、认认证、安全等等平台和示范范工程，加快快产业关键技技术攻关，构构建城市发展展的智慧环境境，形成基于于海量信息和和智能过滤处处理的新的生生活、产业发发展、社会管管理等模式，面面向未来构建建全新的城市市形态。图4-1随着物联网时代代的到来，各各个行业都在在积极的应用用，物联网涵涵盖的范围相相当广泛，其其核心仍然是是无线传感器器网络的建设设和信息处理理发布平台的的建设。我们的方案，是是在把这2大大核心结合起起来，并由云云计算的信息息中心为内核核，综合软硬硬件的一个通通用化的无线线传感器网络络平台

27、，并通通过模块化开开发，可以适适用于各个领领域的物联网网发展。引入以服务为主主线的商业发发展模式，为为商业物联网网推广提供一一个发展模式式及实施框架架，在这个商商业模式中，和和云计算信息息中心是密不不可分的，所所有的终端（手手机、PDAA、车载终端端等）都成为为这个云中心心的一个信息息接收点，以以三大无线运运营商的MMMS信息系统统为桥梁，为为物联网的发发展提供一个个通用化的网网络平台。4.2智能医疗疗体系如果在住院病人人身上安装特特殊用途的传传感器节点，如如心率和血压压监测设备，利利用无线传感感器网络，医医生就可以随随时了解被监监护病人的病病情，进行及及时的处理，还还可以利用无无线传感器网网络长时间地地收集人的生生理数据，这这些数据在研研制新药品的的过程中是非非常有用的，而而安装在被监监测对象身上上的微型传感感器也不会给给人的正常生生活带来太多多的不便。此此外，在药物物管理等诸多多方面，它也也有新颖而独独特的应用。总总之，无线传传感器网络为为未来的远程程医疗提供了了更加方便、快快捷的技术实实现手段，见见图4-2:图4-2：病房房巡检示意图图