物聯(lián)網(wǎng)原理及應用 課程設計

1、湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙1、 說明什么是物聯(lián)網(wǎng)？答: 即通過射頻識別（RFID）(RFID+互聯(lián)網(wǎng)）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。2、 試說明一維條碼與二維條碼的主要差別在什么地方？答：一維條碼：一維條碼只是在一個方向（水平方向）表達信息，而在垂直方向則不表達任何信息，其要求一定的高度通常是為了便于閱讀器的掃描。一維條碼的應用可以提高信息錄入的速度，減少差錯率，只可表示英文、數(shù)字、簡單符號等字

2、符；貯存信息量小，主要依靠計算機中的關聯(lián)數(shù)據(jù)庫;；損污后可讀性差。一維碼一般用于物品的標識。二維條碼：在水平和垂直方向的二維空間都存儲信息， 稱為二維條碼（2-dimensional barcode），1高密度編碼，信息容量大：可容納多達1850個大寫字母或2710個數(shù)字或1108個字節(jié)，或500多個漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。2編碼范圍廣：該條碼可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信息進行編碼，用條碼表示出來；可以表示多種語言文字；可表示圖像數(shù)據(jù)。3容錯能力強，具有糾錯功能：這使得二維條碼因穿孔、污損等引起局部損壞時，照樣可以正確得到識讀，損毀面積達50仍可恢復信息。4譯

3、碼可靠性高：它比普通條碼譯碼錯誤率百萬分之二要低得多，誤碼率不超過千萬分之一。5可引入加密措施：保密性、防偽性好。6成本低，易制作，持久耐用。7條碼符號形狀、尺寸大小比例可變。8二維條碼可以使用激光或CCD閱讀器識讀。9可影印及傳真。 二維碼一般用于物品的信息描述，并可運用加密算法使其具有防偽的作用。一維碼的印刷成本低，二維碼的一般屬連續(xù)印刷，印刷成本稍高；一維碼識讀器價位低，而二維碼的識讀器價格較高。3、 說明一下無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的結構組成？答：傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點（sensor）、匯聚節(jié)點（sink node）和管理節(jié)點。大量傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測區(qū)域（sensor fie

4、ld）內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構成網(wǎng)絡。傳感器節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳后路由到匯聚節(jié)點，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達管理節(jié)點。用戶通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡進行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的組成和功能包括如下四個基本單元：傳感單元（由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構成，包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等）、通信單元（由無線通信模塊組成）、以及電源部分。此外，可以選擇的其它功能單元包括：定位系統(tǒng)、運動系統(tǒng)以及發(fā)電裝置等。4、 什么是云計算？說明云計算的特點？答：現(xiàn)階段廣為

5、接受的是美國國家標準與技術研究院（NIST）定義：云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡訪問， 進入可配置的計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡，服務器，存儲，應用軟件，服務），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。特點：1.超大規(guī)模?！霸啤本哂邢喈?shù)囊?guī)模，Google云計算已經(jīng)擁有100多萬臺服務器，亞馬遜、IBM、微軟和Yahoo等公司的“云”均擁有幾十萬臺服務器。“云”能賦予用戶前所湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙未有的計算能力。2.虛擬化。云計算支持用戶在任意位置使用各種終端獲取服務。所請求的資源來自“云”,而不是固定

6、的有形的實體。應用在“云”中某處運行，但實際上用戶無需了解應用運行的具體位置，只需要一臺筆記本或一個PDA,就可以通過網(wǎng)絡服務來獲取各種能力超強的服務。3.高可靠性?！霸啤笔褂昧藬?shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機更加可靠。4.通用性。云計算不針對特定的應用，在“云”的支撐下可以構造出于變?nèi)f化的應用，同一片“云”可以同時支撐不同的應用運行。5.高可伸縮性。“云”的規(guī)?？梢詣討B(tài)伸縮，滿足應用和用戶規(guī)模增長的需要。6.按需服務?！霸啤笔且粋€龐大的資源池，用戶按需購買，像自來水、電和煤氣那樣計費。7.極其廉價?！霸啤钡奶厥馊蒎e措施使得可以采用極其廉

7、價的節(jié)點來構成云;“云”的自動化管理使數(shù)據(jù)中心管理成本大幅降低;“云”的公用性和通用性使資源的利用率大幅提升;“云”設施可以建在電力資源豐富的地區(qū)，從而大幅降低能源成本。5、 以兩維條碼為例，用物聯(lián)網(wǎng)的設計方法，設計一個具有物聯(lián)網(wǎng)的應用實例？答：實例名稱：二維條碼的物聯(lián)網(wǎng)物流管理系統(tǒng)的設計1）該系統(tǒng)根據(jù)供應鏈系統(tǒng)流程，可將系統(tǒng)劃分成主要的五大部分，即管理平臺、生產(chǎn)企業(yè)、倉儲管理、商場企業(yè)和企業(yè)中間件。這五部分不但實現(xiàn)了供應鏈的基本流程，還通過企業(yè)中間件的設計對所銜接系統(tǒng)之間的整合實現(xiàn)了編碼，進行合理的數(shù)據(jù)處理，快速整合了各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)存儲，達到快速傳輸，快速處理的效果，并且在最后通過對相應數(shù)

8、據(jù)的處理可以實現(xiàn)管理平臺、生產(chǎn)企業(yè)、倉儲企業(yè)、商場企業(yè)對產(chǎn)品的跟蹤和溯源，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基本概念。系統(tǒng)的基本構架如圖1所示。管理系統(tǒng)平臺企業(yè)中間件生產(chǎn)企業(yè)管理系統(tǒng)倉儲企業(yè)管理系統(tǒng)商場企業(yè)管理系統(tǒng) 計算機 條碼打印機 計算機 條碼識別器 條碼識別器 計算機 售貨系統(tǒng)圖1物流管理系統(tǒng)的基本構架設計2）該系統(tǒng)設計中，所涉及的生產(chǎn)企業(yè)、倉儲企業(yè)、商場企業(yè)均為顯示存在的系統(tǒng)軟件，不僅僅局限于某個指定的軟件產(chǎn)品，可以根據(jù)不同情況銜接多個生產(chǎn)企業(yè)、多個運輸企業(yè)、多個商場企業(yè)以及多個倉儲企業(yè)，并且結合企業(yè)中間件的使用達到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，二維條碼的應用將集中應用于系統(tǒng)的底層，其主要應用有以下方面：管理系統(tǒng)平臺作

9、為系統(tǒng)的核心，很少用到二維條碼技術，它所需做的工作即將企業(yè)所湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙?zhí)峤坏臄?shù)據(jù)進行審核，如產(chǎn)品編碼審核、包裝編碼審核等；另外，管理系統(tǒng)平臺對在生產(chǎn)企業(yè)、倉儲企業(yè)、運輸企業(yè)進行數(shù)據(jù)傳輸起到了尤為重要的數(shù)據(jù)連接轉(zhuǎn)換作用。生產(chǎn)企業(yè)作為系統(tǒng)的源頭部分，實現(xiàn)產(chǎn)品、包裝進行編碼管理，即二維條碼標簽的唯一寫入點，整個系統(tǒng)除此之外的所有識別設備進行的操作均為讀取條碼信息操作，并非對條碼中的數(shù)據(jù)進行更改。在整個供應鏈流程中生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)Ξa(chǎn)品的整個物流過程進行跟蹤追溯，達到監(jiān)察目的。倉儲企業(yè)是整個物流管理系統(tǒng)的重要組成部分，作為批量商品的集散地，它將實現(xiàn)貨物的調(diào)度，通過二維條碼的識別系

10、統(tǒng)，將向管理系統(tǒng)平臺實時傳輸商品的出庫、入庫情況，以及商品的流向。商場企業(yè)是貨物的集散地之一，通過條碼識別系統(tǒng)和售貨系統(tǒng)將向管理系統(tǒng)平臺實時傳輸商品的出售情況，如銷售記錄、退貨情況等。本設計采用C#語言，Microsoft visual studio 2005平臺上編寫了條碼的編碼和繪制程序。設計條碼編碼系統(tǒng)的過程框圖如圖2所示：編碼商品信息編碼壓縮加入糾錯碼字跟據(jù)數(shù)據(jù)碼、糾錯碼，查詢碼字條空對照表，找出對應的條空組合方式根據(jù)對應條空組合繪制條形碼顯示條碼圖形圖2 PDF417條碼產(chǎn)生過程3）編碼壓縮書本介紹內(nèi)容可知，PDF二維條碼中的有效信息為數(shù)據(jù)碼字，這些信息被壓縮后存放在條碼中。PDF4

11、17碼有三種壓縮模式：文本壓縮模式（TC），數(shù)字壓縮模式（NC）和字節(jié)壓縮模式（BC）。通過采用模式鎖定碼字，可在一個PDF417條碼符號中采用多種壓縮模式存儲數(shù)據(jù)，有效提高條碼的壓縮率。該設計采用了三種壓縮算法，字母和符號采用文本壓縮模式，數(shù)字單獨采用數(shù)字壓縮模式，漢字采用字節(jié)壓縮模式，此時所采用的壓縮模式壓縮率最高。文本壓縮模式下編碼流程圖如圖3所示。生成文本壓縮模式、數(shù)字壓縮模式和字節(jié)壓縮模式代碼見附錄。湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙圖3編碼程序流程圖4）編碼軟件的實現(xiàn)本文所編寫的PDF417碼生成的軟件界面如圖4所示，湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙圖4 PDF417編碼系統(tǒng)

12、界面當輸入待編碼得商品信息、條碼長寬比、條碼列數(shù)后，直接點擊一鍵生成按鈕，就可以直接從顯示窗口上顯示出相應的PDF417條碼，其中設計該編碼系統(tǒng)時，為了簡便，其糾錯等級默認值為0。然后點擊另存為按鈕就可以將生成條碼保存，然后按照需要來調(diào)整整個圖像的大小，之后打印出合適的條碼圖像。如圖5、6示：湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙圖5 輸入產(chǎn)品信息圖6 生成條碼如圖7是采用C#語言，在Microsoft visual studio 2005平臺上“PDF417編碼系統(tǒng)窗體設計”界面。湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙圖7 PDF417編碼系統(tǒng)“窗體設計”圖8是“PDF417編碼系統(tǒng)窗體程序接口

13、設計”界面。圖8 PDF417編碼系統(tǒng)窗體程序接口設計湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙最后生成的含有商品信息的二維條碼如圖9所示，其中所編碼的信息為：“商品名稱：海飛絲 生產(chǎn)企業(yè)：美國寶潔 生產(chǎn)日期：2011年5月15日 生產(chǎn)編號：690314045133”。圖9 PDF417編碼系統(tǒng)生成條碼圖片在該物流管理系統(tǒng)中，PDF417條碼的編碼內(nèi)容可以是商品的所有信息，如生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、編號等等，根據(jù)不同的商品還可以調(diào)整錄入的信息。從產(chǎn)品的生產(chǎn)到成品下線、銷售、運輸、倉儲、零售等各個環(huán)節(jié)，就可以應用這么小小的一張條碼，對商品進行方便、快捷的管理，從而實現(xiàn)了商品的高效管理。 湖北工業(yè)大學研究生

14、考試（考查）答題紙附 錄1文本壓縮模式、數(shù)字壓縮模式和字節(jié)壓縮模式的部分核心代碼：/文本壓縮模式protected internal virtual void textCompaction(int start, int length)int dest = new intABSOLUTE_MAX_TEXT_SIZE * 2; int mode = ALPHA; int ptr = 0; int fullBytes = 0; int v = 0; int k;int size; length += start; for (k = start; k < length; +k) v = getT

15、extTypeAndValue(length, k); if (v & mode) != 0) destptr+ = v & 0xff;continue; if (v & ISBYTE) != 0) if (ptr & 1) != 0) destptr+ = (mode & PUNCTUATION) != 0 ? PAL : PS;mode = (mode & PUNCTUATION) != 0 ? ALPH A : mode;destptr+ = BYTESHIFT;destptr+ = v & 0xff;fullBytes += 2;

16、continue;switch (mode) case ALPHA:/大寫模式 if (v & LOWER) != 0) destptr+ = LL;destptr+ = v & 0xff; mode = LOWER; else if (v & MIXED) != 0) destptr+ = ML;destptr+ = v & 0xff;mode = MIXED;else if (getTextTypeAndValue(length,k+1) & getTextTypeAndValue(length, k +2) & PUNCTUATION) !

17、= 0)destptr+ = ML;destptr+ = PL; destptr+ = v & 0xff;mode = PUNCTUATION; elsedestptr+ = PS; destptr+ = v & 0xff; break; case LOWER:/小寫模式if (v & ALPHA) != 0)if(getTextTypeAndValue(length,k+1) & getTextTypeAndValue(length, k + 2) & ALPHA) != 0) destptr+ = ML; destptr+ = AL; mode =

18、ALPHA;else destptr+ = AS; destptr+ = v & 0xff; else if (v & MIXED) != 0) destptr+ = ML;destptr+ = v & 0xff;mode = MIXED; else if (getTextTypeAndValue(length, k+1) & getTextTypeAndValue(length, k + 2) & PUNCTUATION) != 0) destptr+ = ML; destptr+ = PL;destptr+ = v & 0xff;mode =

19、 PUNCTUATION;elsedestptr+ = PS;destptr+ = v & 0xff;break;case MIXED:/符號模式if (v & LOWER) != 0)destptr+ = LL;destptr+ = v & 0xff;mode = LOWER; else if (v & ALPHA) != 0)destptr+ = AL; destptr+ = v & 0xff;mode = ALPHA;else if (getTextTypeAndValue(length, k+1) & getTextTypeAndValu

20、e(length, k+2) & PUNCTUATION) != 0) destptr+ = PL;destptr+ = v & 0xff;mode = PUNCTUATION; else destptr+ = PS; destptr+ = v & 0xff; break; case PUNCTUATION:/標點型子模式destptr+ = PAL; mode = ALPHA; -k; break; if (ptr & 1) != 0) destptr+ = PS; size = (ptr + fullBytes) / 2;if (size + cwPtr &

21、gt; MAX_DATA_CODEWORDS) Throw new System.IndexOutOfRangeException("The text is too big."); length = ptr;ptr = 0;while (ptr < length) v = destptr+; if (v >= 30) codewordscwPtr+ = v; codewordscwPtr+ = destptr+; else codewordscwPtr+ = v * 30 + destptr+;/數(shù)字壓縮子函數(shù)protected internal virtual

22、 void basicNumberCompaction(int start, int length) int ret = cwPtr;int retLast = length / 3;int ni, k;cwPtr += retLast + 1;for (k = 0; k <= retLast; +k)codewordsret + k = 0;codewordsret + retLast = 1;length += start;for (ni = start; ni < length; +ni)湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙/ multiply by 10for (k = r

23、etLast; k >= 0; -k)codewordsret + k *= 10;/ add the digitcodewordsret + retLast += textni - '0'/ propagate carryfor (k = retLast; k > 0; -k)codewordsret + k - 1 += codewordsret + k / 900; codewordsret + k %= 900; /數(shù)字壓縮模式protected internal virtual void numberCompaction(int start, int le

24、ngth) int full = (length / 44) * 15;int size = length % 44;int k;if (size = 0)size = full;elsesize = full + size / 3 + 1;if (size + cwPtr > MAX_DATA_CODEWORDS) throw new System.IndexOutOfRangeException("The text is too big.");length += start; for (k = start; k < length; k += 44) size = length - k < 44 ? length - k : 44; basicNumberCompaction(k, size); /字節(jié)壓縮子函數(shù)，長度小于6位時執(zhí)行此函數(shù)protected internal virtual void byteCompaction6(int start) int length = 6; int ret = cwPtr int retLast = 4;int ni, k;湖北工業(yè)大學研究生考試（考查）答題紙cwPtr += retLast + 1;for (k = 0; k <= retLast; +k)codew