物聯(lián)網(wǎng)研究和實踐

物聯(lián)網(wǎng)研究和實踐一、物聯(lián)網(wǎng)概述利用條碼、射頻識別（RFID）、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物的在任何時間、任何地點的連接（anything、anytime、anywhere），從而進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的龐大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。IBM前首席執(zhí)行官郭士納提出一個重要的觀點：計算模式每隔15年發(fā)生一次變革。每一次這樣的技術(shù)變革都引起企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間甚至國家間競爭格局的重大動蕩和變化。而互聯(lián)網(wǎng)革命一定程度上是由美國“信息高速公路”戰(zhàn)略所催熟。全面感知可靠傳輸智能處理感知傳輸智能利用RFID、傳感器、二維碼等能夠隨時隨地采集物體的動態(tài)信息。通過網(wǎng)絡(luò)將感知的各種信息進(jìn)行實時傳送。利用計算機(jī)技術(shù)，及時地對海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息控制，真正達(dá)到了人與物的溝通、物與物的溝通。智能卡條形碼二維碼

GPS傳感器技術(shù)網(wǎng)關(guān)設(shè)備近距離通信因特網(wǎng)跟蹤定位高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)面臨的五個主要問題（1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題

世界各國存在不同的標(biāo)準(zhǔn)。中國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會于2006年成立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)項目組。2009年9月，傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組正式成立了PG1(國際標(biāo)準(zhǔn)化)、PG2(標(biāo)準(zhǔn)體系與系統(tǒng)架構(gòu))、PG3(通信與信息交互)、PG4(協(xié)同信息處理)、PG5(標(biāo)識)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(電力行業(yè)應(yīng)用調(diào)研)等8個專項組，開展具體的國家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

（2）安全問題

信息采集頻繁，其數(shù)據(jù)安全也必須重點考慮。

（3）協(xié)議問題

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，在物聯(lián)網(wǎng)核心層面是基于TCP/IP，但在接入層面，協(xié)議類別五花八門，GPRS/CDMA、短信、傳感器、有線等多種通道，物聯(lián)網(wǎng)需要一個統(tǒng)一的協(xié)議棧。（4）IP地址問題

每個物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址，就需要一個地址。物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址，IPv4資源即將耗盡，那就需要IPv6來支撐。IPv4向IPv6過渡是一個漫長的過程，因此物聯(lián)網(wǎng)一旦使用IPv6地址，就必然會存在與IPv4的兼容性問題。

（5）終端問題。

物聯(lián)網(wǎng)終端除具有本身功能外還擁有傳感器和網(wǎng)絡(luò)接入等功能，且不同行業(yè)需求千差萬別，如何滿足終端產(chǎn)品的多樣化需求，對運(yùn)營商來說是一大挑戰(zhàn)。二、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實例畜牧溯源給放養(yǎng)的牲畜中的每一只羊都貼上一個二維碼，這個二維碼會一直保持到超市出售的肉品上，消費(fèi)者可通過手機(jī)閱讀二維碼，知道牲畜的成長歷史，確保食品安全。我國已有10億存欄動物貼上了這種二維碼。

無線葡萄園2002年，英特爾公司率先在俄勒岡建立了世界上第一個無線葡萄園。傳感器節(jié)點被分布在葡萄園的每個角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度、濕度或該區(qū)域有害物的數(shù)量，以確保葡萄可以健康生長。研究人員發(fā)現(xiàn)，葡萄園氣候的細(xì)微變化可極大地影響葡萄酒的質(zhì)量。通過長年的數(shù)據(jù)記錄以及相關(guān)分析，便能精確的掌握葡萄酒的質(zhì)地與葡萄生長過程中的日照、溫度、濕度的確切關(guān)系。這是一個典型的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能耕種的實例。大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

2002年，由英特爾的研究小組和加州大學(xué)伯克利分校以及巴港大西洋大學(xué)的科學(xué)家把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)視大鴨島海鳥的棲息情況。位于緬因州海岸大鴨島上的海燕由于環(huán)境惡劣，海燕又十分機(jī)警，研究人員無法采用通常方法進(jìn)行跟蹤觀察。為此他們使用了包括光、濕度、氣壓計、紅外傳感器、攝像頭在內(nèi)的近10種傳感器類型數(shù)百個節(jié)點，系統(tǒng)通過自組織無線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?00英尺外的基站計算機(jī)內(nèi)，再由此經(jīng)衛(wèi)星傳輸至加州的服務(wù)器。在那之后，全球的研究人員都可以通過互聯(lián)網(wǎng)察看該地區(qū)各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，掌握第一手的環(huán)境資料，為生態(tài)環(huán)境研究者提供了一個極為有效便利的平臺。水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)根據(jù)目前歐美各國在研項目的文獻(xiàn)資料，可以大致將水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)可分為以下幾類：(1)基于水面浮標(biāo)的(射頻+水聲通信)可任意升降的三維立體水下傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。優(yōu)點：布放比較容易，可利用太陽能、GPS以及水面上的無線通信，回避、降低了水下通信的困難。缺點：阻礙航道，易被發(fā)現(xiàn)破壞，容易隨波逐流，位置不能固定。(2)由固定在海底基站的節(jié)點構(gòu)成的，可任意升降的三維立體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過光纜或聲通信與水面網(wǎng)關(guān)、節(jié)點聯(lián)結(jié)，將數(shù)據(jù)傳輸至基站。優(yōu)點：不會影響航行。缺點：維護(hù)不容易。

(3)基于水面浮標(biāo)節(jié)點(射頻+水聲通信)、水中自主航行器（水聲通信）和水底固定節(jié)點（水聲通信）的三維立體系統(tǒng)。優(yōu)點：覆蓋全面，配置靈活，功能強(qiáng)大。缺點：系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。與地面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)仍然存在著諸多困難：如有效帶寬非常有限、水下信道非常惡劣等等，在這個領(lǐng)域還有許多的困難需要解決。個人保健

人身上可以安裝不同的傳感器，對人的健康參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并且實時傳送到相關(guān)的醫(yī)療保健中心，如果有異常，保健中心通過手機(jī)，提醒您去醫(yī)院檢查身體。未來數(shù)字家庭數(shù)字家庭信息通信娛樂生活數(shù)字家庭是以計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，包括各類消費(fèi)電子產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、信息家電及智能家居等，通過不同的互連方式進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)中各類電子產(chǎn)品之間的“互聯(lián)互通”的一種服務(wù)。數(shù)字家庭的四大功能：信息、通信、娛樂和生活。文物保護(hù)對珍貴的古老建筑進(jìn)行保護(hù)，是文物保護(hù)單位長期以來的一個工作重點。將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光照等傳感器的節(jié)點布放在重點保護(hù)對象當(dāng)中，無需拉線鉆孔，便可有效地對建筑物進(jìn)行長期的監(jiān)測。此外，對于珍貴文物而言，在保存地點的墻角、天花板等位置，監(jiān)測環(huán)境的溫度、濕度是否超過安全值，可以更妥善地保護(hù)展覽品的品質(zhì)?？臻g、海洋探索探索外部星球一直是人類夢寐以求的理想，借助于航天器布撒的傳感器節(jié)點實現(xiàn)對星球表面大范圍、長時期、近距離的監(jiān)測和探索，是一種經(jīng)濟(jì)可行的方案。NASA的JPL實驗室研制的SensorWebs就是為將來的火星探測、選定著陸場地等需求進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備的?，F(xiàn)在該項目已在佛羅里達(dá)宇航中心的環(huán)境監(jiān)測項目中進(jìn)行測試和完善。美國宇航局的空間探索計劃中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式示意圖智慧城市電子病歷家庭健康服務(wù)醫(yī)療費(fèi)用管理智慧城市智慧的交通智慧的醫(yī)療智慧的教育與科技智慧的公共事業(yè)智慧的市民服務(wù)智慧的公共安全全面感知充分整合智能處理協(xié)同運(yùn)作自動收費(fèi)票務(wù)管理運(yùn)輸信息管理犯罪信息倉庫突發(fā)事件響應(yīng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)高速寬帶網(wǎng)路智慧的電力建筑能耗評估監(jiān)測水處理/水資源管理開放式學(xué)習(xí)先進(jìn)教室智慧的科技園區(qū)失業(yè)保險金管理就業(yè)服務(wù)家庭服務(wù)住宅信息管理物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用頻譜物聯(lián)網(wǎng)管理平臺移動POS金融供應(yīng)鏈智能運(yùn)輸工業(yè)自動化智能建筑消防公共安全環(huán)境保護(hù)氣象數(shù)字化醫(yī)療遙感勘測軍事農(nóng)業(yè)林業(yè)水務(wù)電力煤炭石化設(shè)備、安全、節(jié)能防火、勘察、報警污染檢測、報警水質(zhì)、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、環(huán)境、跟蹤抄表、監(jiān)控、節(jié)能設(shè)備、臨床、輔助診斷、病程大地勘測、森林、地震、海洋偵查、監(jiān)控、定位、評估降水、防洪、遠(yuǎn)程設(shè)備通風(fēng)、瓦斯、救災(zāi)定位庫存、車隊、監(jiān)控、導(dǎo)航、識別、貨物電子支付、實時信息照明、信號、應(yīng)急、災(zāi)害、識別生產(chǎn)、安全、防災(zāi)、水電油氣物流、零售、自動服務(wù)交易、訂單、跟蹤、識別險情、油井、運(yùn)輸、管線聯(lián)動、消防栓、定位、調(diào)度目前在我國，倉儲管理基本處于人工管理或半自動化管理狀態(tài)，存在產(chǎn)品識別困難，產(chǎn)品信息難以實時獲取，倉儲管理自動化程度不高、人工依賴性強(qiáng)等諸多問題。基于物聯(lián)網(wǎng)的倉儲管理系統(tǒng)是以RFID(RadioFrequencyIdentification:射頻識別)技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集成先進(jìn)的硬件設(shè)備和完善的軟件系統(tǒng)建立的智能倉儲管理系統(tǒng)。具有以下功能：(1)自動精確地獲得產(chǎn)品信息和倉儲信息；(2)自動形成并打印入庫清單和出庫清單；(3)動態(tài)分配貨位，實現(xiàn)隨機(jī)存儲，從而最大限度利用倉儲空間；(4)產(chǎn)品庫存數(shù)量、庫存位置、庫存時間和貨位信息查詢；(5)產(chǎn)品庫存隨機(jī)抽查盤點；(6)倉庫系統(tǒng)綜合盤點；(7)匯總和統(tǒng)計各類信息，輸出各類統(tǒng)計報表。三、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)研究倉儲的定位分析倉儲作為物流環(huán)節(jié)的一部分，其產(chǎn)生的原因主要分為主動儲存和被動儲存。其中主動儲存包括戰(zhàn)略考慮、時間差異、市場因數(shù)（如為了使貨物價格趨高避低進(jìn)行的儲存）；被動儲存包括管理失誤、供需脫節(jié)、不可抗拒因素等。倉儲管理內(nèi)容研究大致可以分為倉、儲、物和環(huán)境四個方面。倉是指倉儲活動所需的設(shè)施、設(shè)備；儲是指倉儲業(yè)務(wù)及其管理，包括商品的出入庫業(yè)務(wù)、在庫業(yè)務(wù)、倉儲規(guī)劃和貨位管理等；物是指對倉庫內(nèi)貨物及人的管理。環(huán)境是指倉、物的活動、存放環(huán)境。倉儲管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)三個功能：一是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化倉庫作業(yè)流程；二是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對倉庫內(nèi)的人員、叉車、托盤、貨架等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管、調(diào)配和權(quán)限管理，實現(xiàn)合理布控。三是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對倉庫內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)控。根據(jù)實際運(yùn)用中的要求，該智能倉儲管理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)上分為業(yè)務(wù)管理、安全管理、數(shù)據(jù)管理、協(xié)作管理、基本信息管理、設(shè)備管理和電子地圖7大功能模塊。倉儲管理系統(tǒng)的硬件布局方案未來倉儲的發(fā)展趨勢是多功能混合運(yùn)用、自動化、智能化和集約化。根據(jù)倉儲管理系統(tǒng)的功能，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)模塊功能所涉及到硬件設(shè)備大致有PC機(jī)、手機(jī)、PDA、FID貨物標(biāo)簽（大件物品）、RFID托盤標(biāo)簽（散裝小物品）、工作人員RFID標(biāo)簽、RFID貨位標(biāo)簽、叉車載讀卡器、天線、電子顯示屏、電子語音設(shè)備、溫度傳感標(biāo)簽、濕度傳感標(biāo)簽、光傳感標(biāo)簽、紅外傳感器和相應(yīng)讀卡器、門式固定讀卡器、攝像頭、通風(fēng)和供暖設(shè)備等。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建倉儲管理系統(tǒng)，在實際的布置實施中可能會出現(xiàn)許多問題，對于這些問題需要靈活的進(jìn)行處理，以減少系統(tǒng)搭建的難度與投入。（1）RFID識別技術(shù)在距離上存在問題，識別范圍大致在百米內(nèi)。如果倉庫面積太大，安裝天線的數(shù)量就較大，增加了成本。對于一些不需要及時識別的功能，可以采用在倉庫上方部分區(qū)域設(shè)置移動天線，減少天線數(shù)量的同時實現(xiàn)信息識別。（2倉庫出入通道中設(shè)置RFID閱讀器查閱出入貨，但是有可能受到通道外其它貨物RFID的干擾，影響出入貨檢測的正確性。鑒于此，可以將通道用金屬做成一個閉環(huán)的形式，RFID閱讀器置于閉環(huán)通道中，屏蔽外部信號，只能閱讀通道內(nèi)部貨物的信息。（3）針對金屬和液體貨物管理，F(xiàn)RID技術(shù)的穿透能力有限，在不改用其他技術(shù)的情況下，可以改變天線的空間布局，實現(xiàn)信號疊加，增強(qiáng)穿透能力。（4）由于目前識別技術(shù)的編碼各個行業(yè)還沒有完全統(tǒng)一，而且采用統(tǒng)一的編碼有可能會給小的企業(yè)帶來不必要的麻煩，所以企業(yè)可