物联网在军队营区监控管理中的应用研究

ResearchonApplicationofTheInternetofThingsinArmyCamp'sMonitoringandManagementYuxinLiPh.D.candidateofSchoolofInformationofEngineeringChinaUniversityofGeosciences(BeiJing)BeiJing,ChinaWeiZhangGoldTechnicalSchoolofCAPFXiangyang,HuBei,[e-mail]eofCAPFLangFang,HeBei,[e-mail]ormationTechnologyInstituteChinaUniversityofGeosciences(Beijing)Beijing,[e-mail]—TheCamp'sMonitoringandmanagementhasbeenanimportantpartofthedailymanagementofthearmy,basedonthecurrentbarracksmanagementtechnology,introducedthecamp'smanagementtechnologicalconceptsandmethodsthatbasedonInternetofthings,realizedmonitoringtheinternalstaffofcampandequipmentthroughtheRFIDandEPCtechnology,achievedcampalertandtechnologicalpreventionoftheexternalinvadersintrusionbywirelesssensornetworktechnologythatbasedonSimpliciTI..RFID+EPI电子标签实现对内部人员、装备的管理，实现全员、全装管理，可以随时随地掌握人员、装备的状况，消除以往人员管理上的漏洞，同时可以实现装备的动态管理，实时反映装备及人、装备结合的状态。通过传感器网络（SNS）实现对外部闯入者的警戒，在常驻营区可以通过基于CAN-BUS总线的有线传感器网络，临时营区可以通过无线传感器网络（WSNS），当闯入者进入传感器网络的警戒范围，传感器将自动激活，并通过网络报告闯入者的方位、时间及运动轨迹。Keywords-IOT(TheInternetofthings),RFID,EPC,WSNS(WirelessSensorNetworks),SimpliciTIII.物联网I.前言物联网（Internetofthings,IOT）代表了一种互联网扩展到真实世界的设想，物联网使日常用品进入网络，真实的物体不再与虚拟世界相分离，现实世界中的物体都可以作为物理接入点进入互联网。[1]它是指将各种信息传感设备及系统,如传感器网络、射频标签阅读装置、条码与二维码设备、全球定位系统和其它基于物-物通信模式(M2M)的短距无线自组织网络，通过各种接入网与互联网结合起来而形成的一个巨大智能网络。如果说互联网实现了人与人之间的交流，那么物联网可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的连接和交互。[2]军队营区管理一直是军队日常管理工作的重点，军队营区（简称营区）又分为常驻营区和临时营区。常驻营区是军队长期驻扎的地方，常驻营区通常在市区，有固定的营房；临时营区是军队从事训练和执行军事任务时短时期驻扎的地方，临时营区往往在自然环境恶劣的野外，只有临时营房。由于军队管理的保密要求，军队的驻地通常都是封闭管理，即营区以内的人员、装备与营区以外的社会是完全隔离的。但要做到这一点，单纯依靠纪律条令的约束和人的管理是难以实现的，采用技术手段进行管理成为必要的选择。目前常用的技术手段是视频监控和普通传感器（如：震动传感器、红外传感器等），即通过在营区周边架设视频监控设备辅以普通传感器实施对营区的24小时监控，虽然视频监控系统通过实时录像及视频动态目标捕捉可以实现对可疑目标的监控，但这种监控不能实现具体人、物判定的智能识别，它依然需要占用兵员而且可疑目标的判别还需要人来做裁决，所以监控的技术水平不高，监控的可靠性严重依赖监控人员的业务素质与责任心，由于人的精力毕竟是有限的所以难以实现高质量的监控管理。物联网技术是实现现实世界中任何事物、任何时间、任何地点都相互连接的技术，主要包括：RFID、传感器网络、M2M、H2H、H2M等。III.RFID及电子标签RFID（RadioFrequencyIdentification）是射频识别技术的缩写，它一种基于嵌入式由读写器和电子标签组成的高级自动识别技术。目前RFID已广泛应用于制造业、物流、智能楼宇等行业，通过RFID、EPC电子标签为基础的物联网，可以准确识别物体，并能确认物体的运动轨迹，确定物体的，提高管理的技术水平。目前如何通过技术手段来提高营区的管理水平已成为营区管理技术研究的重点。物联网的出现为营区管理提供了一种新的有效的技术手段。物联网基于网络实现了对物（包括人）的（Who,Where,When）管理。通过RFID技术在第二次大战中出现后就首先应用于军事领域，当时及随后的几十年里主要用于飞机、舰艇等重要军事目标的识别。随着微电子技术的进步RFID技术逐步成Correspondingauthor:QunWang,ProfessorofInformationTechnologyInstituteChinaUniversityofGeosciences(Beijing),mainlyengagedinComputerApplicationTechnology,ComputerSoftwareandTheory.BeiJing,[e-mail]:YuxinLi,EngineerofGoldGeologicalInstituteofCAPF,mainlyengagedinGISresearchwork，LangFangHeBei,[e-mail]978-1-61284-872-3/11/$26.00©2011IEEE5396熟，成本逐渐降低，美军在第一次海湾战争中开始尝试利用RFID管理弹药配给并取得了良好的效果，第二次海湾战争中美军已将RFID技术全面应用于后勤补给管理。当前RFID在军事领域主要应用于军需物资的管理，但RFID技术在人员管理方面的应用还鲜有涉足，随着物联网技术的出现，军方也开始借助物联网利用RFID技术进行人员管理。芯片与读写器进行通信。读写器读取标签的自身编码等信息并解码后送至数据交换、管理系统（计算机系统）处理。而对于有源系统,标签进入读写器工作区域后，由自身内嵌的电池为标签中的芯片供电以完成与读写器间的相应通信过程[4]。基于RFID的物联网系统一般由：RFID系统、中间件Savant系统和互联网系统三部分组成。整个系统如图1所示。A.RFIDRFID通过无线射频方式，在RFID读写器与EPC电子标签之间进行非接触式的全双工数据通信，从而对实物目标加以识别。RFID标签由芯片和天线组成,每个标签具有惟一的产品电子码，即EPC。RFID相对于传统的条码识别，其优势为：非接触，可以远距离识别，如小功率的手持式RFID读写器有效距离为0.05至1米，大功率的固定式RFID读写器有效距离可达百米以上；快速，数据读取识别的速度快，可以识别高速运动的物体；信息量大，可以在EPC电子标签中存储大量信息，且信息可以通过读写器修改；可以在苛刻工作环境中正常工作，标签出现污损不会其信息的正常读取，当标签被非金属的物体所包覆时，通过射频信号的穿透与绕射依然可以实现信息的读取。图1基于RFID的物联网系统框图RFID系统主要包括EPC电子标签、读写器及数据交换和管理系统软件组成；中间件Savant系统由Savant中间件、Savant服务器、ONS(objectnamingservice，对象名解析服务)服务器、PML(physicalmarkuplanguage，物理标记语言)服务器及相应的数据库等组成；互联网由计算机和网络服务器、网络通讯设备等组成。B.EPC电子标签EPC技术是由美国麻省理工学院的自动识别研究中心(Auto-IDCenter)开发的旨在通过互联网平台，利用射频识别（RFID）、无线数据通信等技术.构造一个实现全球物品识别、信息实时共享的网络平台。EPC系统是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统。其最终目标是为每单一物品建立全球的、开放的标识标准。Savant中间件系统，是用来加工和处理来自种类各异的读写器的所有信息和事件流的软件，它封装了不同种类的读写器硬件，以统一的接口实现对标签数据读取、过滤、分组和计数，以减少发往信息网络系统的数据量，并防止错误识读、漏读和多读信息，实现对数据的捕获、监控和传送。它由Auto-ID组织设计，采用分布式结构，以层次化进行组织、管理EPC电子标签信息流。每一次层次上的Savant系统收集、存储和处理本层的EPC信息流，并与其它层次的Savant系统进行交流[4]。电子标签依射频识别通信接口类型，可以分为Class0（只读标签），ClassI（写一次，多次读）,ClassII（具有附加功能的无源EPC标签），ClassIII（电源仅提供标签内部的工作能量的半无源EPC标签），ClassIV（电源可以支持标签主动发射射频信号，可以实现宽带点对点通信的有源EPC标签），ClassV（可激励其它ClassI、ClassII、和ClassIII标签,并能与ClassVI和ClassV标签通信的有源EPC标签）等6种类型[3]。ONS是建立在DNS（域名解析服务）基础之上的EPC地址解析服务系统。它是联系EPC中间件和PML数据库的网络枢纽，其功能是将输入的EPC编码转换成一个或多个互联网地址，使得应用程序可以通过URL访问PML数据库和与该物品相关的其他Web站点及互联网资源。C.系统的构成、原理RFID系统通常由三部分组成：读写器（Reader），读写电子标签信息的设备；电子标签（Tag），由耦合元件及芯片组成，每个电子标签具有唯一的识别代码，它附着在物体上供识别目标对象；天线（Antenna），在读写器与标签之间传递电能及射频信息。PML是XML的一个子集，它具有通用、灵活、简单的特点。PML提供一个通用的命名和设计规则来规范物联网中的各种信息的描述，以利于信息的交换与传输。在物联网系统中，对应于EPC码的信息，如军事装备或人员的名称、空间位置、时间、组成成分等，是通过标准化的PML语言来描述的。RFID系统工作流程是：先由读写器通过天线发送一定频率的射频信号，当RFID电子标签进入读写器的工作范围时，其天线产生感应电流，从而使RFID标签获得能量被激活并向读写器发送自身的编码等信息。对于无源系统，读写器通过耦合元件发送出一定频率的射频信号，当标签进入该区域时通过耦合元件从中获得能量以驱动后级IV.传感器网络用于营区外部闯入者警戒的传感器网络可以追溯到早期美军提出的战场感知系统（BA，BattlefieldAwareness）。它指部队对战场一定时空范围内敌、我、5397友各方的兵力部署、装备配置和战场环境等信息的实时掌握过程，在信息资源共享和管理、控制的基础上集成了传统的侦察、监视、情报、目标指示与毁伤的功能。美军的科学咨询委员会在2002年就建议美军在组织和技术上进行改，以获得更好的“预先战场感知”能力，随后开展了陆军的“无人值守地面传感器群”、海军的“传感器组网系统”研究。器器工作区域蔽性好，响测范围有的温度突然应速度快，发生变化时能探测快速限，无辨别目标性质的能力进行探测运动的目标及其方向、数