物联网组网技术

本科学年论文（设计）学院计算机与信息技术学院专业物联网工程年级2014级姓名李豪杰论文（设计）题目物联网组网技术及案例分析指导教师郭华平职称讲师2016年06月12日学号：20145105007物联网组网技术及案例分析学生姓名：李豪杰学号：20145105007计算机与信息技术学院物联网工程专业指导教师：郭华平职称：讲师摘要:在对物联网概念进行简要介绍后，给出了物联网的组成结构模型，重点对传感网络的接入方式，包括多跳接入方式和单跳接入方式进行阐述。接着研究了物联网重要环节射频识别技术的原理和组成。最后融合物联网结构模型与射频识别技术，结合电力行业中对设备进行综合管理的应用需求，设计了物联网技术在电力设备巡检智能化管理中的一种应用方案。关键词:物联网/射频识别/无线传感器网络/现场总线网络/智能巡检Abstract:AfterabriefintroductionoftheconceptofInternetofthings,givesthestructuremodeloftheInternetofthings,focusonsensornetworkaccess,includingmultiplejumpedaccessandsingleaccess.Thenstudiedtheimportantlinkofthingstheprincipleofradiofrequencyidentificationtechnologyandcomposition.Thefinalfusioniotstructuremodelandradiofrequencyidentificationtechnology,combiningwiththeapplicationofcomprehensivemanagementofequipmentinthepowerindustryrequirements,designtheInternetofthingstechnologyintheelectricpowerequipmentinspectioninanapplicationplanoftheintelligentmanagement.Keywords:theInternetofthingsradiofrequencyidentificationwirelesssensornetworksfieldbusnetworksintellectroutinginspection1.什么是物联网？物联网是在互联网基础上发展起来的一种网络,其末端延伸和扩展到了物品的智能化管理。把任何物品通过信息传感设备,按约定的协议与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理,就构成了物联网的概念。物联网有别于互联网,互联网主要目的是构建一个全球性的信息通信计算机网络,而物联网则主要从应用出发,利用互联网(包括无线通信网)的网络资源进行业务信息的传送,是互联网、移动通信网络应用的延伸,是自动化控制、遥测遥控及信息应用技术的综合展现。2.物联网的结构和技术有哪些？2.1组网结构从物联网信息的角度看物联网需要解决物品信息的标识、感知、处理和传送4个环节,分别由不同的系统实现。根据物联网的功能或组网方式可划分为3个大的子系统:一是传感网络,实现物品信息的标识、感知,也被称为物品信息的自动识别,并按传输网络协议转发给传输网络;二是传输网络,实现物品信息传送和处理,即通过现有的或未来的NGN网络,实现数据的传输与计算;三是控制网络,接收传输网络的远端管理信息,实现对物品的现场处理或控制。2.2传感网络传感网络是指将多个物品的传感器系统相连接的自组织网络,通常是无线的并以多跳方式接入传输网络(互联网),称为无线传感器网络,它是无线自组织网络(AdHoc)的一个重要分支。无线传感器网络的各传感器结点监测本地环境的变化,收集和处理相关的传感信息,并通过转发、协作来实现各传感器之间的通信和资源共享,进而实现以多跳方式与网关机的通信并接入互联网。根据应用情况也可简化,将物品的传感器系统直接(单跳方式)接入传输网络(互联网),如目前的RFID阅读器就主要采用这种单跳接入方式。2.3传输网络与传感网络和控制网络连接的传输网络可以是Internet网络、移动通信网络、企业网等各种公用或专用网络。考虑到物联网的目标是对任何物品进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理,它需要大量地址信息和大量的运算处理,因此必须引入新的结构和信息处理方式,如IPV6和云计算等最新技术处理物联网的海量信息。2.4射频识别技术物品信息的自动识别,包括物品识别、定位和跟踪,是物联网的关键技术,在这方面近期以射频识别(RFID)技术等发展最快、应用最广。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无需人工干预,可工作于各种恶劣环境。一套完整的RFID系统,是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统3部分所组成,其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将内部的数据送出,此时Reader便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理。与条形码、磁卡和接触式IC卡等其它标签相比,射频识别标签的优势明显,它可以容纳大量信息,能反复修改,识别的功能、效率也得到了大大提升,可以同时远距离识别多个高速运动的物体。从理论上说,装上射频标签后,全世界的物品都将拥有一个独一无二、功能强大、非接触快速读取的身份证。实际应用时,把RFID标签内置在各个需要智能化管理的物品上,把RFID读写器(阅读器)置入传感系统中,并以单跳方式(包括有线方式和无线方式)连入传输网络(互联网)。3.案例分析3.1智能家居智能家居（英文：smarthome,homeautomation）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。1设计理念智能家居控制的发展关键在于设计理念以及经营者的心态，市场目标客户真正需要什么东西，挣什么样的钱都要慎重考虑，如果只注重签单，不设身处地的为客户着想，不兼顾智能解决未来的发展，提供片面的智能家居解决方案，而不考虑客户的适用性，是不可取的，是急功近利的表现，这不仅降低了智能家居的应用效果，还不利于整个智能家居行业的发展。智能家居控制系统的经营商更要本着消费者至上的理念，本着从客户利益出发心态，以认真、负责、诚信的态度，真正的从客户的实际需求出发，用心服务，用心为客户做智能家居控制设计和解决方案，把工程做好，让客户花最少的钱得到最大化的实惠，才是企业发展之道，才是智能家居行业发展之道。2功能服务1．始终在线的网络服务，与互联网随时相连，为在家办公提供了方便条件。2．安全防范：智能安防可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急呼救的发生。一旦出现警情，系统会自动向中心发出报警信息，同时启动相关电器进入应急联动状态，从而实现主动防范。3．家电的智能控制和远程控制，如对灯光照明进行场景设置和远程控制、电器的自动控制和远程控制等。4．交互式智能控制：可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能；通过各种主动式传感器（如温度、声音、动作等）实现智能家居的主动性动作响应。5．环境自动控制。如家庭中央空调系统。6．提供全方位家庭娱乐。如家庭影院系统和家庭中央背景音乐系统。7．现代化的厨卫环境。主要指整体厨房和整体卫浴。8．家庭信息服务：管理家庭信息及与小区物业管理公司联系。9．家庭理财服务。通过网络完成理财和消费服务。10．自动维护功能：智能信息家电可以通过服务器直接从制造商的服务网站上自动下载、更新驱动程序和诊断程序，实现智能化的故障自诊断、新功能自动扩展。3.2智能农业智能农业（或称工厂化农业），是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展的现代超前农业生产方式，就是农业先进设施与陆地相配套、具有高度的技术规范和高效益的集约化规模经营的生产方式。1简述它集科研、生产、加工、销售于一体，实现周年性、全天候、反季节的企业化规模生产；它集成现代生物技术、农业工程、农用新材料等学科，以现代化农业设施为依托，科技含量高，产品附加值高，土地产出率高和劳动生产率高，是我国农业新技术革命的跨世纪工程。智能农业产品通过实时采集温室内温度、土壤温度、CO2浓度、湿度信号以及光照、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。可以根据用户需求，随时进行处理，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。通过模块采集温度传感器等信号，经由无线信号收发模块传输数据，实现对大棚温湿度的远程控制。智能农业还包括智能粮库系统，该系统通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证量粮库的温湿度平衡。2发展与应用实例传统农业生产活动中的浇水灌溉、施肥、打药，农民依靠人工估摸，全凭经验和感觉来完成。而应用物联网，诸如瓜果蔬菜的浇水时间，施肥、打药，怎样保持精确的浓度，如何实行按需供给等一系列作物在不同生长周期曾被“模糊”处理的问题，都有信息化智能监控系统实时定量“精确”把关，农民只需按个开关，作个选择，或是完全听“指令”，就能种好菜、养好花。从传统农业到现代农业转变的过程中，农业信息化的发展大致经历了计算机农业、数字农业、精准农业和智慧农业4个过程。我国发展现代农业，面临着资源紧缺与资源消耗过大的双重挑战。以信息传感设备、传感网、互联网和智能信息处理为核心的物联网将为农业生产过程中量化分析、智能决策、变量投入、定位操作的现代农业生产管理技术体系开辟新的思路和有利手段，将在农业领域得到广泛应用，并将进一步促进信息技术与农业现代化的融合。基于物联网的智能农业可用于大中型农业种植基地、设施园艺、畜禽水产养殖和农产品物流，布设的6种类型的无线传感节点，包括空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳浓度等，并通过低功耗自组织网络的无线通信技术实现传感器数据的无线传输。所有数据汇集到中心节点，通过无线网关与互联网或移动网络相连，实现农业信息的多尺度（个域、视域、区域、地域）传输；用户通过手机或计算机可以实时掌握农作物现场的环境信息，系统根据环境参数诊断农作物生长状况和病虫害状况。同时，在环境参数超标的情况下，系统可远程对灌溉等农业装备进行控制，实现农业生产的产前、产中、产后的过程监控，进而实现农业生产集约、高产、优质、高效、生态、安全等可持续发展的目标。2002年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔1min检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确地掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例。2008年美国Crossbow公司开发了基于无线传感网络的农作物监测系统，基于太阳能供电，能监测土壤温湿度与空气温度，通过Internet浏览器为客户提供了农作物健康、生长情况的实时数据，已经在美国批量应用。美国加州Camalie葡萄园在4.4英亩（1英亩=6.07亩）区域部署了20个智能节点，组建了土壤温湿度监测网络，同时还监测酒窖内存储温度的变化，管理人员可通过网络远程浏览和管理数据，在应用了网络化的监测管理之后，葡萄园的经济效益显著提高。与2004年的2t产量相比，2005～2007年的产量逐年翻一番，分别达到了4t，8t和17.5t，同时也改善了葡萄酒品质，节省了灌溉用水。日本富士通公司开发的富士通农场管理系统以全生命周期农产品质量安全控制为重