浅谈物联网技术及应用领域
浅谈物联网技术及应用领域
戴
威
(南京交通职业技术学院,江苏南京211188)
[摘要]本文介绍了物联网技术的发展和应用现状。分析了物联网研究中的关键技术,包括RFID技术、传感器网技术、智能技术和纳米技术;最后,展望了物联网技术的应用前景。
【关键词】
物联网;RFID;传感;智能;纳米
[文献标识码】A[中图分类号】TP393
1、引言
[文章编号】1009—5489(2010)27-0188-01
用的路由协议。
3.2.2无线通信技术。在众多的通用标准无线通信技术中,传感网一直没有锁定其中一种作为它的主流通信技术,多数试验节点直接选用了最纯粹的射频通信技术。2003年10月,IEEE
802.
“物联网”(InterneofThings),指的是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,其目的是让所有的物品都与网络连接在一起,系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控。它是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业的第三次浪潮。在“物联网”时代,计算机、互联网、芯片
与建筑等将整合为统一的基础设施。
2、物联网的体系结构
目前,物联网最具代表性的架构是欧美支持的EPCGlobal“物联网”体系架构和日本的泛在ID(UbiquitousID,UID)物联网系统。Global“物联网”体系结构。EPC系统由EPC编码体
系、射频识别系统和信息网络系统3部分组成,主要包括6个方面。
2.1
EPC
15.4标准颁布,为传感网提供了一种新的无线通信方案。因为它低功耗、低成本、低速率的技术特点与之十分吻合。
3.2.3时间同步技术。作为传感网的基础构件之一,时间同步技术不仅是传感网各种应用正常运行的必要条件,并且同步精度直接决定了其他服务的质量.传感网是一种分布式系统,节点之间相互独立并以无线方式通信,基于不同的节点间时间同步技术,演绎出许多适合传感网采用的网络时间同步协议。
3.2.4操作系统。无线传感网络节点是个资源受限的嵌入式系统,尤其是它的电能、内存和接口资源等。这就决定了现有的一些嵌入式操作系统小能很好地适用于传感器网络节点。所以传感网需要拥有适合于本身的操作系统。
3.3智能技术。智能技术是为了有效地达到某种预期的目的,利用知识所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统,可以使得物体具备一定的智能性,能够主动或被动的实现与用户的沟通,也是物联网的关键技术之一。主要的研究内容和方向包括:
3.3.1人工智能理论研究。智能信息获取的形式化方法;海量信息处理的理论和方法;网络环境下信息的开发与利用方法;机器
学习。
EPC“物联网”体系架构由EPC编码、EPC标签及读写器、EPC中间件、ONS(ObjectNamingSevice)服务器和EPCIS服务器等。
2.2UID技术体系结构。UID中心建立的目的是为了建立和普及自动识别物品所需的基础技术。UID技术体系架构由泛在识别码(uCode)、泛在通信器、信息系统服务器、和ucode解析服务器等4部分构成。UID是一个开放的架构,它的规范是对大众公开的。
除此之外还有为了适应异构的物联网无线通信环境需要提出的自主体系结构。这种自主体系结构由数据面、控制面、知识面和管理面4个面组成。它涉及的协议栈比较复杂,适用于计算资源较为富裕的物联网节点。
3、物联网的关键技术
2005年,ITu发表了一份题为《物联网》的报告,其中提出物联网主要有四个关键性的应用技术:标签事物的RFID(Radio
Fre.
3.3.2先进的人机交互技术与系统。声音、图形、图像、文字及语言处理:虚拟现实技术与系统:多媒体技术。
3.3.3智能控制技术与系统。物联网就是要给物体赋予智能,可以实现人与物体的沟通和对话,甚至实现物体与物体互相间的沟通和对话。为了实现这样的目标,必须要对智能控制技术与系统实现进行研究。
3.3.4智能信号处理。信息特征识别和融合技术、地球物理信号处理与识别。
3.4纳米技术。纳米技术不是物联网的专有技术。目前,纳米技术在物联网技术中的应用主要体现在RFID设备、感应器设备的微小化设计、加工材料和微纳米加工技术上。纳米技术是研究尺寸在0.1一lOOnm的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。纳米技术的发展,不仅为传感器提供了优良的敏感材料,例如纳米粒子、纳米管、纳米线等,而且为传感器制作提供了许多新型的方法。与传统的传感器相比,纳米传感器尺寸减小、精度提高等性能大大改善,更重要的是利用纳米技术制作传感器,是站在原子尺度上。从而极大地丰富了传感器的理论,推动了传感器的制作水平。拓宽了传感器的应用领域。
4、物联网的应用领域
物联时应用的领域包括公共安全、环境保护.工业自动化控制、交通安全、家居安防、健康监控、精细农业、污染溯源等。目前最受关注的热点应用领域有智能电网、精细农业、智能交通等。
世界已经进入一个新能源时代。电力企业受到来自开放的电力市场的竞争压力,因此提高运营效率、降低电力价格、加强与客户间的互动就成为了电网建设的重点之一。
“电网智能化”应运而生,是未来电力系统通(下转第169页)
quencyIdentification),感知事物的传感网络技术(Sensortechnolog-
ies),思考事物的智能技术(SmartTechnologies),微缩事物的纳米技术。
3.1RFID。RFID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,识别过程无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。
RFID基本上是由4部分组成:(1)标签(Tag):即应答器,它由耦合元件和微电子芯片组成.粘附在物体上,内部存储待识别物体的信息;(2)阅读器(Reader):又称扫描器、读写器,它能发出射频信号,扫描电子标签而获取数据。包含高频模块(发送器和接受器)、控制单元、与电子标签连接的耦合元件以及与PC机或其它控制装置进行数据传输的接口;(3)天线(Antenna):在标签和读取器间传递射频信号;(4)信息处理系统:即计算机系统。
3.2传感网络技术。传感网络综合了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理、现代网络及无线通信等技术,是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合智能信息系统,具有广阔的应用前景。目前.面向物联网的传感器网络技术包括以下一些方面:
3.2.1路由协议。路由协议的性能决定着整个网络的性能。路由技术是传感网的核心技术之一。传感网是以数据为中心进行路由的,不同于无线Adhoe网络的点对点通信模式。传感网随用户需求而变化,所以,其路由协议是基于特定应用设计的,很难有通作者简介:戴威,南京交通职业技术学院。
贝尔市计划生育委员会简称为市计生委而不能都简称为市计委。还要统一题名中应具备的要素。我们结合计算机检索需要在著录过程中将题名中责任者、事由、文种必要时加上人名、地点和时间等要素都填写完整。如果题名要素不完整,则要补齐如果题名冗(上接第95页)多种教学共享资源引导学生自主学习。如:教学视频、教学大纲、电子教案、案例、习题、相关专业网站链接等网络教学资源;在连锁经营模拟实训室,可以运用POS系统软件,按照公司实际运作方式在系统内建连锁店进行虚拟经营活动,提高学生自主学习的积极性和教学效果;(3)利用校内实iJrl室,锻炼学生动手能力。课程配套的校内实训条件是商品陈列实训室,利用课内实训时间,培养学生通过现代分析技术来科学配置商品的能力。该实训室同时作为学生的实习超市,由学生利用课余时间进行经营管理,通过对该实训室的管理,学生可以掌握商品采购、商品配置和陈列、收银等技能。
3.5根据本课程特点和职场岗位的要求设计课程考核标准和考核方式。本课程应该摒弃一律采用闭卷的死板做法和一卷定终身的评价机制,根据本课程的性质,建立符合高职教育特点的科学,灵活、多样的考试评价模式。本课程的考试应以技能考核为主(占60%),理论考核为辅(占40%)。实训考核以实训目的为主要依据,
长则删除多余的赘词。还要统一文种题名中经常有“请示报告”等含义不清的文种出现很影响检索的准确率。所以我们便规定凡是要求批复的文件写“请示”凡不要求批复的文件则写“报告”等等这样就可在检索中区分出每份文件的实质作用。
结合学生实训的态度和出勤情况由指导老师对学生完成任务的质量、态度、自我评价等情况进行考核。满分为100分,其中任务完成的质量(能力)占分值为60%,考核指标有商品损耗率、商品排面整理情况、收银准确率等:学生自我总结与评价表述(知识)所占分值为20%,考核指标有实训报告的结构是否完整、合理,对任务完成过程的描述是否真实、准确、完整;实训的态度和考勤所占分值为20%,考核指标主要有对待工作的态度和出勤情况。理论考核以闭卷考试为主要方式,主要考核学生对连锁企业门店管理基本方法的掌握。
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(上接第161页)办手抄报、读书报告会、研究性学习等活动,让学生在活动中体验快乐,感悟失败,收获书本之外的人生经验。
中学语文教学是中学教学中开发学生生命潜能、展现学生主体活力的主阵地,是学生学习生活中的一段重要的生命历程,促进学生身心的充分发展离不开丰富多彩、形式新颖的活动,我们期盼语文教学能有更大的自由空间,让师生的生命力在语文教学中得
到充分发挥,让语文课堂展现真正的生活、真正的人生。
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(上接第163页)继续教育,建立人才资源建设的长效机制。要支持和鼓励图书馆员通过多种形式和渠道参与终身学习,提高图书馆员的学习能力和工作能力。
创建一个管理民主、公平阅读、诚信友爱、充满活力、安定有序的和谐图书馆是构建和谐社会的要求,也是每一个图书馆人的美(上接第164页)推行。为企业赢得市场竞争优势、提高快速反应能力奠定了坚实的基础。随着计算机辅助设计系统的不断发展,今后计算机辅助设计还将在各个行业的设计工作中发挥更加重要的作用。
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好理想,是一个长期的过程,需要各方面的共同努力。坚持以人为本,倡导人文关怀,实行人本管理,提供人性化服务,使图书馆的各项工作不断创新,才能使图书馆事业发展充满生机和活力,从而更好地为构建和谐社会发挥积极的作用。
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(上接第165页)此,当今图书情报界需要思考和实现的是如何将共建,共享的理念进一步现实化,如何在真正共享的基础上实现共赢。这不仅包括各机构间开展知识服务的合作,还包括不同学科专家对知识服务的支持。如,将分散的咨询平台、情报专家和知识库以及各学科专家组织起来,通过一定的合作协调机制,以网络为媒介,建立人类知识共享的平台,开展合作建设、联合服务,达到服务共享、人力资源共享和知识库共享的目标,以此为基础的知识服务才能焕发出更强的生命力。
(上接第166页)过建立信息技术基本体系,将深层次地变革电网的运行和计划编制方式。“电网智能化”工程包括两个部分:一个是让消费者自主设定电器设备的使用功率和时间,从而节省电费,舒适却不浪费:另一个是监控一个地区电网的使用情况,实现用电自动化。电网智能化,就是要将信息技术应用干电网,实现电力使用的根本性变革。
【参考文献】
【l】芬肯幕勒,吴晓峰.射频识别技术【M】.电子工业出版社,2006.
4、结束语
随着时代的发展和读者需求的变化。知识服务是图书情报发展的必由之路,然而如何实现知识服务,如何为读者群提供有效的知识服务是值得思考与实践的问题。面对新的挑战,图书情报机构必须要从观念转变、队伍建设、基础结构建设、信息资源建设、读者服务等角度进行基础性改变,为读者提供有效的、个性化与专业化服务,提高读者自身知识的储备与知识的利用,实现知识价值。
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【6】石军“痔知中国’促进中国物联罔加速发展.通信管理与技术,2009
浅谈物联网技术及应用领域
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
戴威
南京交通职业技术学院,江苏,南京,211188华章HUAZHANG2010,(27)0次
参考文献(6条)
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Things)。在物联网中,任何物体都可以被RFID标识为可移动的网络节点,从而可以被追踪、追溯、监测和触发事件。但是物联网的实现还面临很多挑战,如多标签冲突问题、RFID数据的巨量性和动态性、RFID网络的异质性与分布性、应用系统集成等。针对这些问题,本文对RFID及物联网涉及的一些关键问题进行了深入的研究,主要工作及成果包括:
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2、提出一种被称为基于栈的ID-二进制树防冲突算法SIBT,SIBT算法的新颖性在于它将n个标签的ID号映射为一棵唯一对应的ID-二进制树,标签识别过程转化为在阅读器中创建ID-二进制树的过程。为了提高多标签识别效率,阅读器使用栈保存已经获取的ID-二进制树创建线索,标签用计数器保存标签在该栈中的深度。理论分析和仿真结果表明SIBT算法的性能优于其它基于树的防冲突算法。
3、提出一种新的RFID事件处理语言RCEP(RFID Complex_Event Processing),利用时间约束、空间约束和属性约束来描述RFID数据过滤规则,并依据RFID事件间的时间相关性、空间相关性和属性相关性定义复杂事件模式。提出一种新的基于时间特性和空间特性的非确定的有限自动机F-NFA,利用F-NFA可以高效的对RFID输入事件流进行预处理(过滤)并检测出输入事件流中隐含的复杂事件。
4、提出了一种新的RFID中间件三层体系结构和实现框架,框架中定义的各功能模块有效的解决了RFID中间件面临的计算难题,同时给出了一个参考实现。
5、将本文部分研究成果应用于“粤港RFID物流通关信息服务平台”项目,通过实践检验本文部分研究成果的有效性,为物联网的最终实现做出了积极的尝试和探索。
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当阅读器信号作用范围内存在多个标签,同一时刻有两个或者以上的标签向阅读器返回信息时,将产生冲突,称为标签冲突。另外,当一个标签同时处于两个或多个阅读器的问询区,同一时间有两个或以上阅读器试图与这个标签通信时,也将产生冲突,称为阅读器冲突。解决冲突的算法称为反碰撞算法。传统的无线电技术已有空分多路法、频分多路法、时分多路法以及码分多路法来解决类似问题。但是物联网的电子标签由于成本限制,其功能是有限的。在和阅读器通信的过程中既不能区分不同的阅读器,也不能在和阅读器的通信过程中发挥一定的辅助作用,不支持复杂的通信协议,所使用的工作频带有限制。另一方面,阅读器只影响和它相毗邻的通信媒体;标签内包含的信息量很少,阅读器与标签之间的通信时间很短。因此,物联网中射频识别问题与传统的无线信道多路访问问题有很多不同之处。
本论文主要对物联网中RFID反碰撞问题进行理论和应用方面的研究,其贡献在于:
一、论文从电磁耦合的角度介绍了射频识别技术中的通信实质,指出射频识别系统中的反碰撞问题仍属于多路信道访问的范畴。根据射频识别系统的特点,最适合的多路信道访问方式主要为时分多路访问。
二、针对解决标签冲突的随机ALOHA类消解方案其效率较低,特别是随着标签数量的扩大,性能均激剧恶化的特点。本文创造性提出双向二进制指数索引算法协议,根据阅读器每次识别的结果,标签以递增或递减方式修改其应答概率。其识别过程可以用马尔可夫吸收链理论进行刻划描述。最终实验结果表明:该算法识别效率在最好时为0.42,在动态以及标签数量急剧增大的情况下也可以稳定地达到0.322,性能极其稳定。
三、为了降低标签的成本,文中进一步分析了双向二进制指数索引算法在识别效率能初步达到最优的情况下,标签可以取的极小状态级别数k=4;标签应答概率动态变化时,递增或递减的幅度x=1.5时性能更加合理。
四、解决标签冲突的确定性方案主要是树型类算法,已存在的算法协议缺陷在于阅读器未充分利用以前的识别信息。本文分析碰撞时的特点,提出基于后退式索引的二进制树型反碰撞算法:①、碰撞发生时,根据碰撞的最高位,跳跃式向前搜索;②、无碰撞时,采取后退策略,最终能够快速地识别所有标签。实验结果及数学归纳法证明表明:识别n个标签,阅读器共需要问询2n-1次,平均问询次数2次。同时采用数据拟合的方法得到标签的平均应答次数为1.227+1.004log2n。
五、对后退式索引树型反碰撞算法的进一步分析表明,阅读器与标签之间传递的EPC数据具有互补性,算法协议可以作进一步改进。所传输的EPC参数采用不定长方式动态进行,信息吞吐量可进一步提高,所节省的通信量在32.5%以上。
六、频率干扰和标签干扰是阅读器冲突中主要存在的问题。根据染色理论可以将阅读器冲突的问题抽象模型化为图的染色问题。然而,由于图的全染色问题是一个NP难题,本文给出其的图形化解决公式。针对具体的RFID阅读器网络应用,其阅读器和标签一般采用同一频率通信,需要解决的主要是标签干扰,采用色度波算法能够在各阅读器之间动态地分配工作时隙,避免多个阅读器对同一标签在同一时间的识别冲突。该算法尤其适合阅读器网络环境变化的需求。
七、未来射频识别系统工作环境各异,考虑到有些场合无法采用有线方式对标签进行实时数据采集传输,论文最后提出了一种采用CDMA无线数据传输的RFID阅读器软件体系结构设计。根据现场标签数据量及操作方式CDMA模块可采用文件数据包方式或者以扩展短消息方式进行传输。同时阅读器支持对多种类型的标签进行读写操作。
10.期刊论文 任志宇.任沛然.Ren Zhiyu.Ren Peiran 物联网与EPC/RFID技术 -森林工程2006,22(1)
本文介绍了产品电子代码与射频识别技术(EPC/RFID)的基本原理和工作特点.EPC/RFID物品识别技术系统主要是由EPC编码标准、RFID电子标签、识读器、Savant网络、对象名解析服务以及EPC信息服务等六方面的功能集成来实现.通过与被广泛使用的条码技术进行了比较,展望了EPC/RFID技术广阔的应用前景.本文又在EPC/RFID技术和互联网的基础上探讨了物联网的技术概念与方法,为物流与物品的跟踪与管理介绍了一种全新的、更可靠的技术解决方案.
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