物联网通信技术的研究方向范文

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中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 14-0000-01

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”，顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这包含两层意思：（1）物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；（2）其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。

物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0（即Innovation 2.0，是面向知识社会的下一代创新）是物联网发展的灵魂。

物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。

从中国物联网的市场来看，至2015年，中国物联网整体市场规模将达到7500亿元，年复合增长率超过30.0%。物联网的发展，已经上升到国家战略的高度，必将有大大小小的科技企业受益于国家政策扶持，进入科技产业化的过程中。从行业的角度来看，物联网主要涉及的行业包括电子、软件和通信，通过电子产品标识感知识别相关信息，通过通信设备和服务传导传输信息，最后通过计算机处理存储信息。而这些产业链的任何环节都会开成相应的市场，加总在一起的市场规模就相当大，可以说，物联网产业链的细化将带来市场进一步细分，造就一个庞大的物联网产业市场。所以，想要更好地应用物联网就需要抓好基础理论和关键技术的研究。

一、物联网的基础理论体系研究

物的属性决定了物联网的特性。感知性、智能性、自组织性对于物联网的拓扑结构和网络测量、网络控制影响较大；生态系统特性对物联网的类型、规模和演化方式影响较大；生命周期特性对物联网的健壮性、安全性与可用性影响较大。

物联网是联系自然界和人类社会的复杂网络，普遍存在小世界现象、无标度特性、健壮性、安全性、动态随机性、统计分布性和进化稳定性。有关复杂网络的综述和研究在2005年后不断涌现。研究内容主要包括非线性动态复杂网络系统（物理系统、互联网和相关社会网络）、网络科学理论框架、复杂性与普适性、动力学同步与控制方法等。物联网具有广泛的学科交叉性，研究其规律必然涉及众多学科的背景知识和基础理论。物联网的自反馈特性、“3C”技术特性可以利用现代控制论、现代通信理论、云计算理论进行研究；其复杂网络特性和复合生态系统特性可以利用网络科学、数学物理、系统工程、复合生态系统等理论进行研究。

二、物联网的关键技术研究

物联网涉及的新技术很多.其中的关键技术主要有RFID标签技术、传感器技术、网络通信技术和嵌入式系统技术等。

（一）RFID标签技术。RFID标签技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。

完整的RFID系统由电子标签、读写器和数据处理系统组成。当读写器扫描贴有电子标签的物体时，标签被读写器激活通过无线电波将标签中携带的数据传送到读写器再由读写器传送到数据处理系统，完成数据的自动采集工作。数据处理系统根据需求做出相应的数据控制和处理工作。

（二）传感器技术。传感器技术是计算机应用中的关键技术。众所周知，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。作为摄取信息的关键器件，传感器是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集手段。

如果把计算机看作处理和识别信息的大脑，把通信系统看做是传递信息的“神经”系统的话，则传感器就是感觉器官。所渭传感器，是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能。并使之按照一定规律转换成与之对应的输出信号的元器件或装置。离开了传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现

（三）网络通讯技术。传感器的网络技术分为两类：近距离通信技术和广域网络通信技术。在广域网路通信方面。互联网、2G/3G移动通信、卫星通信技术等实现了信息的远程传输，特别是以IPv6为核心的下一代互联网的发展，将为每个传感器分配IP地址创造可能，也为物联网的发展创造了良好的网络基础条件。

通信网络技术为物联刚数据提供传送通道，如何在现有网络上进行增强，适应物联网业务的需求（低数据率、低移动性等），是该技术研究的重点。物联网的发展离不开通信网络，更宽、更快、更优的下一代宽带网络将为物联网发展提供更有力的支撑，也将为物联网应用带来更多的可能。

（四）嵌入式系统技术。嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见；小到人们身边的MP3，大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。

在信息社会的信息基础之下，物联网为我们国家的信息传播拓展了新的疆界，物联网代表着人们生活方式的转变。根据物联网的内涵可知，要真正实现物联网需要感知、传输、控制及智能等多项技术。物联网的研究将带动整个产业链或者推动产业链的共同发展。RFID标签技术、网络通信技术、传感器技术与嵌入式系统技术的研究与应用，将直接影响物联网的发展与应用，只有综合研究解决了这些关键技术问题，物联网才能得到快速推广，造福于人类社会，实现智慧地球的美好愿望。

参考文献：

[1]王瑞刚.物联网主要特征与基础理论研究[J].计算机科学，2012，S1.

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1.引言

配电网能效及互动节电综合管理系统，是基于用电环节与配电环节的信息集成，通过物联网能效需求响应终端、通讯网络、网络计量采集设备、智能传感控制管理设备等构建供电企业和电力用户之间准实时、双向互动信息共享平台，从而提高电网需求和用户需求的智能化互动水平、能源利用效率和最大发挥电力设备使用效率，提升供电企业市场营销管理水平、服务品质和用户侧自动需求响应管理水平，扩大电力市场、促进节能减排、提高配电网经济运行。

2.配电网能效管理及互动节电管理系统架构

配电网能效管理系统由于规模大，结构复杂，设计的设备节点数量多，信息流大且分散。为了便于管理，我们设计了层次化为七层的能效管理及互动节电管理系统如图1所示。

图1 配电网能效管理及互动节电管理系统架构图

从上图看到配用电网架复杂、节电数量多而分散、业务种类复杂。为了达到配用电测高效、安全、准实时双向的通信支撑，需要详细研究适用于电力通信领域的通信方案。

3.电力物联网有线通信方式介绍：

3.1 以太网结合光纤EPON技术

无源光网络（PON）的概念提出较早，它可以节省光纤资源、对网络协议透明，在光接入网络中扮演着重要的角色。同时，以太网技术经过多年发展，靠其简便实用、价格低廉的特性，统治了局域网，事实上是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城际和骨干网传输中所占的比例不断加大，以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐渐向接入网、城域网甚至骨干网上渗透。而EPON是以太网与PON的结合（ethernet passive optical network，基于以太网的无源光纤网络），它具备了以太网和PON的优点，正成为光接入网领域的热门。

基于EPON的无源串行模式采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），仅需一个OLT（光线路终端）和一根主干光纤，传输距离可达20公里。在ONU（光网络单元）侧通过多级光分路分给最多为64个用户，可大大降低OLT和主干光纤的成本压力。典型方案如图2所示。

图2 配网EPON典型方案图

我国中压配电网大部分采用多分段、开环运行的放射形接线方式供电，该接线方式和EPON的服务架构最为接近。因此，智能配电网通信组网技术选用EPON作为通信技术支撑将是最合理可靠的。

针对智能配、用电系统的特殊应用环境和特殊应用要求.国内展开对下一代PON的研究.解决高性能电磁兼容和大容量数据转发延时的难题.以适应智能配、用电系统现状和发展。对下一代PON技术中的芯片级控制策略（如多点控制协议MPMC、动态带宽分配DBA、前向编码纠错FEC、大容量数据低延时转发等技术）、协议级管理策略（如多协议优先级QoS、VLAN等技术）以及针对智能电力配、用电系统的应用级（如电磁加固、抗干扰等技术）均进行深入研究。

3.2 RS485通信技术

RS485通讯有二线制和四线制两种，四线制属于全双工的通讯方式，但是也只能进行点对点的传输，所以其使用也逐渐减少，如今工业组网使用最普遍的即为二线制半双工RS485通讯。

RS485通讯组网采用的是主从结构的总线模式。即使用一条总线，将一定数量的具有RS485通讯功能的设备连接起来，在同一条通讯总线中只有一个主站，其他均为从站，每个从站在组网时已设置好通讯地址。在同一总线中的设备使用相同的通讯协议，现使用最普遍的为MODBUS协议。在每一个通讯过程中，先由主站以广播的形式下发命令数据帧，数据帧通过通讯总线传到每个从站，从站在接收数据后首先查看数据帧中地址位，只有地址位符合的从站才会对控制指令进行回应。理论上，通信速率在100Kbps及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而所差异。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到10.8公里。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是1公里以内，而采用单模光纤可达50公里的传播距离。

由此可看出，要成功完成RS485通讯的布网，需要同时注意硬件上的网路线路的连接和软件上的通讯协议两个方面。在硬件连接上需注意连接的稳定性，采用抗干扰能力强的布线方式，布线采用具有屏蔽层的双绞线，并保证总线阻抗的连续性，同时在通讯终端进行阻抗的匹配，以吸收总线终端反射的干扰信号。在软件程序的设计上采用标准的MODBUS协议，以兼容市场上大部分的使用RS485通讯的设备。

RS485总线不应采用星形或环形连接，最佳的接线方式为手拉手式连接，如图3所示：

图3 RS485手拉手连接图

3.3 PLC通信技术

电力线载波技术简称PLC技术，是英文Power line Communication的简称。电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递，利用1.6～30MHz，频带范围在电力线路上传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制、线路耦合，然后在电力线上进行传输.在接收端，先经过耦合、滤波，将调制信号从电力线路上滤出，再经过解调，还原成原信号，如图4所示。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5～45MB/s之间。

图4 PLC通信结构图

另外，电力线载波通讯因为有以下缺点，导致电力载波技术主要应用-网络通讯（电力上网）未能大规模应用：

（1）配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送;

（2）三相电力线间有很大信号损失（10dB-30dB）。通讯距离很近时，不同相间可能会收不到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输;

（3）不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同，藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用;

（4）电力线存在本身因有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50HZ和60HZ，则周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰，干扰时间约2ms，因此干扰必须加以处理。有一种利用波形过零点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过零点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用;

4.电力物联网无线通信方式介绍

4.1 WiFi无线通信技术

WiFi是wireless Fidelity（无线保真），又称IEEE802.11b标准，最大的优点是传输速率高，可以达到11mbps。WiFi具有功耗低（发射功率不超过100mW）、无需布线、宽带接入、组网灵活等特点，目前在IT产业中许多终端都配置了WiFi功能，在服务业各个服务商也为客户提供了Wi-Fi上网环境，在电力行业，随着光纤和宽带无线技术的规模化，电力中的大部分地区都有了电力通信网的接入，然而在电力通信网末端，由于地理位置、环境等因素的影响，有些地区无法实现电力通信网接入，此时WiFi作为该网络的补充较为合适。WiFi作为传感网中的一种通信方式，可在智能家庭网络中发挥重要的作用，覆盖范围可以达到100m，实现各种智能设备的互联网接入功能，为用户提供高速的互联网应用解决方案，为智能电网用电服务体系建设提供了高效、可靠的宽带通信手段。

4.2 ZigBee无线通信技术

ZigBee是一种短距离、低功耗、低成本的无线自组网技术，主要用于组建近距离的无线网络。ZigBee技术基于IEEE802.15.4标准，在国内工作在2.4GHz频段下，在欧美工作在868/928MHz频段下。在2.4～2.485GHz的工作频段下，ZigBee技术采用QPSK的调制方式，数据传输速率达到250Kbps，共有16个通信信道，每个信道提供5MHz的带宽。在一个ZigBee网络内，可以支持多达65000个无线通信终端，根据网络环境的差异，各个设备节点之间的通信距离各不相同，传输范围从10米到100米不等。由于ZigBee协议的简单化，网络对于通信设备要求较低，因此成木很低。ZigBee组网技术的特点及应用场所要求ZigBee终端设备具有简单、工作稳定、成木低廉、能耗少的特点。

ZigBee的组网形式可以快速、简易、高效地组建，符合通信网络实时性、可靠性的需求。

4.3 蓝牙bluetooth无线通信技术

作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，蓝牙以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接，完成数据信息的短程无线传输。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口（Radio Air Interface）及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能够在近距离范围内具有互用、互操作的性能（Interoperability）。蓝牙以无线LANs的IEEE802.11标准技术为基础。蓝牙技术有：成本低，功耗低、体积小，近距离通信，安全性好的特点。蓝牙在物联网发展中得到一定的应用，有办公场所，家庭智能家居等环境。

4.4 GPRS无线通信技术

通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS），使用分组交换模式以及无线接入技术。GPRS 可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，因而价格较贵。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。GPRS技术由于使用流量计费，故不太适合本系统长期使用。

5.各种通信方式对比（见表2）

6.结论

通过表1的对比结果，结合我们的能效管理系统的具体架构，我们可以对各个环节的通信环节作出如下规划：

（1）大物联网能效交互终端：由于下辖用电管理节点不少于100个，用电节点不少于10000个，并且地域范围跨度比较大，故建议上行通讯GPRS、或者EPON为组合，本地通讯以WiFi来组网。

（2）智能交互终端、导轨表、分路控制器、网络断路器：本地用电节点不少于100个，需要速度较快的通信速率，考虑到智能园区和家庭需要的覆盖范围，建议上下行通信以WiFi来组网。

（3）采集器、低压网络开关智能开关、低压网络智能插座等用户一对一设备：对实时性和数据的传输速率以及信号越障能力要求较高，建议用WiFi来组网。

参考文献

[1]杨文轩，何光宇，王伟，万钧力，王琼，李嘉.用户侧能量管理原型系统的设计与实现[J].电力系统自动化，2012，20（36）：

74-79.

[2]曹志刚.智能配用电园区用户侧双向互动功能的设计与实现[J].电力系统自动化，2013，9（37）：79-83.

[3]代家强，孙智卿.基于无线网络技术的智能家居能量管理系统开发及需求侧管理应用研究[J].陕西电力，2013，41（10）：

39-43.

[4]章鹿华，王思彤等.面向智能用电的家庭综合能源管理系统的设计与实现[J].电测与仪表，2010，47（9）：35-38.

基金项目：2013年国家电网公司总部科技项目支持（编号：SGRI-WD-71-13-011）。

作者简介：

王亮【通讯作者】（1985―），男，山西人，硕士研究生，现就职于国网智能电网研究院，研究方向：物联网技术。

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中图分类号：TP205 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）08-0067-03

0 引 言

近年，随着物联网技术的发展，物联网技术在包括智能电网、智能交通、工业监测、公共安全等多个领域内被广泛应用。而物联网技术的发展也使得物联网在信息传送效率提升、生产率提高、企业管理成本降低等方面起到了重要的作用[1]。比如，在2009年8月24日出版的《人民日报》19版《从互联网到“物联网”》一文中提到，国家电网江西供电公司将传感装置安装到分布在全省范围内的两万台配电变压器上，实时监测其运行状态，实现电力使用情况检查、电能质量监测、线路及设备负荷管理、线损管理和需求管理等一体化高效管理，从而使得每年可以降低1.2亿千瓦时电能损耗。

电厂、电网、变电站、供电局、供电所彼此间信息的传递通过电力通信及电力信息系统已经实现了的全覆盖，同时建立了传输网络、调度数据网络、综合数据网络等来适应不同的业务需求，从而使各层面间实现了通信网络的互联互通。未来的发展将利用物联网技术将这个网络延伸至配网，以及现实中的各种物体，实现物物通信。近年来，随着智能电网的发展，如何组建基于物联网技术的电力系统通信，已成为电力系统领域的研究热点之一。

1 物联网核心技术及体系结构

1999年美国麻省理工学院Auto―ID提出了“万物皆能通过网络相互联结”的观点，并对物联网的基本含义进行了阐述。ITU提出了物联网的基本定义为“通过RFID、红外传感器、GPS、激光扫描设备、气体感应器等传感设备，按照规定的一系列协议，将任意物品连接到互联网中，从而达到信息交换和通讯，用来实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理为目的网络[2]。”物联网中的交互实体是时间或空间上可移动的物理实体或虚拟物体，采用近场无线通信、无线传感与执行网络与RFID等技术的融合，连接物理世界与虚拟世界[3-4]。在物联网中，物体参与商业、社会和信息的活动，进行交互和通信；并感知环境，与环境交换数据和信息[5]。

1.1 物联网核心技术

以RFID和网络技术为关键技术的初期物联网主要用于对货物及商品的管理，随着技术的发展，实现了通过物联网技术对物的控制，进一步达到“以物控物”。物联网自身需具有一定程度的智能，通过感知周围环境的变化完成动态自适应。同时，材料技术的发展也促使物联网功能属性得到延伸，未来物联网的发展不仅能够准确操作宏观物体，而且还可以对微观物体进行精确控制。从目前来看，须通过网络融合技术的发展来克服传统网络的异构型对未来全球物联网的应用的形成造成的困难。综上所述，物联网具有以下五项核心技术：标识事物的RFID技术、传感器与探测技术、思考事物的智能控制技术、网络融合技术以及微缩事物的纳米技术。

标识事物的RFID技术就是RFID，即射频识别技术。它可以在一个复杂的环境中，无需人工干预，自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由阅读器、标签和天线三部分组成，由这些组成部分完成对物体的控制、检测和跟踪。做为具有唯一电子编码的芯片和耦合元件的标签，进入由阅读器射频信号形成的磁场后，通过感应电流获取能量后将存储在芯片中的产品信息发出。通过射频产生的磁场，阅读器就可以对标签信息读取或写入。天线的作用是在标签和阅读器间传输射频信号。

传感器与探测技术是物联网感知环境和自身状态的核心技术，传感器与探测技术能够为网络系统进行处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。目前，传统传感器正逐渐的向微型化、信息化、智能化和网络化方向发展，并将传统传感器和智能传感器由嵌入式Web传感器逐渐取代。

智能控制技术的主要目的是为了物体具有一定的智能型，以智能系统植入物体中形成智能控制系统，再通过这个系统对物体的各种状况进行分析。智能控制的理论来源于认知计算，认知计算也是当前人工智能的最新研究方向。要想使物联网实现“以物控物”的目标，那么既需要事物能够感知学习外界环境信息，而且还要能够让物体觉察发现自身的行为习惯。

网络融合技术最早起源于电话网、数据网及因特网在业务层面的融合。随着网络技术的飞速发展，各种网络标准的不断涌现，异构网络和网络复杂度的提高等因素，严重阻碍了跨网络业务的发展。网络融合技术在网络层面对各种异构网络进行融合，消除网络间由于不同标准而形成的数字鸿沟，实现异构网络间的无缝切换。

纳米技术是对尺寸在0.1 nm～100 nm范围内的材料性质及应用进行研究的新兴技术，这一研究技术包括众多学科，如纳米化学、纳米力学、纳米体系物理学、纳米材料学等等。由于纳米材料所具有的的性质，所以用纳米材料制作的器材具有重量轻、硬度强、寿命长、设计方便、维修成本低等特点，从而使得纳米技术在最近几年发展迅速。纳米技术在物联网中的应用，可以使物联网从宏观走向微观，从而使“物”在物联网中“感知万物”、“以物控物”。

1.2 物联网体系结构

1.2.1 泛在网体系框架

目前，对物联网的体系结构大多采用由ITU-T在Y.2002建议中所描述的泛在网分层体系结构。在Y.2002建议中将物联网自下而上以此划分为分为五个层次：底层传感器网络、泛在传感器接入网络、泛在传感器基础骨干网络、泛在传感器网络中间件和泛在传感器网络应用平台。

1.2.2 M2M体系结构

在亚洲和欧洲的一些国家，M2M已经进入部分商用阶段，主要应用应用领域有安全监控、城市信息化、物流系统、公共交通等。在ETSI制定的M2M体系结构中，将物联网划分为三层：感知层、网络层和应用层。

1.2.3 通用物联网体系结构

目前，可运营管理的通用物联网体系结构尚处在初期研究阶段。ITU在文献[6]中对泛在传感网络进行了描述，认为泛在传感网络是一种通用的物联网体系结构，它将物联网分为四层，分别为感知层、网络层数据智能层和应用层，图1所示是一般物联网的分层结构图[1]。

图1中感知层的功能，通俗来讲，即在传统网络基础上将用户终端向“下”扩展和延伸，扩大通信对象范围，从原来的人与人之间的通信扩展到人与现实世界中万物之间的通信。感知层主要实现感知并采集数据，对物理世界中发生的事件进行感知，并捕获事件过程中的数据。因此，感知层是整个物联网的关键和核心。

网络层的建立以现有网络为基础，主要承载数据传输、数据汇聚、安全可靠地传递和处理信息，如同目前的电话通信网、移动通信网、互联网等。物联网的网络层是将传感器网络技术、互联网技术和移动通信技术相融合。

数据智能层包括智能处理中心、信息中心以及网络和数据管理中心等等。

应用层作为物联网发展的驱动力和主要目的，是为了实现物联网与具体行业技术的深度融合。应用层主要将感知和传输得到的信息进行分析处理，从而进行正确的控制和决策，服务于智能电力、智能交通、智能家居等行业，实现行业管理、应用、服务的智能化。

2 物联网技术在电力通信系统的应用

电力通信系统承载着电力系统中信息的传输业务，这些信息包括语音、数据、故障录播及视频等。电力通信系统的稳定性取决于通信设备能否正常运行。同时，在通信设备发生故障时能否及时发现，尤其在一些无人值守变电所业务出现故障时能否及时发现并得到处理关系着整个局部电力系统的运行。结合物联网技术和电力通信系统的特征，将物联网技术应用于电力通信系统，不仅可以节省人力资源，而且还能及时的获取中心及偏远变电所设备的运行状态。物联网技术在配电网通信、应急通信以及智能电网等方面可以为电网智能化提供必要的技术支持和保障。

2.1 配电网自动化

配电网大多是指等级在10 kV之下的电压网络，是相对于高压输变电网而言的。配电网具有电压等级多、配电设备多、支线较多、网络结构复杂、事故几率高、事故查找困难、变动频繁等特征。通过对国内外配电网可靠性实例的研究分析，发现解决上述问题的最佳方法是实时配网自动化。配电网自动化的功能包括配电网运行自动化和管理自动化两个方面。在配电网运行自动化操作过程中包括数据采集与监控、故障自动隔离及恢复供电和电压无功及无功管理；而对设备的管理、检修管理、停电管理和规划设计管理包括在配电网管理自动化中。

在配网通信中，主要采用的通信方式有光纤以太网、配电载波、GPRS或3G，以及诸如无线扩频、ZigBee等。在这些通信方式中光纤以太网采用EPON或GPON使用较多，但是由于配网经常会变动，同时光纤施工难度较大、综合成本较高；配电载波传输质量较差，安全性比较低；GPRS等无线技术虽然通信质量较好，当容易受到路径的反射干扰，同时安全性也较差。

通过分析物联网技术发现，对于存在于配网中终端与通信的问题可以使用物联网技术很好地解决，仅需在配网设备及附件中加入传感器并将其联入互联网便可完成配网的通信工作，通过对数据的采集与监控即可实现“三遥”（遥测、遥信、遥控）等自动化技术。从而有效解决配网中终端多，而且经常变动的问题。

2.2 应急通信

在电力系统中，“发输配用”覆盖范围较广，设备终端多，在每一阶段都有可能随时随地发生事故，这就需要一个可靠的应急通信保障体系，在以往的工作中，一般只有事故发生会由抢险人员赶完现场检查并检测事故源，然后将结果汇报指挥中心，指挥中心根据事故原因制定相应处理方案并对事故进行处理。这将大大增加了抢险耗时。

物联网技术的应用使得抢险时间大大减少，并未指挥中心和调度中心的工作提供便捷。通过安装在终端设备的传感器，可以实时智能化检测电网运行状态以及各终端设备的运行状况。一旦发生事故，检测系统会发出报警信息，同时精确定位事故源，检查事故状况，并将准确的数据信息传送到指挥中心，并启动自我修复装置，若无法自我修复，也可以让抢险人员能够提前准备所需设备或更换零件赶赴现场进行抢险，大大提高了事故的处理效率。

2.3 智能电网

智能电网也称为电网的智能化，有时也用电网2.0来称呼。在美国能源部《Grid 2030》中，对智能电网的定义为：一个完全自动化的电力传输网络，能够监控电网中的每一个用户和电网节点，确保从发电到用电的整个输配电过程中，多个节点间信息和电能的双向流动。而我国国家电网中国电力科学研究院给出的智能电网的定义为：以物理电网为基础，将传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术等现代先进技术与物理电网高度融合而形成的新型电网。它可以充分满足电力用户对电力的需求、优化资源配置，确保电力供应安全性、可靠性和经济性，满足环保约束，保证电能质量，适应电力市场化发展的目的，实现用户对电力供应和增值服务的可靠、经济、清洁、互动等。

在智能电网中应用物联网技术，可以有效补充或增强传感器测量技术、通信技术、远程抄表技术、信息技术等，同时可以对在网设备进行实时检测，及时发现设备发生的事故并进行定位追踪，而且通过传感技术还可以对输电线路杆塔、线路覆冰情况、设备温度等进行实时监测。对于一些高压线路、海底电缆、配电房开关等难以通过通信方式有效收集的数据，借助物联网传感器就可以很轻松地实时收集并整合，从而提高应急的灵敏度和管理的效率。

3 结 语

伴随着智能电网的建设，电力物联网技术也在迅速的发展。在电力系统中应用物联网可以有效改善输电通信基础网络，提高电力系统网络的稳定性和可靠性。作为配电网络的重要途径还可以实现传统网络中无法实现的一些功能。物联网技术还能有效克服恶劣气候等一些自然灾害，加强对突发应急状况的检测和处理，保障电力通信体系。

但是，物联网技术目前还处于初步阶段，技术中还是很多不够完备的地方，一些关键技术还需要攻克。对于物联网技术和电力系统技术的深层次融合还需要更进一步的研究，从而加快智能电网的建设步伐。

参 考 文 献

[1]屈军锁 主编，物联网通信技术[M]，北京：中国铁道出版社，2011.

[2] ITU Internet Reports 2005： The Internet of Things-Executive Summary[EB/OL]，http：//itu.int/osg/spu/publications/internetofthings/InternetofThings_summary.pdf， 2010.7.

[3] JEONG S，KIM S H，HA M， et al.Enabling transparent communication with global ID for the Internet of things[C]，Proceedings of the 6th International Conference on Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitous Computing.Piscataway： IEEE，2012：695-701.

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引言

随着经济的快速发展，城市化进程加快，高层建筑群越来越多，电梯的保有量也随之增长，电梯的安全问题也日益突出。传统的靠维保人员去发现故障和检测故障的方式，一方面会增加维保人员的工作强度，降低效率，另一方面也会增加企业的运营成本。

电梯物联网是综合了互联网技术、移动通信技术等多种信息技术，实现电梯、厂家、客户、维保及政府部门之间的信息共享和数据交换，提升电梯的安全性、可靠性，降低电梯故障率。

1 物联网架构

物联网技术的层次由传感层、传输层和应用层3个层次组成：

第一层：感知层。核心竞争力的网络的整体感知，以电梯NFC和RFID，传感器和其他传感器技术为基础，实现信息采集与识别，其关键在于有更准确、更全面的感知。

第二层：传输层。移动通信网络的广泛覆盖是实现网络基础设施，通过现有的互联网、通信网和各种接入网和专用网，实现数据的传输和计算，关键在于网络和应用特性的优化和改进，形成协同传感网络。

第三层：应用层。提供丰富的基于互联网的应用，如个人电脑、手机等终端设备，以及数据中心的系统或专用网络，实现了广泛的智能应用。

2 电梯物联网关键技术

2.1 物联网的概念

物联网这有两层含义：一是物联网的核心和基础仍然是互联网，网络是互联网的基础上的延伸和扩展；第二，用户终端的延伸和扩展到任何商品和物品，信息的交流和沟通是物理信息。物联网通过智能感知、识别技术和普适计算、通信和传感技术，广泛应用于网络融合，因此也被称为继计算机、互联网世界信息产业发展的第三次。物联网利用本地网络或互联网等通信技术，以传感器、控制器、机械、人员等为对象，通过新的方式连接在一起，形成人与物联网与物联网的对象，实现信息技术、远程控制和智能化管理网络化浪潮[2]。

2.2 传感器技术

电梯本身就是一个智能设备[3]，其本身就包含了多种传感器，如压力传感器、视频设备、涡流传感器、光电感应器、RFID读写设备、温度传感器。除了以上几种，还有最重要的一个感知设备，就是电梯控制系统，它相当于机器人的大脑。

2.3 接入网技术

由于电梯控制柜一般放置在机房或者井道内部，有线网络目前还是存在布线的客观困难，无线网络还是电梯物联网优先考虑的互联网接入技术。目前2G/3G/4G技术已经很成熟，覆盖也很广泛，其中4G的速率可达到几十Mbps，随着流量资费的不断下降，视频传输也可通过4G技术实现。

2.4 数据存储、挖掘技术

随着接入网带宽的提高，电梯物联网的数据量将急剧增大，数据的存储、挖掘也是电梯物联网的一个关键技术。目前，大型数据存储技术有三种典型的方式：

第一是MPP架构模型的数据库集群的使用，对于行业数据的集中，无共享架构，通过列存储、粗粒度索引和大量的数据处理技术，结合MPP架构的分布式计算模型，用于分析应用的完整支持，低成本PC服务器运行环境，因为其拥有高性能、高扩展性的特点，在课堂应用中获得了极为广泛的应用企业。

第二是基于Hadoop的技术扩展和封装，在Hadoop衍生的相关技术资料，与传统的关系型数据库处理难以处理的数据和场景，目前最典型的应用场景是通过扩展和封装Hadoop实现支持互联网数据存储和分析。

第三是一个大数据的机器。这是一个专门设计用于数据处理和分析的软件和硬件相结合的产品，由一组集成的服务器、存储设备、操作系统、数据库管理系统组成，拥有数据查询、处理、分析、优化软件等功能，各种机器的高性能数据具有良好的稳定性和纵向扩展性。

3 基于物联网的电梯监控系统方案

3.1 方案介绍

根据电梯管理和监控的需求，设计了基于物联网的电梯监控系统，为工厂、客户和政府的需求设计。该方案集成了电梯监控、抢救、诊断、报告和现场问题处理，可以有效地提高现场人员处理问题和维护效率。

3.2 系统模块功能

该方案的功能模块功能如下：

（1）电梯模块：主要利用各种传感器，采集电梯各部件的动作参数，如曳引系统电机的电流电压、门系统电机的电流电压、机房的温度等参数。

（2）通信模块：主要利用有线/无线的通讯技术，将电梯数据传输到中心服务器。

（3）存储单元：主要利用大数据的存储方式，对数据进行存储和分析。

（4）远程监控模块：实时展示电梯的运行状态。

（5）预诊断模块：对电梯部件数据进行挖掘分析，提前预判电梯部件可能出现的问题并通知现场维保人员，在下次维保时重点关注该部件。

（6）远程救援：将电梯故障通过短信、电话、微信等方式通知现场维保人员，同时通过视频、语音安抚受困人员。

（7）报表生成单元：将电梯整梯、部件的使用情况、故障情况，通过挖掘存储单元的数据，形成报表，指导厂家检讨部件的质量，同时也可作为现场维保人员的维保指引，还能让客户了解电梯的状态。

（8）现场接受、处理模块：利用平板电脑、智能手机接收中心发出的故障信息、维保指令。根据指令信息，对电梯进行维保或救援。

4 结束语

各种单一技术都有各自的特点，随着计算机技术、互联网技术的兴起，不同技术的融合、互补，将持续给电梯群控技术注入新的活力，使得电梯运行性能不断提高。基于物联网的电梯监控系统，能够及时有效的检测电梯的运行状态，并能提前预判电梯部件的故障，提前对电梯进行维保，提高了电梯的安全性和可靠性。物联网与电梯的结合，能提升电梯的管理水平，提高维保人员的工作效率，降低厂家的成本，具有良好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]翁小辉.基于物联网的车辆监管系统设计与实现[D].吉林大学，2009.

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中图分类号：TP391.4 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-02

Architecture and Application of the Internet of Things Technology

Lin Yan1,Lin Yuan2

(1.Liaoning Provincial Highway Administration,Shenyang110013,China;2.Sujiatun Bureau of Economic and Information Technology,Shenyang110101,China)

Abstract:The Internet of Things is regarded as the computer,the Internet and mobile communication network of information industry after the third time,because of its vast wave of industrial application prospects under governments'attention.The structure system of The Internet of Things on the key technology plays a decisive networked application effect.Content networking applications, can change the traditional industry management mode,let management become more intelligent,more efficient.

Keywords:Internet of Things;RFID;J2EE

物联网是通过各种感知设备和互联网，连接物体与物体的，全自动、智能化采集、传输与处理信息的，实现随时随地和科学管理的一种网络；是对当今各种新技术、新理念的高度融合，它打通了电子技术、自动化技术、通信技术、生物技术、机械技术、材料技术等以往关联不大的技术之间的通道，使得这些技术真正融合为一个整体，从而实现了通信从人与人向人与物、物与物的拓展。物联网行业应用需求广泛，潜在市场规模巨大，它将成为全球下一个万亿元级规模的新兴产业。目前物联网技术发展已列入我国国家级重大科技专项，可以肯定其代表了下一代信息技术发展方向，将会像互联网一样成为全球经济发展的又一个驱动器，带领全球经济走出危机。

一、物联网的应用架构

（一）基于RFID的物联网应用架构。RFID可能是三类技术体系中最灵活的能够把“物”改变成为智能物件的，它的主要应用是把移动和非移动资产贴上标签，实现各种跟踪和管理。RFID只是编码的一种载体，此外还有其他基于物理、化学过程的载体。

（二）基于传感网络的物联网应用架构。物联网中的传感网络主要是指无线传感网络（WSN，Wireless Sensor Networks）。WSN由分布在自由空间里的一组“自治的”无线传感器组成，共同协作完成对特定周边环境状况，包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动、污染颗粒等的监控。

（三）基于M2M的物联网应用架构。业界认同的M2M理念和技术架构覆盖的范围应该是最广泛的，包含了EPCGlobal和WSN的部分内容，也覆盖了有线和无线两种通信方式，一个典型的M2M系统包括：M2M应用，M2M中间件，网络层，M2M网关层，远程设备。

二、物联网中的关键技术

物联网涉及的新技术很多，其中关键技术主要有射频识别技术、传感器技术、网络通信技术和云计算（传输数据计算）。

（一）射频识别技术。俗称“电子标签”，是特联网中非常重要的技术，是实现物联网的基础与核心。这一技术由三个部分构成：标签（Tag），附着在物体上以标识目标对象；阅读器（Reader），用来读取（有时还可以写入）标签信息，既可以是固定的也可以是移动的；天线（Antenna），其作用是在标签和读取器之间传递射频信号。此技术的可以应用于供应链管理系统，高速公路的自动收费系统。射频技术发展面临的主要问题和难点有：射频识别的碰撞防冲突问题，射频天线研究，工作频率的选择，安全与隐私问题。

（二）传感器技术。传感器是提取信息的关键器件，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集手段。由于物联网通常处于自然环境中，传感器要长期经受恶劣环境的考验。即使是最现代化的电子计算机，假如没有准确的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现。在物联网方面的应用中，需要传感器在感知信息方面和自身的智能化和网络化方面有较大方面的提高。

（三）网络通信技术。最基础的物物之间的感知通信是不可替代的关键技术。网络通信技术包括各种有线和无线传输技术、交换技术、组网技术、网关技术等。其中M2M技术是指所有实现人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段，同时也可代表人对机器（Man-To-Machine）、机器对人（Machine-To-Man）、移动网络对机器（Mobile-To-Machine）之间的连接与通信。M2M技术适用范围广泛，可以结合Wifi、BlueTooth、Zigbee、RFID和UWB等近距离连接技术，此外还可以结合XML和Corba，以及基于GPS、无线终端和网络的位置服务技术等。此技术可用于安全监测、自动售货机、货物跟踪领域。目前M2M技术的重点在于机器对机器的无线通信，而将来的应用则将遍及军事、金融、交通、气象、电力、水利、石油、煤矿、工控、零售、医疗、公共事业管理等各个行业。

三、物联网的典型应用

（一）智能交通。智能交通解决交通拥堵、提高行车安全、提高运行效率的重要途径。我国交通问题的重点和难点是城市道路拥堵。在道路建设跟不上汽车增长的情况下，对车辆进行智能化管理和调配就成为解决拥堵问题的主要技术手段。在中国已经有20多个省区市实现公路联网监控、交通事故检测、路况气象等应用，路网检测信息采集设备的设置密度在逐步加大，有些高速公路实现了全程监控，并可以对长途客运危险货物运输车辆进行动态监管。

（二）智能家电。物联网的预期应用中，智能家居是一个重要的应用领域。智能家居，由网络家民和家庭网络所组成的家庭设施，通过学习、推理等方法为用户提供服务和自主管理能力。家庭网络，是融合控制网络和多媒体信息网络于一体的家庭信息化平台，用以实现在家庭范围内信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、家庭求助报警、保安（监控）装置及水电气热表等设备的信息互联。网络家电，是将普通家用电器利用数字技术、网络技术及智能控制技术设计改进的新型家电产品，可以实现互联组成一个家庭内部网络，同时这个家庭网络又可以与外部互联网相连接。

（三）煤炭管理。在煤炭企业仓储管理中，计算机管理信息系统已经有了广泛应用，将物联网应到煤炭企业的仓储管理中，建立智能化的现在仓储管理系统，可以极大提高仓储的管理效率。

图1.煤炭企业物流系统模型

整个系统采用J2EE架构，用户通过访问服务器获得数据。在物联网层提供各种数据接口，利用GIS和仓储中的传感器，直接将数据发送到系统数据库中，以便顶层平台可对数据进行处理。平台实际需要的物理服务器3台，分别作为应用服务器，数据库服务器，数据库备份服务器。

图2.平台技术架构图

通过利用物联网技术，将物联网作为数据基础采集平台，提出新的煤炭作业物流运作模式，可最大程度的提高信息共享程度，将订单、生产计划、仓储、物资采供、物资供应以及运输销售过程中的车辆调度中的所有信息全部共享。

四、结论

物联网的发展涉及产业创新、结构调整和发展方式转变，直接推动国家信息化进程，是改善民生、利国惠民的重要技术手段和推动新兴产业发展的突破口，更是提升国家综合国力的关键。我国有着广阔的市场空间，但国内的生产现状还停留在低附加值的状况，物联网这一新技术的出现，不仅对传感器市场带来具大的潜力，更会对传统行业带来新的发展机遇。

参考文献：

[1]李航,陈后金.物联网的关键技术及其应用前景[J].北京交通大学电子信息工程学院

[2]许亿祺.物联网与家电[J].中国电器科学研究院

[3]刘鹏程.浅谈物联网与物品编码标准化[J].北京交通大学经济管理学院

[4]崔曼,卢建军,赵安新,卫晨.基于物联网的煤炭企业物流信息平台[J].西安科技大学,西安邮电学院