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.

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篇4

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

篇6

1 引言

物联网的发展是未来智能电网中电力网络发展的方向，物联网是智能电网实现的必要条件，物联网和电力系统的生产、运行、管理、输用等环节紧密联系在在一起。智能电网包括智能输电网和智能配电网 都是智能电网组成部分，智能输电网担当电力系统中输送电能量的任务，智能配电网则是为终端用户输送电量，虽然两个的电压等级有很大的区别，但是它们各自的地位都是不可替代的。智能配电网完成各种配电任务都需要通信网络的支持。然而，随着智能电子设备增多随之而来的数据量的也在不断的增加以及电力信息数据实时性，高速的通信网络环境是智能配电网需要的条件。智能配电网中的电力通信更加的开放，电力网路的入侵接口也随之增加，电力系统的安安全性和可靠性需要经受更严峻的考验。因此，我们需要更迫切地解决智能电网中电力通信网络系统的信息数据安全的问题。

由于智能配电网与终端有良好的交互，大量用户的接入对信息安全带来了一定的威胁。因此我们要过滤非授权的访问终端，而信息加密技术是保障电力系统信息安全的核心技术。在信息安全过滤理论上，通过一个综合加密通信编程实例，提出采用多级信息安全过滤模型和综合加密技术实现对智能配电网的信息系统的安全防护。

1 信息的安全过滤

信息过滤是通过监控动态的信息源以找到满足用户需求的信息或剔除用户不需要的信息以及不合法的终端用户。

1.1 安全过滤的主要方法

1.1.1 主动过滤

过滤系统主动从信息源上为其用户送达相关的信息。用户提前做好过滤准备，可以设置有权或无权访问的对象列表等,便于在信息过滤时根据用户自己设置好的访问对象。

1.1.2 被动过滤

过滤系统不对信息源的信息进行判别和处理,当用户在访问对象时才对信息、数据、图像等信息进行判别分析处理，更具用户的需求是否处理过滤信息。

2 加密技术

由于电网中含有许多敏感信息，为了防止未授权用户访问或获取电网运行和调度信息的安全性、完整性，只要通过认证、加密功能来实现数据的安全问题。

目前的数据加密技术根据密钥类型可分为私钥对称加密和非对称加密)。对称加密系统与非对称加密相比，在加密、解密处理速度、防范能力、数字签名和身份认证等方面各有优劣。

2.1 RSA算法

RSA算法是一种非对称密码算法，所谓非对称，就是指该算法需要一对公开密钥与私有密钥，使用公开密钥对数据进行加密，则只有用对应的私有密钥才能解密。但是速度一直是RSA的缺陷。一般来说只用于少量数据加密。

RSA的算法涉及三个参数，n、e1、e2。其中，n是两个大质数p、q的积，n的二进制表示时所占用的位数，就是所谓的密钥长度。e1和e2是一对相关的值，e1可以任意取，但要求e1与(p-1）*(q-1）互质；再选择e2，要求

（e2*e1）mod((p-1）*(q-1))=1 。

（n，e1）,(n，e2）就是密钥对。其中(n，e1）为公钥，(n，e2）为私钥。RSA加解密的算法完全相同，设A为明文，B为密文，则：

A=BΛe2modn

B=AΛe1modm

2.2 DES算法

数据加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA）是一种对称加密算法，DES 采用的主密钥为64bit,其中8bit为奇偶校验位, 实际主密钥为56 bit。解密时用同样的密钥将密文作为输入, 经过一系列相反的步骤得到的输出即明文。但是密钥的安全性和管理是它的不足之处。

2.3 RSA&DES综合加密

基于RSA算法和DES算法两种典型密码算法的优缺点。用DES算法作为数据的加密算法对数据加密，用RSA算法作为DES密钥的加密算法，对DES的密钥进行加密。要加密的数据量通常很大，而DES算法的加、解密速度效率高，对每个数据分组的加密仅需很短时间就能完成。因此,用DES算法对大量的数据加密不会影响整个系统的效率。DES和RSA综合加密如图1所示。

在加密、解密的处理效率方面，DES算法优于RSA算法。在密钥的分配、管理、安全度方面，RSA 算法比DES 算法更加优越。DES和RSA综合加密算法既能发挥DES算法加密速度快、安全性好的优点，又能发挥RSA算法密钥管理方便的优点，二者各取其优，扬长避短。

3 能配电网通信系统模型

智能配电网最为理想的控制模式是集中控制模式（如图2所示），而通信系统是建设智能配电网的一个关键环节。有效的通信方式是智能配电网的前提和支柱，将控制中心的命令有效地准确地传送到繁多的终端智能电子设备（Intelligent Electric Device，IED），并且将终端智能电子设备采集的各种实时信息传送到控制中心。

4 多级信息过滤防护

该模型包括了第一级的基于Web缓存技术的地址安全过滤和第二级的共享密钥认证技术和综合加密技术的安全过滤两大模块。其中基于Web缓存技术的地址过滤包含了硬件设备认证子模块。此模型从硬件认证（设备身份认证）和软件认证（共享密钥和综合加密解密技术）两个方面, 很好地提高了安全过滤的准确性和保障了电力网络敏感信息的安全性。

4.1 第一集过滤

终端IED经过简单的URL（设备的IP地址）的过滤，由于IED的设备的MAC地址或者IP地址是终端设备的唯一标识符。Web高速缓存服务器技术可以缓存子站与终端IED或者终端IED和终端IED访问过的对象，这一特点使得我们可以利用Web缓存技术在子站服务器不忙时启动地址判别、分析功能, 采用MAC地址或者IP地址判别技术, 使用“MAC判别引擎”或“IP判别引擎”, 并根据预先设定的规则对缓存数据进行判断, 对主站与终端设备或者终端设备和终端设备访问时提供的陌生的IP地址或者MAC地址进行登记,生成拦截“黑名单”添加到数据库中, 同时对不匹配的对象则给予阻断或封锁, 这样在以后正常工作时, 便可以在这一级将无权限访问的对象过滤掉, 从而实现了“一次过滤, 多次服务”的高效服务模式。重而初步的防止未授权的对象访问或者获取非法的调度敏感信息以及各种破坏行为。

4.2 第二级过滤

MAC 地址虽然是一个网络硬件设备的标识，一般是固定的，但是可以通过硬件或软件的方法修改。攻击者可以利用MAC地址欺骗这一弱点，盗用合法IED的地址，从而进行窃取电力网络信息或者破坏电力网络。

设备身份认证成功后由于可能存在MAC地址或者IP地址的伪造，上一级的过滤有可能存在一些没有被过滤掉的访问对象及所携带的信息。此时进行共享密钥认证需要终端IED和子站配置相同的共享密钥。共享密钥认证的认证过程为：终端IED先向子站发送认证请求，子站会随机生成一个数据包（字符串）发送给终端；终端将收到一个字符串的最新数据，用一个密钥加密，然后发送到子站；接收到数据后，数据使用密钥解密，最初结束再解密字符串比较未加密前的字符串。如果相同，则说明客户端拥有子站相同的共享密钥，即通过了Shared Key 认证；否则认证失败。

终端的IED的电力信息用DES加密算法为数据进行加密，用RSA算法作为DES密钥的加密算法作为终端IED的公开密钥，而子站保存私用密钥。综合加密工作方式能大大提高加密效率和增强了保密强度。该加密算法既能发挥DES算法加密速度快、安全性比较高同时也发挥了RSA算法密钥管理方便的优点。

由于可能存在MAC地址或者IP地址的伪造，上一级的过滤有可能存在一些没有被过滤掉的访问对象及所携带的信息。此时访问过滤方案描述如下：

（1）终端、子站、主站的IED携带信息进入信息网。

（2）终端IED和子站进行共享密钥认证。

（3）终端IED进行共享密钥认证技术后，将执行如下操作：

（1）对于认证成功的终端IED所携带的电力敏感信息进行DES加密，然后对其密钥用RSA加密作为对应终端IED的公开密钥，把加密的数据和加密后的密钥传送给子站。子站收到终端IED的信息后，子站用保留的私用密钥先对密钥进行RSA解密，然后对其加密数据解密。

（2）对于认证失败的终端，把终端的唯一标识符及其所携带的信息添加到敏感数据库，进行封存过滤。

4）对于数据解密成功，数据采集端保存数据。否则终止其访问权，将终端加入敏感数据库。

5 实例分析

网络化的通信结构和多种通信技术在同一个网络中的综合运用，扩大了网络的规模，增加了网络的复杂性，给网络的运行维护增加了很大的困难。我们熟知智能配电网通信系统三层网络模型建立如图3所示的通信网络。为了方便演示,服务端采用的是单线程。本文在VS2010平台上用c#开发时是一对一（一个服务器对一个客服端），但不影响在实际应用中。

基于上述电力通信系统模型，利用本文方案，能够保证非法使用的终端IED无法接入到系统中，从而阻止非法入侵者对系统的恶意攻击。分析如下：

首先，终端IED与上级相互通信时，以终端IED的唯一标识符作为设备身份认，这样有效地提高智能配电网的信息安全的可靠度，同时对不合法的终端IED的信息封存在SQL数据库，提高了拦截效率。

其次，客户端把需要发送的明文经过综合加密技术后，信息传送到服务端，服务端用RSA创建对象：

rsa调用私钥解密加密过的密钥，此时密钥变成明文，就可以解密信息数据。经过解密的密钥再进行解密加密过的数据，服务端用DES创建对象

Des调用解密算的对数据解密。通过以上多重加密解密过程来防止了密钥泄漏问题。电力信息进行综合加密提高了加密效率和数据的安全性。即使对于有些侥幸不合法的终端IED获取访问或者获取电力敏感信息也是经过综合加密的信息。

最后，对于采用的对称加密算法，不影响数据的实时性。由于多级过滤非授权的终端，阻止了不法分子分子访问、截获、篡改电力信息和隐私，为配电通信网的安全提供保障措施。

6 结语

本文在智能配电网通信系统结构设计的基础上，针对智能配电网存在的信息安全问题，采用基于多级过滤和综合加密体制，提出了一种适合智能配电网通信系统的信息控制访问方案。该方案对接入公网的用户进行初步的信息过滤，利用加密技术对数据加密，不管是拥有权限访问的公网接口用户还是利用欺骗技术绕过过滤系统的非法用户，都不能及时获得数据的真实性，保证信息数据的安全性，提高了电力系统的安全性和可靠性。

参考文献

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[9] 孙中伟,马亚宁,王一蓉等.基于EPON的配电网自动化通信系统及其安全机制研究[J].电力系统自动化,2010,34(8): 72-75.

[10]Lim I H,Hong S,Choi M S,et al.Security protocols against cyber attacks in the distribution automation system[J].IEEE Trans on Power Delivery,2010,25(1):448-455.

作者简介

李貌（1988-）男，硕士研究生，研究方向为调度自动化及计算机信息处理。

滕 欢（1965-），女，高级工程师，硕士研究生导师，长期从事电力系统及其自动化科研、教学及工程实践工作。

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中图分类号：TP212.9；TN929.5

随着“数字化校园”建设进展的推进，各个高校都已经基本建设成了基于光纤为主干线路的校园有线网。基于物联网的无线智慧校园网的建设就是在校园已有的有线网络的基础框架上，进一步部署校园无线传感器网络和移动通信网，从而实现校园教学楼、办公楼、学生宿舍、教职工宿舍和其他公共场所的无线全覆盖。无线智慧校园=校园+物联网+云计算+智慧化设备，它通过物联网来实现更加合理和人性化的服务和管理。智慧校园通过物联网实现人与人之间、人与物之间、物与物之间、人与信息资源之间以及信息资源与信息资源之间的通信。它的最高阶段就是校园服务和管理各部分都是由物与物之间智慧化地完成，无需人工干预，从而达到“智慧”状态，向广大师生提供更加人性化的服务。

近几年来，互联网技术与移动通信技术的不断深入发展促使了新一代信息通信技术――物联网的形成与发展。随着物联网技术的研究与应用，利用物联网可以解决传统意义上互联网没有考虑的与物件互接的问题。就此，这将有力地推动校园信息化向下一个阶段――“无线智慧校园”的发展，为高校数字化资源与信息化系统的高效整合提供更有利的条件，更好地为广大师生的工作、学习和日常生活服务。Zigbee技术是其中很重要的一种。

Zigbee技术作为一种新兴的远距离、低复杂度、低功耗、低数据传输率、可愈的双向无线通信技术完全适用于无线校园系统，成为连接各个传感器单元的络技术，其层次化的结构和多样化的功能能够很好地解决物联网中无线传感器节点间网络连接的问题，因此，zigbee技术能够很好地应用于智慧校园网的建设当中，成为连接各个传感器节点的网络技术。

1 关键技术――Zigbee

1.1 概念及特点

Zigbee技术是由Zigbee联盟提出的一种基于IEEE802.15.4标准的短距离、低速率、低功耗的无线通信技术[1]。

由于其层次化的结构和多样化的功能能够很好地解决物联网中无线传感器节点间网络连接的问题，因此，Zigbee技术能够很好地应用于智慧校园网的建设当中，成为连接各个传感器节点的网络技术。其主要具有以下特点[2]：（1）低功耗，可用电池供电；（2）低但可靠的数据传输率；（3）可同时支持多节点的连接；（4）支持动态节点的网络；（5）支持自组织性网络；（6）网络覆盖范围大。

1.2 体系结构

Zigbee网络自上而下分为应用层、网络层、媒体访问控制层和物理层，其体系结构图如图1所示[3]。（1）应用层：该层由应用框架、Zigbee设备对象和应用支持子层组成，其主要负责各个应用对象的运行。（2）网络层：该层主要提供网络管理、路由管理、网络信息转发和网络安全管理等功能，从而形成自组网机制。（3）媒体访问控制层：该层主要为高层提供数据编址、CSMA/CA访问机制、信标等功能支持。（4）物理层：该层主要负责WPAN设备通讯频段的分配，从而避免干扰的产生。

图1 Zigbee网络体系结构图

1.3 网状Zigbee网络

该Zigbee网的组建方式与树型Zigbee网类似，不同的是其各层路由器之间也进行了连接[4]，其结构图如图2所示。

图2 网状Zigbee网拓扑结构图

该网状Zigbee网是基于树型Zigbee网改进的，其具有网络自组织功能，即源节点与终节点之间的通信路径并不唯一，当其中某台路由器发生故障时，该网状Zigbee网络能够启用网络自组织功能寻找另一条替代通信路径[5]。本文采用的技术就是网状Zigbee网。

2 具体设计

基于物联网的智慧校园网主要有以下三种网络组建而成：

（1）校园有线网。该网络是指目前各个高校已经建成的校园主干网，在整个智慧校园网内，该网络主要作为校园主干线路网络，承担校园主干线路的大数据量通信。目前主流的高速网络技术主要有ATM技术、光纤分布式接口（FDDI）、千兆以太网（Gigabit Ethernet）和快速以太网[6]。鉴于快速以太网技术能够有效地支持3、4、5类双绞线和光纤的连接，以及有效地利用各个高校现有的设备，本基于物联网的智慧校园设计方案网仍选用快速以太网作为校园主干网络技术。

（2）校园无线传感器网（WSN）。在整个智慧校园网内，该网络主要作为校园各个局部区域（例如：宿舍楼、办公楼、图书馆、教学楼、实验楼等）的网络，承担着该局部区域无线传感器之间的通信。鉴于zigbee技术是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据传输率、高可靠性、可愈的双向无线通信技术和其层次化的结构和多样化的功能能够很好地解决物联网中无线传感器节点间网络连接的问题，因此，本基于物联网的智慧校园网设计选用其作为校园无线传感器网络的核心支撑技术[7～9]。

（3）移动通信网。在整个智慧校园网内，该网络主要承担校园手机短信息的收发。该网络的建设工作主要由智慧校园合作方――移动通信服务提供商负责。

2.1 网络拓扑结构选择

（1）整个无线智慧校园网拓扑结构选择

由于各个校园的规模和建筑物地理分布的不同，其校园网具体搭建方式也各不相同，但其整个校园网的拓扑结构设计可大致相同。

本基于物联网的智慧校园网采用“物理上总线型，逻辑上星型”拓扑结构，如图3所示。

图3 基于物联网的智慧校园网拓扑结构图

（2）基于Zigbee的校园无线传感器网拓扑结构选择

由上一小节的论述可知，Zigbee支持星型、树型和网状三种拓扑结构。其中，星型Zigbee网可看作为简化版的树型Zigbee网，两者都具有逻辑层次鲜明的优点，但同时也存在“整个网络的性能受协调中心的制约、通信路径唯一、通信不可靠”的缺点；网状Zigbee网具有网络自组织能力，具有灵活、通信可靠的优点。

因此，我们在进行智慧校园无线传感器网建设时，可依据各局部区域的实际情况（所需布置传感器节点数、覆盖范围、数据通信量、数据传输速率等）部署不同拓扑结构的无线传感器网络。

下面举一个利用基于Zigbee校园无线传感器网实现学生上课考勤统计的应用事例。图4为该教室设备分布示意图。

图4 教室设备分布示意图

其中，Zigbee协调中心布置于教室中心，每一个携带配置RFID-SIM卡手机的学生作为Zigbee终端设备。考虑到教室组网这个特殊的环境，包括每一个课堂的学生和教师人数较多，使得Zigbee终端分布密集。因此，在此种情况如果部设树型Zigbee网的话，网络数据的传输性能会受到一定的影响，所以这里最好部设网状zigbee网。

通过上面的学生上课考勤统计应用例子，我们可以发现，在终端节点较多的情况下，网状Zigbee网不仅比树型Zigbee网和星型Zigbee网更为灵活和可靠，而且在网络传输更为高效。因此，基于校园终端设备数量较多这一实际情况出发，我们在进行校园无线传感器网组网时，如果不是网络结构较简单，或对终端的数据传输有严格的中继和管理要求时，我们应优先考虑网状拓扑。

2.2 三网融合设计

本智慧校园网采用如图5所示的方案进行校园有线网、基于Zigbee的校园无线传感器网和移动通信网的融合，即通过Zigbee网关设备的使用实现三者的融合。

图5 三网融合示意图

其中，通过Zigbee网关系统总线内置GSM模块来实现与移动通信网的连接；通过提供以太网接口以有线的方式或内置无线上网卡（支持IEEE802.11 a/b/g①）以建立WLAN②的方式来实现与校园有线网的连接。另外，校园有线网通过总的学校网络网关实现与Internet的连接。

3 结束语

本文在研究Zigbee技术和无线智慧校园国内外建设情况的基础上，结合我国无线智慧校园实际应用需求，提出了一套基于Zigbee的无线智慧校园解决方案，旨在解决目前数字校园所存在的校内信息资源整合与共享、自动身份识别、信息化保障机制和安全保障体系的搭建、信息资源及时采集与更新和校内各信息系统集成等难题，为即将实施或正在实施无线智慧校园建设的各大院校提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]王素红.基于ZigBee的无线传感器网络设计与实现[J].电脑知识与技术，2008（33）.

[2]陈东云.为加快我省基础教育信息化标准建设提供优质服务[J].新教育，2011（02）.

[3]马荣飞.统一身份认证系统的研究与实现[J].计算机工程与科学，2009（02）.

[4]郭楚杰.数字化校园中统一身份认证平台的设计[J].湖南工业大学学报，2010（03）.

[5]赵战生.信息安全管理标准发展研究[J].信息网络安全，2011（01）.

[6]邵开丽，周小佳，闫斌.无线传感器网络数据融合技术研究[J].计算机与现代化，2011（02）.

[7]智慧的地球――IBM 动态基础架构白书.http：///cn/express/mig ratetoibm/dynamicinfrastructure/download/dynamicinfrastructure_whitepaper_0903.pdf.

[8]International Telecommunication Union.ITU Internet Report 2005：The Internet of Things.http：//itu.int/pub/S-POL-IR.IT-2005/e.Geneva：ITU，2005.

[9]European Research Projects on the Internet of Things （CERP-IoT） Strategic Research Agenda（SRA）. Internet of things strategic research roadmap[EB/OL][2010-05-12]http：//ec.europa.eu/information_society/policy/rfid/documents/ in_cerp. pdf.

注：

①802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。

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0 引 言

物理学是以实验为基础的自然科学, 通过实验可以促进学生正确形成概念和掌握规律,理解和掌握物理知识,培养学生的观察能力、动手能力、思维能力和创新能力。新课标提出：重视将信息技术应用到物理实验室，加快中学物理实验软件的开发和应用。因此提高实验教学的有效性是物理教学的重中之重。

DIS，即数字信息系统实验（Digital Information System），是以真实实验为基础，借助传感器、计算机来完成的实验。它改变了传统的实验教学方法，形成新的教学模式。基于物联网技术的DIS物理实验是实时，准确的，它不同于传统的实验教学，学生可以自由的探究学习，这无疑会给传统低效的实验模式带来巨大冲击。

1 当前高中物理实验教学现状

教学实验简单化，实验过程程序化，操作实验书面化。不关注实验注意事项，不讲实验误差，以程序化的实验步骤开展教学，不注重启发与探究，以教师口头讲实验，学生观看多媒体视频来代替操作实验,甚至设计大量的实验习题，以“书面实验”代替“操作实验”。近3年来江苏高考物理实验得分率持续走低，学生实验操作能力低下，考察实验内容抽样得分率均未达百分之三十。

不是教师懒惰，更不是轻视实验教学的作用，造成这种尴尬局面的主要原因是实验仪器的制约。

例如：探究F合、m、a三者之间的关系（见图1）,需要知道力和加速度的即时大小，使用传统实验仪器来获取任意时刻F合、a两个变量值很难做到。广大教师开发智慧，设法固定一个变量F合而只需观察a的变化，使用滑轮加重物，以重物重力g代替恒定力F合（见图2）进行物理实验。可问题是此时重物呈加速下降的失重状态，绳子拉力小于所挂重物的重力，所以重物重力并不能真正代替绳子拉力。

这种实验器材注定了实验存在不可避免的误差。

2 DIS

DIS（Digital Information System）实验技术，又称“数字化信息系统”，是由“传感器＋数据采集器＋实验软件包（教材专用软件、通用扩展软件）＋计算机”构成的新型实验系统。

DIS实验系统配备有多种传感器，能够实时准确地测量各种物理量并转化成电信号送入数据采集器,多种传感器还可以组合进行更加仿真的实验，观察更多的物理量的变化；数据采集器接收各类传感器提供的电信号，并将其转换成能被计算机接收的数字量，通过数据线提交给计算机；计算机根据实验软件包，对获取的数字量进行分析处理，提供多种形式的数据展示。

DIS系统克服了传统物理实验仪器的诸多不足。首先，测量精度更高、更准确，并且实现了数据的实时记录。其次，计算机记录并处理实验数据，处理速度快，准确性高。第三，DIS实验采用多媒体进行实验过程和结果的展示，提高了实验的可视性、真实性。可见，DIS实验不是计算机与传统实验简单叠加，而是信息技术与物理实验的完美整合。

3 物联网技术

物联网是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。高中物理实验涉及的物联网关键技术有：传感器技术、无线传感器网络（WSN）技术、射频识别(RFID)技术、网络通信技术等。

在物理实验中，传感器将探测到的物理量转换为电学量，并提供输出，以便进一步处理显示、研究。

无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。大量的传感器节点将探测到的数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户，从而真正实现“无处不在的计算”理念。

射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

适用于于高中物理实验的物联网通信技术主要有两类： IEEE 802.15.4/Zigbee协议和蓝牙技术。IEEE 802.15.4/Zigbee协议是基于IEEE802.15.4标准的一种短距离、低功耗的无线通信技术，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入到各种设备中去。蓝牙技术是一种全球开放性的短距离无线通信规范，采用快速跳频、前向纠错和优化编码等技术，被认为是近年来无线数据通信领域的重大进展之一。

4 物联网技术助力DIS实验

在教育领域，新课改倡导“为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具”，物联网无所不在、物物相连的组网技术为物联网时代的教学提出全新的信息化教学的理念。物联网技术在高中物理实验教学中的运用，就是用射频识别、无线传感器等设备取代传统验证性实验设备甚至DIS中的有线传感器，实现各个物理量数据的实时获取与共享。

（1）目前高中学校使用的DIS实验系统大多采用数据线实现传感器与数据采集器、数据采集器与计算机之间的连接。这种情况下，传感器和数据采集器都受到连接线的限制，有点施展不开。

蓝牙技术具有抗干扰能力强、通信质量稳定、功耗低、成本低的优点，已被广泛应用于无线传感器网络中,采用无线蓝牙传感器代替有线传感器，能有效避免线缆障碍，灵活操作。

（2）高中DIS实验系统数据采集器采用四路并行输入，这就决定了我们的实验必须在不超过四个传感器的前提下完成，限制了实验的发展空间。

基于物联网原理，采用无线蓝牙传感器代替有线传感器，利用无线数据采集器搭建小型局域网，在局域网内快速传递数据，轻松解决传感器数量的限制，有效管理较多数量的蓝牙传感器协同工作（模型结构见图3）。

（3）一个学习小组使用一套DIS实验系统对应一台计算机，决定了小组间的实验数据相对孤立。

进一步运用物联网技术，可以对教室内所有传感器建立小型物联网，将所有数据实时共享，这样，各组的计算机都可以随时查看教室内所有传感器的实时数据，增加小组间交互学习的机会，提高DIS实验系统的使用效率。这里有两种途径建立物联网：第一种是使用真正的无线传感器构建基于ZigBee的无线传感器网络(wireless sensor network, WSN )；第二种是在无线蓝牙传感器上粘贴RFID无源标签，通过超高频RFID读写器来确定传感器身份以此建立物联网。

5 待解决的问题

（1）成本较大。ZigBee标准中规定一个ZigBee无线网络一般包含3种设备: 协调器、路由器、终端节点，其中协调器的价格较高；而使用RFID标签，要求识别距离15米左右，需采用超高频RFID设备，价格较高。所以成本是制约物联网实验室发展的关键。

（2）师生培训。目前国内研究方向主要集中在如何使用DIS实验系统，而师生对DIS试验系统的认知情况却少有人问津。黄捷2011年对福建省1023名高中物理教师采样调查，对DIS数字实验系统比较熟悉的仅占12%。而新颖的物联网技术与设备的使用，更需要加强师生的技能培训。

6 结束语

物联网、WSN、传感器、RFID等高新技术、设备都是物理学发展和进步的成果，再将其应用到物理实验教学当中，带给物理这一“古老”学科的一缕现代气息，使得物理实验教学重现活力。有了先进的实验手段，学生们必定能够收获令我们意想不到的成功。

同时，我们也应注意，不能对DIS等先进实验手段和设施产生完全依赖心理，刻意将这些工具投入到所有物理实验中去，《普通高中物理课程标准（实验）》倡导利用日常器具做实验，日常器具不但具有简便、直观等优点，而且有利于学生动手，发展学生的实验技能，培养学生的创新意识。

参考文献：

[1] 刘凌鹏. 探究高中物理实验教学[J]. 读与写杂志, 2011, 8（3）: 117-187.

[2] 张健. 对当前高中物理实验教学困境的分析与探究[J]. 文理导航, 2011,（3）: 65.

[3] 马如宇，卓敏. DIS数字化信息系统在中学物理实验教学中的应用研究[J]. 中国现代教育装备, 2010,（8）: 36-38.

[4] 贺志强，庄君明. 物联网在教育中的应用及发展趋势[J]. 现代远程教育研究, 2011,（2）: 77-83.

[5] 于泳，贾会迎. 物联网关键技术及应用[J]. 知识经济, 2011,（11）: 143.

[6] 邝自力，张伟，梁宏军. 无线传感器网络及其应用[J]. 现代电子技术, 2006,（22）: 29-31.

[7] 本. 物联网综述(5) [J]. 有线电视技术, 2011,（5）: 109-113.

篇9

TD演进路线已经明朗

TD无疑仍是此次年会探讨的一大技术主题。随着TD商用网建设逐渐完成，终端采购也浮出水面。信息产业部科技司司长闻库表示：“目前TD―SCDMA已经取得了突破，已经建立了芯片、终端、基站、核心网、仪表等完整的产业生态链，终端种类逐渐丰富，性能逐渐得到改善。”

但是如何继续完善TD网络、终端技术，改善TD工程性问题，仍是运营商和企业面临的最大障碍。对此，中兴通讯TD产品总工柏燕民表示：随着光纤拉远BBU+RRU基站和智能天线等技术的出现，TD的工程问题已经得到了很大改善。中兴通讯在天线小型化方面，进行了有益的尝试，主要研究方向包括天线的正交双极化、紧凑型的天线技术等。

而对于外界一直比较关注的TD后续演进路线，官员和厂商首次给出了几近详实的答案。闻库表示，“在我国相关企业和研究单位与国际知名企业的共同努力及合作下，终于确定了以我为主的TD后续演进方案TD-LTE，这更加坚定了我们发展TD的决心和信心。”

大唐移动系统标准部总经理杨家军也表示：“TD的演进的帧结构、优化的空口过程、多维的资源调度技术、增强的MBMS技术，以及Relay与P2P技术，这些技术和创新点，最终所表现出来的系统设计主要是满足ITU的4G要求。”他建议，2010年开始在热点地区提供高速宽带接入，2015开始LTE+(或4G)大规模覆盖。

融合通信兑现价值

技术演进在给通信业带来机遇的同时也伴随着一系列挑战。中国电子信息产业发展研究院副书记宫承和指出，技术决定产业、企业或者业务命运的例子十分鲜明。但在同时，技术也是一把双刃剑，需要业界做出合理、及时的把握。

中国联通技术部总经理张智江对于IMS技术在国内的发展和应用提出了建议，他指出：“在网络融合的趋势下，IMS已经成为中国联通关注的主要课题，但是IMS在规模商用前还必须解决运营商级互联互通问题，以及如何构建一套与之相适应得支撑系统。”虽然作为融合通信的技术基础，IMS是毫无争议的未来架构，但要兑现融合通信的价值，IMS还有许多地方需要进一步改进。

中国工程院院士朱高峰谈到：业内目前应该花大力气了解用户，了解需求与网络之间的关系，如何用网络技术尽量满足需要，为社会创造财富。

中国电信北京研究院副院长赵慧玲则认为：“网络的发展，实际上是加强支撑新业务的能力。从业务需求出发，网络需要支撑更多的宽带内容、信息服务、ICT服务等。”而如何提供这些新型服务，则是融合通信需要最终解决的问题。

目前，很多国际主流运营商都在积极面对融合这一趋势，通过构建统一的IP承载网、统一的核心控制机制、融合的业务平台，提供统一的服务、多样化的终端，以及丰富的生活方式。华为也是积极的行动者。华为国内无线市场部CTO王东辉表示：全IP时代将会来临，它将能够提供一个大带宽、开放性、低成本的网络环境，更加利于新业务、新服务的出现。

为下一代网络把脉

此次大会上，来自院校的专家学者还带来了一些前沿技术的最新进展。北京邮电大学校长林金桐向与会者介绍了后下一代网络(Post-NGN)在全球范围内的研究进展，并详细描述了日本的AKARI后一代网络计划，带给各方研究人员很多启示。

的确，抢占技术制高点赢得发展先机已经成为通信业内发展的一条金律良言，但寻求发展还需集中精力解决当下的问题。思科亚太区下一代网络首席架构师殷康认为，当前运营商最急需解决的问题是在互联网迅速发展的情况下，如何不被旁路。他认为从网络和终端两个层面掌握主导权是运营商立于产业链核心位置的前提。

中国网通副总工程师左风则从运营商的角度分析了新环境下的核心竞争力，他指出：“运营商如果不想被边缘化，可以适当地涉足一些视频。运营商掌握了大量的带宽和存储资源，这是竞争对手所不具备的优势。”

篇10

在名贵水产品育种和养殖中，除了饵料的准确投放外，对水质的要求也很高，水的温度、溶氧量、氨氮浓度、浑浊度、PH值等参数的实时测量[1]和控制是一个十分关键的问题。有的参数容易获得，比如水位高低[2]、浑浊程度肉眼就可以看到，有的参数，比如溶氧量、氨氮浓度、PH值，单凭经验很难精确和实时的估摸，需要借助仪器才能测知。现在的做法是，养殖户购买单独的仪表分别测量某个参数，市售的仪表有手持式的PH计、溶氧计、氨氮计，虽然也出现了在线式的测量仪器，但是这些设备在使用上还是存在一些问题。手持式仪表虽然携带方便，但是不能长时间在线测量，只有用户觉得水质异常时才主动监测，所以测量不及时。而现有的在线测量的仪表功能又比较单一，比如只能测量溶氧量或者氨氮量，用户必须购买所有这些不同厂家生产的测量仪器然后分别得到测量的结果，不能实现长时间多参素的连续测控，并且需要人的频繁的参与，不能满足生产的自动化管理需求。为此，我们提出了物联网技术为核心的水温、溶解氧浓度等水体多环境因子自动监控系统[3]，能连续在线测量多个水体参数，并根据用户对测量阈值的设定自动开启或关闭水阀、增氧机等相关设备或报警。在测控单元还进行各参数的补偿和数据处理，有效地提高了测量准确度和控制的时效性，另外根据用户的要求增加了存放历史数据的上位机。

一、ZigBee技术与物联网

水产养殖户需要随时了解水池的物理状况，也就是水塘各参数通过互联网或者移动通信网呈现在用户面前，其实就是物联网技术的水产养殖应用。物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，通过各种有线通信、无线通信技术或者移动通信网络与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制，在这种互连中，物联网需要解决的是最后100米的问题，ZigBee[4]技术是目前公认的最后100米主要技术解决方案，它比现有的WiFi、蓝牙等无线技术更加安全、可靠，同时由于其组网能力强、具备网络自愈能力并且功耗更低，ZigBee无线技术的这些特点非常适合物联网的发展要求。

ZigBee协议是在IEEE 802.15.4标准的物理层和媒介层基础上增加网络层和应用层组成的，网络中的所有设备都拥有一个64位的IEEE地址，在多个微小的末端设备之间相互协调实现通信。这些末端设备只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个节点发送到另一个节点，以达到更大的测控范围和更高的通信效率。作为物联网主要支撑技术之一，ZigBee技术的主要应用领域包括智慧城市、工业自动化、数字家庭、医疗设备和农业应用等，在水环境参数监测中，对数据量和通信速度的要求并不高，采用ZigBee技术既发挥了该技术的优点，又满足了测控需要，节省系统成本。

二、基于物联网技术的水产养殖测控系统

（一）系统的网络结构

水产养殖测控系统结构如图1所示，由ZigBee无线网络、有线以太网络、GPRS移动通信网络组成。ZigBee网络采用星形拓扑结构[5]，由一个负责协调管理的汇聚节点和可扩展的若干个测控子节点组成，其中汇聚节点是无线网络的控制核心，负责ZigBee网络的建立、维护、路由等功能，它除具有ZigBee全功能设备（FFD）的电路和协议栈之外，还具有RS232串行通信电路，可以提供ARM的访问和控制功能。测控子节点是一个包含单片机的ZigBee协议应用终端设备（RFD），它用来测量水体的各个参数或执行水塘维护设备的运行控制，它通过ZigBee无线网络和汇聚节点通信，并经过汇聚节点和以太网络或GPRS网络间接接受用户的远程控制。

（二）网关的设计

网关包括ARM处理器、人机交互模块、ZigBee通信模块、GSM通信模块、以太网通信模块五部分构成。ARM处理器采用SAMSUNG公司的S3C2440A[6]，S3C2440A为用户提供了面向移动终端应用的丰富外设、低功耗管理和低成本的配置。S3C2440A内嵌ARM920T 32位ARM内核，运行在200MHz，集成了支持640*480真彩色LCD控制器；支持低成本的NAND Flash并可从其直接启动，支持SDRAM等存储器件，四通道的定时器和三通道的PWM，三个UART控制器满足了GSM模块、ZigBee模块的扩展以及开发过程中的串口调试的需求。

如图2所示，主节点以S3C2440A为核心，通过片内存储控制器外扩32MB的NAND Flash和64MB SDRAM构成存储子系统，通过片内的LCD控制器和GPIO外扩640×480的TFT LCD和4个按键构成人机交互界面，通过片内UART外扩RS485通信电路，通过片内SPI接口外扩ZigBee模块。ZigBee模块以TI/Chipcon的CC2420单片ZigBee 无线收发电路构成，GSM模块采用西门子TC35成品，保证了稳定性和可靠性，也降低了系统成本。

（三）测控节点的设计

测控节点以TI/Chipcon的CC2530单片ZigBee无线收发电路和各传感器电路构成。CC2530是在CC2420的基础上增加微控制器、A/D、DMA、AES协处理器、USART、RAM、Flash等电路组成的，它是完整的ZigBee片上系统，只需外接简单的射频匹配电路和天线即可实现一个ZigBee的FFD或RFD节点，并可外扩常规的传感器电路和I/O量。本设计中，测控节点外扩了温度传感器、溶氧传感器、PH值传感器测量电路，控制节点外扩了水阀继电器、加热炉、增氧机等功率设备的启停控制电路，其中水体测量和调控用的温度传感器、溶氧传感器、PH值传感器、加热炉、增氧机等均采用水产养殖专用设备。

（四）软件设计

网关主要负责ZigBee网络的维护和管理，接受远程PC机的调度和控制，并且可以响应测控室内用户的按键操作，执行现场查询控制任务，需要进行复杂的多任务处理，因此主节点的软件采用基于uCLinux嵌入式操作系统[7]开发。在S3C2440处理器上移植uCLinux后，根据网关的功能需求，构建uCLinux驱动程序和应用任务、ZigBee组网任务、主节点与测控节点通信交互任务、远程端口监听任务、文件管理任务、按键任务等一系列应用，实现主控协调器软件的全部应用功能。

测控子节点加电初始化后，先后关闭传感器模块、射频模块、内部时钟进入休眠模式，由休眠模式定时器产生定时中断信号来控制节点的测量工作，当设定的数据发送间隔时间达到后，定时器发送一个中断信号唤醒测控节点，微处理器脱离休眠状态进入工作状态，恢复时钟并打开传感器和射频模块的功能，整个节点微处理器采集传感器检测到的数据进行A/D转换及一些初步处理，按照设定的数据格式送入射频模块调制成射频信号发送出去，汇聚节点接收这个信号再还原成数字量送给远程监控计算机。

（五）系统的应用

受目前技术的限制，溶氧量传感器价格昂贵，又需要定期维护，使用较为麻烦，PH值传感器虽然相对便宜，但是也需要定期维护，只有温度传感器便宜并且很少需要维护，所以建议溶氧传感器数量少些，只放置在鱼群集中的地方、PH值传感器和温度传感器的数量可以适当多一些。具体应用时，上位机放置在用户方便操作的地方，网关安置在水池附近的测控室内，上位机和网关之间通过有线以太网通信，测控子节点根据养殖现场规模的大小安置在水体适当的位置，网关也通过GSM网络和用户的手机通信。测控节点定时测量并通过网关向上位机和手机发送一次传感器数值，当测量到水温或溶氧量偏低时，自动启动相应设备进行补偿，当水体PH值不正常时发出报警声，手机会收到是否更换水质的提示，用户只需要回复短信即可打开相应设备，借助本系统的再现测控功能，用户可以及时处理险情，减少损失。

本系统采用物联网技术和嵌入式系统控制技术，实现了水产养殖多个水体环境参数的实时测控，不仅避免了传统的手工测定存在的耗时费力、数据不及时等弊端，还可以随时了解数据的变化情况，并对环境参数进行自动控制，降低了水产养殖的投入成本和劳动强度，提高了生产效率，加快水产养殖业的商业化进程。产品在满足水塘环境因子测控需求的同时，还可以用于其他工农业控制和通信产品中，具有明显的技术优势和市场推广前景。

参考文献：

[1]刘丽.基于Zigbee技术的无线传感器网络在水质监测系统中的应用[J]. 安徽职业技术学院学报，2009，8（1）：14-17.

[2]袁国良，钟飞.基于Zigbee技术的无线传感器网络在水位检测监控系统中的应用[J].水利技术监督，2008，（3）：31-33.

[3]朱祥贤， 卢素锋. ZigBee技术在水产养殖业中的应用[J]. 现代电子技术，2009，（23）：168-170.

[4]朱祥贤，葛素娟，卢素锋. 基于ZigBee技术的无线传感器网络应用方案[J]. 科技信息，2009，（35）：66-67.

[5]武永胜，王伟，沈昱明. 基于ZigBee技术的无线传感器网络组网设计[J]. 电子测量技术，2009，32（11）：121-124.

篇11

网络、通信、多媒体、信息家电时代的到来，以及未来物联网（The Internet of things）和泛在计算（Ubiquitous Computing）的发展，为32位嵌入式系统的高端应用提供了空前巨大的发展空间，形成了巨大发展市场。据Forrester预计，2016年全球物联网产值可达6200亿美元的规模。2020年市场上将有500亿个联网装置。

目前，我国嵌入式系统的发展十分迅速，其发展正从嵌入式系统走向嵌入式产业，巨大的市场需求不断加速嵌入式系统的产业化进程。

一、嵌入式系统概述

现代计算机技术分为两大分支：通用计算机系统和嵌入式计算机技术。

通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算，技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。由国防科大研制的天河二号通用计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能，成为目前全球最快超级计算机。

超级通用计算机主要用来承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务。如大范围天气预报、卫星照片整理、原子核物理的探索、制定国民经济的发展计划等。

而嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。

嵌入式计算机系统与通用计算机系统的本质区别在于系统应用不同。嵌入式系统是将一个计算机系统嵌入到对象系统中。这个对象可能是庞大的机器，也可能是小巧的手持设备，用户并不关心这个计算机系统的存在。嵌入式计算机系统的技术要求是对象的智能化控制能力，技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备实现嵌入式应用。然而，对于众多的对象系统（如家用电器、仪器仪表、工控单元……），无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式计算机系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同。这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。

二、嵌入式系统发展现状

目前，我国嵌入式系统市场处于快速增长时期，我国政府充分认识到它的重要作用，在政策、资金等方面给予大力支持。2004年国家发改委、科技部、商务部联合颁布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》，把嵌入式产业作为国家发展的一个重要领域。

相关统计表明，2012年我国电子制造规模达5.45万亿元，位居世界第二；电视、程控交换机、笔记本电脑、显示器和智能手机等主要电子信息产品的产量居全球首位。

我国嵌入式系统的应用主要分布在电信、医疗、汽车、安全和消费类等行业。来自2010-2011年度的行业调查数据显示，目前嵌入式产品应用最多的三大领域是“消费电子、通信设备、工业控制”，所占比例分别是26% 、17%和13%，三大领域所占比例之和接近60%

1.信息家电

信息家电是融合了计算机技术、数字通信技术的消费电子产品，是3C （Computer，Communication and Consumer Electronic）融合的产物。

后PC时代，家用电器将向数字化和网络化发展，电视机、微波炉、数字电话等都将嵌入微处理器并通过家庭网关与Internet连接，构成家庭信息网络.届时，人们可以远程控制家里的电器设备，可以视频点播，实现交互式电视，还可以提供各种网上服务等。

信息家电是网络上的家电，而不是PC的外设。信息家电本身具有一定的智能，并支持某种统一的、标准的通信协议和控制协议，能够互相识别，而不必像计算机外设那样必须受PC控制。信息家电的出现将推动家庭网络市场的兴起，同时家庭网络市场的发展又反过来推动信息家电的普及和深入应用。

2005年6月，微软、索尼等17家国际企业推出的数字家庭标准，进一步为信息家电的发展扫清了技术屏障。不到一个月，以联想为首的5家中国企业也迅速结成“闪联”，希望能在信息家电市场大展身手。

信息家电的不断发展打开了嵌入式系统最大的一个市场，信息家电也为家用电器的更新换代创造了契机。据预测，进入21世纪，信息家电的市场份额将高达数万亿美元。面对如此巨大的市场，电脑和家电企业无不为之动心。世界著名的电脑和家电企业如IBM、夏普、微软、英特尔、康柏、苹果、松下、NEC、东芝等都大力开发研制自己的信息家电产品。我国的许多公司如海尔、联想、长虹、海信、TCL等也投入信息家电的开发工作。

目前信息家电在产品取向上有两种：一是在传统的家用电器之上应用信息技术，使之能够与网络连接。二是在传统的家用电器之外应用信息技术开发新的产品。而这些数字融合产品，都离不开嵌入式系统的支持，可以说，嵌入式系统是家庭信息网络、IT融合的重要技术基础。

2.移动计算设备

移动计算设备也是嵌入式系统的重要应用领域。移动计算设备包括PDA、手机、平板电脑、笔记本电脑等。

目前，PDA与传统手机实现融合，出现一个新的产品：智能手机。智能手机就是一台嵌入式系统。借助移动互联网的发展和全球制造成本的降低，这两年智能手机需求有了极大的提升。

2011年，智能手机出货量只占到全部手机的35%，2012年这一数字为46%。随着智能手机的价格逐渐降低，尤其是2012年，中国已经出现了多款性价比极高的智能手机，这直接刺激了大量用户放弃传统手机选择智能手机。

据市场数据跟踪公司IDC预测， 2013年全球智能手机出货量预计将占54%，这意味着智能手机出货量首次超过非智能手机。

同时，2013年全球平板电脑出货量也将超过台式个人电脑，2014年将超过笔记本电脑。IDC还推测，2013年平板电脑的出货量将比上年增加48.7%，达到1.9亿台，创下史上最高记录，而台式个人电脑将减少4.3%。

3.自动化与测控仪器仪表

我国的工业生产需要完成智能化、数字化改造，智能控制设备、智能仪表、自动控制等为嵌入式系统提供了巨大的市场。在金融业、电力系统和服务业，嵌入式也在发挥着越来越重要的作用。

测控仪器仪表遍及大中小企业，测控仪器仪表种类繁多，新型的测控仪器仪表无一不是嵌入式系统。水、电、煤气表的智能化、远程自动抄表。安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。

在工控和仿真领域，几乎所有的计算机控制系统都采用嵌入式系统，象分布式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等大型复杂的控制系统，更离不开嵌入式系统的应用。目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式系统在应用中，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。

三、嵌入式系统发展趋势

可以预见，随着信息产业发展的第三次发展浪潮的到来，嵌入式系统会获得更为巨大的发展契机。所谓信息产业发展的第三次发展浪潮是指无处不在的泛在计算和物联网。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：一是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；二是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。物联网就是“物物相连的互联网”。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，被称为继通用计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

目前，物联网已经成为我国国家发展战略，其受重视的程度不言而喻，2012年2月14日，中国的第一个物联网五年规划——《物联网“十二五”发展规划》由工信部颁布。同时，教育部工信部授权理工科高校开设物联网课程，为学生传授物联网相关知识。部分大学开始增设“物联网工程”专业并实现招生，为未来物联网的发展培养储备人才。

新的发展给嵌入式系统带来新的理念，2011年4月，Intel、微软、通用汽车、高通、飞思卡尔、ARM. TI和三星等公司在旧金山联合成立了“Smart技术世界”。Smart system（智能系统或智慧系统）的特点是：1、处理器不是我们以前用的最简单的8位处理器了，而是32位处理器或SOC等。2、内含高层次的嵌入式操作系统。3、有联网功能，彻底解决原先嵌入式系统的孤岛现象。

新的发展对嵌入式系统带来新的技术革命。第一，嵌人式设计要从面相对象到面相角色转变，物联网的计算是跟时间有关的。第二，需要软硬件协同设计技术。第三，需要嵌人式软件建模、自动分析和验证技术。

总之，由于我国对物联网发展的大力扶植和产业推动，必将会更快速地推动智能化电子应用领域的扩张，越来越多的嵌入式设备将会走进我们的生活，改变我们的生活，为我们展现更精彩的世界。

基金项目：邵阳市科技局2012年科研资助项目（J1215）

参考文献：

[1]周立功.ARM嵌入式系统基础教程 [M].北京：北京航空航天大学出版社.2005

[2]王莹.泛在计算时代的嵌入式系统 [J].电子产品世界，2013（2）：1-2.

[3]江虹，吕杨.嵌入式系统的发展与挑战[J].云南大学学报，2007（29）.

[4]张春毛，戴青云.嵌入式系统及其发展前景[J].石家庄职业技术学院学报，2006（4）.

[5]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京：清华大学出版社.2003

篇12

手机信号不好，常常发生“暂时无法接通”的情况……

从普通百姓生活中对通信的需求，到国家“新一代宽带无线通信网”重大专项的实施，都离不开一支支为无线通信事业默默奉献的科研团队。作为其中优秀的代表之一，清华大学以陆建华教授和吴佑寿院士为带头人的宽带无线通信技术与系统集成创新团队，以其鲜明的学术研究特色和影响深远的开发应用，既树立了我国建设创新型国家的团队范例，也向世人展示了并不遥远的数字时代图景一宽带无线就是未来。

理论创新：多域协同

围绕国际科技发展前沿和国家产业发展重大需求，瞄准基础领域进行创新性研究，一向是清华大学的传统。2003年，第一批五个国家实验室之一――清华信息科学与技术国家实验室(简称：清华信息国家实验室)筹建，正是基于清华大学的传统优势及我国“信息化带动工业化”的发展道路。建设伊始，“宽带无线通信理论与技术”成为重点研究方向之一。

在“985工程”和“211工程”计划，以及多项国家科技计划的支持下，该研究方向强化信息技术领域的基础理论研究、技术创新开发，重点学科建设和人才队伍培养，以宽带无线传输理论与技术研究为基础，通过原创性理论研究和技术创新，着力系列发明专利和标准提案，研制开发出高集成度的片上系统，并积极开拓重大产业应用，由此形成了“基础理论研究关键技术创新核心产业应用”的研究团队。

团队的研究目标是要通过理论和技术创新，从根本上提高无线频谱资源利用的有效性，即在满足服务质量的前提下，最大限度地提高频谱效率及资源共享系统容量。而传统的无线通信体系框架基于资源独立优化模式，系统容量受限，相应技术也受到“边界效应”的制约。

团队在国家自然科学基金重点项目“基于分布式天线的无线通信系统理论及关键技术研究”中，首次提出了分布式无线通信系统的体系架构(DWCS)。它实现了传统树形蜂窝结构的扁平化，为提高无线系统的传输质量与容量奠定了基础。同时，DWCS中的接入距离显著缩短，功率大大降低，成为解决宽带无线接入能耗问题、实现绿色网络与终端的关键手段。DWCS相关研究成果陆续在通信领域最具影响力的IEEE Communications Magazine等期刊上发表，成为新型无线通信体系框架研究的主流学术思想之一。

DWCS研究引发了许多基础性的科学问题。为从根本上提高无线频谱资源利用的有效性，系统解决现有技术的各种“边界效应”对提高频谱效率的制约，综合利用包括空间、频率，时间，信号，功率，终端、网络等资源，团队提出并研究多域协同宽带无线通信基础理论，得到国内外同行高度认同，成功获得“973”计划项目资助。

“多域协同”的核心在于协同。在古汉语中，“协”的写法为“”，右边表示齐心协力，左边的“十”是象形字，表示一种标尺。《说文解字》提到，“协，众之同和也。同，合会也。”因此，协同是指协调多个不同的资源或者个体，使它们一致地完成某一目标的过程或能力。多域协同之于宽带无线通信则是指包括不同无线系统之间，不同资源之间、不同终端设备之间等的协同，以期从根本上提高频谱资源利用的有效性。

多域协同宽带无线通信系统框架现已成为“异构、泛在、协同”无线网络的重要组成部分，其重要性、前瞻性已得到国内外同行高度认同。

学术链条：学以致用

团队在强化基础创新研究的同时，坚持学以致用，致力于成果产业化。近五年来，团队成员从各自专长出发，交叉参与。共同承担多项科研项目，逐步形成“基础理论研究技术发明国家行业标准核心片上系统应用系统开发”的学术链，初步体现了团队效应。

在杨知行教授、吴佑寿院士等的领导下，历时十年的数字电视传输技术的开发应用，堪称这一特色鲜明的学术链的充分体现。

以数字电视为代表的广播电视技术数字化，是全球信息革命不可阻挡的新浪潮。作为模拟彩电生产、消费的头号大国，这是我国变大国为强国的重大机遇。数字电视传输标准中，地面传输标准是最基本的，不仅技术含量最高，而且受众最多。更重要的是，地面无线传输关乎国家安全和民族利益，尤其是在遭遇战争、灾难等紧急情况时更是动员国民最直接、最可靠的政府喉舌。要保证“永不消逝的电波”和民族产业可持续发展，就必须研制出拥有自主知识产权的数字电视地面传输标准。

1999年7月，清华大学与凌讯科技公司联合，组建了数字电视传输技术研发中心。在学校“985工程”计划重点项目支持下，在一批前瞻性研究成果的基础上，借鉴现有国际标准，经过七年艰苦探索和创新研究，原创性地提出了时域同步的正交频分复用数字传输技术(TDS-OFDM)。这一技术的关键意义在于，它突破了国际上的C-OFDM技术壁垒，并在性能上更优越。国家知识产权局确认了该技术三项专利――用时一频域综合处理方式解决了同步和数据相互独立的问题；用PN序列填充技术取代循环前缀；用独特的循环PN序列设置取代了高功率同步导频。2005年，TDS-OFDM技术获得中国专利金奖，其相关研究成果陆续在无线传输领域最具影响力的IEEE Trans，Broadcasting和IEEE Trans Wireless Communications等期刊上发表。

以TDS-OFDM技术为基础，课题组成功研发了具有完整自主知识产权的地面数字多媒体／电视广播传输系统(DMB-T)。信息产业部和广电总局联合推荐该方案，并通报到国际电联，引起了热烈反响。这是我国首次在国际上宣示我国数字电视水平和参与国际竞争的信心。该技术主要性能指标优于国内外同类技术水平，获得2004年北京市科技进步一等奖、2005年国家技术发明二等奖。截止到2000年底，国内已有19个省市的31个城市采用DMB-T播出数字电视节目，取得了显著经济效益和重大社会效益。

在DMB-T基础上，进一步融合国内多家方案的优点，2006年8月形成了中国强制性地面数字电视传输标准。国标DTMB相关技术非独家授权国内外11家企业生产，有力推动了地面数字电视标准的产业化进程，取得了重大经济效益和社会效益。在南美国家数字电视标准遴选的国际竞争的现场测试中，均以显著优势取胜欧、目标准。

高效多码率LDPC编译码器正交频分复用数字传输技术地面数字多媒体／电视广播传输系统数字电视专用芯片“中视一号”地面数字电视传输国家标准率领产业联盟推进国标“走出国门”，清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队成功地从实验室的理论设想进入了数字电视芯片大规模产业化阶段，并最终推动数字电视行业进入国际市场，经济效益自不待言，更重要的是，它向世界展示了

中国科技人的自信与优秀，既是我国专利战略、标准战略的成功典型，也是标志着我国电视设备从“中国制造”迈向“中国创造”的一个里程碑。

数字电视芯片是团队在通信SOC领域取得的一项标志性成果。此外，基于片上系统设计完成的多业务传送SOC专用系列芯片，获得国家技术发明二等奖，应用于电信、网通、电力、公安，军队等领域，并销往俄罗斯、南非、印度等21国。十年磨一剑，清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队在实践中形成的独具特色的学术研究链，正彰显了清华大学从国家民族根本利益出发、服务国民经济主战场的优良传统。

人才集成：1+1＞2

国家实验室是我国科技界的全新事物，不仅要满足国家需求做出重大科技创新，还要探索一系列全新机制。原清华大学副校长、清华信息国家实验室主任，现天津大学校长龚克说“国家实验室是根据新世纪科技发展特点和科技创新需求做出的科技体制创新探索。清华信息国家实验室更加突出‘集成性’――学科集成，重大项目和科学问题集成，队伍、项目和平台的集成。”

宽带无线通信技术与系统集成创新团队特别注重人才集成，其成员都是相关研究方向优秀的专家：

陆建华教授是国家杰出青年科学基金获得者，“973”项目首席科学家：

吴佑寿教授是中国工程院院士，我国数字通信开拓者之一，何梁何利奖获得者；

杨知行教授是数字电视专家，两项国家技术发明二等奖获得者，荣获“当明家”称号；

王京教授是清华信息国家实验室副主任，重大专项专家，国家科技进步二等奖获得者；

杨华中教授是国家杰出青年科学基金获得者，集成电路专家；

宋健教授是数字电视传输技术专家；

周世东教授是国家“863”-FUTURE计划核心成员，教育部新世纪人才……

清华信息国家实验室的筹建，将这些优秀的专家集合在共同的目标下。根据“国家重大需求”、“科技发展前沿”和“清华优势特点”三结合的原则，团队成员结合自身特长和研究特点，经过合理配置，逐步形成了一个交叉融合、优势互补，共同创新的协作团体，在面向国家需求和国际前沿的平台上，取得了喜人的成绩――

近五年来，团队成员交叉合作承担“973”项目1项，“973”课题3项，自然科学基金重点／重大项目5项，“863”重点项目8项，教育部重大科研项目、发改委产业化专项，预研及企业合作项目近20项。

在国内外期刊和国际学术会议上280余篇，其中SCI论文80余篇，在IEEE Trans，CSVT、IEEE Trans Communications、IEEE Trans Wirelass Communications、IEEE Trans，Broadcasting等本学科最具影响力的期刊上发表；申请发明专利120余项，已获授权32项；出版专著6部；获国家奖励4项、部委奖励5项，等等。

还在探索中的人才集成模式，初步显示出巨大的创新能力和创造能力，这也是清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队一个立足过去、开创未来的里程碑。

无线世界：无限世界

宽带无线传输技术将作为信息技术发展的重要前沿领域，对重大产业的升级换代(如数字电视)和形成新的产业生长点(如移动互联网)具有重要意义。事实上，小到寻常百姓家的手机、电视，网络，大到新一代信息网络、国家安全、航空航天，都离不开宽带无线通信技术的发展与保障。

在我国探月一期工程的相关技术研究中，清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队成功设计了短码长，低译码门限的LDPC编译码器。经专家测试，该编译码器在同等条件下比传统的Viterbi译码器有2.5dB的增益，是探月一期工程的创新之一。

专为我国地面数字电视标准设计的高效多码率LDPC编译码器，也成功应用于无线图像助警应急系统，建立了北京、青岛等地的“公安无线视频传输网”。该技术实现了标准清晰度图像的无线双向传输，在雅典奥运火炬接力北京段监控、全国两会安全监控、长城3号反恐演习等国家重大项目中，得到了专家一致好评。

宽带无线通信技术研究成果的产业化，已经越来越多地应用到社会生活的各个领域，也显示出更加广阔的应用前景。

在我国“信息化带动工业化”的发展道路上，展现在清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队成员面前的，是一步步将梦想变成现实的美景。虽然迈出每一步都要付出难以想象的艰辛，但执著的追求换来了梦想实现的快乐。

过往的成绩只是提供了继续创新的平台，团队成员早已勾勒出下一步努力的方向和目标――针对新一代宽带无线多媒体接入，高清数字电视广播、高速铁路信息化及空天地一体化网络等重大产业应用，发展高速大容量无线网络技术及系统集成，进一步突出发明创新，技术标准和芯片集成的研究特色，形成系列核心芯片与演示试验系统，完善“理论研究技术创新产业应用”的学术研究链，满足未来高速大容量高质量信息服务对宽带无线通信的需求。

……

篇13

中图分类号：F253 文献标识码：A文章编号：1006-4117（2012）03-0187-02

引言:信息化高速发展的今天，如何通过信息化手段进行产业发展已经成为各行业面临的重要问题，信息化手段的运用催生各种信息化产物的形成和发展，这些信息化产物又从反作用上来促进产业信息化的高度发展。在信息化向着高度集成和高度智能化方向发展的今天，如何通过有效的产品和媒介来反应信息化的优越性，是产业信息化开发和研究的重点，而在众多的科研产物中，物联网技术则是其中非常具有代表性的一类。物联网技术是通过信息网路等媒介手段，通过建立统一的平台，进行任何产品之间的交换，打破了传统商品交易、信息传递的手段，为市场发展开辟了新的渠道和手段。所以，分析和研究物联网技术能够真正明确信息化高度发展过程中信息化手段对于促进产业发展所采取的具体手段，从而对于进一步市场前景预测带来一定的参考。在物联网技术的应用领域，物流产业是非常重要的组成部分，因为物联网本身所要达到的效果就是通过信息化手段来达到商品的流通和交换，这也是对物流产业信息化发展的直接体现。因此，本文将从物联网技术的基本分析与在物流产业中的应用两个方面展开讨论，为物流信息化的应用与发展研究带来一定的参考。

一、物联网技术及其发展状况分析

物联网技术是伴随着社会信息化发展而发展起来的，因此，这种技术具有典型的信息化特点，在这一部分将从物联网技术内涵及其产业体系等几个方面展开分析，通过全面的讨论来研究体现技术的优越性。

（一）物联网的内涵及产业体系

与其他技术不同，物理网技术从提出和发展仅仅只有十五年的时间，但是在短短的十五年时间内，伴随着信息化的高速发展，物联网技术已经逐渐成为各行业发展的重要载体。在分析其他内容之前，必须要明确物联网的内涵及其产业体系构成。

物联网是以物物交换为中心的渠道联系纽带。以物联网业内的概念来分析，就完全可以突出物联网的内涵，物联网即“物物相联之网”，指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把物与物，人与物进行智能化连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种新兴网络。物联网不是一种物理上独立存在的完整网络，而是架构在现有互联网或下一代公网或专网基础上的联网应用（network）和通信能力，强调智能应用。由此可以看出，物联网的内涵或者本质就是一种无物交换的通道，只是通过信息化手段进行虚拟了。

物联网技术体系具有明确的层次感。按照物联网组成的层次来划分，整个网络体系可以分为应用层、网络层以及感知层，如图1所示。应用层是物联网技术的主题，它是整个物联网技术的物理基础，在物联网中涉及范围较广；网络层是整个物联网技术的网络通道，在物联网的建设和运行过程中所起到的是重要的纽带作用；感知层是物联网技术的重要数据处理和智能规划层，是信息处理和物流通道控制的重要技术层次。

（二）物联网核心概念——智慧安全

智慧安全是物联网技术的核心，也是完全体现物联网技术的信息化手段，要理解这一核心概念，要从三个方面进行分析。首先，智慧安全的概念。从表面层次上可以看出，智慧安全所能够体现的就是在物物交换过程中信息通道的主要特点。从定义上来讲，智慧安全是以互联网、物联网为基础，通过城市安全信息的全面感知、各子系统间协同运作、资源共享，以建立统一的公共安全系统及应急处理机制，实现对公共安全的应急联动、统一调度、统一指挥，达到对公共安全的智慧化管理；其次，智慧安全的核心应用价值。智慧安全的核心应用价值实际上就是物联网技术的核心价值所在，具体而言，物联网通过对信息的整合、加工处理，实现有效的预测、预警，并通过资源整合与联动，实现高效、智能化的应急处理，整个过程能够实现真正意义上的信息化操作；第三，智能安全的具体应用。在物联网技术推广过程中，智能安全作为核心技术被广泛的应用。通过信息技术的广泛应用及体制机制的创新，实现智慧化的预测、监测及有效的安全隐患避免。例如，通过摄像头、传感器、RFID等传感设备在城市重要部位和关键节点的安装布局，加强对城市安全信息的采集、处理，实现实时动态化的监测、预测，并有效避免安全隐患。

（三）国内物联网创新商业模式分析

与国外相比，我国物联网开展较晚，但是，近十年的时间里，我国物联网应用得到了很大的推广，形成了有效的商业模式。在行业的应用过程中，电信运营商物联网商业模式属于国内具有代表性的创新商业模式，如图2所示，其创新性主要表现在两个方面。第一，合作开发、独立推广。运营商主导型商业模式主要适用的用户范围是企业客户，以采集类和定位类应用为主，应用范围广泛，具体可应用于环保监控、自动水电表抄送、智能停车场、电梯监控、物流监控、智能交通等领域；第二，客户定制模式电信运营物联网商业模式以客户需求为主体，按照客户的要求进行开发，电信运营商制定全套业务和解决方案，直接提供给客户，而不与其他企业合作。目前国内实行这种模式的还比较少。

二、物联网技术在物流产业中的应用

在信息化发展过程中，物流产业作为发展载体作用重大，这也是催生物联网技术介入物流业发展的重要原因。本文的主要内容是物流信息化的应用，因此，将着重探讨物联网技术在物流产业的应用体现。

（一）物流业应用的物联网主要技术

物联网技术是信息化发展条件下的多种信息技术的合成，在不同的产业发展中，物联网技术所体现的优点不同，对于物流业而言，所应用的主要技术有三类。第一，物联网感知技术。感知技术是物联网技术的重要组成，在物流业中，感知技术主要通过各种信号的识别将信息化手段引入物流业，从而达到对车辆、商品实时追踪等，保证了商品运输交换的安全，这方面的技术包括RFID技术、GPS技术、传感器技术等；第二，网络技术。网络技术是物联网技术的重要操作平台和信息处理通道，只要是涉及信息化的技术，必然要通过网络技术进行实际应用，这也是物流业物联网技术应用的基础，这类技术包括网络技术：有线与无线局域网技术、互联网技术、现场总线技术和无线通信技术等；第三，智能技术。智能技术是物联网技术的核心，也是体现物联网技术优越性的重要标志，在物流业中由于物品交换较为频繁，无论是物品信息还是交换通道信息都非常多，如果没有智能技术作为保障，将无法完成各种信息的采集、处理、加工，物流产业就无法良好的进行运转，这类技术包括，智能计算技术、云计算技术、移动计算技术等。

（二）物流业中物联网技术应用现状

前文中分析了物流业中物联网技术的主要应用技术，这三种技术已经成为现代物流业发展的支柱技术，其应用现状分别如下。

第一，感知技术的应用现状。根据对各种案例统计分析，中国物流信息化领域，应用最普遍的物联网感知技术首先就是RFID技术，占38%；其次是GPS/GIS技术，占32%；视频与图像感知技术居第三位，占9%的案例中采用了视频或图像的感知技术，这一技术目前还停留在监控阶段；传感器的感知技术居于第四位，大约不到4%的案例采用了传感器感知技术；其他感知技术在物流领域也有应用，不足4%；

第二，网络技术。企业物流系统的网络架构，以局域网为主体；社会物流往往是互联网与企业局域网相结合。数据通信方面一般无线通信与有线通信相结合。根据不完全的对物流信息化案例的统计分析，采用互联网技术的占68%，采用局域网技术的占63%，采用无线局域网技术的占24%，有的系统采用多种网络技术；

第三，智能技术。根据相关资料统计分析，目前物流信息系统能够实现对物流过程智能控制与管理的还不多，物联网及物流信息化还仅仅停留在对物品自动识别、自动感知、自动定位、过程追溯、在线追踪、在线调度等一般的应用。专家系统、数据挖掘、网络融合与信息共享优化、智能调度与线路自动化调整管理等智能管理技术应用还有很大差距。目前只是在企业物流系统中，部分物流系统还可以做到与企业生产管理系统无缝结合，智能运作；在部分全智能化和自动化的物流中心的物流信息系统，可以做到全自动化与智能化物流作业。

（三）物流业中物联网技术平台的建设

随着社会发展，物流业的业务类型已经不仅仅局限于速递这样的小型业务，大型的物流产品交换成为现代物流业发展的重要方向。各种物联网技术平台的建设使得物流业发展向着更快的速度发展。

1、智能物流货运与配货的信息化平台

智能物流货运与配货的信息化平台是物联网技术在物流产业发展过程中所形成的最开始的物流信息化平台，这种技术依托RFID、GPS/GIS、GPRS等物联网技术集成应用，搭建物流货运与配载信息化监控管理平台，为客户在线提供实时的货物信息、返程配货信息、导航信息、联网监测等。目前中国已经出现多个这样的物流信息平台。物联网时代建立智能物流货运与配货平台，具有重要意义，也具有重大市场机遇，目前很多企业都在积极开拓在这方面应用。

2、集装箱多式联运智能信息化管理平台

除了对物流通道的信息化平台建设，在物流管理方面，所形成的集装箱多式联运智能信息化管理平台也是物联网技术在物流业应用的重要体现。这种技术主要是附属于物联网技术，建立一个面向集装箱多式联运全过程的物联网服务平台，为物流企业提供全程物流服务信息服务及综合业务信息服务具有重要意义。在这一领域，最为典型的应用是上海港机包起帆牵头在RFID技术基础上建立的集装箱物流全程实时监控平台。这种系统实质上就是以集装箱为跟踪目标的一种物联网，采用了电子标签（RFID）与互联网的结合，提供集装箱在经过各物流节点时的实时状态信息，对提高集装箱物流的透明度、安全和效率具有重要的作用。

3、物流产业中物联网技术的应用发展趋势

物流产业是一个非常宏观的概念，也是一类特点明确的物流交换平台，物联网技术的引入虽然极大的促进了物流业的发展，但是由于标准的不统一，使得物流产业发展并没有形成统一完整的系统，相反，因为标准的不统一产生了各种问题。所以，建立统一的物联网标准和技术平台将是物联网技术在物流业中的应用趋势之一。

作者单位：广西外国语学院国际工商管理学院

作者简介：黄宁（1971.09— ），男，广西外国语学院国际工商管理学院教师，高级经济师、高级物流师,研究方向：物流管理、物流信息化。

参考文献：