物联网应用及无线传感器网络方案V样本.doc

物联网应用
无线传感器网络方案

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目录
一、物联网技术及其应用 - 4 -
1.1物联网概念 - 4 -
1.2物联网应用领域 - 6 -
1.3物联网实现原理 - 7 -
二、无线传感器网络(WSN) - 9 -
2.1无线传感器网络 - 10 -
2.2无线传感器网络特点 - 10 -
2.3无线传感器网络架构 - 11 -
2.4基于WSN云计算“信息中心” - 12 -
2.5信息中心框架图 - 13 -
2.6软件平台 - 14 -
2.6.1信息中心应用层 - 14 -
2.6.2信息中心基本层采集和解决数据 - 17 -
2.6.3软件界面 - 20 -
2.7、硬件平台 - 21 -
2.7.1硬件某些 - 21 -
2.7.2硬件平台实现方式 - 21 -
三、应用案例 - 23 -
3.1车辆传感器 - 23 -
3.1.1车辆应用 - 23 -
3.2车载终端 - 24 -
3.2.1终端应用 - 24 -
3.3车载终端信息发布系统架构 - 24 -
3.4车辆应用商业营运模式图 - 26 -
四、总结 - 27 -
4.1智慧都市概念 - 27 -
4.2智能医疗体系 - 28 -
一、物联网技术及其应用
1.1物联网概念
物联网是新一代信息技术重要构成某些。物联网英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连互联网”。
物联网定义是：通过射频辨认（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按商定合同，把任何物体与互联网相连接，运用云计算信息中心进行互换和通信，以实现对物体智能化辨认、定位、跟踪、监控和管理一种网络。
物联网可以在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和互联网（Internet）环境下，实现对“万物”“高效、节能、安全、环保”“管、控、营”一体化。
这里“物”要满足如下条件才可以被纳入“物联网”范畴：
1、要有相应信息接受器；
2、要有数据传播通路；
3、要有一定存储功能；
4、要有CPU；
5、要有操作系统；
6、要有专门应用程序；
7、要有数据发送器；
8、遵循物联网通信合同；
9、在世界网络中有可被辨认唯一编号。

图1-1

图1-2
物联网应用相称广泛，它在无线通信基本上实现物物联通，可以对物体监控和管理，通过不同传感器得到原始数据后，运用软件平台，对数据信息进行解决，例如气象数据、车辆数据、污染数据等，除了可以提供应相应部门加以运用和管理，还可以将解决后各种数据，通过Wifi、GPRS、3G等传播方式发送到接受终端， 终端上即可显示道路、气候、新闻、娱乐、商家等指数。
1.2物联网应用领域
物联网应用遍及智能交通、环保、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报收集等各种领域。
物联网应用
行业
应用方式举例
智能建筑
设备（家电等）、安全、节能
智能运送
库存、车队、监控、导航、辨认、货品
物流供应链
交易、订单、跟踪、辨认
金融
电子支付、实时信息、移动证券
健康
监控监控，实时信息
教诲
网络教诲、实时信息
电力
抄表、监控、节能
公共安全
照明、信号、应急、灾害、辨认
消防
联动、消防栓、定位、调度
工业自动化
生产、安全、防灾、水电油气
数字化医疗
设备、临床、辅助诊断、病程跟踪
环保
污染检测、报警
气象
降水、防洪、远程设备
水务
水质、水量、污染、安全
农业
大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪
林业
防火、勘察、报警
遥感勘测
大地勘测、森林、地震、海洋
煤炭
通风、瓦斯、救灾定位
石化
险情、油井、运送、管线
交通
公交、出租车、铁路、船运、航空

1.3物联网实现原理
物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，它可以将感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后使之与既有互联网整合起来，实现人类社会与物理系统整合，它存在能力超级强大中心计算机群，可以对网络内人员、机器、设备和基本设施进行实时管理和控制，在此基本上，人类可以以更加精细和动态方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源运用率和生产力水平，改进人与自然间关系。
毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们寻常生活将发生翻天覆地变化。人们正走向“物联网”时代，但这个过程也许需要很长时间。

图1-3

物联网核心是：
Ⅰ)RFID（射频技术）；
Ⅱ)无线传感器传感网(WSN)；
Ⅲ) M2M（Machine to Machine）；
Ⅳ) 两化融合(信息化和工业化融合)。
在以上所陈述领域中，核心某些为无线传感器网络（WSN）。以无线传感器网络为基本，再延展出整个物联网应用，因而，无线传感器网络可以视为物联网初期形态，做好无线传感器网络建设和应用，才干为物联网实现提供软硬件平台和基本框架。

图1-4

二、无线传感器网络(WSN)

图2-1：WSN基本框架和模型

图2-2：WSN软件应用平台架构
微电子机械加工(MEMS)技术发展为传感器微型化提供了也许，微解决技术发展增进了传感器智能化，通过MEMS技术和射频(RF)通信技术融合增进了无线传感器及其网络诞生。传感器正经历一种从老式传感器(Dumb Sensor)→智能传感器(Smart Sensor)→嵌入式Web传感器(Embedded Web Sensor)内涵不断丰富发展过程，传感器正在实现微型化、智能化、信息化、网络化。
2.1无线传感器网络
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSNs)就是物联网实质性完毕形态。所谓WSNs，就是由布置在监测区域内大量传感器节点以无线通信方式形成自由组织网络系统。这些节点集传感器执行器、控制器和通信装置于一体，集传感与驱动控制能力、计算能力、通信能力于一身，将物理世界信息融合到信息世界中，达到了“物联”目。

图2-3：无线传感器网络系统方案构造图
2.2无线传感器网络特点
Ⅰ)大规模，网络拓扑构造复杂；
Ⅱ)单个节点小体积，节点资源有限；
Ⅲ)自组织，多跳，无基本设施支持；
Ⅳ)网络数据传播有方向性。
2.3无线传感器网络架构
整个WSN系统应用，使观测者可以远程、不定期、多方式自由浏览和记录被观测区域内长时间信息资料，同步向接受终端发送信息。

图2-4：无线传感器网络系统数据流程和模块关系

2.4基于WSN云计算“信息中心”
以各种传感器为基点平台，噪音传感器、流量传感器、车距传感器、GPS定位传感器等，由传感器将数据采集后发送到数据终端，并由固定终端（PC、LED接受）、移动终端（车载电视、手机、车载LED等），或安装在室外固定射频接受点，进行数据采集，然后通过无线网络传播到信息中心进行数据存储、解决、挖掘，形成固定格式再通过数据终端发送到终端。

图2-5：云计算“信息中心”运营流程图
在整个流程中，现实世界（传感器网络）提供数据源，都完全依赖信息中心软件平台来解决和发布。

图2-6：典型无线传感器网络应用

2.5信息中心框架图

图2-7
通过框架图咱们可以看到整个无线传感器网络，是如何应用到各个领域。WSN中数据在通过基本硬件平台即基本层获取后，需要通过各种层面传递，予以应用。由于无线传感器网络多样性、复杂性，因此只有以信息中心为平台，运用软件模块化来管理，才干完毕数据传递、解决、互换和发布。
在应用层，各个部门都可以在云信息中心平台得到数据，涉及交通、环境监测、流量、矿山地质、农林渔等数据，这些数据由信息中心平台软件进行解决和整合。
公共服务层是数据发布中心，可面向终端（车辆、LED显示、手机、PC等）实时发布重要数据，提供数据检索、比对、定位追索等一系列解决。
中间件层是数据存储和设备管理核心，涉及数据量大小和解决速度。
传播层通过无线网络Wifi、3G、GPRS、CDMAXA等方式，将采集原始数据传播到数据库中，并可以由中间件层存储、服务层解决、应用层使用。
基本层以各种传感器为基点，安装在需要采集点位，并将采集到数据实时传送到接受设备，以供查询和使用。
2.6软件平台
2.6.1信息中心应用层
应用层咱们分为两大块，信息运营层和整合应用层。
图2-8
1）信息运营层，这里咱们为各部门，提供相应数据平台或接口，可以与每个部门信息系统联通，形成数据互换网络，还可以提供相应数据分析，为整合应用层提供支持。例如：
环保：大气污染指数、噪音指数、降水指数、水污染指数、土地酸碱度等；
交管：人车流量、高峰时段管理、事故解决、车辆管理等；
农林渔：智能农业、森林防火、渔业养殖等；
水利：水温监控、水流量监控、水位检查、水污染检查等等。
2）整合应用层：这里咱们重要为商业平台提供信息支持，通过对各方面信息解决，为商家提供精确信息资料和发布，通过车载终端、手机，就可以查询有关信息：

图2-9
交通信息：为都市交通提供服务；可以通过终端查询实时路况、拥堵信息、道路施工、GPS定位、地图信息等。

图2-10
车辆呼喊：用手机呼喊身边出租车，可以在信息中心查询到出租车信息。

图2-11
天气信息：准的确时天气状况，涉及降雨、降雪、路面、温度；将来几天内所在地云图、降雨；区域性信息等信息

图2-11
新闻信息：商业新闻、公益信息、广告促销、商家活动等；可以看到区域内餐厅、娱乐场合、每个场合人气指数、促销信息、商家地理信息等

图2-12
地图信息：准拟定位信息、电子罗盘、出行规划等；在终端上可觉得人们出行提供更详细规划，乘车路线，公交信息、住宿信息等

如上所述商业资讯，为人们出行娱乐提供第一手详细资料。平台商业化应用，可以带动各行各业发展，如旅游业、娱乐业、饮食住宿、交通运送等。在提供准的确时商业资讯同步，还可以发布有关法规、制度、管理等政务信息。数据被传递到信息运营层后，通过度析，为政务部门制定行业管理办法和治理手段提供根据。

2.6.2信息中心基本层采集和解决数据
通过基本层咱们可以得到相应数据

图2-13
1）车辆行驶轨迹，可以看到安装基点车辆在一天中行驶轨迹，可以更合理安排车辆行驶、可以看到车流量，长途、短途，行驶时间等有关数据。

图2-14
2）GPS信息图电子罗盘，通过GPS定位，可以看到车辆实时状况，涉及定位、里程、车辆工作状况、行驶路线。这些数据可以进行解决得到某时段实时路况，并发送到终端，进行错峰行驶、保证交通 顺畅。

图2-15
3）在交通运送管理中，可以轻松看到每个车辆行驶路线、里程数、车辆运营状态、道路状况等信息。

图2-16
4）道路天气信息，可以看到流量最大区域某天某个时段噪音、空气质量、降水、降雪、路面温度等，有助于环保和节能降耗管理。

图2-17
5）天气信息系统，重要由建于各路段诸多自动气象站、中心站、管理与决策机构以及公路养护与应急机构构成。

图2-18

6）监测项目，除普通常规项目之外增长了降水辨认传感器和道路温度传感器，降水辨认装置可以自动判断降水是雨还是雪甚至是路面结冰，道路温度探测器是专为道路天气信息系统所用而设计，重要安装于汽车前轮胎前面，在汽车行进过程中测量路面温度，生成路面温度变化曲线，反映不同路段、不同步间路面温度状况。

图2-19
7）噪音监测，可以得到车辆出行高峰期噪音指数、尾气排放指数以及车流量数据等，信息中兴可以解决这些数据，进行合理交通疏导。

2.6.3软件界面
1）传感器采集数据进行解决，成为各个部门可以使用数据，并形成报告记录数据。由传感器发送数据是最原始数字代码，无法直接使用，因而有信息中心软件解决之后，才干成为可用资源并为各个部门所用。
例如：可以通过空气质量传感器得到数据，发送到中心后，可以由软件解决。

图2-20

2）水污染传感器以及水纹传感器，可以监控各个地方污染指数、污水排放指数、水位及流量指数等，对于汛期防汛、水土污染、空气治理方面提供最数据。

图2-21

3）水利监测类传感器模块，可通过传感器采集解决数据有水流量、水位警戒、水浑浊度等，设定报警值，就可以防患于未然，在雨季对危险水域实时监控，甚至可以对降水量实行监控。

图2-22

2.7、硬件平台
2.7.1硬件某些
由传感器、基板、接受终端构成，传感器可分为流量、噪音、雨水、GPS等，基板为载体，传感器载体开发板，涉及CPU和RAM，接受终端存储发送端，包括wifi、3G、GPRS、CDMA等无线传播模块，传感器采集数据由基板发送到终端，再有终端通过无线基站发送到信息中心。

图2-23
2.7.2硬件平台实现方式
传感器节点即是基于低功耗稳定硬件平台，集成了操作系统、射频合同和节点应用程序等。节点上传感器灵活可配备、同步可以由顾客自行添加维护传感器，各个节点上可分别配备不同类型不同数量传感器模块。节点自构成网络具备很强自恢复性和低功耗特性。节点采集布置环境中实际数据，然后将数据通过网络对的进行融合汇聚。
已完毕2.4G频段射频节点、节点板、传感器板、网关板等所有硬件节点和有关硬件板卡设计和制造。传感器节点重要包括如下硬件：
1)微解决器：带丰富IO、A/D和各种接口(I2C、SPI、UART)，低功耗可休眠；
2)射频收发模块：负责无线数据收发，低功耗、高稳定性，工作于315/433/868/915MHz/2.4GHz等各种频率；
3)传感器模块：大量合用于不同应用传感器，可采集温度、湿度、声、光、压力、速度、加速度、PH值、含氧量、血糖含量、甲醛等各种物理量；
4)供电模块：可采用干电池、锂电池、太阳能电池等进行供电。

传感器板 节点板

                                网关板                                                 节点套装
三、应用案例
3.1车辆传感器
3.1.1车辆应用
随着汽车产业发展，交通管理和安全成为焦点问题，若能将在私家车、公交车、出租车等交通工具纳入到无线传感器网络中，通过安装在车上车辆传感器，可以收集到大量数据，解决后信息为交通管理提供数据根据，如：
1）车辆管理：出租车管理，可以防止黑车运送、乘客及司机信息、里程信息、车辆呼喊安排；
公交车管理，可以车辆行驶时间、到站时间、人流量信息、交接班信息；
私家车管理，可以和正规运营停车场联网，查处事故车辆、监控黑车运营。
2）道路管理：路况信息，施工路段发布、道路拥堵状况、道路规划路段、暂时占路状况；
路面信息，路面湿滑状况、路面积水状况、路面结冰降雪状况。

图3-1

3.2车载终端
3.2.1终端应用
通过车载终端还可以显示信息中心发布信息，成为商业应用平台，如：
1）、信息发布：商家信息、地理位置信息 、广告、政策法规等多元化、互动式发布；
2）、信息交互：信息搜索、车主宝典、商家评分等互动交流。
3.3车载终端信息发布系统架构

图3-2
如图所示，车辆上传感器，将数据传给车辆上接受终端（PDA）存储，然后通过3G网络、WiFI网络、以及GPRS等通信网络，将数据传回信息中心进行解决，通过互联网为各个部门提供数据。

图3-3
再由发布系统，向车载终端发送信息（商业、公益信息）并在车载终端上显示，提供信息查询和交互。

图3-4：车载终端信息显示图
通过终端上软件系统，就可以和信息中心交互，可以查询信息、看路况、交友、购物娱乐、车辆状况等一系列互动。

3.4车辆应用商业营运模式图

图3-5
越来越多车辆上都安装有车载终端（PDA、GPS导航、行车电脑系统等）和蓝牙、手机等通信模块，只要在终端上下载相应软件就可以成为平台中一种点。无线传感器网络发展为车辆管理体系提供了更高更有效手段， 再结合商业平台应用，成为都市管理中必不缺少系统。

四、总结
4.1智慧都市概念
智慧都市是指充分借助物联网、传感网，涉及到智能楼宇、智能家居、路网监控、智能医院、都市生命线管理、食品药物管理、票证管理、家庭护理、个人健康与数字生活等诸多领域，把握新一轮科技创新革命和信息产业浪潮重大机遇，充分发挥深圳信息通信（ICT）产业发达、RFID有关技术领先、电信业务及信息化基本设施优良等优势，通过建设ICT基本设施、认证、安全等平台和示范工程，加快产业核心技术攻关，构建都市发展智慧环境，形成基于海量信息和智能过滤解决新生活、产业发展、社会管理等模式，面向将来构建全新都市形态。

图4-1
随着物联网时代到来，各个行业都在积极应用，物联网涵盖范畴相称广泛，其核心依然是无线传感器网络建设和信息解决发布平台建设。
咱们方案，是在把这2大核心结合起来，并由云计算信息中心为内核，综合软硬件一种通用化无线传感器网络平台，并通过模块化开发，可以合用于各个领域物联网发展。
引入以服务为主线商业发展模式，为商业物联网推广提供一种发展模式及实行框架，在这个商业模式中，和云计算信息中心是密不可分，所有终端（手机、PDA、车载终端等）都成为这个云中心一种信息接受点，以三大无线运营商MMS信息系统为桥梁，为物联网发展提供一种通用化网络平台。
4.2智能医疗体系
如果在住院病人身上安装特殊用途传感器节点，如心率和血压监测设备，运用无线传感器网络，医生就可以随时理解被监护病人病情，进行及时解决，还可以运用无线传感器网络长时间地收集人生理数据，这些数据在研制新药物过程中是非常有用，而安装在被监测对象身上微型传感器也不会给人正常生活带来太多不便。此外，在药物管理等诸多方面，它也有新颖而独特应用。总之，无线传感器网络为将来远程医疗提供了更加以便、快捷技术实现手段，见图4-2:

图4-2：病房巡检示意图