物聯網通信技術的研究方向
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物聯網通信技術的研究方向范文第1篇
1.引言
配電網能效及互動節電綜合管理系統，是基于用電環節與配電環節的信息集成，通過物聯網能效需求響應終端、通訊網絡、網絡計量采集設備、智能傳感控制管理設備等構建供電企業和電力用戶之間準實時、雙向互動信息共享平臺，從而提高電網需求和用戶需求的智能化互動水平、能源利用效率和最大發揮電力設備使用效率，提升供電企業市場營銷管理水平、服務品質和用戶側自動需求響應管理水平，擴大電力市場、促進節能減排、提高配電網經濟運行。
2.配電網能效管理及互動節電管理系統架構
配電網能效管理系統由于規模大，結構復雜，設計的設備節點數量多，信息流大且分散。為了便于管理，我們設計了層次化為七層的能效管理及互動節電管理系統如圖1所示。
圖1 配電網能效管理及互動節電管理系統架構圖
從上圖看到配用電網架復雜、節電數量多而分散、業務種類復雜。為了達到配用電測高效、安全、準實時雙向的通信支撐，需要詳細研究適用于電力通信領域的通信方案。
3.電力物聯網有線通信方式介紹：
3.1 以太網結合光纖EPON技術
無源光網絡（PON）的概念提出較早，它可以節省光纖資源、對網絡協議透明，在光接入網絡中扮演著重要的角色。同時，以太網技術經過多年發展，靠其簡便實用、價格低廉的特性，統治了局域網，事實上是承載IP數據包的最佳載體。隨著IP業務在城際和骨干網傳輸中所占的比例不斷加大，以太網也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進，逐漸向接入網、城域網甚至骨干網上滲透。而EPON是以太網與PON的結合（ethernet passive optical network，基于以太網的無源光纖網絡），它具備了以太網和PON的優點，正成為光接入網領域的熱門。
基于EPON的無源串行模式采用單纖波分復用技術（下行1490nm，上行1310nm），僅需一個OLT（光線路終端）和一根主干光纖，傳輸距離可達20公里。在ONU（光網絡單元）側通過多級光分路分給最多為64個用戶，可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力。典型方案如圖2所示。
圖2 配網EPON典型方案圖
我國中壓配電網大部分采用多分段、開環運行的放射形接線方式供電，該接線方式和EPON的服務架構最為接近。因此，智能配電網通信組網技術選用EPON作為通信技術支撐將是最合理可靠的。
針對智能配、用電系統的特殊應用環境和特殊應用要求.國內展開對下一代PON的研究.解決高性能電磁兼容和大容量數據轉發延時的難題.以適應智能配、用電系統現狀和發展。對下一代PON技術中的芯片級控制策略（如多點控制協議MPMC、動態帶寬分配DBA、前向編碼糾錯FEC、大容量數據低延時轉發等技術）、協議級管理策略（如多協議優先級QoS、VLAN等技術）以及針對智能電力配、用電系統的應用級（如電磁加固、抗干擾等技術）均進行深入研究。
3.2 RS485通信技術
RS485通訊有二線制和四線制兩種，四線制屬于全雙工的通訊方式，但是也只能進行點對點的傳輸，所以其使用也逐漸減少，如今工業組網使用最普遍的即為二線制半雙工RS485通訊。
RS485通訊組網采用的是主從結構的總線模式。即使用一條總線，將一定數量的具有RS485通訊功能的設備連接起來，在同一條通訊總線中只有一個主站，其他均為從站，每個從站在組網時已設置好通訊地址。在同一總線中的設備使用相同的通訊協議，現使用最普遍的為MODBUS協議。在每一個通訊過程中，先由主站以廣播的形式下發命令數據幀，數據幀通過通訊總線傳到每個從站，從站在接收數據后首先查看數據幀中地址位，只有地址位符合的從站才會對控制指令進行回應。理論上，通信速率在100Kbps及以下時，RS485的最長傳輸距離可達1200米，但在實際應用中傳輸的距離也因芯片及電纜的傳輸特性而所差異。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進行放大，最多可以加八個中繼，也就是說理論上RS485的最大傳輸距離可以達到10.8公里。如果真需要長距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質，收發兩端各加一個光電轉換器，多模光纖的傳輸距離是1公里以內，而采用單模光纖可達50公里的傳播距離。
由此可看出，要成功完成RS485通訊的布網，需要同時注意硬件上的網路線路的連接和軟件上的通訊協議兩個方面。在硬件連接上需注意連接的穩定性，采用抗干擾能力強的布線方式，布線采用具有屏蔽層的雙絞線，并保證總線阻抗的連續性，同時在通訊終端進行阻抗的匹配，以吸收總線終端反射的干擾信號。在軟件程序的設計上采用標準的MODBUS協議，以兼容市場上大部分的使用RS485通訊的設備。
RS485總線不應采用星形或環形連接，最佳的接線方式為手拉手式連接，如圖3所示：
圖3 RS485手拉手連接圖
3.3 PLC通信技術
電力線載波技術簡稱PLC技術，是英文Power line Communication的簡稱。電力載波是電力系統特有的通信方式，電力載波通訊是指利用現有電力線，通過載波方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術，最大特點是不需要重新架設網絡，只要有電線，就能進行數據傳遞，利用1.6～30MHz，頻帶范圍在電力線路上傳輸信號。在發送時，利用GMSK或OFDM調制技術將用戶數據進行調制、線路耦合，然后在電力線上進行傳輸.在接收端，先經過耦合、濾波，將調制信號從電力線路上濾出，再經過解調，還原成原信號，如圖4所示。目前可達到的通信速率依具體設備不同在4.5～45MB/s之間。
圖4 PLC通信結構圖
另外，電力線載波通訊因為有以下缺點，導致電力載波技術主要應用-網絡通訊（電力上網）未能大規模應用：
（1）配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區域范圍內傳送;
（2）三相電力線間有很大信號損失（10dB-30dB）。通訊距離很近時，不同相間可能會收不到信號。一般電力載波信號只能在單相電力線上傳輸;
（3）不同信號藕合方式對電力載波信號損失不同，藕合方式有線-地藕合和線-中線藕合。線-地藕合方式與線-中線藕合方式相比，電力載波信號少損失十幾dB，但線-地藕合方式不是所有地區電力系統都適用;
（4）電力線存在本身因有的脈沖干擾。目前使用的交流電有50HZ和60HZ，則周期為20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出現兩次峰值，兩次峰值會帶來兩次脈沖干擾，即電力線上有固定的100HZ或120HZ脈沖干擾，干擾時間約2ms，因此干擾必須加以處理。有一種利用波形過零點的短時間內進行數據傳輸的方法，但由于過零點時間短，實際應用與交流波形同步不好控制，現代通訊數據幀又比較長，所以難以應用;
4.電力物聯網無線通信方式介紹
4.1 WiFi無線通信技術
WiFi是wireless Fidelity（無線保真），又稱IEEE802.11b標準，最大的優點是傳輸速率高，可以達到11mbps。WiFi具有功耗低（發射功率不超過100mW）、無需布線、寬帶接入、組網靈活等特點，目前在IT產業中許多終端都配置了WiFi功能，在服務業各個服務商也為客戶提供了Wi-Fi上網環境，在電力行業，隨著光纖和寬帶無線技術的規模化，電力中的大部分地區都有了電力通信網的接入，然而在電力通信網末端，由于地理位置、環境等因素的影響，有些地區無法實現電力通信網接入，此時WiFi作為該網絡的補充較為合適。WiFi作為傳感網中的一種通信方式，可在智能家庭網絡中發揮重要的作用，覆蓋范圍可以達到100m，實現各種智能設備的互聯網接入功能，為用戶提供高速的互聯網應用解決方案，為智能電網用電服務體系建設提供了高效、可靠的寬帶通信手段。
4.2 ZigBee無線通信技術
ZigBee是一種短距離、低功耗、低成本的無線自組網技術，主要用于組建近距離的無線網絡。ZigBee技術基于IEEE802.15.4標準，在國內工作在2.4GHz頻段下，在歐美工作在868/928MHz頻段下。在2.4～2.485GHz的工作頻段下，ZigBee技術采用QPSK的調制方式，數據傳輸速率達到250Kbps，共有16個通信信道，每個信道提供5MHz的帶寬。在一個ZigBee網絡內，可以支持多達65000個無線通信終端，根據網絡環境的差異，各個設備節點之間的通信距離各不相同，傳輸范圍從10米到100米不等。由于ZigBee協議的簡單化，網絡對于通信設備要求較低，因此成木很低。ZigBee組網技術的特點及應用場所要求ZigBee終端設備具有簡單、工作穩定、成木低廉、能耗少的特點。
ZigBee的組網形式可以快速、簡易、高效地組建，符合通信網絡實時性、可靠性的需求。
4.3 藍牙bluetooth無線通信技術
作為一種無線數據與語音通信的開放性全球規范，藍牙以低成本的近距離無線連接為基礎，為固定與移動設備通信環境建立一個特別連接，完成數據信息的短程無線傳輸。其實質內容是要建立通用的無線電空中接口（Radio Air Interface）及其控制軟件的公開標準，使通信和計算機進一步結合，使不同廠家生產的便攜式設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能夠在近距離范圍內具有互用、互操作的性能（Interoperability）。藍牙以無線LANs的IEEE802.11標準技術為基礎。藍牙技術有：成本低，功耗低、體積小，近距離通信，安全性好的特點。藍牙在物聯網發展中得到一定的應用，有辦公場所，家庭智能家居等環境。
4.4 GPRS無線通信技術
通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service，GPRS），使用分組交換模式以及無線接入技術。GPRS 可說是GSM的延續。GPRS和以往連續在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，因而價格較貴。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。GPRS技術由于使用流量計費，故不太適合本系統長期使用。
5.各種通信方式對比（見表2）
6.結論
通過表1的對比結果，結合我們的能效管理系統的具體架構，我們可以對各個環節的通信環節作出如下規劃：
（1）大物聯網能效交互終端：由于下轄用電管理節點不少于100個，用電節點不少于10000個，并且地域范圍跨度比較大，故建議上行通訊GPRS、或者EPON為組合，本地通訊以WiFi來組網。
（2）智能交互終端、導軌表、分路控制器、網絡斷路器：本地用電節點不少于100個，需要速度較快的通信速率，考慮到智能園區和家庭需要的覆蓋范圍，建議上下行通信以WiFi來組網。
（3）采集器、低壓網絡開關智能開關、低壓網絡智能插座等用戶一對一設備：對實時性和數據的傳輸速率以及信號越障能力要求較高，建議用WiFi來組網。
參考文獻
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基金項目：2013年國家電網公司總部科技項目支持（編號：SGRI-WD-71-13-011）。
作者簡介：
王亮【通訊作者】（1985―），男，山西人，碩士研究生，現就職于國網智能電網研究院，研究方向：物聯網技術。
袁玉湘（1979―），男，博士研究生，高級工程師，IEEE會員，現就職于國網智能電網研究院，研究方向：微電子技術。
物聯網通信技術的研究方向范文第2篇
關鍵詞：物聯網；RFID；J2EE
中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A文章編號：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
物聯網是通過各種感知設備和互聯網，連接物體與物體的，全自動、智能化采集、傳輸與處理信息的，實現隨時隨地和科學管理的一種網絡；是對當今各種新技術、新理念的高度融合，它打通了電子技術、自動化技術、通信技術、生物技術、機械技術、材料技術等以往關聯不大的技術之間的通道，使得這些技術真正融合為一個整體，從而實現了通信從人與人向人與物、物與物的拓展。物聯網行業應用需求廣泛，潛在市場規模巨大，它將成為全球下一個萬億元級規模的新興產業。目前物聯網技術發展已列入我國國家級重大科技專項，可以肯定其代表了下一代信息技術發展方向，將會像互聯網一樣成為全球經濟發展的又一個驅動器，帶領全球經濟走出危機。
一、物聯網的應用架構
（一）基于RFID的物聯網應用架構。RFID可能是三類技術體系中最靈活的能夠把“物”改變成為智能物件的，它的主要應用是把移動和非移動資產貼上標簽，實現各種跟蹤和管理。RFID只是編碼的一種載體，此外還有其他基于物理、化學過程的載體。
（二）基于傳感網絡的物聯網應用架構。物聯網中的傳感網絡主要是指無線傳感網絡（WSN，Wireless Sensor Networks）。WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無線傳感器組成，共同協作完成對特定周邊環境狀況，包括溫度、濕度、化學成分、壓力、聲音、位移、振動、污染顆粒等的監控。
（三）基于M2M的物聯網應用架構。業界認同的M2M理念和技術架構覆蓋的范圍應該是最廣泛的，包含了EPCGlobal和WSN的部分內容，也覆蓋了有線和無線兩種通信方式，一個典型的M2M系統包括：M2M應用，M2M中間件，網絡層，M2M網關層，遠程設備。
二、物聯網中的關鍵技術
物聯網涉及的新技術很多，其中關鍵技術主要有射頻識別技術、傳感器技術、網絡通信技術和云計算（傳輸數據計算）。
（一）射頻識別技術。俗稱“電子標簽”，是特聯網中非常重要的技術，是實現物聯網的基礎與核心。這一技術由三個部分構成：標簽（Tag），附著在物體上以標識目標對象；閱讀器（Reader），用來讀取（有時還可以寫入）標簽信息，既可以是固定的也可以是移動的；天線（Antenna），其作用是在標簽和讀取器之間傳遞射頻信號。此技術的可以應用于供應鏈管理系統，高速公路的自動收費系統。射頻技術發展面臨的主要問題和難點有：射頻識別的碰撞防沖突問題，射頻天線研究，工作頻率的選擇，安全與隱私問題。
（二）傳感器技術。傳感器是提取信息的關鍵器件，是現代信息系統和各種裝備不可缺少的信息采集手段。由于物聯網通常處于自然環境中，傳感器要長期經受惡劣環境的考驗。即使是最現代化的電子計算機，假如沒有準確的捕獲和轉換，一切準確的測試與控制都將無法實現。在物聯網方面的應用中，需要傳感器在感知信息方面和自身的智能化和網絡化方面有較大方面的提高。
（三）網絡通信技術。最基礎的物物之間的感知通信是不可替代的關鍵技術。網絡通信技術包括各種有線和無線傳輸技術、交換技術、組網技術、網關技術等。其中M2M技術是指所有實現人、機器、系統之間建立通信連接的技術和手段，同時也可代表人對機器（Man-To-Machine）、機器對人（Machine-To-Man）、移動網絡對機器（Mobile-To-Machine）之間的連接與通信。M2M技術適用范圍廣泛，可以結合Wifi、BlueTooth、Zigbee、RFID和UWB等近距離連接技術，此外還可以結合XML和Corba，以及基于GPS、無線終端和網絡的位置服務技術等。此技術可用于安全監測、自動售貨機、貨物跟蹤領域。目前M2M技術的重點在于機器對機器的無線通信，而將來的應用則將遍及軍事、金融、交通、氣象、電力、水利、石油、煤礦、工控、零售、醫療、公共事業管理等各個行業。
三、物聯網的典型應用
（一）智能交通。智能交通解決交通擁堵、提高行車安全、提高運行效率的重要途徑。我國交通問題的重點和難點是城市道路擁堵。在道路建設跟不上汽車增長的情況下，對車輛進行智能化管理和調配就成為解決擁堵問題的主要技術手段。在中國已經有20多個省區市實現公路聯網監控、交通事故檢測、路況氣象等應用，路網檢測信息采集設備的設置密度在逐步加大，有些高速公路實現了全程監控，并可以對長途客運危險貨物運輸車輛進行動態監管。
（二）智能家電。物聯網的預期應用中，智能家居是一個重要的應用領域。智能家居，由網絡家民和家庭網絡所組成的家庭設施，通過學習、推理等方法為用戶提供服務和自主管理能力。家庭網絡，是融合控制網絡和多媒體信息網絡于一體的家庭信息化平臺，用以實現在家庭范圍內信息設備、通信設備、娛樂設備、家用電器、自動化設備、照明設備、家庭求助報警、保安（監控）裝置及水電氣熱表等設備的信息互聯。網絡家電，是將普通家用電器利用數字技術、網絡技術及智能控制技術設計改進的新型家電產品，可以實現互聯組成一個家庭內部網絡，同時這個家庭網絡又可以與外部互聯網相連接。
（三）煤炭管理。在煤炭企業倉儲管理中，計算機管理信息系統已經有了廣泛應用，將物聯網應到煤炭企業的倉儲管理中，建立智能化的現在倉儲管理系統，可以極大提高倉儲的管理效率。
圖1.煤炭企業物流系統模型
整個系統采用J2EE架構，用戶通過訪問服務器獲得數據。在物聯網層提供各種數據接口，利用GIS和倉儲中的傳感器，直接將數據發送到系統數據庫中，以便頂層平臺可對數據進行處理。平臺實際需要的物理服務器3臺，分別作為應用服務器，數據庫服務器，數據庫備份服務器。
圖2.平臺技術架構圖
通過利用物聯網技術，將物聯網作為數據基礎采集平臺，提出新的煤炭作業物流運作模式，可最大程度的提高信息共享程度，將訂單、生產計劃、倉儲、物資采供、物資供應以及運輸銷售過程中的車輛調度中的所有信息全部共享。
四、結論
物聯網的發展涉及產業創新、結構調整和發展方式轉變，直接推動國家信息化進程，是改善民生、利國惠民的重要技術手段和推動新興產業發展的突破口，更是提升國家綜合國力的關鍵。我國有著廣闊的市場空間，但國內的生產現狀還停留在低附加值的狀況，物聯網這一新技術的出現，不僅對傳感器市場帶來具大的潛力，更會對傳統行業帶來新的發展機遇。
參考文獻：
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物聯網通信技術的研究方向范文第3篇
【關鍵詞】數字化信息系統（DIS）；物聯網；無線傳感器；物理實驗教學；新課改
0 引 言
物理學是以實驗為基礎的自然科學, 通過實驗可以促進學生正確形成概念和掌握規律,理解和掌握物理知識,培養學生的觀察能力、動手能力、思維能力和創新能力。新課標提出：重視將信息技術應用到物理實驗室，加快中學物理實驗軟件的開發和應用。因此提高實驗教學的有效性是物理教學的重中之重。
DIS，即數字信息系統實驗（Digital Information System），是以真實實驗為基礎，借助傳感器、計算機來完成的實驗。它改變了傳統的實驗教學方法，形成新的教學模式。基于物聯網技術的DIS物理實驗是實時，準確的，它不同于傳統的實驗教學，學生可以自由的探究學習，這無疑會給傳統低效的實驗模式帶來巨大沖擊。
1 當前高中物理實驗教學現狀
教學實驗簡單化，實驗過程程序化，操作實驗書面化。不關注實驗注意事項，不講實驗誤差，以程序化的實驗步驟開展教學，不注重啟發與探究，以教師口頭講實驗，學生觀看多媒體視頻來代替操作實驗,甚至設計大量的實驗習題，以“書面實驗”代替“操作實驗”。近3年來江蘇高考物理實驗得分率持續走低，學生實驗操作能力低下，考察實驗內容抽樣得分率均未達百分之三十。
不是教師懶惰，更不是輕視實驗教學的作用，造成這種尷尬局面的主要原因是實驗儀器的制約。
例如：探究F合、m、a三者之間的關系（見圖1）,需要知道力和加速度的即時大小，使用傳統實驗儀器來獲取任意時刻F合、a兩個變量值很難做到。廣大教師開發智慧，設法固定一個變量F合而只需觀察a的變化，使用滑輪加重物，以重物重力g代替恒定力F合（見圖2）進行物理實驗?？蓡栴}是此時重物呈加速下降的失重狀態，繩子拉力小于所掛重物的重力，所以重物重力并不能真正代替繩子拉力。
這種實驗器材注定了實驗存在不可避免的誤差。
2 DIS
DIS（Digital Information System）實驗技術，又稱“數字化信息系統”，是由“傳感器＋數據采集器＋實驗軟件包（教材專用軟件、通用擴展軟件）＋計算機”構成的新型實驗系統。
DIS實驗系統配備有多種傳感器，能夠實時準確地測量各種物理量并轉化成電信號送入數據采集器,多種傳感器還可以組合進行更加仿真的實驗，觀察更多的物理量的變化；數據采集器接收各類傳感器提供的電信號，并將其轉換成能被計算機接收的數字量，通過數據線提交給計算機；計算機根據實驗軟件包，對獲取的數字量進行分析處理，提供多種形式的數據展示。
DIS系統克服了傳統物理實驗儀器的諸多不足。首先，測量精度更高、更準確，并且實現了數據的實時記錄。其次，計算機記錄并處理實驗數據，處理速度快，準確性高。第三，DIS實驗采用多媒體進行實驗過程和結果的展示，提高了實驗的可視性、真實性?？梢?，DIS實驗不是計算機與傳統實驗簡單疊加，而是信息技術與物理實驗的完美整合。
3 物聯網技術
物聯網是指通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術。高中物理實驗涉及的物聯網關鍵技術有：傳感器技術、無線傳感器網絡（WSN）技術、射頻識別(RFID)技術、網絡通信技術等。
在物理實驗中，傳感器將探測到的物理量轉換為電學量，并提供輸出，以便進一步處理顯示、研究。
無線傳感器網絡是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡。大量的傳感器節點將探測到的數據，通過匯聚節點經其它網絡發送給了用戶，從而真正實現“無處不在的計算”理念。
射頻識別即RFID（Radio Frequency IDentification）技術，又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。
適用于于高中物理實驗的物聯網通信技術主要有兩類： IEEE 802.15.4/Zigbee協議和藍牙技術。IEEE 802.15.4/Zigbee協議是基于IEEE802.15.4標準的一種短距離、低功耗的無線通信技術，主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入到各種設備中去。藍牙技術是一種全球開放性的短距離無線通信規范，采用快速跳頻、前向糾錯和優化編碼等技術，被認為是近年來無線數據通信領域的重大進展之一。
4 物聯網技術助力DIS實驗
在教育領域，新課改倡導“為學生的學習和發展提供豐富多彩的教育環境和有力的學習工具”，物聯網無所不在、物物相連的組網技術為物聯網時代的教學提出全新的信息化教學的理念。物聯網技術在高中物理實驗教學中的運用，就是用射頻識別、無線傳感器等設備取代傳統驗證性實驗設備甚至DIS中的有線傳感器，實現各個物理量數據的實時獲取與共享。
（1）目前高中學校使用的DIS實驗系統大多采用數據線實現傳感器與數據采集器、數據采集器與計算機之間的連接。這種情況下，傳感器和數據采集器都受到連接線的限制，有點施展不開。
藍牙技術具有抗干擾能力強、通信質量穩定、功耗低、成本低的優點，已被廣泛應用于無線傳感器網絡中,采用無線藍牙傳感器代替有線傳感器，能有效避免線纜障礙，靈活操作。
（2）高中DIS實驗系統數據采集器采用四路并行輸入，這就決定了我們的實驗必須在不超過四個傳感器的前提下完成，限制了實驗的發展空間。
基于物聯網原理，采用無線藍牙傳感器代替有線傳感器，利用無線數據采集器搭建小型局域網，在局域網內快速傳遞數據，輕松解決傳感器數量的限制，有效管理較多數量的藍牙傳感器協同工作（模型結構見圖3）。
（3）一個學習小組使用一套DIS實驗系統對應一臺計算機，決定了小組間的實驗數據相對孤立。
進一步運用物聯網技術，可以對教室內所有傳感器建立小型物聯網，將所有數據實時共享，這樣，各組的計算機都可以隨時查看教室內所有傳感器的實時數據，增加小組間交互學習的機會，提高DIS實驗系統的使用效率。這里有兩種途徑建立物聯網：第一種是使用真正的無線傳感器構建基于ZigBee的無線傳感器網絡(wireless sensor network, WSN )；第二種是在無線藍牙傳感器上粘貼RFID無源標簽，通過超高頻RFID讀寫器來確定傳感器身份以此建立物聯網。
5 待解決的問題
（1）成本較大。ZigBee標準中規定一個ZigBee無線網絡一般包含3種設備: 協調器、路由器、終端節點，其中協調器的價格較高；而使用RFID標簽，要求識別距離15米左右，需采用超高頻RFID設備，價格較高。所以成本是制約物聯網實驗室發展的關鍵。
（2）師生培訓。目前國內研究方向主要集中在如何使用DIS實驗系統，而師生對DIS試驗系統的認知情況卻少有人問津。黃捷2011年對福建省1023名高中物理教師采樣調查，對DIS數字實驗系統比較熟悉的僅占12%。而新穎的物聯網技術與設備的使用，更需要加強師生的技能培訓。
6 結束語
物聯網、WSN、傳感器、RFID等高新技術、設備都是物理學發展和進步的成果，再將其應用到物理實驗教學當中，帶給物理這一“古老”學科的一縷現代氣息，使得物理實驗教學重現活力。有了先進的實驗手段，學生們必定能夠收獲令我們意想不到的成功。
同時，我們也應注意，不能對DIS等先進實驗手段和設施產生完全依賴心理，刻意將這些工具投入到所有物理實驗中去，《普通高中物理課程標準（實驗）》倡導利用日常器具做實驗，日常器具不但具有簡便、直觀等優點，而且有利于學生動手，發展學生的實驗技能，培養學生的創新意識。
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物聯網通信技術的研究方向范文第4篇
由于網絡和通信技術的發展，嵌入式系統在經歷了幾十年的發展歷程后，又進入了一個新的歷史發展階段，即從普遍低端應用進入到一個高、低端并行發展，并且不斷提升低端應用技術水平的時代，其標志就是32位嵌入式系統的發展。
網絡、通信、多媒體、信息家電時代的到來，以及未來物聯網（The Internet of things）和泛在計算（Ubiquitous Computing）的發展，為32位嵌入式系統的高端應用提供了空前巨大的發展空間，形成了巨大發展市場。據Forrester預計，2016年全球物聯網產值可達6200億美元的規模。2020年市場上將有500億個聯網裝置。
目前，我國嵌入式系統的發展十分迅速，其發展正從嵌入式系統走向嵌入式產業，巨大的市場需求不斷加速嵌入式系統的產業化進程。
一、嵌入式系統概述
現代計算機技術分為兩大分支：通用計算機系統和嵌入式計算機技術。
通用計算機系統的技術要求是高速、海量的數值計算，技術發展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。由國防科大研制的天河二號通用計算機系統，以峰值計算速度每秒5.49億億次、持續計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優異性能，成為目前全球最快超級計算機。
超級通用計算機主要用來承擔重大的科學研究、國防尖端技術和國民經濟領域的大型計算課題及數據處理任務。如大范圍天氣預報、衛星照片整理、原子核物理的探索、制定國民經濟的發展計劃等。
而嵌入式計算機系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，對功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面有特殊要求的專用計算機系統。
嵌入式計算機系統與通用計算機系統的本質區別在于系統應用不同。嵌入式系統是將一個計算機系統嵌入到對象系統中。這個對象可能是龐大的機器，也可能是小巧的手持設備，用戶并不關心這個計算機系統的存在。嵌入式計算機系統的技術要求是對象的智能化控制能力，技術發展方向是與對象系統密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。
早期，人們勉為其難地將通用計算機系統進行改裝，在大型設備實現嵌入式應用。然而，對于眾多的對象系統（如家用電器、儀器儀表、工控單元……），無法嵌入通用計算機系統，況且嵌入式計算機系統與通用計算機系統的技術發展方向完全不同。這就形成了現代計算機技術發展的兩大分支。
二、嵌入式系統發展現狀
目前，我國嵌入式系統市場處于快速增長時期，我國政府充分認識到它的重要作用，在政策、資金等方面給予大力支持。2004年國家發改委、科技部、商務部聯合頒布的《當前優先發展的高技術產業化重點領域指南》，把嵌入式產業作為國家發展的一個重要領域。
相關統計表明，2012年我國電子制造規模達5.45萬億元，位居世界第二；電視、程控交換機、筆記本電腦、顯示器和智能手機等主要電子信息產品的產量居全球首位。
我國嵌入式系統的應用主要分布在電信、醫療、汽車、安全和消費類等行業。來自2010-2011年度的行業調查數據顯示，目前嵌入式產品應用最多的三大領域是“消費電子、通信設備、工業控制”，所占比例分別是26% 、17%和13%，三大領域所占比例之和接近60%
1.信息家電
信息家電是融合了計算機技術、數字通信技術的消費電子產品，是3C （Computer，Communication and Consumer Electronic）融合的產物。
后PC時代，家用電器將向數字化和網絡化發展，電視機、微波爐、數字電話等都將嵌入微處理器并通過家庭網關與Internet連接，構成家庭信息網絡.屆時，人們可以遠程控制家里的電器設備，可以視頻點播，實現交互式電視，還可以提供各種網上服務等。
信息家電是網絡上的家電，而不是PC的外設。信息家電本身具有一定的智能，并支持某種統一的、標準的通信協議和控制協議，能夠互相識別，而不必像計算機外設那樣必須受PC控制。信息家電的出現將推動家庭網絡市場的興起，同時家庭網絡市場的發展又反過來推動信息家電的普及和深入應用。
2005年6月，微軟、索尼等17家國際企業推出的數字家庭標準，進一步為信息家電的發展掃清了技術屏障。不到一個月，以聯想為首的5家中國企業也迅速結成“閃聯”，希望能在信息家電市場大展身手。
信息家電的不斷發展打開了嵌入式系統最大的一個市場，信息家電也為家用電器的更新換代創造了契機。據預測，進入21世紀，信息家電的市場份額將高達數萬億美元。面對如此巨大的市場，電腦和家電企業無不為之動心。世界著名的電腦和家電企業如IBM、夏普、微軟、英特爾、康柏、蘋果、松下、NEC、東芝等都大力開發研制自己的信息家電產品。我國的許多公司如海爾、聯想、長虹、海信、TCL等也投入信息家電的開發工作。
目前信息家電在產品取向上有兩種：一是在傳統的家用電器之上應用信息技術，使之能夠與網絡連接。二是在傳統的家用電器之外應用信息技術開發新的產品。而這些數字融合產品，都離不開嵌入式系統的支持，可以說，嵌入式系統是家庭信息網絡、IT融合的重要技術基礎。
2.移動計算設備
移動計算設備也是嵌入式系統的重要應用領域。移動計算設備包括PDA、手機、平板電腦、筆記本電腦等。
目前，PDA與傳統手機實現融合，出現一個新的產品：智能手機。智能手機就是一臺嵌入式系統。借助移動互聯網的發展和全球制造成本的降低，這兩年智能手機需求有了極大的提升。
2011年，智能手機出貨量只占到全部手機的35%，2012年這一數字為46%。隨著智能手機的價格逐漸降低，尤其是2012年，中國已經出現了多款性價比極高的智能手機，這直接刺激了大量用戶放棄傳統手機選擇智能手機。
據市場數據跟蹤公司IDC預測， 2013年全球智能手機出貨量預計將占54%，這意味著智能手機出貨量首次超過非智能手機。
同時，2013年全球平板電腦出貨量也將超過臺式個人電腦，2014年將超過筆記本電腦。IDC還推測，2013年平板電腦的出貨量將比上年增加48.7%，達到1.9億臺，創下史上最高記錄，而臺式個人電腦將減少4.3%。
3.自動化與測控儀器儀表
我國的工業生產需要完成智能化、數字化改造，智能控制設備、智能儀表、自動控制等為嵌入式系統提供了巨大的市場。在金融業、電力系統和服務業，嵌入式也在發揮著越來越重要的作用。
測控儀器儀表遍及大中小企業，測控儀器儀表種類繁多，新型的測控儀器儀表無一不是嵌入式系統。水、電、煤氣表的智能化、遠程自動抄表。安全防火、防盜系統，其中嵌有的專用控制芯片代替傳統的人工檢查，并實現更高，更準確和更安全的性能。
在工控和仿真領域，幾乎所有的計算機控制系統都采用嵌入式系統，象分布式控制系統（DCS）和現場總線控制系統（FCS）等大型復雜的控制系統，更離不開嵌入式系統的應用。目前已經有大量的8、16、32 位嵌入式系統在應用中，如工業過程控制、數字機床、電力系統、電網安全、電網設備監測、石油化工系統。
三、嵌入式系統發展趨勢
可以預見，隨著信息產業發展的第三次發展浪潮的到來，嵌入式系統會獲得更為巨大的發展契機。所謂信息產業發展的第三次發展浪潮是指無處不在的泛在計算和物聯網。
物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。顧名思義，“物聯網就是物物相連的互聯網”。這有兩層意思：一是物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；二是其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。物聯網就是“物物相連的互聯網”。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網絡的融合應用，被稱為繼通用計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。
目前，物聯網已經成為我國國家發展戰略，其受重視的程度不言而喻，2012年2月14日，中國的第一個物聯網五年規劃——《物聯網“十二五”發展規劃》由工信部頒布。同時，教育部工信部授權理工科高校開設物聯網課程，為學生傳授物聯網相關知識。部分大學開始增設“物聯網工程”專業并實現招生，為未來物聯網的發展培養儲備人才。
新的發展給嵌入式系統帶來新的理念，2011年4月，Intel、微軟、通用汽車、高通、飛思卡爾、ARM. TI和三星等公司在舊金山聯合成立了“Smart技術世界”。Smart system（智能系統或智慧系統）的特點是：1、處理器不是我們以前用的最簡單的8位處理器了，而是32位處理器或SOC等。2、內含高層次的嵌入式操作系統。3、有聯網功能，徹底解決原先嵌入式系統的孤島現象。
新的發展對嵌入式系統帶來新的技術革命。第一，嵌人式設計要從面相對象到面相角色轉變，物聯網的計算是跟時間有關的。第二，需要軟硬件協同設計技術。第三，需要嵌人式軟件建模、自動分析和驗證技術。
總之，由于我國對物聯網發展的大力扶植和產業推動，必將會更快速地推動智能化電子應用領域的擴張，越來越多的嵌入式設備將會走進我們的生活，改變我們的生活，為我們展現更精彩的世界。
基金項目：邵陽市科技局2012年科研資助項目（J1215）
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作者簡介：
物聯網通信技術的研究方向范文第5篇
關鍵詞：防火墻；數據統計；流量監測；流量控制
中圖分類號：TP393.08
目前采用的TCP/IP協議族潛在著安全漏洞以及安全機制不健全，INTERNET網上的黑客趁機而入，非法進入企業的內部網并存取、破壞、竊聽數據。防火墻是保護網絡安全最主要的手段之一，它通過監測、限制、修改跨越防火墻的數據流，盡可能地對外屏蔽網絡內部的結構、信息和運行情況，以此來實現內部網絡的安全保護[1][2]。
目前國內外有較多為企業設計流量防火墻等流量監控軟件，技術相對成熟，但為個人設計的流量監控軟件卻大多數是只監不控。如360流量防火墻軟件，Netlimiter，Negie等。360流量防火墻軟件，簡單易用，但流量管理都是臨時的，每次開機后都得重新對一些程序進行限速，沒法實時顯示流量趨勢；Netlimiter，會詢問用戶是否允許程序建立連接、并設置流量上限值，在windows xp2以上系統使用該軟件會出現藍屏現象。本文就是要為個人設計一個能夠自動監控的流量防火墻軟件，更好的為個人計算機信息安全提供有效保障而研究開發的軟件系統，利用windows 7系統開發，開發環境為VC6.0，可在windows xp、windows 7、windows 8環境下運行。
本方案的設計是通過調用微軟提供的NDIS驅動，編寫程序實時捕獲網絡速率。軟件需安裝微軟的WDK開發包，調用WDK開發的NDIS中間層函數，用C語言編寫，并在VC6平臺下進行開發。
本軟件實現的功能有以下幾點：（1）實時統計主機上網速率、上傳、下載總流量等基本信息；（2）控制應用程序聯網、控制網絡及應用程序上傳、下載速率；（3）進行流量檢測并對檢測到的流量進行分類；（4）找出占用網絡帶寬較大的應用程序，并計算出合適的流量上限值，給占用流量較多的應用程序設定推薦流量上限值。
系統功能模塊如圖1所示：
圖1 QuickSurf流量防火墻系統功能模塊圖
1 軟件系統整體框架
本項目可通過讀取注冊表的信息以獲得當前應用程序列表，再通過調用NDIS的函數可以得到獲得網絡速率、應用程序速率等信息。具體程序實現用C語言，讀取速率會比較快。先將網卡設置為混雜模式，收集主機和外網間的所有數據包信息。然后用現已公開的數據流分析、數據包分析、數據統計分析，來對應用程序的流量進行特征分析。定時檢測，將異常流量上傳到開源的服務器上進行分析對比，以節省昂貴的維護特征庫的費用。調用NDIS提供的接口，手動控制應用程序聯網級上傳下載速率。
流量防火墻功能模型框架如圖2所示：
圖2 流量防火墻功能模型框架圖
2 功能模塊分析
2.1 數據統計
收集主機與外網通信的所有數據包，統計出網絡速率、網絡流量、打開連接數、應用程序流量等詳細數據。數據統計模塊圖如圖3所示：
圖3 數據統計模塊圖
協議驅動程序負責維護一個接收緩沖區，該緩沖區以隊列的形式組織。當NIC通知NDIS已從網絡上就收到數據包時，作為已經在protocolChar結構中注冊過的函數，NDIS將調用PacketReceiveIndicate作為接收處理函數將NIC從網絡上接收到的數據緩存起來。
流量統計系統將采用三層軟件結構來實現，包括NetF10w數據導出，數據采集和數據分析等部分。其中：
數據導出：支持NetRow功能的網絡設備，如果其物理接口激活了NetRow功能，并配置了NetRow數據導出的目的IP地址和端口后，該網絡設備接口將定期地將NetFlow流數據通過UDP協議傳輸到NetF10w數據采集服務器；
數據采集：數據采集服務器接受到NetF10w數據后，需要對原始的數據進行處理，如過濾聚合等，并將處理后的數據壓縮存儲到物理文件上；此外，有另外的進程不斷地從存儲的物理文件上抽取NetFlow數據，存儲到關系型數據庫中；
數據分析：通過分析存儲在數據庫中的流數據，數據分析模塊可以統計各種流量信息，包括某設備一個接口的流量信息。一組IP地址的流入流出流量等，提供各種報表功能[3]。
2.2 流量控制：對指定應用程序進行聯網允許設置、網絡上行下行流量、應用程序上行下行流量進行設置。流量控制模塊圖如圖4所示。
圖4 流量控制模塊圖
關鍵技術為DPI和DFI技術。DPI的技術關鍵是高效的識別出網絡上的各種應用，通過對應用流中的數據報文內容進行探測，從而確定數據報文的真正應用。DFI采用的是一種基于流量行為的應用識別技術，基于這一系列流量的行為特征，建立流量特征模型，通過分析會話連接流的包長、連接速率、傳輸字節量、包與包之間的間隔等信息來與流量模型對比，從而實現鑒別應用類型[4]。
2.3 流量檢測：當應用程序占用了可用網絡帶寬的70%，并且上網速率較低時彈出提示框，提醒用戶查看聯網的應用程序，提示可禁用一些應用程序的聯網和設置較大流量占用的程序上網速率。流量檢測模塊圖如圖5所示。
圖5 流量檢測模塊圖
對于來自Internet上的數據包，第一步是對其進行過濾和捕捉，第二步，先設計一個優先級：基于端口識別和基于特征值識別均處于第一優先級，而DFI技術識別放在第二優先級。這些數據包先進行基于端口識別和基于特征值識別，只要通過時兩種方法有一種能識別出P2P流量即可；最后對識別出的P2P流量準備下一步的控制策略，對那些非P2P流量則允許通過[5][6]。
在基于P2P的分布式蠕蟲檢測系統中，各節點采用旁路偵聽的方式監控各自對應的邊界網絡，需要對出入該網絡的所有網絡報文進行報文還原，即進行IP分片重組和TCP數據流還原，才能進一步進行蠕蟲的檢測和分析?；趨f議分析的特征匹配檢測技術的系統工作流程，首先通過截獲網絡數據包，送往協議命令解析模塊，然后通過具體協議字段判斷各層協議，同時解析數據包的數據部分，再根據系統的規則庫進行特征匹配，判斷該數據包是否有入侵企圖，最后由響應系統對該數據做出相應的響應[7][8]。
3 結束語
QuickSurf流量防火墻（windows端）軟件實現了實時統計主機上網速率、上傳、下載總流量等基本信息；控制應用程序聯網、控制網絡及應用程序上傳、下載速率；進行流量檢測并對檢測到的流量進行分類；找出占用網絡帶寬較大的應用程序，并計算出合適的流量上限值，給占用流量較多的應用程序設定推薦流量上限值的基本功能。實現了我們所預期的效果。
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作者簡介：趙禹哲（1993-），女，吉林松原人，學生，本科，研究方向：網絡安全；李艷平（1972-），女，內蒙古滿洲里市人，講師，碩士，主要研究方向：云計算、物聯網、網絡安全；陳昕（1965-），男，安徽人，教授，博士，主要研究方向：計算機網絡及其性能評價、網絡安全、航電網絡；李挺婷（1992.11.05-），女，廣東梅州人，學生，本科，研究方向：計算機網絡；黃浩（1994-），男，廣東郁南人，學生，本科；田青青（1992-），女，河北邯鄲人，學生，本科，研究方向：網絡安全。
