物联网的技术层次范文

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关键词：物联网 感知层 压电陶瓷 传感器 微米级

中图分类号：G718.5 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.22.111

1 物联网感知层技术的研究现状

1.1 物联网概述

物联网（Internet of Things）是指，把任何物品通过信息传感设备（如RFID）与互联网连接起来，进行信息交换和通信，可实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

物联网本身的结构复杂，主要包括三大部分：首先是感知层，承担信息的采集，可以应用的技术包括智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等；其次是网络层，承担信息的传输，借用现有的无线网、移动网、固联网、互联网、广电网等即可实现；第三是应用层，实现物与物之间，人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。

1.2 感知层关键技术

物联网的核心是感知层中的技术，从现在阶段来看，物联网发展的瓶颈就在感知层。国际电信联盟（ITU）将射频技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术列为物联网关键技术，本论文将就“传感器技术”这一常用的关键技术展开探讨。

传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。传感技术主要研究关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术。传感技术的核心即传感器，它是负责实现物联网中物与人信息交互的必要组成部分。

2 压电陶瓷传感器

2.1 国内外相关技术的研究、开发现状

压电陶瓷是一种重要的功能材料，具有压电、介电和光电等特性，被广泛运用于电子、航空、军事等领域。近年来随着物联网的发展，该类产品的研发和运用出现了爆发式的增长。当前，各国都在积极研究和开发新的压电功能陶瓷，随着对材料的组成、制备工艺及结构的不断深入研究，更加新颖的压电器件将不断涌现出来。

目前国际上该项目几乎由BOSCH，Delphi几个巨头垄断，我国在该领域尚处于起步阶段，高端需求严重依赖进口，国产化缺口巨大，传感器进口占比80%，传感器芯片进口占比达90%。传感器技术是物联网信息采集基础，处于产业链上游，在物联网发展之初受益较深；同时传感器又处在物联网金字塔的塔座，将是整个物联网产业中需求量最大和最基础 的环节。当前，汽车、物流、煤矿安监、安防、RFID标签卡领域的传感器市场增长较快：仅汽车传感器市场潜在规模达57亿只，是目前的需求量14倍以上。我国亟待在该领域加强技术创新，掌握核心技术。

2.2 技术原理

压电陶瓷的压电原理：在对压电陶瓷元件外施压力（拉力）时，压电陶瓷收缩（伸长）变形，瓷体两端产生电荷，由“压”产生“电”的效应为正压电效应（图1）；在对压电陶瓷元件施加与极化方向相同（相反）的电场时，极化强度增大（减小），压电陶瓷沿极化方向伸长（收缩），由“电”产生“伸缩”的效应为逆压电效应（图2）。

利用压电陶瓷的逆压电效应，在压电陶瓷元件两端间断的施加脉冲，激励压电陶瓷元件不断作伸长-收缩的机械振动，扰动传播媒介的质点，使其在各自的平衡位置附近作往返运动，将扰动以波动的形式传播到更远的媒质中，形成声波。当振动频率高于20千赫兹（kHz）时为超声波。

超声波遇到障碍物反射，声压作用于压电陶瓷元件，由于压电陶瓷元件的压电效应，其两端会产生电荷，计算脉冲发射与声波接收的时间差Δt，得到声波发射点与障碍物的距离S（图3）。

2.3 主要技术性能指标

该项目产品的性能指标如下：

频率：200±10KHz

灵敏度：≥1.8V（200Vp-p，200KHz）

传感器电容：900pF±25% （频率1KHz，环境温度25℃±5℃）

指向性： 7o±2o

防护等级：IP65

工作温度范围：-20℃～85℃

3 微米级压电陶瓷传感器的开发及相关研究

3.1 微米级压电陶瓷传感器的开发

在为期半年多的校企合作过程中，与常州波速传感器有限公司技术人员通过对压电陶瓷频率的确定，从而确定测试精度，根据S=V/F 对产品的测试精度进行设计；根据陶瓷片设计振动模式Np=fsD，设计出压电陶瓷的外形尺寸，通过对机械品质因数，机械能量转换效率等电性能参数设计（如下图4），获得高的可靠性和能量储备。

通过对压电陶瓷流延技术工艺设计，确定每一层陶瓷的厚度，通过层压与等静压技术，设计陶瓷片耐高温、高压特性。

3.2 压电陶瓷匹配层技术研究

为了使压电芯片所产生的超声波机械振动有效传输到空气中，首先考虑声阻抗匹配，材料的声阻抗Z由声速与密度定义：Z=pxc.

压电材料与空气的声阻抗相差甚远，若压电陶瓷元件所产生的振动超声波直接向空气中辐射，由于两种媒介的阻抗失配，阻抗的差异会降低界面透射系数，严重影响传感器的发射强度与接收灵敏度，因此需要在压电陶瓷元件与空气之间增加一种材料，使其声阻抗实现过渡或者匹配。此材料声阻抗需满足： [Z0ZL][Z=]，从而得出材料阻抗指标，根据阻抗指标对材料进行设计。

3.3 产品综合性能研究

进一步完善产业化过程中出现的设备问题和制备技术问题，主要有环境温度对陶瓷浆料的流变性能影响；有机溶剂的挥发；工作电压变化导致基板走带速度变化对产品流延厚度的影响，工业生产中优化排胶时间和温度，缩短工艺流程时间，提高工作效率，研究产品性能厚度控制的一致性，成品率等问题，在超声波低密度，多孔高透声匹配层方面，通过控制复合材料的颗粒度、有机粘合剂、分散剂的比例，以及固化温度和固化时间，重点解决陶瓷的收缩率与超声波匹配复合材料的内部孔状排列情况，研究获得高灵敏度低衰减信号的高频率超声波传感器。

3.4 具体关键指标如下

频率：200±10KHz

灵敏度：≥1.8V（200Vp-p，200KHz）

传感器电容：900pF±25% （频率1KHz，环境温度25℃±5℃）

指向性： 7o±2o

防护等级：IP65

工作温度范围：-20℃～85℃

目前材料压电常数d33已达到600以上，在同行业中居于领先地位，而目前处于研发阶段，对于材料组装成传感器装配工艺以及材料应用的拓展尚需进一步研究解决。

4 结论

本项目采用微米级的技术，其精度高出国内行业一个数量级，同时改变了国内传统的轧膜工艺技术所不能达到的产品小型化微型化方向发展的局面，在国内处于领先地位，并且达到国外BOSCH，VALEO，APPLE等顶级电子产品的标准要求；在选材方面，我们采用长期在高温高压工作的压电材料配方技术，使得具有较高的压电性能；在工艺控制方面，公司采用国际最先进的流延技术，在使陶瓷片达到微米级的同时，为确保在生产过程中压电陶瓷一致性，陶瓷成型中采用六个方向等静压工艺，保证压电陶瓷片内部晶元的排列更为紧密，提高陶瓷片的压电性与产品的一致性；采用电脑编程自动控制对压电陶瓷片进行烧结，保证压电材料进行良好的高温化学反应与晶相结构组合，使产品灵敏度高出常规产品的1倍，同时获得较好的稳定性。

当前，传感器技术是物联网信息采集基础，处于产业链上游，在物联网发展之初受益较深；同时传感器又处在物联网金字塔的塔座，将是整个物联网产业中需求量最大和最基础的环节。当前，汽车、物流、煤矿安监、安防、RFID标签卡领域的传感器市场增长较快：传感器市场潜在规模达57亿只，是目前的14倍以上，而本项目符合中《华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》构建下一代信息基础设施，《物联网“十二五”发展规划》提升感知技术水平。

参考文献：

[1]李红元，孙清池.Nb掺杂PLZT压电陶瓷性能研究[J].稀有金属材料与工程，2008，（1）.

[2]刘培祥，孙清池，何杰，李红元.烧结温度对PMN-PNN-PZT四元系压电陶瓷微观结构和压电性能的影响[J].稀有金属材料与工程，2008，（1）.

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一、智慧旅游发展现状

（一）智慧旅游概念研究现状

众所周知，当IBM公司首席执行官彭明盛在2008年首次提出“智慧地球”一词之后，便引发了对“智慧旅游”的研究热潮。从研究情况来看，国际上鲜有把智慧旅游作为旅游业发展的核心战略，而是从可持续发展的角度，把游客广泛参与、游客与旅游目的地的深层次关系，以及旅游业在社会经济全面发展中的作用等作为关注的重点，来探索旅游智慧化进程带给旅游业的整体利益。总的来说，主要关注智慧旅游在实践中的应用。例如，2000年12 月 5 日，加拿大旅游业协会的菲利普斯（Phillips）把智慧旅游定义为 “简单地采取全面的、长期的、可持续的方式来进行规划、开发、营销旅游产品和经营旅游业务。”在他看来，发展智慧旅游需要智慧的管理策略和营销技术，根据游客需要，及时传递信息。与国外相比，国内学者主要关注理论方面的研究，比较有代表性的观点是，一是以马勇、姚志国等为代表从“技术应用论”的角度，对智慧旅游进行定义，他们认为，智慧旅游以人本、绿色、科技创新为特征，利用云计算、物联网、高速通讯技术等信息高科技提升旅游服务质量与服务方式，改变人们的旅游消费习惯与旅游体验，从而成为旅游发展与科技进步结合的世界时尚潮流。二是以张凌云、史云姬等为代表，从“管理变革论”的角度解读智慧旅游，认为智慧旅游的目的是提升服务水平，改善旅游体验，创新旅游管理模式，提高旅游资源利用效率，进而促进整个旅游行业的发展。把智慧旅游定义为是基于新一代的信息通信技术（ICT），为满足游客个性化需求，提供高品质、高满意度服务，而实现旅游资源及社会资源的共享与有效利用的系统化、集约化的管理变革。纵观上述内容，国内学者在概念方面存在共识，他们都赞同智慧旅游的发展依赖云计算、物联网、互联网等信息高科技技术，通过对新技术的应用来改善旅游发展模式、管理方式、旅游服务质量。

（二）国内智慧旅游的发展方式

国内旅游业发展相比西方国家时间较短、经验不足、资本基础较薄弱，因此，国内在智慧旅游建设方面政府起主导作用，主要借助于政府的力量，形成国家和地方规划，整合旅游相关资源，建设公共服务平台，指导、协调市场主体参与的智慧旅游体系建设，激励旅游企业的技术创新，从而实现智慧旅游的跨越式发展，完成西方发达国家在过去数十年方才完成的旅游业变革。在国内，智慧旅游已被纳入“十二五”旅游发展规划体系之中，2009年国务院颁布了《关于加快发展旅游业的意见》（ 国发[2009]41 号） ，在这一精神指引下，旅游业开始寻求以信息技术为纽带的旅游产业体系与服务管理模式重构方式，以实现旅游业建设成为现代服务业的质的跨越，受智慧城市的理念及其在我国建设与发展的启发，智慧旅游营运而生。另外国家旅游局还部署了“智慧旅游城市”的试点工作，确定洛阳等13个城市为首批“国家智慧旅游试点城市”，在这一机遇下，洛阳可以根据自身情况制定智慧旅游发展计划。

二、城市智慧旅游基本架构分析

从城市的角度来看，城市智慧旅游可视作智慧城市信息化的一个重要子系统，简单的来说，智慧城市是一棵树，而城市智慧旅游是这棵树的一个树杈，为实现智慧旅游的某些功能可借助或共享智慧城市已有的成果。因此，城市智慧旅游的架构体系依托智慧城市的发展。“智慧城市”是将物联网感知技术和“云计算”技术等融入“数字城市”中，从而实现对“数字城市”的质的提升与飞跃，达到经济上健康合理可持续、生活上和谐安全更舒适、管理上科技智能信息化，真正实现人与城市的完美融合。而城市智慧旅游就是借助智慧城市的技术基础设施整合旅游资源和旅游产业链，为旅游市场主体的旅游活动提供丰富的信息资源，其基本架构主要包括技术层、应用层、产业层和关联层。智慧旅游的技术层就是指智慧城市依托的新技术在智慧旅游中的应用，包括信息技术、物联网技术、互联网技术等，它为城市智慧旅游的根基，也是智慧旅游的来源。应用层是指技术层与旅游要素相融合，即把新兴技术运用到旅游要素中，为智慧旅游的科学有效发展提供依据，从而实现旅游资源分析智慧化、旅游服务智慧化、旅游环境智慧化、旅游营销智慧化、旅游接待体系智慧化等等。产业层是指通过渗透在旅游业各个市场中的智慧因素而实现旅游产业转型升级和产业的丰富，不仅包括智慧要素在原始旅游产业和部门中的实践，而且还包括智慧城市背景下带来的新的文化产业和创意产业的兴起。关联层就是指上述所提到的，城市智慧旅游是智慧城市的一个重要子系统，其存在是与智慧城市的其他部件相互关联在一起的。一方面，智慧旅游的构建体系与其他智慧产业体系都依赖于智慧城市的感知层和技术层，实现基础设施和资源的共享；另一方面，旅游业是一个关联度很高的产业，相应地，智慧旅游体系构建同时也需要借助与旅游相关的其他产业智慧化体系的构建。

从上述城市智慧旅游的基本架构体系来看，其设计重点应落实在三个方面：一是充分利用城市旅游产业发展过程中积累的各种旅游信息资源，采用数据挖掘技术对旅游产品进行聚类分析和关联规则的挖掘；二是要慎重选择城市智慧旅游各个项目的商业模式，形成良好的产业效应；三是要紧跟新科技发展步伐，注重云计算、云存储及物联网等新技术的应用，通过云平台的方式整合城市各种文化旅游资源，形成一个城市的旅游云，整体提升智慧旅游的建设水平。

三、探研洛阳市智慧旅游体系建设

（一）体系构建的可能性条件

洛阳市智慧旅游体系构建条件主要体现在以下方面：一是洛阳是国家首批智慧旅游试点城市之一，在智慧旅游的建设过程中，中央政府和当地政府起主导作用；二是洛阳市有良好的旅游资源，游客量大，为满足深入体验的需求，游客对旅游服务信息的要求全面而便捷，洛阳市智慧旅游体系的构建有强烈的市场需求；三是自洛阳被确定为“国家首批智慧旅游试点”之一以来，洛阳市政府着手进行智慧旅游城市建设，确立了以云计算架构建设综合数据中心的思路，建设支撑旅游产业及公共服务数据库，目前全市智慧旅游综合数据库已相当完善，并且全市3A级以上景区推进数字化景区建设，为游客提供无线上网、自助导游等智慧化服务，可以看出近年来洛阳市智慧旅游的发展已具规模；四是洛阳目前已制定了《洛阳市智慧旅游城市工作方案》《智慧旅游城市建设方案》，确定了“1个中心（旅游综合基础数据库暨云计算中心）、1个基础（智慧旅游基础设施建设）、4个平台（智慧旅游公共服务平台、智慧旅游综合监管平台、智慧旅游电子商务平台和智慧旅游市场营销平台）和8个智慧旅游业态（智慧旅游景区、智慧旅游饭店、智慧旅游餐饮、智慧旅游购物、智慧旅游乡村、智慧旅行社、智慧旅游交通、智慧旅游娱乐）”的智慧旅游城市建设总体框架，本文希望结合政府的建设框架，提出自己的构建体系，以期为洛阳市智慧旅游体系的构建贡献一份力。

（二）洛阳市智慧旅游建设目标

智慧旅游是基于新一代信息技术，包括云计算、物联网、移动互联网等，为满足市场活动主体个性化需求，提供便捷而全面的高品质服务，除此之外，新一代信息技术在旅游企业、政府管理等方面的运用，从而实现旅游资源及社会资源的共享与有效利用的系统化、集约化的管理变革。因此，洛阳的智慧旅游也应基于新一代信息技术，以政府为主导，通过智慧旅游体系的构建，来改善游客的旅游体验，改进旅游企业的管理模式。由以上定义可以看出，洛阳市智慧旅游建设服务的对象主要为大数据时代下的游客、与旅游相关的行业、当地旅游资源。对于游客来说，智慧旅游建设目标主要是让不同类型的游客拥有更加智能便捷而又愉悦的旅游经历；对于相关行业，主要是为旅游行业以及相关行业管理提供更高效、智能化的信息服务平台；对于旅游资源，主要是促进洛阳市自然、文化旅游资源的深度开发，创新旅游产品，使洛阳旅游资源拥有更强的生命力，构建洛阳旅游文化云。

（三）洛阳市智慧旅游总体构想的设计理念

洛阳市智慧旅游总体构想的设计理念主要是为实现旅游的智慧化而提出的。洛阳市智慧旅游应在技术、应用层的支撑下，构建资源统一管理、信息共享、应用广泛而便捷的城市智慧旅游总体架构，重点建设数据库，数据库是智慧旅游的生命线，没有数据的智慧旅游只能是空中楼阁。洛阳智慧旅游应确立以云计算架构建设综合数据中心的思路，建设支撑旅游产业及公共服务数据库，建立包括旅游公共服务数据、产业数据和综合管理数据交换系统。以数据库为基础的同时，还应以中央管理平台为中心，利用先进的技术设备，统辖与旅游相关的各个方面。

（四）洛阳市智慧旅游的总体架构体系

洛阳市智慧旅游的总体架构是：在完善智慧城市基础公共保障的前提下，主要分为旅游相关主体应用体系和技术支撑体系两大层次，并统一在中央管理平台之下。

如图1所示：

1、旅游相关主体系统

在洛阳智慧旅游总体规划体系中，旅游相关主体系统包含游客、景区、旅游社、饭店、其他服务者以及政府部门六大主体对象以及一套安全保障体系，实际上他们不仅是旅游的重要组成部分，而且在智慧旅游中各自扮演着不同的角色，智慧旅游主要是深化旅游体验和提供智能服务，因此，“游客”与“政府部门”在该系统中处于主要地位，而景区、旅行社、饭店以及其他从业者在该系统中作为游客体验与政府管理的实际载体而存在，共同组成智慧旅游的服务业者。可以看出，旅游业各个主体之间联系贯通，使智慧旅游主体更显完善而全面。智慧城市基础公共保障则包含智慧环保、公共安全、智慧交通、智慧医疗、突发事件智慧防控六个方面，该体系虽不完全直接隶属于智慧旅游的主体系统，但对智慧旅游主体的运作处于举足轻重的地位。

（1）游客

主要是指使用洛阳智慧旅游网络平台的游客，他们通过旅游年票、移动应用终端APP、信息服务触摸屏、智慧旅游咨询预订查询终端等进入并访问洛阳智慧旅游系统，以获取所需要的旅游相关资讯和智能服务。

（2）景区

洛阳自然景区和人文景区资源丰富，游客量大，在智慧旅游发展的基础上，洛阳景区着手进行智慧化建设，该系统主要包括手机二维码电子门票、无线旅游平台、景区客流动态监测系统、景区信息系统、旅游资源管理系统、景区定位导航系统等。

（3）旅行社

通过建立一个统一的管理系统，整合各种相对分散的旅行社业务信息、资源，为旅行社提供统一的界面、工作环境以及一种快速安全的数据交换标准，并做到及时汇总与更新，使旅行社业成为一个有机的、紧密联系的、高效的、共享的整体。旅行社信息系统主要是为旅行社以及服务对象构建一个完整有效的信息系统。

（4）饭店

饭店信息系统包括顾客数据管理系统、客房服务系统、饭店内部运营系统等子系统，目的是便于饭店的正常运营和管理，以及维护旅游者的权益。

（5）其他

这类旅游从业者，主要包括旅游在线服务商、各种服务业者，他们通过智慧旅游系统获取精确的旅游资讯，服务于旅客。具有代表性的系统是旅游目的地营销系统。

（6）政府部门

主要是指旅游行业管理部门，该信息系统主要包括旅游门户网站集群、智慧旅游指挥系统、12301旅游服务热线、智慧行政办公系统、旅游行业监督管理系统。特别是洛阳市政府部门近期开通的智慧系统统辖全局，即可对景区客流动态进行实时监控，也可通过旅游车辆GPS系统实现对旅游团队的监控，使洛阳旅游业在一个整体的框架内有条不紊的进行。

（7）公共保障

智慧城市基础公共保障则包含智慧环保、公共安全、智慧交通、智慧医疗、突发事件智慧防控六个方面，该系统的建设是充分运用信息和通信技术整合城市资源，为民生、环保、公共安全、城市服务、工商业、旅游业等各种需求做出智能的响应，为市民和游客创造更美好的城市生活。

2、技术支撑体系

技术支撑体系主要包括旅游信息资源数据库和基础服务系统，统一为旅游相关主体应用体系提供全面而强大的支持服务。

（1）技术层

该体系中的技术层就是指智慧城市依托的新技术在智慧旅游中的应用，包括信息技术、物联网技术、互联网技术等，它为城市智慧旅游的根基，也是智慧旅游的来源。

（2）旅游资源数据库

CIS数据库、游客资源数据库、旅游资源数据库、与旅游相关的交通等行业数据库等都是典型的旅游资源数据库，洛阳智慧旅游建设总体构架设想是从大旅游的格局以及旅游信息化整体和全局出发，目的是实现各种旅游资源的整合，在全市范围内制订标准与规范的数据，建立有效的旅游资源共享机制，数据库资源实现分级管理。

（3）智慧旅游公共服务系统

该系统包括呼叫中心、数据挖掘与决策支撑、地理信息服务、智能服务、融合通信服务等方面。从包含的内容来看，该部分就是一个信息接口平台，被旅游相关主体对象所使用，能够统一管理和智能调度各种旅游资源，并提供旅游资源调控、运行态势监督、资源使用、统计旅游情况预测等功能。

3、中央管理平台

智慧旅游中央管理平台在功能上是作为洛阳智慧旅游的大脑和枢纽，在整个智慧旅游总体架构中起到匹配、整合、协调、联动各个旅游相关主体应用系统和管理系统的作用，在实现智慧旅游各子系统相关高层业务数据统一抽取、融合共享的基础上，与多种配套保障体系相互配合，对景区、饭店、旅行社等旅游主体应用系统进行统一协同管理，实现多系统间的信息共享、协同联动，并为旅游行政管理单位人员提供统一的入口，以进行旅游行业监控与管理。

四、结语

洛阳作为全国首批“国家智慧旅游试点城市”之一，通过科学的智慧旅游规划和总体架构设计，顺利地推进了智慧旅游建设的进程，目前已完成了智慧旅游网站集群提升、12301旅游咨询服务热线提升、入境关怀、智慧旅游移动应用终端APP（洛阳旅游指南）、智慧旅游咨询预订查询终端等15个项目建设任务，同时智慧旅游指挥中心正在线运行，洛阳市政府正积极加快智慧旅游主体建设。纵观洛阳智慧旅游的发展，景区、饭店、旅行社等相关主体基本上已实现智慧的管

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1物联网的概念及组成

物联网是随着信息技术的发展而出现的技术类型，它通过RFID、GPS、红外感应器、激光扫描器等信息传感设备，根据约定的协议将物品和互联网连接起来，进行信息交换和通信，进而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。随着技术的发展与进步，物联网的应用也越来越广泛。就其技术体系构成来看，物联网包括感知层、网络层、应用层、公共技术层。每一层都有自己的特点和作用，统一于整个系统之中，促进系统作用的有效发挥。⑴感知层。包括传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码、实时定位技术等，主要作用是感知和采集发生的事件和数据，包括身份标识、位置信息、音频数据、视频数据等。⑵网络层。它的主要作用是进行信息沟通，通过互联网、3G网络、4G网络等途径，将感知层的信息准确、快速、安全传递到需要的地方，促进远距离、大范围通信得以顺利实现。⑶应用层。实现人与物品的交互，汇总网络层和应用层的信息，进行统一分析和决策。并支持信息互通、协调和共享，促进信息综合利用度提高，满足人们对信息获取和分析的需要。⑷公共技术层。它与感知层、网络层、应用层都有紧密的联系，不属于某个特定层面，主要包括安全技术、标识与解析、网络管理、服务质量等[1]，为系统顺利工作提供技术支持，促进系统更好发挥作用。

2智能监管系统整体架构

就系统整体架构来说，智能监管系统包括《公路工程建设安全管理指南》、基于物联网的施工安全预警系统、基于的施工安全管理系统。在实际应用中，通过RFID技术，施工安全预警系统自动采集、跟踪特定区域的机械、人员、护具等信息，并处理所采集到的原始数据。当发现存在安全隐患时，前端报警系统发出报警，并在后台服务器记录相关数据，作为施工安全评估的依据，也为采取措施预防安全事故提供参考。施工安全管理系统利用技术实现，通过PC、PDA等终端对施工现场进行周期性安全检查[2]。获取这些数据之后，利用加权平均算法统计各分项工程得分，确定各分部工程动态安全情况，为采取措施加强安全管理，预防安全事故发生提供依据。

3智能监管系统的实现

3.1基于物联网的施工安全预警系统

⑴感知安全状况。公路工程线路长，沿线地形地质、水文条件、现场施工环境复杂，气候恶劣，并且可能会遇到很多障碍物。因而对电子标签的要求较高，尤其是对它的读写距离、抗干扰能力等有较高的要求。无源电子标签易受干扰，最大读写距离为10m，不能很好地适用于公路现场施工需要。为应对无源电子标签的缺陷，常用有源电子标签感知安全状况。有源电子标签最大读取距离可达100m，具有较强的抗干扰能力，使用自身射频能量将数据发送给读写器，对公路工程复杂的施工环境具有较强适应性。系统为每个电子标签写入一个电子产品代码，将电子标签与施工用具、装备相结合。读写器天线获取感应电流，电子标签进入读写器信号范围，获得能量被激活，并向阅读器发送自身编码信息，通过ZigBee传感器网络汇总数据，发送至前端报警单元，为报警单元输送相关信息，判定工程施工安全状况。⑵传输与解析信息。信息传输也是系统工作的重要环节，只有确保信息顺利传输，才能更好的满足实际工作需要。该智能系统信息传输用PML标记语言，PML为广泛的层次结构，为描述物体提供通用方法。例如，将安全绳描述为护具，是个人防护品的一类。系统运行过程中，物品信息保存在PML文件里，存放于PML服务器。传输信息过程中，如果需要解析信息，可以利用对象名解析服务器，查询PML服务器，从而达到解析信息的目的，满足信息传输需要。⑶分析及处理信息。系统获取信息之后，还需要进行分析和处理，从而更为全面地把握公路工程施工安全状况。前端报警单元用云计算机技术，对安全状况进行分布式计算。读取标签信息后，查询和解码相关信息并进行分析，得出标签表示的物品。再根据物品类型、相隔距离等因素，用LEC法进行风险评估，风险R=L×E×C，R代表风险大小，L为事故发生的可能性（根据表1取值），E为人员暴露于危险环境中的频繁程度（根据表2取值），C为事故后果的严重程度（根据表3取值）[3]。根据上述取值，系统经过计算得出结果，评定危险等级，自动做出处理（如表4所示）。

3.2基于的施工安全管理系统实现

⑴系统组成。该系统包括现场施工安全管理、安全检查、指令签发、系统管理四个子系统，每个子系统又包含若干模块。现场施工安全管理模块包括记录查询、数据统计、数据管理、安全管理子模块；安全检查模块包括施工单位自检、监理单位抽检、建设单位巡检、质监站检查四个子模块；指令签发模块包括安全监理指令处理和停工、复工指令处理两个子模块；系统管理模块包括用户管理、角色权利、权限管理、工程设置四个子模块。不同子模块发挥不同作用，促进整个施工安全管理系统有效运行。⑵系统实现。施工安全管理系统建立在评分体系基础之上，评分体系从分部、分项、单位工程三个方面对安全状况评分，再用加权平均算法统计结果。计算公式为：检查合格率=[∑检查结果为(是)的权值/∑检查项目总权值]×100%。系统可以完成施工单位自检、监理抽检、业主巡检功能，在实际检查工作中，他们可利用3G无线视频进行远程检查，也可采用PDA手持设备进行现场检查[4]。监管人员通过检查掌握现场施工具体情况，评定施工现场安全等级，并统计检查结果，全面、实时地反应现场施工基本情况。为采取措施排除安全隐患，确保现场施工安全提供依据。

4结语

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关键词 物联网 核心技术 展望

中图分类号：TP393 文献标识码：A

1物联网

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是“物物相连的互联网”。其有两层意思：第一，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；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：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，按约定体的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2物联网核心技术

物联网的核心技术主要由：计算机技术、软件技术、网络技术、通讯技术、传感技术、识别技术、智能嵌入式技术和纳米技术等部分组成。

2.1 传感器网络

传感器网络主要解决物联网中的信息感知问题，这一阶段又分为两个部分：数据信息的采集和处理、短距离的无限通信。在数据的采集和处理阶段，主要是综合可传感器技术、嵌入式可编程技术，网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，对物品进行数据的采集，之后接收上层传递来的控制信号，产生响应，进而完成相应动作，对信息进行处理。

2.2射频识别技术

射频识别技术，也称它为电子标签。射频识别技术系统是由3个部分组成的，第一部分是电子标签的读写器和它的信息处理系统。其中电子标签芯片是用来存放数据的存储区，用来存储等待识别物体的相关信息。读写器就利用预先设置好的格式，对等待识别的物体相关信息进行写入，写入到电子标签的存储区中，或是读写器的阅读范围内，用非接触的方式将电子标签内保存的信息读取出来。在电子标签或者读写器中内置天线，它的主要用途是发射和接收射频信号。

2.3网络的通讯技术――zigbee网络

zigbee网络技术是一种近距离、低功耗、低速率、低复杂度、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。移动通信网主要是为语音通信建立的，每个基站其价值一般在百万元人民币以上，而每个zigbee基站却不到一千元人民币。基站的每个zigbee网络节点，不仅本身可以作为监控对象，同他所连接的传感器也可直接进行数据的采集和监控，同时可以自动的中转其他网络节点传过来的数据资料。每个zigbee网络的节点可以在自己信号覆盖的范围内，同多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点进行无线连接通讯。除此之外，无线网络技术、蓝牙技术和无源射频识别技术也可以在网络通讯中用作监视和控制的功能作用。

2.4网络的通讯技术――纳米技术与MEMS

纳米技术与MEMS是建立在纳米技术基础上，通过对纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS传感器集信息获取、处理和执行于一体，能组成多功能微型系统，从而大幅度提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。它还便于制造商将产品的所有功能集成到单个芯片上，以此来降低成本，此技术适用于大规模生产。

2.5网络的通讯技术――信息安全技术

物联网的主要目标就是方便人与物或者物与物之间的信息交换。该技术在简化和方便人们生活的同时，信息的安全性问题也随之出现。无论物联网技术的应用本身是否安全，在构建物联网应用系统的同时，一定要有信息安全方面的设计。

3物联网技术展望

3.1传感器产业

传感器是物联网的核心器件，2010年的市场规模达到630亿元。我国传感器制造企业众多，但外资企业比重达到67%。国内传感器芯片研发生产薄弱，集中在低端的温度、湿度等物理量传感器研发，中高端依赖进口。

3.2RFID产业

RFID在国内已有比较广泛的应用，其中最大的应用领域是电子票证，如电子门票、手机支付、车证及垃圾处理等应用；其次在高速公路不停车收费、港口集装箱管理、食品安全溯源等领域也有较多应用。目前我国企业在低频和高频RFID方面技术相对成熟，但超高频、有源RFID未形成整体产业能力。

3.3基础设施服务业

云计算是互联网应用基础设施服务业中的重要组成部分，在物联网中也是对终端感知到的海量数据进行处理的重要技术手段。目前我国云计算应用相对滞后，云计算市场没有形成规模化服务，但多个省市都在打造云计算中心，产业机会巨大。

4结语

现如今物联网虽然已经起步并取得了一定的发展，但未来必将接受严峻的挑战。但是物联网时代的到来是大势所趋，未来将出现一系列物联网产品和服务，如果用一句话概括未来的物联网生活，那就是“身在外，家就在身边；回到家，世界就在眼前”。

参考文献

篇5

关键词：物流信息化；物联网技术；智能安全；信息化通道

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：

[1]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009,12.

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关于物联网打通为什么不是食品行业最先开始，周宁也给出了解释：“食品行业太复杂，成本高低跨度太大，一个体系的建设，如果这张网有很多漏洞，那么这个体系等于白建。物联网本身是一种信息系统，它是为了解决信息不对称的问题。原则的问题要知道，因为你是拥有者，不管你是过程的拥有者，还是最终的拥有者。要做到获取的信息完全对称是非常困难的，例如一张白纸，你不知道它是哪里来的，它有没有毒，如果它上面有一个编码，在网上能够查到它的原材料从哪里来，哪个厂家做的，谁来做的包装，谁来做的运输，分销商是谁，怎么到你这儿来的，是哪台机器打印的，打印的油墨有没有问题……以上各个环节信息的累积和存储，是一个庞大的体系问题，而这个体系要非常的严谨，环环相扣，传递要达到无缝连接。”

此外，周宁还提到：“包装行业有一个优势，就是有起点、有终点。包装总有一个形式。有形的载体就是一个优势，特别是在物流方面。也不仅是物流，可能在生产环节、流水线、托盘、盒子，只要是个容器就可以与物联网相连。”

物联网物流监控技术助推包装检测标准化

近年来，电子商务的兴起带动了物流产业的蓬勃发展，物流服务企业如雨后春笋般出现在全国各地。在物流需求不断扩张的同时，各个领域对物流的环境条件提出了更高的要求。显然，物流过程可控化成为物流行业的迫切需求。在市场需求的驱动下，物联网物流监控技术将电子信息技术引入到物流领域，实现物物相连的同时，也为物流过程的可控化管理提供了更多可能。

随着物联网物流监控技术的发展，货物在流通过程中信息的管控由原来通过二维码、条形码等手段定时、定点反馈向全程反馈发展，反馈信息的内容范围也更加丰富，具体到货物在流通过程中受到的冲击、震动等事件的具体强度，而将监控到的数据信息用于包装设计，能够使得包装的设计和包装件的检测更有针对性。

包装承载物流监控技术，让物流过程走出盲区

包装作为产品的外衣，从产品出厂到到达消费者手中，与产品形影不离。产品流通过程中对于产品的控制更多是通过对产品外包装控制实现的，而物流过程中对冲击强度、跌落强度等指标的监控也是通过在外包装或者集装箱包装布置传感器网络实现的。由此可见，物流监控技术的实施与产品的包装密不可分，物流监控技术大部分是以包装为载体实现的。

中国包装科研测试中心物流监控技术实验室主任王刚告诉记者，做物流监控的意义有两个：其一，是为了测试货物在物流过程中会遇到哪些环境，是否会受到冲击、震动、跌落、倾倒等影响货物安全性的因素，以及这些因素的影响程度如何；其二，是为了检测货物在物流环境中，能否保持原来的品质。事实上，这不仅是物流行业关心的问题，也是包装领域尤其是运输包装领域关注的重点。

对于物流监控技术的功能是如何实现的，王刚是这样解释的：物流监控技术可以解决物流行业的三个重要问题，即货物在哪里？货物的状态怎么样？货物是否发生了破损？通过对物流过程的监控，可以轻而易举的知道货物破损发生的位置和原因，以及货物破损的时间等因素。

据王刚介绍，目前的物流监控系统有两种类型：其一是记录仪，即纯粹的黑匣子。将记录仪安装在需要监控的位置，与货物一起经历物流的整个过程，然后通过专用的数据分析软件对记录仪进行回放，来分析物流过程中货物所处环境的温湿度变化和物理力的变化。其二是实时监控系统，即将货物所处的环境和冲击震动以实时数据的形式传回系统，进行分析。在控制系统中，设置一定的标准和报警系统，一旦传回的数据超出标准，报警系统就会自动启动。

记录仪与实时监控系统在应用上的区别就在于记录仪更加适用于制定标准，而实施监控系统则需要执行一定的标准。这是由各自的工作原理决定的，因为记录仪在货物运输过程中起到记录的作用，其价值在于物流过程结束之后的数据分析，即使在货物运输过程中达到破坏的临界点时也不能给予反馈。而实时监控系统通过对货物的实时监控，在信息的反馈上具有一定的时效性，因而可以让操作者有意识地避免破坏事件的发生。

而两种监控技术的相同之处则是能够以数据的形式更加精密和快捷的记录整个物流过程。比如对于需要防潮的货物可以通过对温湿度的记录，设计相应包装的防潮等级；而对于易碎的货物则可以通过分析物流过程中受到的冲击、震动、跌落等能量值设计相应的缓冲包装；而通过对货物的时间、地点的定位可以分析物流过程中的路面状况；对于跌落强度的记录，则能够分析货物是否经历过野蛮装卸事件，甚至能够得出野蛮装卸事件发生的地点和货物跌落的具体高度。这对于物流包装的设计和物流路线的设计都具有极其重要的借鉴意义。

物联网物流监控技术应用发展迅速前景广阔

据王刚介绍，目前物联网物流监控技术在技术层面上已经能够应对复杂的市场需求，而在应用的推广上还存在很大的提升空间。近年来，一方面随着人们对物流安全意识的逐步提高，另一方面企业在经营的经济化和管理的精细化上提出了更高的要求，这使得人们越来越重视物流监控技术的应用。事实上，自包装科研测试中心物流监控实验室开始营运到现在，短短一年的时间内已经面临了各个行业多方位的需求。

目前，物联网物流监控技术应用比较成熟的市场是冷链运输，主要用于疫苗、药品、冷鲜制品等要求低温运输的货品。近年来，国家对于食品、药品安全方面的标准越来越完善，这对货物流通过程中温湿度等环境因素提出了更高的要求。与此同时，冷链物流技术标准不够完善，且配套产业发展不全等导致冷链物流过程中存在诸多不确定因素。一方面是需求在增长，另一方面是行业现实状况不容乐观，难以达到要求。在这种形势之下，物流监控技术恰好如一面“照妖镜”，将其中的差距放大并显现出来，在发现问题和规避问题的同时，也推进冷链物流的发展和完善。

除了冷链物流之外，大型家电的运输对物联网物流监控技术也体现了很大的需求。随着家电行业市场竞争的加剧，越来越多的企业开始重视精细化的管理，其中很重要的一项就是要降低产品的破损率，而以往简单的包装显然已经难以满足现在的需求。通过在产品包装内采取一定的技术手段，对物流过程进行监控，能够轻而易举的找到破损事件发生的原因以及时间地点，这样就可以有针对性的采取措施，避免破损事件重复发生。事实上，物联网物流监控技术已经得到海尔集团内部的广泛认同。

在文物的运输过程中，物联网物流监控技术同样存在着难以估计的实用价值。据王刚透漏，包装科研测试中心已经与秦始皇兵马俑博物馆和陕西历史博物馆取得合作意向，并且在文物运输方面进行了一系列的测试。未来的合作将朝着两个方向努力，一是制定国家文物运输的标准，以弥补这一领域的空白，二是建立一个实时监控系统，一方面实现文物运输的实时监控，另一方面实现记录功能，使文物运输过程中的所有数据、路线、人员以及所有突发事件能够可追溯。

对于物联网物流监控技术的应用，市场诉求不仅限于以上提到的三个领域。汽车行业如沃尔沃、通用汽车等已经采用这项技术来测试车辆在行驶过程中发动机上和车座底盘等部位的冲击、震动能量值，为汽车的工业设计提供一定的指导。而核燃料和设备的运输过程在我国还不是很规范，国家相关的标准也不够完善，有待于通过物流监控来提升和完善相关标准。其他如食品类、快消品类、日化产品类的运输过程，同样可以通过物流监控提升物流过程的安全性和控制的精密性。除此之外，国内诸多高校也在着力于物联网物流监控技术研究，如江南大学的物联网学院、哈尔滨工业大学的物联网工程专业以及天津大学、合肥工业大学都在物联网物流监控技术领域有横向或纵向的研究课题，并取得多项研究成果。

市场需求广阔是物联网物流监控技术获得迅速发展的一大助力，事实上，除了市场方面的因素之外，国家政策方面也在这一技术的发展上起到推波助澜的作用。物联网作为物流监控技术的基础支撑学科，已经受到国家层面的重视。2009年，提出要迅速建立中国的传感信息中心或感知中国中心，随即，中国科学院、江苏省和无锡市签署合作协议成立中国物联网研发中心。2010年9月，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，新一代信息技术、节能环保、新能源等七个产业被列为中国的战略性新兴产业，将在今后加快推进物联网技术作为新一代信息技术的重要组成部分，再一次受到政府、企业和科研机构的大力支持。在2011年工信部的政府工作报告中，特别提出将发展物联网作为国家经济发展的战略之一。与此同时，在国外如美国、韩国、日本以及一些欧洲国家，都将物联网作为国民经济发展的重大战略。在政府政策的支持和带动下，作为物流监控技术基础学科的物联网获得了长足发展。今后物联网的基础设施也会趋于完善，届时，物流监控技术将成为物流过程中不可缺少的重要组成部分并被大众所熟知。

统一标准、统一物流业联网平台是物流监控的必然趋势

尽管物联网物流监控在技术层面已经能够实现多层次的需求，而市场对于物流监控也有很大的需求空缺，但从市场需求的角度来讲，物联网物流监控技术的应用普及程度还远远不够，没有形成统一标准、物联网基础设施不够完善是阻碍物联网相关技术普及的一大要素。

物联网是互联网发展到一定阶段的升级产物，而统一的物联网基础体系是物联网运行的前提，只有在统一的基础体系上建立的物联网才能真正做到信息共享和传播。建立统一的标准是物联网发展的趋势，更是物流行业监控技术的市场需求。

目前物联网物流监控技术系统主要有三个方面，一是物联网的感知系统，对货物进行识别、追溯、分类、定位、追踪甚至对货物的性能、状态进行感知，通常采用RFID技术、条码自动识别技术、红外技术、条码技术、GPS卫星定位技术、GIS地理信息系统技术、视频识别技术以及传感器技术等。二是通信与网络技术，实现物流过程中流动的、复杂的货物调度和管理，如厂区生产物流的运作与管理、大范围的物流线路运输与调度以及以仓储系统与拣选系统为主的智能物流中心的物流系统作业与运筹等，这些无一不需要货物时刻处于“联网”状态，在实际应用中最常采用的网络技术是局域网技术、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。三是智能技术，实现对物联网物流监控过程中各种复杂信息的管理，目前一般通过专业的软件实现，常用技术有智能计算技术、云计算技术、移动计算技术、ERP技术、数据挖掘技术和专家系统技术等。

目前能够实现对物流过程智能控制和管理还是非常有限的，物联网物流监控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。而对于数据挖掘、网络融合与信息共享优化以及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。

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一块非同寻常的“云”，正成为信息产业各路厂商争夺的焦点。

近日，华为在北京正式面向全球云计算战略及端到端的解决方案。华为准备充分利用云计算技术变革和商业模式创新带来的机会，实现客户数据中心、计算和存储资源共享、效率提升及像用电一样便利地使用信息应用。

登上“云平台”

之所以提出云计算的战略，与华为对目前和未来的趋势判断有关。华为副总裁徐直军说，“华为未来的增长主要在三大领域。一是云计算，二是面向企业和行业的市场，三是终端部分。与传统设备制造商相比，华为一直都有软件业务，这是华为进入云计算领域的基础。华为在云计算模式下，主要提供两类产品和业务，一是云计算数据中心解决方案，二是一些云的应用。”华为总裁任正非描绘了华为进军“云计算”的蓝图：“华为要开放，要合作，站在长城上，多抓几朵云。”

如果说在设备制造领域，华为的竞争对手还只是爱立信、诺西和阿朗，那么，随着华为正式踏入云计算领域，华为的竞争对手名单中又会猛然加入众多IT和互联网公司，其中最大的对手是7年前与华为产生过知识产权纠纷的思科。

云计算是一种新的技术，它像IP技术一样，可以用在任何信息传播需要的地方。如同IP改变了整个通讯产业一样，云计算也将改变整个信息产业。“信息网络的未来其实就简单化到两个东西，一个是管道，一个是云。”任正非说。

华为的云计算平台主要面向三类用户，运营商、最终用户和开发者。运营商可以借助华为提供的云应用超市，提供云服务，实现快速上市和快速盈利；最终用户将可以体验更加丰富的一站式云服务；全球百万开发者则可以借助应用“创新工厂”，快速实现创新业务的孵化。华为同时启动了“云帆”计划，与合作伙伴为各行业提供信息化解决方案，构筑生态链。

基于电信运营商的需求来做云平台、云应用，也是华为“云计算”的战略之一。任正非表示，“在云平台的前进过程中，华为将绑定电信运营商去创新。华为与其他厂家从IT走入云的不同之处在于，我们做的云，电信运营商马上就可以用，容易促成它的成熟，在云平台上，我们将在不太长的时间里赶超思科和谷歌。”

云计算挑战了谁？

一般来说，云计算从技术层到服务层可以分为四个层次，每个层次都有主要的供应商（见表）。

从表中可以看出，在云计算的四个层次中，华为在三个层次中都有投入，也有不少的产品，因此华为是全球少数几家具备端到端云计算解决方案能力的厂商之一。其实第四个层次的SaaS（软件即服务）华为也有涉足，华为业务与软件产品线的新业务部门就曾经做过SNS社区网站，还做过云存储网站，只不过由于顾忌与运营商的业务发生冲突，一直也没有正式推出。

如果从行业上来说，电信运营商仍然是华为最重要的市场。目前华为内部涉及到云计算的主要有核心网、数据通信、业务与软件等产品线。华为能够提供给电信运营商的有刀片服务器，加上软交换、HLR平台等软件就组成了一个全IP核心网，足以取代运营商现在的核心网。

未来，IP取代传统电信网是大势所趋。举个例子，你现在就可以通过比如VOIP、MSN、QQ、Skype等方式而不是电话机拨打电话，他们走的都是IP网络。而且，搞IP的互联网运营商对电信运营商的冲击已经非常猛烈，要不然中移动董事长王建宙也不会说：“不进入谷歌的地盘，迟早会被谷歌干掉。”

但是，电信运营商本质上还是服务商，他们毕竟不像谷歌那样有深厚的技术实力，要开展云计算服务，自己在技术能力上力有不逮。这个时候，华为站出来说我帮你全部搞定，他们当然欣喜若狂了。目前，国内三大运营商都在与华为合作云数据中心，华为也已经在欧洲做了一些云计算的试点，据说效果还不错。

当然，云计算也许是华为全面进入企业市场的信号，很多厂商早就已经在企业市场上开始云计算服务了，例如亚马逊的EC2，IBM的蓝云计划，等等。华为既然要做云计算，肯定不会只盯着电信运营商市场。实际上，有着技术供应商、PaaS和IaaS三重身份的华为完全可以给企业客户提供端到端的云计算解决方案。

互联网运营商对于云计算的需求也大，至少不比电信运营商小。其中，谷歌等具有较强技术实力的互联网运营商都是自给自足：自己攒服务器，自己开发中间件，自己做云平台。华为除了能卖点白牌服务器之外，似乎没有别的机会。任老板之所以把思科作为超越对象，就是因为思科是最主要的IP硬件产品提供商，华为将会与思科在交换机、路由器和服务器上一较高低。

由于国内互联网运营商没有那么强的技术实力，华为的机会也就来了。据了解，国内前三大互联网运营商都部署了华为的数万台刀片服务器，华为再向他们推广云计算解决方案，也就是顺理成章的事情了。未来，金融、政府也会成为云计算用户，华为会有很多的机会。

目前，华为已经不再把爱立信作为自己的追赶目标了，因为只要华为把云计算搞成了，超过还没跑出电信圈的爱立信应该不在话下。

面对三大问题

在今年举行的“Novell2010年云计算大会”上， 华为公司陆卫东博表示，IT技术与CT技术在高速发展的同时，也在走向融合。如今，在网络化的世界里出现了新四大特征：新客户体验、新商业模式、新业务运营模式、新网络架构。云计算带来了一系列的变革，这场变革当中运营商也会面临挑战，华为预计5-10年运营商会面对三大问题。

首先，如何提高ARPU值。以前每年应收收入只有4％-5%，这样的增长速度比较慢。运营商必须想办法寻找新的业务来填充，提高ARPU值。从现网收入结构来看，传统的话音和低速数据业务是主要来源。

其次，解决带宽难题。华为预计未来5年带宽增长8倍，10年的带宽增长达到75倍。带宽的增长势必会引起方方面面价格的变化，设备的变化。从现网的情况来看，网络流量给运营商带宽带来压力的同时，却没有给运营商带来丰厚的利润，增量不增收的情况成为困扰运营商的难题。

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本文是基于物联网技术的现代物流系统建设进行系统论述，着重分析了现代物流领域物联网系统发展的基础概况、总体设计、技术手段及实施步骤等。

关键词：现代物流;物联网;建设

中图分类号： G250 文献标识码： A

物联网（Internet of Things）是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定协议把物品与互联网相连接并进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

由于现代物流要求需求信息的获取更加及时、快捷、准确，动态信息的传递、共享更加精确，指挥决策更加智能、科学，在物流领域构建物联网系统是解决上述问题的一条重要途径。

1 物流领域构建物联网系统的基础

1.1 物联网得到了政府政策支持

物联网发展得到了政府政策的积极支持。《国家中长期科学与技术发展规划（2008—2020年）》和“新一代宽带移动无线通讯网”重大专项均将物联网(传感网)列入重点研究领域。而对于物流领域的物联网建设而言，这无疑是从政府上得到的大力支持。

1.2 物联网发展具备较大的技术优势

我国对于物联网发展具备一定的技术优势。在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、移动基站等方面都已取得重大发展，且对于物联网相关技术标准制定也有一定话语权。这些都可以作为对物流领域内物联网的建设的技术指导。

1.3 现代物流对物联网技术应用提出需求

随着物联网技术的不断进步，其在以物流领域为代表的各领域中都将得到更加广泛的应用。随着我国市场经济繁荣程度不断加深，物流领域内的服务水平与成本之间的矛盾也在日益凸显。消耗高、节奏快、数量大、持续性强等现代物流特征对物流系统较强的自动化、可视化水平提出了新的挑战。

2 现代物流领域构建物联网系统的总体设计

现代物流领域构建物联网系统的框架设计将根据构建物联网系统框架的建设需求，从感知层、网络层、应用层等方面，以市场需求为起点，以供应商为终点，对物流领域构建物联网系统进行系统框架设计。

2.1物联网系统的功能需求

2.1.1对物流业务受理、开通等功能

要建成物流领域物联网系统框架，首先要再面向客户、传感器厂商、第三方行业应用提供商的运营服务体系，包括组织、历程、产品、支撑系统，其中支撑系统应具备业务受理、开通等功能，能够提供物联网产品的快速开通服务。

2.1.2对物流信息采集、存储、计算、展示功能

物流领域物联网云平台需要支持通过无线或有线网络采集传感网络节点上的物品感知信息，进行格式转换、保存和分析计算。在物联网环境下，将更多的设计基于时间和空间特征、动态的超大规模数据计算，并且不同行业的计算模型不同。这些应用所产生的海量数据对物联网运营平台的采集、存储、计算能力都提出了巨大的挑战。

2.1.3对物流的灵活拓展应用模式

物流领域物联网不可能是一个封闭运行的应用系统，需要具备第三方行业应用的集成能力，既要提供给第三方物流领域构建物联网技术的技术手段。侧重从传感技术应用、自动仓储系统建设。运输智能调度与可视化建设。信息标准建设、数据中心建设等技术层面，探索构建物联网系统的方法手段。

2.2 框架设计

物联网和互联网的层次结构不同，从网络架构上可将其分为三层，最基础的是感知层，即通过传感技术随时随地获取物体本身或周边各种动态信息，这些构成了网络传递的基础数据；第二层是网络层，即将感知层感知到的信息通过无线或有线网络进行实时传送，在技术上必须保证无缝互联、可靠传递；第三层是应用层，通过中央处理器、网络云计算等技术，对收到的各种实时数据进行处理，实现对物体的智能化管理和控制，真正达到人与物沟通的结构框架。

2.2.1感知层

数据采集与感知主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物流领域物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理过程，以便完成物流感知。

2.2.2网络层

作为物流领域网络，要求物联网实现更加广泛的互联功能，能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性的进行传送，需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。

2.2.3 应用层

物流领域互联网的应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑物流信息跨行业、跨应用、跨系统之间的协同、共享、互通的功能。

2.2.4 公共技术

物流领域物联网的公共技术不属于物联网技术的某个特定层面，而是与物联网技术架构的三层都有关系，它包括标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量管理。

3现代物流领域构建物联网系统的技术手段

现代物流领域物联网作为新兴事物才刚刚兴起，其技术细节设计很多方面，诸如射频识别（RFID）、无线传感网（WSN）、嵌入式系统、全球定位系统（GPS）、IPV6、云计算、智能技术、新材料技术等等，其中对于物流领域物联网起到关键推动作用并具有代表性的是无线传感网（WSN）、IPV6和云计算。

3.1 无线传感网（WSN）

是物流领域物联网的触角和神经，也是物流领域物联网的核心和进一步研究的重点。由于物流物联网终端移动性的随机分布性，因此快速稳定、高效智能、安全保障的无线传感网性能尤为重要，满足大规模、高密度、低成本、低功耗、强容错、自组织、节点对等、动态拓扑是其基本要求。

3.2 IPV6 技术

首先，针对目前的IPV4地址已经枯竭的现状，IPV6能够为物流领域物联网终端提供充足的IP地址，要实现物流领域物联网广泛应用，IPV6是必然的选择。其次，IPV6本身固有的地址自动配置、路由首部、邻居发现、动态家乡地址发现机制等属性也决定了IPV6相比于IPV4更适合于解决移动性和高速率问题，IPV6数据采用1个8位Class字段和1个20位Flow Labe字段识别传输，其服务质量远高于基于“尽最大努力”（Best Effort）传输的IPV4。再次，IPV6以其内嵌的安全机制提供了比IPV4网络更安全的环境，IPV6协议栈内嵌IPSec协议可以提供两端数据的加密通信，IPV6支持的子网节点数量巨大，给黑客扫描增加了极大难度，相比IPV4更加安全。

3.3云计算

云计算是近年来提出的继分布式计算、网格计算和并行计算之后的跃升和发展，它以互联网为依托，采用面向服务的体系结构，并融合虚拟化技术。云计算应用前景十分广泛。物流领域物联网与云计算技术相结合，一方面扩展了物流领域物联网应用层的范围，另一方面也能获得更高性能的计算能力、存储能力和数据处理能力。

4 物流领域构建物联网系统的实施步骤

针对当前物流体系建设现状，提出分阶段重点突破的建设步骤。

4.1 第一阶段，试点示范阶段

基于物联网技术的物流系统建设，首先要选取相关试点区域实施试点示范。对于试点区域的选取，可从经济环境、物流环境、政策环境、信息化程度等多方面实施考量，以物流需求为牵引，协调多方要素，推进物联网技术与物流系统的有机融合，以完成试点区域建设工作。

4.2 第二阶段，应用推广阶段

在第一阶段工作基础上，将试点区域成果与缺陷实施科学考量，在对各项反馈信息进行充分分析处理后，对物流领域物联网应用进行普及推广，同时要加强物流领域物联网推进的绩效考核，实行全流程管理，规范各领域推进策略，基本实现物流领域物联网的全面应用。

4.3 第三阶段，稳定发展阶段

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关键词：云计算；数字化；高校

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)27-7297-03

Cloud Computing in the Construction of the University Digital Research

TANG Tao

(Information Network Center, Anhui University of Architecture, Hefei 230022, China)

Abstract: Cloud computing system using the vast resources of the Internet to a new computing model to provide services. This paper describes the basic principles and characteristics of cloud computing on the basis of cloud computing technology to universities build digital effects, and cloud computing technology to universities build digital opportunities.

Key words: cloud computing; digital; university

云计算是下一代网络计算平台的核心技术，是一种新的计算模型，它的出现宣告了低成本享受超值服务的到来。目前，与云计算相关的网络应用与服务已应用到高校数字化建设中，云计算对高校数字化带来的影响和机遇值得我们重视和深思，有必要对其进行系统、深入的研究。

1 云计算概述

1.1 云计算的基本原理

云计算是分布式处理(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，把存储在大量分布式计算机产品中的大量数据和处理器资源整合在一起协同工作，使相关的计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机中。

云计算系统的建设目标是将运行在PC 上、或单个服务器上的独立的、个人化的运算迁移到一个数量庞大服务器“云”中，由这个云系统来负责处理用户的请求，并输出结果，它是一个以数据运算和处理为核心的系统。

1.2 云计算体系结构

云计算平台是一个强大的“云”网络，连接了大量并发的网络计算和服务，可利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。通用的云计算体系结构如图1所示。

1) 云用户端：提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使用云的入口，用户通过Web浏览器可以注册、登录及定制服务、配置和管理用户。打开应用实例与本地操作桌面系统一样。

2) 服务目录：云用户在取得相应权限（付费或其他限制）后可以选择或定制的服务列表，也可以对已有服务进行退订的操作，在云用户端界面生成相应的图标或列表的形式展示相关的服务。

3) 管理系统和部署工具：提供管理和服务，能管理云用户，能对用户授权、认证、登录进行管理，并可以管理可用计算资源和服务，接收用户发送的请求，根据用户请求并转发到相应的相应程序，调度资源智能地部署资源和应用，动态地部署、配置和回收资源。

4) 监控：监控和计量云系统资源的使用情况，以便做出迅速反应，完成节点同步配置、负载均衡配置和资源监控，确保资源能顺利分配给合适的用户。

5) 服务器集群：虚拟的或物理的服务器，由管理系统管理，负责高并发量的用户请求处理、大运算量计算处理、用户Web应用服务，云数据存储时采用相应数据切割算法，采用并行方式上传和下载大容量数据。用户可通过云用户端从列表中选择所需的服务，其请求通过管理系统调度相应的资源，并通过部署工具分发请求、配置Web应用。

1.3 云计算服务层次

在云计算中，根据其服务集合所提供的服务类型，整个云计算服务集合被划分成4个层次：应用层、平台层、基础设施层和虚拟化层。这4个层次每一层都对应着一个子服务集合，为云计算服务层次如图2所示。

1) 云计算的服务层次是根据服务类型即服务集合来划分，云计算体系结构中的层次是可以分割的，即某一层次可以单独完成一项用户的请求而不需要其他层次为其提供必要的服务和支持。

2) 在云计算服务体系结构中各层次与相关云产品对应。

3) 应用层对应SaaS软件即服务如：Google APPS、SoftWare+Services。

4) 平台层对应PaaS平台即服务如：IBM IT Factory、Google APPEngine、。

5) 基础设施层对应IaaS基础设施即服务如：Amazo Ec2、IBM Blue Cloud、Sun Grid。

6) 虚拟化层对应硬件即服务结合Paas提供硬件服务，包括服务器集群及硬件检测等服务。

1.4 云计算技术层次

云计算的技术层次主要从系统属性和设计思想角度来说明云，是对软硬件资源在云计算技术中所充当角色的说明。从云计算技术角度来分，云计算大约有4部分构成：物理资源、虚拟化资源、中间件管理部分和服务接口，如图3所示。

1) 服务接口：统一规定了在云计算时代使用计算机的各种规范、云计算服务的各种标准等，用户端与云端交互操作的入口，可以完成用户或服务注册，对服务的定制和使用。

2) 服务管理中间件：在云计算技术中，中间件位于服务和服务器集群之间，提供管理和服务即云计算体系结构中的管理系统。

3) 虚拟化资源：指一些可以实现一定操作具有一定功能，但其本身是虚拟而不是真实的资源。

4) 物理资源：主要指能支持计算机正常运行的一些硬件设备及技术。

2 云计算的特点

2.1 服务提供的多元性

云就是庞大的计算机群，具备极高的计算、存储能力，能够完成单机所完不成的海量计算、存储等工作。云将调用云中的计算机群，使用基于海量数据的数据挖掘技术来搜索网络中的数据库资源，并运用各种方法为用户反馈出尽可能详尽、准确的结果，极大的扩展了而不是传统意义上的基于某个具体服务器为用户提供相应服务的工作模式；同时云中的计算机可以通过相应技术保持网络数据库信息的及时更新，用以保证用户服务的快速、准确。

2.2 使用的便捷性

在云计算模式中所有应用和服务请求的数据资源均存储在云中，用户可以在任意场合、时间通过网络接入云平台，使用统一的云服务，按照自身的需求获取所需信息，并可以实现不同终端、设备间的数据与应用共享，为工作带来极大的便利和效率。

2.3 服务的安全性

分布式系统具有高度容错机制，云计算作为分布式处理技术的发展，依托数据存储中心可以实现严格、有效的控制、配置与管理，具有更好的可靠性、安全性和连接性能，同时高度集中化的数据管理、严格的权限管理策略可以让用户避免数据丢失、病毒入侵等麻烦。

2.4 用户端设备成本低廉

由于云计算模式下大量的计算及存储工作都被放到了网络上，作为个人的用户端就完全可以简化到只有一个浏览器了。云计算模式中用户只需通过网络使用服务商所提供的相关服务，并按实际使用情况付费，具体的计算机系统硬件配置、设备运行维护开支和服务器系统软、硬件升级都由云服务提供商来完成。云计算的端设备和现在的PC机相比，云计算终端功耗低，成本低廉，终端用户使用简单，维护方便。

3 云计算对高校数字化建设的机遇

3.1 云计算能大大节约信息化的资金投入

目前的高校数字化建设中成本主要来源于软硬件的购置、日常维护及设备更新等，如果将这些建立在云计算和服务的基础之上，将大大减少资金投入。其一，整个网络课程建设的基础平台将是云服务提供商提供的跨平台、运算能力强大、资源丰富的统一的通用信息平台，无需购买本地服务器，仅需投入少数管理终端及云接入设备即可；其二，所有的服务提供均由云端提供，无需为保证服务器运行的可靠性、保证存储在服务器中的数据资源的安全以及避免因网络访问异常导致服务器瘫痪而对网络服务器响应及接入数量等进行限制，因此原来维护、升级等工作几乎降至最低，管理成本也相应可以大大降低。

3.2 真正实现资源整合，建立统一的资源平台

将高校数字化建立在云计算和服务的基础之上，将繁重的网络信息平台建设、服务器的配备、课程资源的存储与管理等工作交给云服务提供商，那么现有分散的、自成一体、本地化的网络信息平台将转变成为一个与具体网络运行环境、网络服务器系统、网络操作系统无关的强大的统一的通用信息平台，在这个平台上以成千上万的云服务器为依托，拥有着极其强大的计算功能、海量的网络资源，现有的网络课程建设中存在的软、硬件资源重复投入、虚拟化教学设备运行能力支持等问题将迎刃而解。

3.3 云计算的应用能够保证高校师生的信息安全

校园网内的计算机病毒的防控一直是一个十分棘手的问题，尤其在多媒体教室及计算机实验室。一台机器中毒，很快就会传遍所有机器。杀毒软件授权使用费用对高校来说也是一笔不小的开支，但对病毒仍不能有效的防控。而在云计算环境下，云计算提供商拥有先进技术和专业团队来负责这些资源的安全维护工作，师生们只需通过网络，就能访问自己的数据。本地不再存储任何数据，因而不用担心病毒入侵造成的破坏。所以，云计算在高校的应用既省去了高校在信息安全方面的开支，又确保了高校师生的信息安全。

4 结束语

云计算能为高校数字化提供所需的基础设施和软件环境，帮助高校摆脱资金不足、专业技术人员匮乏等各种困扰，其在高校教学、科研中的应用前景十分广阔。云计算的发展趋势已经呈现，一定会为高校的教学质量、科研水平等方面的提升贡献出自己的力量。信息技术已经从计算机时代走向互联网时代，教育信息化也将从以计算机辅助教育应用为中心走向以数据、计算和服务为中心。云计算为这种转变提供了机会和技术实现，并使之成为可能，为高等学校教育信息化的发展和建设提供了新的模式。

参考文献：

[1] 朱近之.智慧的云计算―物联网发展的基石[M].北京:电子工业出版社,2010.

[2] Anthony T.Velte,Toby J.Velte，Robert Elsenpeter.Cloud Com- puting-A practical Approach[M].USA:McGrawHill,2010.

[3] 陈阿林.云计算应用直通车[M].重庆:重庆出版社,2010.

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关键词：物联网；Wifi；嵌入式技术；电源管理

中图法分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)21-5197-03

Research For Smart Objects Associated Terminal of the Power Management Based on WIFI Platform

QIAN Jian-bo1, YU-Zheng-yong1, YANG-An-kang2

(1.Huai'an College of Information Technology, Huai'an 223003, China;2.University of SouthEast, Nanjing 210000, China)

Abstract: This paper presents a WIFI technology-based smart materials associated power management system design. The termianl of this system is a new type of intelligent equipment, its design based on the concept of things, breaking the previous way of intelligent instrument design, embedded technology, wireless communication technology are combined to form self-organized, easy to configure the smart things together power management network. The combination of these Intelligent terminal can be formed together with the things of Internet to enhance the level of the power management.

Key words: things of internet; wifi; embedded technology; power management

经过多年的发展，电源管理系统已经由原来的远程抄表系统，成为集中式的综合信息管理系统。其产品功能不仅在于能远程对电源进行控制，或是对设备用电安全进行监控，更在于可以利用合理的电源分配，对整个网络中的设备运行进行电源级配置，以实现环保节能的目的。在一个智能物联化的电源管理网络中，每个电器的用电情况都会影响周围电器，通过物与物间的非人工参与的信息沟通，实现设备节能状态的自动切换。比如在一个智能办公室中，关闭一台办公电脑的电源，该信息将通过“智能物联网络”自动传递给相关的设备，这时周围的扫描仪与打印机将自动切断电源，而另一层楼的值班传真机将自动打开电源，进入工作状态。通过物联网的智能管理，既能减轻人的操作，又能减少因为人的疏忽而带来的能源浪费。研究并开发具有物联智能的电源管理系统，不仅能提升管理水平与工作生活质量，而且可以节约能源，从而更好地实现可持续发展，符合我国和谐社会的建设目标。

本文将在电源管理系统中引入“智能物联”概念，不仅能提升电源管理系统技术水平，而且为其他装备的“物联改造”提供了理论与技术指引。从技术角度上看，电源管理系统是一个具有典型性的分布式装备系统，其每个终端设备都是一个小型化的可编程仪器装备，而整个系统建立在一个通信网络基础上。利用智能物联相关技术，对电源管理系统的终端与网络进行适度改造，从本质上使其从“互联形态”发展到“物联形态”，其研究与改造经验是可以移植到类似的分布式装备系统中。

1 物联网与智能型终端

1.1 物联网技术概述

智能物联网络（简称物联网）[1]是在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线通信技术、红外线感应技术、全球定位技术、激光扫描技术等信息传感设备，按照约定的协议把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。与传统的互联网不同，物联网是面向“物”与“物”间交流的网络，在这个网络中物品间能够进行“交流”而无需人工干预。在互联网中，“人”是信息交流的主体，而在物联网中，“物”是主体，物联网中的“物”要像互联网中的人一样，具有一定的“信息处理与分析”的“智力”，所以物联网的核心目标是要让物具有足够的智能，可以参与信息的交互。物联网有三大结构层次：底层是感知层，主要是具有智能的感知终端，其作为网络节点对被测物体进行数据采集与控制；中间是网络层，其主要是利用不同的网络技术，实现信息的传输与共享；上层是应用层，其主要是对于网络中数据进行分析处理。物联网的核心技术为：感知技术（物联化）；网络智能算法（智能化）与分布式数据存储与计算技术（互联化）。

目前物联网的研究更侧重在感知层与应用层方面[2]。在感知层方面，其趋势是研发更先进的传感设备，将其微型化，集成在物体上；在应用层方面，侧重研究更具动态性的智能模型，以便对分布式动态网络中的信息流进行更好地控制。作为新一代的信息技术，物联网应用将遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域，而相关检测仪器设备技术与人工智能技术的研究将会极大地推动物联网的发展。

电源管理系统是利用信息技术，通过网络远程对设备的供电情况进行检测与控制的信息管理系统。与电力控制系统不同，电源管理系统主要面向一般电器的电源控制，不涉及强电的传输与配备控制。电源管理系统的主要功能是远程对设备的电源进行监测，对异常情况进行报警，并可根据指令开关远程电源。电源管理系统是从远程抄表系统发展而来，最初是基于双绞线的远程抄表系统。经过改进，远程抄表系统具有了异常监测功能与电源开关控制功能，逐步发展为电源管理系统。目前电源管理系统广泛地应用于楼宇自动化与设备管理自动化等方面，比如常见的楼宇门禁系统就是电源管理系统的典型应用。以电源管理系统为基础，还可拓展出许多信息管理系统，比如教学机房管理系统就是将教务管理系统与电源管理系统相结合的产品。目前电源管理系统的传输信道已经逐步由双绞线网络向有线以太网发展，其检测终端由单片机向嵌入式发展，其检测感应器由单一感应器向多感应器发展。而且由于环境保护观念的不断发展，电源管理系统的功能已从原来的远程控制，转向节能环保。在节能环保领域中，电源管理系统将成为最核心的技术。

1.2 物联网中的智能型终端

物联网之“物”可分为“智慧物”和“智慧型物品”类：前者为动植物类，具有的“智慧”是物的形成和进化之使然，只是智慧的程度不同而已；后者所指的“物”则属于人工造物范畴，所具有的智慧需要以一定的技术为物质基础，并通过特定的设计方法和解决方案来实现。

“智慧型物品”[3]，或称“智能型终端”以人工智能为基础，但又不同于传统的智能产品。智能产品是指可以理解、接受和执行人类指令，并具有一定程度的推理、判断和处理事件的机器人之类。其智能是设计师和工程师赋予的，是人工造物的智能而不是人类所具有的智慧。智慧型物品是智能产品的更高层次，是智能化和互联网结合的产物，是在一定程度上具有人类智慧的人造物。虽然有时也将物联网语境中的人造物称为智能产品，但用智慧型物品的称谓更能体现物联网特征。

因此，从技术层面角度上看，智能型终端是组成物联网络的核心要素。没有智能型终端的网络不是物联化的网络，其也不具有物联特性。而只有设计与制作具有智能的终端，才能构建具有物联特性的网络。

2 物联电源控制网络结构

基于无线WIFI技术平台的智能物联电源管理系统如图1所示，通过在每个被控终端嵌入一个具有无线WIFI的智能控制终端，使它们自组网络，接受控制中心的命令并将路灯的状态反馈给控制中心。

每个控制终端根据控制中心的指令，对每台设备的电源运行情况进行监控，自动将当前电源的运行数据上传到中心服务器上。中心服务器将对这些数据进行存储分析，自动对网络内设备进行智能调控。从而这些终端能够通过WIFI模块，与附件的其它终端进行通信，实现智能物联。

3 智能型终端设计

3.1 硬件模块设计

无线通信模块的MCU为Freesclae公司MC13213[*]，MC13213采用SiP技术在9×9mm的LGA封装内集成了MC9S08GT主控MCU和MC1320x射频收发器。MC13213拥有4KB的RAM、60KB的FLASH，具有1个串行外设接口(Seria Peripheral Interface，SPI)，2个异步串行通信接口(Serial Communications Interface，SCI)，1个键盘中断模块(Keyboard Interrupt，KBI)，2个定时器/脉宽调制模块(Timer/PWM，TPM)，1个8通道10位的模数转换器(Analog/Digital Converter，ADC)，以及多达32个的GPIO口等。如所图2示。

无线通信模块采用无线WIFI技术，通信覆盖半径可达150m，能与在其覆盖范围内的任何节点自组网络和进行通信，除了实现电源终端的物物相联以外，还具有调节电子镇流器的功率输出(30%～100%)，实现节能和运行监控，检测供电线路的电流、电压、功率因数以及、被控供电设备的工作状态，当发生故障时，实时向监控中心和相关部门报警等功能。

无线通信模块还进行了防雨、防潮、防雷电、防电磁干扰设计，并充分考虑了安装方便、维护简单和可恢复性，可以根据现场环境嵌入在不同供电设备的监测位置。

3.2 软件设计

本系统的终端要承担电源监测与无线传输功能，同时还要具有一定的智能判断能力，可以根据当前状态进行

目前实时嵌入式操作系统的种类繁多，大致上可以分为两大类：商用型和免费型，前者系统功能稳定、可靠，并有完善的技术支持和售后服务，建立应用开发较为容易，但价格昂贵，代表性的有美国Wind River公司的Vx Works操作系统、Microsoft公司的WinCE操作系统；免费型可以节约成本，且便于开发，代表性的有uCLinux和uC/OS2II等。由于uC/OS2II系统结构简单，编程工具绝大部分是C语言编程，可以在大多数界面友好的编译器中编译生成目标代码，如BorlandC、Keil、ADS1 .2等工具，且其内核最小可以到几k，可以在多种体系结构的微处理器上移植，所以本系统选用的是uC/OS2II操作系统。

从uC/OS2II的软件体系结构中可以看到，如果要在S3C44B0X上使用uC/OS2II，必须为其编写OS_CPU.H,OS_CPU_C.C,OS_CPU_A. .ASM三个文件，分别用于定义数据类型、定义堆栈单元及增长方向、定义开关中断的宏；任务堆栈初始化、系统钩子函数定义;定义高优先级任务调度、任务级任务切换、 中断级任务切换及时钟中断处理等函数。

本单元软件设计则主要是功能任务的实现对被测设备的电源数据的采集、 存储、传输与控制，建立了以下6个系统任务来完成该单元的功能。

1) 系统启动任务。用于硬件初始化，建立其他功能任务和所需要的消息、信号量、事件标志组等，以及初始化所有用到的全局变量。

2) 键盘任务。用于读取查询当前按键值，并调用相应的函数，执行相应的操作，并更新显示。

3) 实时时钟任务。用于更新当前时间显示。

4) 蜂鸣器任务。用于对系统各种报警提示，任务一直循环等待消息，若有系统消息，则根据消息内容调用不同的蜂鸣声。

5) 电源运行监测。通过电源传感器获取当前被测设备电源运行状态，并能通过GPIO的电平跳变控制固态继电器，从而实现电源远程控制，其具体实现流程见图3所示。

6) 无线数据收发任务。循环等待系统消息，根据内容将当前无线发射模块地址修改为对应终端的无线模块接收地址，并输出相应指令后开启发射，判断是否正常，若正常则传输当前设备运行状态和电源采集数据，否则重新等待直至服务器空闲。当出现外部设备电源异常波动时，提示报警，且自动向服务器发送消息，具体流程见所图4示。

4 结论

本文所提出的一种基于WIFI无线通信系统的智能物联电源管理终端的设计方案。该终端是一种新型的智能仪器设备，其基于物联网设计理念，打破了以往的智能仪器设计方式，将嵌入式技术、无线通信技术相结合，组成具有自组织、易配置的物联智能型物品。通过这些物联元件的组合，可以建立具有物联特性的网络，提升整个电源管理水平。经过实验测试，该终端具有良好的运行效果与性能特性，可适于在不同的环境下进行运行。

参考文献：

[1] 孙其博,刘杰,黎,等.物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报,2010.

[2] 邢书.各国“物联网”战略部署及技术应用[J].信息化建设,2010.

[3] 梁炜,曾鹏.面向工业自动化的物联网技术与应用[J].仪器仪表标准化与计量,2010.

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[5] 李世国.物联网时代的智慧型物品探析[J].包装工程,2010.

[6] Freescale.MC13213:2.4GHz RF transceiver and 8－bit MCU with 60K of Flas［EB/OL］/webapp/sps/site/ prod_summary.jsp?code=MC13213&nodeId=0106-B986992,2009.

[7] 钱建波,杨安康,谢娜,等.物理实验室中远程电源监控系统的设计与开发[J].实验室研究与探索,2008.