物联网应用无线传感器网络规划预案.docx

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物联网应用无线传感器网络规划预案

物联网应用

无线传感器网络方案

2010-10-12

名目

一、物联网技术及其应用

1.1物联网的概念

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。

物联网的英文名称叫“TheInternetofthings”。

顾名思义，物联网确实是“物物相连的互联网”。

物联网的定义是：

通过射频识不（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，把任何物体与互联网相连接，利用云计算信息中心进行交换和通信，以实现对物体的智能化识不、定位、跟踪、监控和治理的一种网络。

物联网能够在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和互联网（Internet）的环境下，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

那个地点的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：

1、要有相应信息的接收器；

2、要有数据传输通路；

3、要有一定的存储功能；

4、要有CPU；

5、要有操作系统；

6、要有专门的应用程序；

7、要有数据发送器；

8、遵循物联网的通信协议；

9、在世界网络中有可被识不的唯一编号。

图1-1

图1-2

物联网的应用相当广泛，它在无线通信的基础上实现物物联通，能够对物体的监控和治理，通过不同的传感器得到原始数据后，利用软件平台，对数据信息进行处理，例如气象数据、车辆数据、污染数据等，除了能够提供给相应的部门加以利用和治理，还能够将处理后的各种数据，通过Wifi、GPRS、3G等传输方式发送到同意终端，终端上即可显示道路、气候、新闻、娱乐、商家等指数。

1.2物联网的应用领域

物联网的应用遍及智能交通、环境爱护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、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。

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

智能运输

库存、车队、监控、导航、识不、物资

物流供应链

交易、订单、跟踪、识不

金融

电子支付、实时信息、移动证券

健康

监控监控，实时信息

教育

网络教育、实时信息

电力

抄表、监控、节能

公共安全

照明、信号、应急、灾难、识不

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

环境爱护

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、运输、管线

交通

公交、出租车、铁路、船运、航空

1.3物联网的实现原理

物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，它能够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，然后使之与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，它存在能力超级强大的中心计算机群，能够对网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的治理和操纵，在此基础上，人类能够以更加精细和动态的方式治理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

毫无疑问，假如“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。

人们正走向“物联网”时代，但那个过程可能需要专门长的时刻。

图1-3

物联网的核心是：

Ⅰ）RFID（射频技术）；

Ⅱ）无线传感器传感网（WSN）；

Ⅲ）M2M（MachinetoMachine）；

Ⅳ）两化融合（信息化和工业化的融合）。

在以上所陈述的领域中，核心部分为无线传感器网络（WSN）。

以无线传感器网络为基础，再延展出整个物联网的应用，因此，无线传感器网络能够视为物联网的初期形态，做好无线传感器网络的建设和应用，才能为物联网的实现提供软硬件的平台和基础框架。

图1-4

二、无线传感器网络（WSN）

图2-1：

WSN的基础框架和模型

图2-2：

WSN的软件应用平台架构

微电子机械加工（MEMS）技术的进展为传感器微型化提供了可能，微处理技术的进展促进了传感器智能化，通过MEMS技术和射频（RF）通信技术融合促进了无线传感器及其网络的诞生。

传感器正经历一个从传统传感器（DumbSensor）→智能传感器（SmartSensor）→嵌入式Web传感器（EmbeddedWebSensor）的内涵不断丰富的进展过程，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（WirelessSensorNetworks,WSNs）确实是物联网的实质性完成形态。

所谓WSNs，确实是由部署在监测区域内大量的传感器节点以无线通信的方式形成的自由组织的网络系统。

这些节点集传感器执行器、操纵器和通信装置于一体，集传感与驱动操纵能力、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”的目的。

图2-3：

无线传感器网络系统方案结构图

2.2无线传感器网络的特点

Ⅰ）大规模，网络拓扑结构复杂；

Ⅱ）单个节点小体积，节点资源有限；

Ⅲ）自组织，多跳，无基础设施支持；

Ⅳ）网络数据传输有方向性。

2.3无线传感器网络的架构

整个WSN系统的应用，使观测者能够远程、不定期、多方式的自由扫瞄和统计被观测区域内长时刻的信息资料，同时向接收终端发送信息。

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的云计算“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，并由固定的终端（PC、LED接收）、移动终端（车载电视、手机、车载LED等），或安装在室外固定的射频接收点，进行数据采集，然后通过无线网络传输到信息中心进行数据存储、处理、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”运行流程图

在整个流程中，现实世界（传感器网络）提供的数据源，都完全依靠信息中心的软件平台来处理和公布。

图2-6：

典型的无线传感器网络应用

2.5信息中心框架图

图2-7

通过框架图我们能够看到整个无线传感器网络，是如何应用到各个领域的。

WSN中的数据在通过基础硬件平台即基础层猎取后，需要通过多个层面的传递，予以应用。

由于无线传感器网络的多样性、复杂性，因此只有以信息中心为平台，利用软件的模块化来治理，才能完成数据传递、处理、交换和公布。

在应用层，各个部门都能够在云信息中心平台得到数据，包括交通、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的软件进行处理和整合。

公共服务层是数据公布中心，可面向终端（车辆、LED显示、手机、PC等）实时公布重要数据，提供数据的检索、比对、定位追索等一系列处理。

中间件层是数据存储和设备治理的核心，包括数据量的大小和处理速度。

传输层通过无线网络Wifi、3G、GPRS、CDMAXA等方式，将采集的原始数据传输到数据库中，并能够由中间件层存储、服务层处理、应用层使用。

基础层以各种传感器为基点，安装在需要采集的点位，并将采集到的数据实时传送到同意设备，以供查询和使用。

2.6软件平台

2.6.1信息中心应用层

应用层我们分为两大块，信息运营层和整合应用层。

图2-8

1）信息运营层，那个地点我们为各部门，提供相应的数据平台或接口，能够与每个部门的信息系统联通，形成数据交换网络，还能够提供相应的数据分析，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、高峰时段治理、事故处理、车辆治理等；

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：

那个地点我们要紧为商业平台提供信息支持，通过对各方面的信息处理，为商家提供准确的信息资料和公布，通过车载终端、手机，就能够查询相关信息：

图2-9

交通信息：

为都市交通提供服务；能够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

车辆呼叫：

用手机呼叫周围的出租车，能够在信息中心查询到出租车的信息。

图2-11

天气信息：

准确实时的天气情况，包括降雨、降雪、路面、温度；以后几天内的所在地云图、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；能够看到区域内的餐厅、娱乐场所、每个场所的人气指数、促销信息、商家的地理信息等

图2-12

地图信息：

准确的定位信息、电子罗盘、出行规划等；在终端上能够为人们的出行提供更详细的规划，乘车路线，公交信息、住宿信息等

如上所述的商业资讯，为人们出行娱乐提供第一手详细资料。

平台商业化应用，能够带动各行各业的进展，如旅游业、娱乐业、饮食住宿、交通运输等。

在提供准确实时商业资讯的同时，还能够公布相关的法规、制度、治理等政务信息。

数据被传递到信息运营层后，通过分析，为政务部门制定行业的治理方法和治理手段提供依据。

2.6.2信息中心基础层采集和处理数据

通过基础层我们能够得到相应的数据

图2-13

1）车辆行驶轨迹，能够看到安装基点的车辆在一天中行驶的轨迹，能够更合理的安排车辆的行驶、能够看到车的流量，长途、短途，行驶时刻等相关数据。

图2-14

2）GPS信息图电子罗盘，通过GPS的定位，能够看到车辆实时状况，包括定位、里程、车辆工作状况、行驶路线。

这些数据能够进行处理得到某时段的实时路况，并发送到终端，进行错峰行驶、保证交通顺畅。

图2-15

3）在交通运输治理中，能够轻松的看到每个车辆的行驶路线、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，能够看到流量最大的区域某天的某个时段的噪音、空气质量、降水、降雪、路面温度等，有利于环保和节能降耗的治理。

图2-17

5）天气信息系统，要紧由建于各路段的诸多自动气象站、中心站、治理与决策机构以及公路养护与应急机构组成。

图2-18

6）监测项目，除一般常规项目之外增加了降水识不传感器和道路温度传感器，降水识不装置能够自动推断降水是雨依旧雪甚至是路面的结冰，道路温度探测器是专为道路天气信息系统所用而设计的，要紧安装于汽车前轮胎的前面，在汽车行进过程中测量路面温度，生成路面的温度变化曲线，反映不同路段、不同时刻路面温度状况。

图2-19

7）噪音监测，能够得到车辆出行高峰期的噪音指数、尾气排放指数以及车流量数据等，信息中兴能够处理这些数据，进行合理的交通疏导。

2.6.3软件界面

1）传感器采集的数据进行处理，成为各个部门能够使用的数据，并形成报告统计数据。

由传感器发送的数据是最原始的数字代码，无法直接使用，因此有信息中心的软件处理之后，才能成为可用的资源并为各个部门所用。

例如：

能够通过空气质量传感器得到数据，发送到中心后，能够由软件处理。

图2-20

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

图2-21

3）水利监测类的传感器模块，可通过传感器采集处理的数据有水流量、水位警戒、水浑浊度等，设定报警值，就能够防患于未然，在雨季对危险水域的实时监控，甚至能够对降水量实行监控。

图2-22

2.7、硬件平台

2.7.1硬件部分

由传感器、基板、同意终端组成，传感器可分为流量、噪音、雨水、GP