1、通过测试分析,确定了用于汽车防盗的实车搭载方案,为该设计的产品化奠定了坚实的基础。测试结果表明,基于物联网技术的汽车防盗系统能够较为准确地进行汽车防盗预警,降低了误报率,并具有经济、环保的特点。该系统基本实现了既定设计目标,为汽车防盗产品的开发提供了一个崭新的设计方向。 关键词:汽车防盗,物联网,传感设备,互联网1绪论1.1引言随着我国经济水平的发展,人们的生活质量得到了很大提高,国内汽车特别是家用轿车的保有量迅猛增加,但与此同时汽车被盗抢案件数量也急剧上升。虽然大多数汽车都带有防盗装置,市场上也有各种汽车附加防盗器,可是这些防盗装置都存在一定的缺陷,要么距离有限,一旦监控器离汽车比较远就很难
2、达到目的,要么使用单一遇警的检测装置,致使错报、漏报现象时有发生,给车主造成了很多不必要的麻烦和损失。为了防范汽车被盗,科研工作者研制开发了很多汽车防盗新技术,各种防盗装置相继产生并广泛应用。阅读器的设计包括阅读器的选择、位置安装以及对标签信息处理的设计。主要特点是阅读器采用双频工作模式,接收标签信息后将自身ID加载到标签信息中,生成含有阅读器地理位置标识的信息数据,使系统可以利用阅读器的地理位置实现对汽车的实时跟踪定位。早期的汽车防盗系统主要是机械结构的门锁和车轮锁构成,防盗能力差,现在已经很少单独使用,主要和电子式、芯片式联合使用;现阶段应用最广泛的是电子式防盗系统,但其报警系统容易受到外
3、界干扰而误报,且电子密码易被破解;芯片式防盗系统和网络式防盗系统是今后汽车防盗系统发展的方向,芯片式数码防盗系统是现在汽车防盗器发展的重点,基本原理是锁住汽车的马达、电路和油路,杜绝了被扫描的弊病,在路边配制的钥匙即使能打开车门也无法启动汽车。最先进的基于GSM网络包含GPS定位系统和SMS(短信业务)功能的防盗系统实现了车主对汽车的远程控制,定位准确,但系统成本和使用费用高,无法广泛应用。随着物联网的发展,物联网技术已经应用于远程医疗121,智能家居,物流监控,安全防卫和电力安全等各个领域,把物联网技术应用于汽车防盗,利用射频识别系统进行信息采集,将收集的信息传送至互联网,实现信息共享,使车
4、主随时知道汽车状况,并配合警务人员及时追回被盗汽车,提高汽车防盗系统的智能化水平。1.2论文的研究背景国内外汽车防盗装置的种类繁多,发展迅速。目前,国际上应用最广泛的防盗系统是电子式汽车防盗装置,如汽车识别钥匙、电子编码点火钥匙、生物特征基于物联网的汽车防盗系统的研究与设计电子锁,具有很好的性价比,在市场上占有绝对优势。机械锁是最早的汽车防盗锁,现已很少单独使用,主要与电子式、芯片式联合使用。国内的汽车防盗技术水平仅为国际20世纪90年代后期的水平,国内掌握制动器防盗装置的开发实验技术并形成批量生产的厂商只有几家,且防盗装置一般都存在报警范围小、只能实现本地报警、不能实现远程控制,能实现单纯报
5、警,对被盗车辆不能实现踪控制等缺点。除此之外,国内制定的汽车防盗法规不够健全,执行不够严格;生产企业对汽车防盗的认识不够重视,资金投入不足,这些都造成国内汽车防盗水平相对落后,不能适应我国汽车发展对汽车防盗技术的需求。因此,我国汽车防盗产品的升级换代势在必行,高科技含量的网络式汽车防盗系统将得到关注和加大投入,此类防盗产品更加符合市场需求。1.3国内外汽车防盗系统的发展现状现代汽车在出厂时大多已经安装了防盗系统,如奥迪A6、帕萨特B5、桑塔纳2000、新款捷达等国产车型,奔驰、宝马、沃尔沃、捷豹等进口车型都自带防盗装置;另外,市面上还有MAGICAR6600、DC3、DC5、眼镜蛇、蓝雄兵、铁
6、甲熊等品牌的汽车防盗器。随着科技的发展,汽车防盗装置日趋严密和完善,目前防盗器按其结构与功能可分四大类:机械式、电子式、芯片式和网络式,各有优劣,但汽车防盗的发展方向是向智能程度更高的芯片式和网络式发展。1机械式防盗系统 机械式防盗系统是最常见最古老的防盗装置,主要有三类:方向盘锁,主要是将方向盘与制动脚踏板连接在一起,使其不能做大角度转向或制动,有的可直接使方向盘不能正常使用轮胎锁,即用一套锁具把汽车的一个轮胎固定,使之不能转动;变速器锁,通常在停车后,把换挡杆推回P位或挂挡位置,加上变速锁,可使汽车不能换挡。机械式防盗器的优点是价格便宜,安装简便;缺点是使用不隐蔽,防盗不彻底,拆装麻烦。机
7、械式防盗器只防盗不报警,主要起到限制车辆操作的作用,在防盗方面作用有限。这种防盗器很难抵挡住利用钢锯等重型工具的盗窃方式,但它们却能拖延偷车贼作案的时间。机械防盗装置已经历多次技术升级,目前有了较可靠的方向盘锁和排挡锁等。为了增加防盗安全系数,可以给车辆安装多种机械防盗装置,这样可在一定程度上吓走盗车贼,增加盗贼被发现的可能性。2电子式防盗系统 电子式防盗系统是目前应用最广泛的防盗装置,分为单向和双向两种类型。单向的电子防盗系统的主要功能是汽车发生异动时警报器会发出警报引起车主及附近路人的注意;双向电子防盗系统能让车主知道汽车的实时情况,当汽车有异动警报时,遥控器上的显示器会显示汽车的状况,但
8、缺点是有效范围只有100-200米。电子式防盗系统安装隐蔽,功能齐全,无线遥控,操作简便。其致命伤在于其电子密码和遥控操作方式,当车主用遥控器开关车门时,偷车贼可以用接收器或扫描器盗取遥控器发出的无线电波或红外线,再经过解码,就可以开启汽车的防盗系统,而且,这种防盗器易受雷电、电波等干扰而产生误报警,不能从根本上解决车辆被盗问题。3芯片式防盗系统芯片式数码防盗装置是目前汽车防盗器发展的重点。芯片式数码防盗装置的基本原理是锁住汽车的发动机、电路和油路,在没有芯片钥匙的情况下无法启动车辆。数字化的密码重码率极低,而且要用密码钥匙接触车上的密码锁才能开锁,杜绝了被扫描的弊端。由于优点突出且使用方便,
9、很多进口的高档车及国产大众、广州本田、派力奥等车型己装用原厂的芯片防盗系统。最新面世的第四代电子防盗芯片,具有特殊诊断功能,如已获授权者在读取钥匙保密信息时,能够得到该防盗系统的历史信息,系统中经授权的备用钥匙数目、时间印记以及其他背景信息,成为收发器安全特性的组成部分;独特的射频识别(RFID)技术可保证系统在任何情况下都能正确识别驾驶者忉,当驾驶者接近或远离车辆时可自动识别其身份,打开或关闭车锁。4网络式防盗系统 网络式防盗系统是目前最先进最有效的防盗系统,它通过网络实现车门的开关和车辆的起动、截停、定位,及根据车主要求提供远程车况报告等功能。目前主要使用的网络有GSM网络和GPS(卫星定
10、位系统),其中GPS应用最为广泛。GPS主要靠锁定点火或起动发动机达到防盗的目的。采用GPS技术的汽车反劫防盗系统由安装在指挥中心的中央控制系统、安装在车辆上的移动GPS终端及GSM通信网络组成,接受全球定位卫星发出的定位信息,计算移动目标的经纬基于物联网的汽车防盗系统的研究与设计度、速度和方向,并利用GSM网络的短信息平台作为通信媒介实现定位信息的传输,具有传统GPS通讯方案无法比拟的优势间。一旦汽车被盗或出现异常,指挥中心可立即通过GPS接收终端设备信号,确定汽车实时地理位置和多方面信息,配合各方面力量及网络优势追回汽车,同时能熄灭发动机,使汽车不能行驶。网络式防盗突破了距离的限制,覆盖范
11、围广,可用于被盗汽车的追踪侦查,可全天候应用,破案速度快,监测定位精度高。GPS防盗技术可以说是一场技术革命,它一改传统防盗器的被动、孤立无助的被动式服务,能为车主提供全方位 的主动式服纠101,是目前其他类型汽车防盗系所不能比拟的。但是该装置需要一套庞大完善的跟踪系统、24小时的人工监控车辆,系统成本和使用费用高,无法广泛应用。随着物联网技术的发展,物联网技术已经开始应用于物流监控,智能家居,安全防卫,远程医疗和电力安全等各个领域,将其应用于汽车防盗,利用电子标签进行信息采集,将收集的信息传送至互联网,车主可以通过网络随时知道汽车状况,并对汽车进行定位和跟踪以及时追回被盗汽车。1.4论文的研
12、究内容及意义本课题在分析物联网技术原理及其应用的基础上,详细阐述了基于物联网的汽车防盗系统的设计和实现,并对系统设计中关键问题进行深入的分析和研究,系统使用有源双频电子标签以满足高速信息采集的需要,利用阅读器的地理位置对汽车进行跟踪定位,应用中间件技术消除数据冗余,其内置的移动通信模块增加系统防盗范围,以安全可靠的公安专网和无所不在的移动通信网为接入网,在保证防盗范围的同时降低了实现成本。论文的核心研究内容是分析并设计了系统中标签与阅读器的防碰撞算法以及中间件的数据过滤方法。论文首先分析了当前常用的几种多标签防碰撞算法的优点和应用限制,并在此基础上提出了一种基于时间分组的帧时隙ALOHA算法,
13、该算法依据对车流量的定量分析,对主要参数进行了设计,将阅读器识别范围内的标签按照进入时间进行分组,以减少每次响应标签的数量,提高系统的吞吐率;信息查询系统是车主或公安人员获得汽车实时信息的门户,可实时获取被盗汽车的动态。信息查询系统可提供基本信息查询和汽车信息定制。信息查询服务为车主和公安人员提供基本的汽车信息查询服务,车主和公安人员可通过输入汽车车牌号或者发动机编号等信息,并通过密码认证,查看被盗汽车的实时数据。针对系统数据处理过程中产生的数据冗余,设计了两种中间件的数据过滤方法,以实现对非匹配标签码的过滤和重复数据的过滤。论文研究的意义在于将发展前景广阔的物联网技术应用于汽车防盗,将汽车信
14、息采集并通过公安专网传送至互联网,车主通过互联网随时了解其汽车的实时状况,为汽车防盗安全体系提供了一种新型的解决方案;系统采用无所不在的移动通信网络和安全可靠的公安专网作为接入网,使汽车防盗网络化进一步实现;系统中间件的设计能提高传输效率,减少系统管理和维护工作量,降低运维成本,并可以在实现系统的更新换代以及规模扩大时通过修改中间件系统参数值实现相应的功能,缩短实施周期,减少投入成本,增加物联网技术应用于汽车防盗的可行性。2 物联网技术分析2.1物联网概念及原理由于物联网概念出现不久,其内涵还在不断发展和完善,目前还没有形成对物联网精确统一的定义。关于物联网比较准确的定义是:通过射频识别、红外
15、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、监控和管理的一种信息网络。物联网的主要特征是每一个物体都可以寻址,控制和通信。物联网既是信息技术发展到一定程度的必然产物,也是经济社会发展到一定阶段的新要求,因此受到全世界关注是一种必然。物联网就是“物物相连的互联网”,其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;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。随着全球一体化和信息网络化进程的加快,技术革命快速发展,为满足对单个物品的标识和高效识别,美国麻省理工学院自动识别实
16、验室在美国统一代码协会(UCC)的支持下,提出要在计算机互联网的基础上,利用RFID、无线通信技术构造一个覆盖世界万物的系统,同时还提出了电子产品代码(EPC)的概念,形成了最具有代表性的物联网构架,在EPC物联网系统中,每一个物品都被赋予一个全球唯一的EPC码,存储在物品上的电子标签中,通过射频识别系统的电子标签读写器可以实现对EPC标签信息的读取。读写器获取EPC标签信息,并把标签信息送入互联网EPC体系中PML(实体标记语言)服务器后,就实现了对物品信息的采集和追踪,然后利用EPC物联网中的网络中间件等可以实现对所采集的EPC标签信息的利用。当EPC标签贴在物体上或者内嵌在物体中的时候,
17、该物品与EPC标签中的唯一编号就建立起了一对一的对应关系。2.2国内外物联网发展现状物联网被看作是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。物联网是生产社会化、智能化发展的必然产物,是现代信息网络与传统商品市场有机结合的一种创造,这种创造不仅可以极大地促进社会生产力的发展,而且能够改变社会生活方式。物联网作为新兴产业,产业链长,具有极大的潜在市场,美国独立市场研究机构Forrester预测,到2020年物联网业务与现有互联网业务之比将达到30:1。各国政府和企业纷纷看好其产业前景,包括中、美等国家在内的多国将其提升到国家战略层面,我国在这次信息化浪潮中与世界保持了同步发展,并将物联
18、网建设提升到国家战略地位,列入了新时期国家五大战略性新兴产业的重要地位。1国内物联网发展现状目前国内物联网总体还处于起步阶段。2009年8月温家宝总理在考察无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时指出,要积极创造条件,在无锡建立中国的传感网中心(“感知中国中心),发展物联网。11月在首都科技界大会再次提出发展物联网,各部门、各地区积极响应,纷纷出台各项举措,推动物联网发展。国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020年)和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。2010年中国国际物联网大会在上海举行,同日工信部表示将物联网技术纳入“十二五”规划的战略性新兴产业当中。随
19、着中央政策的有效部署,各地方政府也纷纷出台各类支持政策。无锡自2009年温家宝总理视察该市并提出建立“感知中国中心之后就在新区划定了一块面积20平方公里的区域专门吸纳三大电信运营商与物联网产业相关企业落户,投入数亿元与外企建立合资公司,与国内多所在信息技术领域领先的科研院所与高校签订协议合作推进产业研究,致力于成为首个国家传感网创新示范区。紧接着,武汉、重庆、深圳也都先后出台了类似的政策;而上海与北京市政府则在多个场合表示已经联合当地的科研院所,着手制定物联网三年发展专项规划;作为改革开放最前沿的广东省启动“智慧广东”计划,推进物联网和互联网结合。2010年6月中国物联网标准联合工作组在北京成
20、立,以推进物联网技术和标准的制定。目前,在这一行业已经形成了以新大陆科技集团、深圳市远望谷信息技基于物联网的汽车防盗系统的研究设计技术、杭州新世纪信息技术、奥维通信、厦门信达等设备企业为主导,众多中小型企业同步迅猛发展的趋势,但相关企业并无太多动作,主要是对高端技术的研究,而非已实现新技术的量产,技术、标准、成本甚至是体制上都有若干因素限制了物联网产业前进的脚步引。在现实生活中已可见物联网的具体应用,如高速公路不停车收费,物流监控,智能家居,安全防卫,远程医疗和电力安全等各个领域,如海尔推出的物联网冰箱和物联网空调以及无锡220千伏物联网智能变电站的投入运行等,只不过这些仅是物联网的雏形,还尚
21、未形成一个庞大的网络。国内物联网产业的参与者对物联网所带来的机遇都有着积极构想,随着支持政策与产业专项规划的确立、技术标准统一化的推进,物联网产业有望吸引更多人力和资金的涌入,而参与各方也将在物联网上描绘出更加壮丽的未来图景,物联网的发展将对社会生活产生深远影响。2国外物联网发展现状在国外及欧美国家对于“物联网的非常重视,据资料显示,美国的奥巴马政府对更新美国信息高速公路提出了更具高新技术含量的信息化新的方案,鼓励推动物联网技术应用于能源、宽带和医疗三大领域;欧盟发布了下一代全欧移动宽带长期演进与超越以及ICT研发与创新战略,加强研发力度,提高网络智能化水平;日本政府紧急出台了数字日本创新项目
22、ICT鸠山计划行动大纲,把政策重心从单纯关注居民生活品质提升拓展到带动产业及地区发展,促进地方经济发展,实现无所不在的网络社会环境;同时,澳大利亚、新加坡、法国、德国等其他发达国家也加快部署了下一代网络基础设施的步伐,全球信息化正在引发当今世界的深刻变革,世界政治、经济、社会、文化和军事发展的新格局正在受到信息化的深刻影响。在不久的将来,更具智能性的信息基础设施逐步与传统的基础设施融合,更加智能化的网络也将会逐步得到普及。美日等发达国家在对物联网技术不断研发的基础上在多领域进行了应用:英特尔将32个传感器连进互联网,以读出缅因州“大鸭岛上的气侧,评价一种海燕巢的条件,该公司也开发出了用于家庭护
23、理的无线传感器网络系统,可帮助老年人,以及残障人士的家庭生活;日立开发出全球体积最小的传感器网络终端,可应用于大楼与家庭的无线传感器以及安全管理方面;在旧金山,技术人员用物联网技术测定会门大桥风速。2.3物联网相关技术物联网已成为目前IT业界的新兴领域,物联网技术涵盖了从信息获取、传输、存储直至应用的全过程,都要有所创新才能促进其发展。人与人之间的信息交互和共享是互联网的基本功能,而在物联网上更强调人与物、物与物之间的自动信息交互,它是实现物理世界和信息世界的无缝连接。连接到物联网上的物应该具有地址标识、感知能力、通信能力和可控力等特征,这些特征需要特定的技术来支撑,由此可将物联网技术划分为信
24、息采集技术、网络通信技术和数据融合与智能技术。2.3.1 信息采集技术信息采集技术是实现物联网的基础,主要采用电子标签和传感器等方式完成,传感器用来感知采集点的环境参数,如温度、震动等,电子标签用于对采集点的信息进行标准化标识,通过射频识别读写器等实现物联网数据采集和设备控制。在信息采集技术中,电子标签用于对采集的信息进行标准化标识,数据采集和设备控制通过射频识别读写器等实现。RFIDl211通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别过程无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便,可与互联网、通信等技术相结合,实现全球范围内物品跟
25、踪与信息共享。RFID电子标签是近几年发展起来的新型产品,也是替代条形码走进物联网时代的关键技术之一。所谓RFID电子标签就是一种把天线和IC封装到塑料基片上的新型电子卡片,具有数据存储量大、小巧轻便、使用寿命长、防水、防磁和安全防伪等特点。RFID读写器和电子标签之间通过电磁场感应进行能量、时序和数据的无线传输。在RFID读写器天线的可识别范围内,可能会同时出现多张电子标签,如何准确识别每张卡,是电子标签防碰撞(也叫防冲突)技术要解决的关键问题。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。电子标签作为数据载体,能起到标基于物联网的
26、汽车防盗系统的研究与设计识识别、物品跟踪、信息采集的作用。电子标签与读写器、天线和应用软件构成的RFID系统直接与相应的信息管理系统相连,每一件物品都可以被准确地跟踪和定位,这种全面的信息管理系统能为客户带来诸多利益,包括实时数据的采集、安全的数据存取通道、离线状态下就可以获得所有产品信息等。在国外,电子标签技术已被广泛应用于诸如工业自动化、商业自动化等众多领域;在国内,电子标签技术虽然没有国外的技术先进,但也在快速发展之中,并已经应用于物流管理,产品防伪,工业生产,汽车不停车收费系统等领域,具有广阔的发展前景。论文所设计的信息采集系统由电子标签、阅读器和中间件组成,主要应用的是RFID技术,
27、通过射频方式进行信息采集,并就多标签和阅读器之间的防碰撞问题做了深入的分析,并提出了一种基于时间分组的帧时隙ALOHA算法,以提高系统的吞吐率,减少碰撞。2.3.2 网络通信技术在物联网的机器到机器、人到机器和机器到人的信息远程传输中,有多种技术可供选择,目前主要有有线(如DSL、PON等)、无线(如CDMA、GPRS、IEEE80211abg WLAN等)等比较成熟的通信技术,此外,正在发展中的IP互联网、3G移动通信技术、卫星通信技术等也能实现了物联网信息的远程传输,特别是以IPv6为核心的下一代互联网的发展,具有丰富的地址资源,将为每个传感器分配IP地址创造可能,可以满足物联网对网络通信
28、在地址、网络自组织以及扩展性方面的要求,为物联网的发展创造了良好的基础网条件。随着自动化程度的不断提高,对数据信息的远程采集与传输要求也日益提高。在性能上光纤网络拓朴结构无疑是首选,但在价格上基于IP或利用现有网络拓朴结构的方案更经济,要想在满足传输速度和效率的同时减少实现成本,需要综合考虑,以充分利用高速IP网络和已有的通信链路,为物联网应用的推广创造更多的有利条件。论文中采用了光纤通信的公安专网作为主接入网,同时采用技术比较成熟的GSMGPRS无线网络通信模块作为辅助接入网,保证系统安全的同时扩大了防盗范围,有利于系统的应用和推广。2.3.3 数据融合与智能处理技术物联网是由大量传感网节点
29、构成的,在信息感知的过程中,采用各个节点单独传输数据到汇聚节点的方法是不可行的。因为网络存在大量冗余信息,会浪费大量的通信带宽和宝贵的能量资源。此外,还会降低信息的收集效率,影响信息采集的及时性,所以需要采用数据融合与智能技术进行处理。所谓数据融合是指将多种数据或信息进行处理,组合出高效且符合用户需求的数据的过程。在传感网应用中,多数情况只关心监测结果,并不需要收集大量原始数据,数据融合是处理该类问题的有效手段。分布式数据融合技术需要人工智能理论的支撑,包括智能信息获取的形式化方法、海量信息处理的理论和方法、网络环境下信息的开发与利用方法,以及计算机基础理论。同时,还需掌握智能信号处理技术,如
30、信息特征识别和数据融合、物理信号处理与识别等。智能处理技术是为了有效地达到某种预期的目的,利用知识分析后所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统,可以使得物体具备一定的智能性,能够主动或被动的实现与用户的沟通,这也是物联网的关键技术之一。智能分析与控制技术主要包括人工智能理论、先进的人机交互技术、智能控制技术与系统等。物联网的实质是给物体赋予智能,以实现人与物体的交互对话,甚至实现物体与物体之间的交互或对话。为了实现这样的智能性,例如,控制智能服务机器人完成既定任务包括运动轨迹控制、准确的定位及目标跟踪等,需要智能化的控制技术与系统。中间件技术的应用能有效地对海量物联网信息和事件流进行
31、加工和处理,并且在系统拓展时避免对最底层的系统进行开发,使其网络优化更方便,应用更广泛。中间件是物联网的神经系统,是一种通用的管理EPC数据的构架,它对标签中的数据进行过滤、分组和计数,以减少发往信息网络系统的大量原始数据量,生成加入了语义解释的事件数据,并防止错误识读、漏读和多读信息。中间件具有强大的通信能力和良好的可扩展性,具有标准的通信协议和接口,具备通用性和易用性,分布式计算,提供网络、硬件和操作系统的透明性,能满足大量的应用需求,能运行于多种硬件和操作系统平台,实现数据共享和应用互操作。论文采用了中间件技术,并对中间件的各部分结构的功能进行了设计,同时提出了两种信息处理方法,实现了标签过滤和去重过滤。2.4 物联网应用中的关键技术分析物联网从信息采集到进入后台管理系统应用和存储过程中,面临着各方面的问题,最重要的几方面是信息采集过程中射频识别系统的碰撞问题,下面就对这些问题进
copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有
经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1