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物联网的嵌入式技术范文1
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)08-0083-01
1、嵌入式系统简介
嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。[1]
嵌入式系统从最初的Intel 4004微处理器芯片到后来的16位6800芯片至今，其结构功能不断完善。至今，嵌入式已应用或将应用到人们的日常生活当中各个方面了：小到最常见的手机、MP3、PDA，大到智能楼宇、航空航天，以及谷歌近期研制当中的自动行驶汽车。
2、物联网
2.1 物联网简介
随着互联网所引导的全球信息产业的不断推进，物联网得到了巨大的发展空间。试想一下在工作的休息时间，便可操纵家里的电冰箱、洗衣机；在走到商场门口，手机中便收到了该商场的促销活动消息；驾车途中随时更新路况信息，从而选择最优的行车路线。这一切的实现都将依赖于物联网的发展。
物联网的英文名称是“The Internet of things”。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。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，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，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。[2]
物联网技术并不是一个单独的技术，而是多种已有技术的融合：如互联网技术、嵌入式系统技术、传感器网络技术、通信技术、RFID技术、EPC技术。下文将对RFID和EPC技术作详细介绍。
2.2 物联网的体系结构
物联网包含感知层、网络层、应用层三层。最底层负责采集物和物相关的信息;第二层是异构融合的泛在通信网络,包括现有的互联网、通信网、广电网以及各种接入网和专用网,通信网络对采集到的物体信息进行传输和处理; 第三层是应用和业务,为手机、PC 等各种终端设备提供感知信息的应用服务[3]。
2.2.1 RFID与嵌入式系统
感知层是物联网中的重要的感知节点,它融合了传感技术、嵌入式技术等。其中RFID（Radio Frequency Identification射频识别技术，下同）是感知层应用的典型代表。
RFID是一个简单且价格低廉的的无线系统。主要由阅读器和标签两部分构成,每个标签具有唯一的标识码,安装在物体上。阅读器发射某一特定频率的无线信号来触发标签电路将内部的数据送出,从而读取芯片中的信息,实现对标识码的读取。电子标签不需要电池，只有阅读器需要电池供电，这大大减小了电子标签的成本和体积，提高了标签的通用性。该系统可大量应用于物体的实时跟踪与监测,因此它在医疗、交通、物流等方面都有非常广泛的应用。
RFID本身就可以通过嵌入式来实现。它满足了物联网在低功耗、微型化、廉价等方面的非功能性需求。由于嵌入式系统种类丰富多样且无处不在，并且可以将其网络化形成传感器网络，从而成为构成其的重要成分。
那么RFID与嵌入式系统之间的关系如何？[4]首先是射频前端的特殊设计；再一个就是嵌入式系统设计方面，主要是把RFID作为一个组成部分。RFID产品的嵌入式系统设计看起来难度不大，因为只要RFID读写设备是固定式设备，基本上基于嵌入式Linux平台，主流产品目前是国外厂商实力较强，本土产品的操作系统还待完善。
2.2.2 产品电子编码EPC
EPC（Electronic Product Code，产品电子代码）是目前比较典型的物联网应用体系结构。EPC系统主要由EPC编码、EPC标签与EPC读写器、EPC中间件、对象名解析服务(ONS)、实体标记语言(PML)构成。
EPC作为一项融合技术,包含了可用于单品识别的编码技术、RFID、计算机技术。EPC的概念是由MIT的Sanjey Sarma和David Brock两位教授于1999年10月提出的,其核心思想是为每一个产品提供惟一的电子标识符EPC;通过射频识别技术（RFID）完成数据的自动采集;电子标签上只存储EPC码,而对应于EPC码的解析通过与互联网相连的服务器来完成。[5]
3、嵌入式系统和物联网之间的区别与联系
物联网是集多种专用或通用系统于一体，因而备具有信息采集、处理、传输、交互等功能；嵌入式系统强调的是嵌入到宿主对象的专用计算系统，相对物联网而言更具备专用性，实现某些单一特定对的功能。因而物联网的功能包括了嵌入式系统的功能，但随着嵌入式系统的不断发展，其功能日趋复杂化。如现今发展已经比较成熟的手机、GPS定位等系统，均可以直接融入到物联网当中。
从技术的角度来看，首先物联网与嵌入式系统融合了非常相似的技术，其次物联网技术中又包含有嵌入式系统技术。举例来说，物联网和嵌入式系统均具备如电子硬件技术、软件技术；而在RFID（射频识别技术）、传感器技术、通信技术等方面物联网是必须具备的而嵌入式系统不一定全部具备。
目前的很多嵌入式系统，只要能提升系统设备的网络通信能力和加入智能信息处理的技术都可以应用于物联网。两者之间的系统构成也非常相似。唯一嵌入式系统不具备的是标签识别模块。[6]
4、结语
物联网的热潮将带给嵌入式系统新的生机，而嵌入式系统又将不断完善优化物联网的建设。在RFID,EPC，传感器等多个领域，嵌入式系统将以其独特的功能和特性在物联网中展露出新的亮点。
参考文献
[1]百度百科 嵌入式系统 /view/6115.htm.
[2]百度百科 物联网/view/1136308.htm.
[3]朱洪波,杨龙祥,朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报(自然科学版),第31卷 第1期第3页.
[4] 王莹.物联网为嵌入式系统带来机遇[J].电子产品世界出版社,《电子产品世界》编辑部 2010,17卷(5期) 第25页.
物联网的嵌入式技术范文2
摘 要：数字化即时通讯网络已经称为现实生活和经济发展的帮手，这是有了它的帮助，人们的生活水平不断的提高，生产效率得到不断的提升。而如何更好的利用即时通讯网络，许多专家和学者进行了不断的研究和创新，我们试图从开发移动通讯网络的新业务方面进行探讨，从而为更好利用它为人们提供更多的帮助。
关键词：数字化通讯网络物联网网络安全交通运输数学模型电力通讯网络
一、引 言
众所周知对于一个事物最为精确的描述是使用数学语言来进行刻划，数字化的信息由于能够提供更为清晰、准确的信息从而收到人们的欢迎。随着我国经济的不断发展，网络技术也在不断更新，从最初的模拟信息发展到现在的数字化信息时代，各种新兴的服务在为人们提供更好地服务。人们可以利用数字化信息网络（我们简称网络）更加方便地查找信息或进行交流，而网络通信技术的发展更是给人们带来了更加便捷的沟通方式，它打破了原有的时空界限，使得人们的交流更加的顺畅，真正实现“地球村”的梦想。
对于人们生活和工作影响最为直接是即时通讯网络，即时通讯中的即时，就是指快速、马上的意思，因此即时通讯是指通过某种技术达到快速、便捷的沟通，可以在线与人进行交流并与之视频或是语聊。人们常接触的即时通讯网络包括手机通话、QQ（MSN）通话等，随着移动通信技术的普及，相应新业务如手机购票，手机刷卡购物等业务已经开始在经济生活中发挥作用。而如何更好拓宽更多的新业务，使得即时通讯网络的效益最大化、效率更大化，是我们所面临的新的课题，现在，我们就试图从使用现状及拓宽新业务方面进行探讨。
二、移动通讯网络使用的现状
前面已经提到了移动通讯技术给我们生活带来的方便和快捷，但是在现有的情况下人们对移动通讯技术的应用大多还仅仅局限在通讯的基础功能：
1.基础的功能：人们经常使用的通话，短信功能（校讯通等）；
2.网络功能：提供上网，网络软件的开发使用，诸如UCWEB，QQ等，满足了人们随时随地上网的需要；
3.消费功能：移动通讯网络开发商和经销商进行合作，实现了直接使用手机消费的业务，例如手机购票、手机刷卡等等业务。
虽然有手机购票、手机刷卡等新业务的出现，我们仍然认为移动通讯技术还应该有更为宽广的应用范围，能为经济的发展提供更为强劲的推动力，所以我们试图开展移动通讯网络新的业务。
三、移动通讯新业务的开发
1.电力系统上的应用
随着我国电力系统的迅速发展以及电力系统经营和管理体制的改革，电力作为商品进入了市场。目前电力系统所采用传统的抄表方式，既耗费大量的人力物力，又无法避免手工抄写和计算带来差错，更重要的是对数据的处理分析也严重滞后，所以不能及时发现问题、解决问题。多年来，寻求简单可靠的自动远程抄表方法，一直是一个热门话题.目前已推出的抄表系统覆盖了很多应用领域。其方法的应用都有其局限性，因此，研发了一种基于GSM无线通信网络的远程抄表系统。在文献【1】提出了基于GSM 网络通讯的研究上使用电表集抄系统，它的工作原理：无线远程抄表中心的工控机，通过其自身的RS-232串口与GSM无线数传装置相连，以便同抄表仪进行通讯。中心工控机将电表离散的各种信息通过系统程序转换成为便于管理部门进行数据分析、管理的实用信息。利用该系统还可进行各时段的用电量分析。抄表仪的主要功能有数据通讯、数据存储、数据管理、异常监控等。抄表仪上电后，GSM无线模块开始寻找网络， 处于工作状态。GSM无线模块间用AT指令进行通讯，抄表仪串口0一旦接到监控中心用CSD方式发来的命令，便依照通讯协议，由串口1向电表查询各种有关数据；若抄表仪呼叫，监控中心不应答， 抄表仪改用SMS方式，将告警信息上传给监控中心。从工作原理可以看出，这是数理统计学和计算机学有机的配合。
本系统利用GSM通讯再把数据传到控制中心的中央数据库中，用户可以实现对电量等数据的统计分析、历史电量查询、异常用电监控、各种告警信息的查询和报表及统计图形的打印输出等功能。GSM远程抄表系统的应用，杜绝了人工抄表产生的误抄、漏抄、抄表时间不统一等现象，提高工作效率和数据准确率，减轻劳动强度，减员增效。GSM网络已在我国得到了广泛普及，它的抄表范围与GSM通讯网覆盖范围一致，通过利用网络资源降低了该系统的建设和运行维护费用，实用性强。因此，GSM远程抄表系统的研究具有重要的意义和广阔的应用前景。
2.物联网上应用
物联网产业的热潮正在席卷全球 它被誉为继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。早在1999年物联网（The Internet of things）的概念就被提出来。它是指通过射频识别 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。2005年，在突尼斯举行世界峰会上，国际电信联盟(ITU)，给出了物联网的定义，物联网主要解决物品到物品 (Thing to Thing， T2T)，人到物品，(Human to Thing， H2T)，人到人 (Human to Human， H2H) 之间的互连。“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业界认为，物联网可以提高经济效益，大大节约成本；可以为经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟、中国等国家和地区都在投入巨资深入研究探索物联网。
由于物联网产业链非常长，物联网的产业链构成也异常复杂，涉及终端制造商、模组厂商，应用开发商网络运营商、系统集成商、最终用户等诸多环节。对于这样一个上万亿的物联网产业，各个环节各厂商的核心竞争力各有所长，只有价值链各环节强强联合，优势互补，才可能提供面对用户的完整的端到端的产品解决方案，共同培育和发展市场。要进行强强联合，就必须遵守一定的规则，也就是说必须标准化。数字标准化是价值链各环节进行联合的基础，没有标准化，无法精确分工，没有分工，也就无法实现联合.从技术层面看，现阶段已经具备大规模开展典型物联网应用的能力。但要成功，急需从整个产业链的横向分工上进一步明确，从标准化，开放性，互通性方面进一步规范和加强，才能实现物联网产业的规模化发，从实际操作方面来说，我们需要建立合理的数学模型进行操作和预测；
对于网络运营商想要主导物联网的发展，需要分为三个阶段。第一阶段：物联网基础架构建设阶段。这一阶段关键建设内容包括物联网业务支撑平台建设，物联网企业标准规范制订和重点行业应用的规划和准备。网络运营商通过完整的物联网，开展业务支撑平台建设方案，凭借丰富的建设经验，帮助客户快速建设物联网基础架构；网络运营商通过对国内国际物联网标准规范的密切参与，对标准发展动向的深刻理解和把握，帮助客户快速制订完善自身的企业规范；建立经验丰富的商业咨询队伍，帮助客户确定重点行业应用，并制订相应商业计划，同时提供行业应用解决方案。
第二阶段：示范应用阶段。这一阶段关键建设内容包括重点行业的物联网示范项目实施，系统集成商和应用/器件提供商合作，以及通过模组M2M( Machine To Machine)移动网络运营商的无线网络为平台，采用多种传输方式（SMS/GPRS/WAP/等），通过行业终端，服务于USSD/MMS行业用户机器到机器的无线数据传输业务)加强对感知终端的控制，利用自身掌握的行业客户资源，帮助运营商在重点行业示范项目落地；提供感知层关键器件等和应(RFID WSN )用，并承担系统集成商的脚色，帮助运营商迅速形成重点行业方案；提品系列齐全的模组系列，并根据M2M重点行业需求实现贴身定制。
第三阶段：规模拓展阶段。这一阶段关键建设内容包括强化以客户为核心的产业联盟，充分发挥前期示范项目的辐射效应以及通信网络的优化，以适应物联网规模发展。建立强势的产业联盟；降低关键器件制造成本，筛选更加优秀的客户，提高行业解决方案竞争力，帮助项目规模推广；提供网络优化的完整解决方案，支撑物联网顺畅的发展。
3.嵌入式系统的应用
21世纪初，以智能产品为代表的嵌入式系统，其应用广泛，领域特色突出，发展空间巨大。嵌入式系统是继IT网络技术之后，又一个新的技术发展方向。从20世纪70年代单片机的出现到今天各式各样嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了30多年的发展历史。嵌入式系统具有体积小、功能强、能耗低、可靠性高以及面向行业广泛的突出特征，目前已经广泛应用于经济和社会发展的各个领域。
随着计算机技术和智能产品对其它行业的广泛渗透，以应用为中心的分类方法变得更为切合实际，也就是按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算机。通用计算机具有计算机的标准形式，通过装配不同的应用软件，以类同面目出现并应用在社会的各个方面，其典型产品为PC；而嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。
嵌入式系统将在“后PC”时期大显身手。嵌入式系统是根据应用的要求，将操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中，从而实现软件与硬件一体化的计算机系统。作为嵌入式系统灵魂的嵌入式操作系统是随着嵌入式系统的发展出现的，它是嵌入式系统发展到一定阶段的产物。嵌入式操作系统的出现，将大大提高嵌入式系统开发的效率，改变以往嵌入式软件设计只能针对具体的应用。在嵌入式操作系统之上开发嵌入系统将减少系统开发的工作量，增强嵌入式应用软件的可移植性，使嵌入式系统的开发方法更具科学性。大量的嵌入式系统已经应用于交通、工业控制、数控机床、智能工具、工业机器人、服务机器人及信息家电等各个行业，正在逐步改变传统的工业生产和服务方式。
后 PC 时代，家用电器将向数字化和网络化发展，电视机、微波炉、数字电话等都将嵌入微处理器并通过家庭网关与Internet连接，构成家庭信息网络。届时，人们可以通过移动网络远程控制家里的电器设备，实现远程医疗、远程教育，可以视频点播，实现交互式电视，还可以提供各种网上服务等。而这些服务中的各类数字融合产品，都离不开嵌入式系统的支持，可以说嵌入式系统是家庭信息网络、IT融合的重要技术基础。
人类社会正逐步进入后 PC 时代，嵌入式系统在不断解决现有问题的同时，也在向更深的方向发展，而且，以其越来越先进的技术和越来越广阔的应用领域，必将成为后 PC 时代的擎天柱。可以相信，未来的电子技术就是嵌入式系统技术的天下。相信通过介入嵌入式系统的移动网络将有美好的发展前景。
四、移动通讯新业务的开发需注意通讯网络安全性
网络的安全性的重要是不言而喻的，客户的信息需要网络运营商进行保密，但是如何做到让客户放心的目的，运营商应该从以下方面入手。
1.访问权限的控制：访问权限是在身份认证的基础上，防止非法用户进入系统及防止合法用户对系统资源的非法使用；
2.防火墙技术：防火墙安装在内部受保护的网络与外部 Internet 网的节点上，用于对数据包的过虑、数据包的透明转发、阻挡外部攻击进入防火墙之后的服务器中。它是一种能提供网络信息安全服务、实现网络和信息安全、且本身具有较强抗攻击能力的网络设备。它能保护网络信息不被外部网络非法受权者访问。是内、外网之间的第一道屏障；
3.数据加密技术：加密技术是保护计算机网络上传送信息不被非法者恶意篡改、窃取的一种措施和手段，也是其他一些安全技术的基础和核心；
4.入侵检测技术：入侵检测技术被认为是防火墙之后的第二道闸门，它是实时网络违规自动识别和响应系统，它位于有敏感数据需要保护的网络上或网络上任何有风险存在的地方，对内部攻击、外部攻击和误操作提供实时保护；
5.防病毒技术：防御计算机网络病毒应从两方面入手，首先应该提高网络管理人员和网络管理人员和网络使用人员的安全意识；其次是使用正版的防毒、杀毒软件，实时查、杀病毒；
6.操作系统：在操作系统的安全防御上，国际普通认可的方法是系统内核进行安全加固，构成一道安全屏障，从而抵御病毒、黑客对计算机网络操作系统攻击等。
综上所述，数字化即时通讯技术还在不断地发展与创新中，只要我们能够合理地利用即时通讯技术，它会给我们的交流与沟通带来巨大的便利，使我们不再因为沟通的问题而发愁。同时，我们也应对即时通讯技术的发展予以高度重视，不能只是单纯地为了盈利而发展，而应该是为了更好地服务于社会而发展。为了更好的利用数字化通讯网络，我们应该在实际的操作性下功夫，建立合理的数学模型，把新业务的开发能够得到更多人的认可。
参考文献：
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[2]朱鸿.电表集抄系统基于GSM 网络通讯的研究[J]. 科技创新导报，2010，(14):42.
[3]顾肇基译.GSM网络与GPRS[M].北京:电子工业出版社，2001.
[4]宋永国.浅析物联网安全[J].电脑知识与技术，2011，7(11):2528-2530.
[5]邢晓敏.嵌入式系统的发展与应用[J].中国水运，2011，11(6):68-70.
[6]张然.如何加强通讯网络信息安全防护[J].工程技术，2010，29:86.
物联网的嵌入式技术范文3
关键词：物联网；嵌入式智能网；研究
目前，全球都十分关注物联网技术以及其所带来的价值，掌握物联网技术无疑占据了主动的地位，因此不能忽视其广泛的市场前景。
1物联网网关概述
目前，物联网的结构有三种分类：感知层、网络层以及应用层。1.1感知层同人体的感知一样，物联网也有感知层。该结构主要是借助传感器去感知，同人们一样去识别相关信息，这赋予了物联网以智能感知的功能。1.2网络层网络层的功能就像是人体神经系统对信息进行处理一样，与感知层相比，其功能更加强大，也更加复杂。1.3应用层应用层是第三层结构，也是物联网结构的顶层，能够实现物联网技术和其他技术的结合，实现物联网的多领域、多行业应用。并且，这三种结构缺一不可。感知层能够起到感知信息的作用，其主要是借助传感器来实现的，如果没有太多的传感器，还可以借助网络与设备的连接实现传感器的功能，但这样会造成资源浪费。为了节省资源，顺利实现数据传送，最好能够将所有的设备与网络层相连，实现数据的统一传送。为了避免传感器设备不足造成的资源浪费问题，最好能够在感知层和网络层之间设置一个汇聚层，通过该汇聚层衔接这两个结构，就不会出现资源浪费的问题，并且能够实现数据的传送。
1.1物联网系统的分析物联网网关需要高度重视，其功能先进，全面，不仅可以感知，还能够实现远程监控，并且可以接入不同的网络。物联网网关的感知功能主要是以网络形式来体现的，并且配合多功能传感器获取不同的信息进行感知。这些传感器的接入形式不同，从目前来看，主要可分为有线和无线两种接入模式。有线接入的速度较慢，不具备无线接入的某些功能，因此，无线网络的应用越来越频繁。目前，常见的移动设备都具备无线网络的接入功能，并能够实现快速传送，这样就可以大大提高无线网络的使用范围。随着无线网络的不断发展，其必定会成为主要的接入方式。不同结构进行网络互通所采用的传感器不同，对信息的感知也会不同，为了实现不同结构的网络互通，需要设置一个协议网络。因为，协议网络可以实现不同结构的网络互通，如果没有协议网络的支持，数据的交流就会变得十分困难。目前常见的协议网络主为Modbus，在许多领域都有其身影。在物联网系统中，检测控制管理是一个重要的功能，其主要目的是对数据进行监控，实现科学的管理。首先，在网关中有许多不同的功能，对这些功能进行合理控制，就能够实现物联网技术的突破，为人们的生产和生活带来方便。其次，对网络连接进行集中管理，也是检测控制管理的常见功能。检测控制管理主要是对系统和外界的网络进行内外监控与管理，其功能更加全面。
1.2物联网系统的整体设计策略物联网网关之所以很重要，主要是由于人们对于物联网系统的要求越来越高，因此，物联网网关的形式设计就受到了人们的高度重视。目前，物联网的运行平台主要有PC机和嵌入式。由于嵌入式系统内核小、专用性强，在许多领域占据主导地位。因此，嵌入式系统的优势更大，其应用范围也越来越广泛。物联网网关的设计有许多方式，借助嵌入式系统进行设计是可行的，并且大大推动了物联网网关的发展。
2物联网网关硬件的设计
进行物联网网关硬件设计的时候，必须要考虑到网关所运行的环境，以及网关自身对硬件的要求。总体来看，网关硬件设计需要遵循成本低、降低能源消耗、实现高效率处理的原则，因此，常见的硬件设计就是采用AT9LSAM9260。该平台具有极好的兼容性，存储空间大，能够高效处理信息，在苛刻的环境下也不影响网关的正常运行。对于接入方式的选择，主要以无线接入为主。物联网的硬件是物联网网关中非常重要的一部分，以其内部的主控制器电路为例，其关系到系统的数据转换和网关功能的实现，因此要注意其严谨性。目前，网络接口电路主要有MII和RMII两种模式，这两种模式可以通过对应硬件引脚配置来达到所需目的。对于物联网中串行接口电路设计，一般会选择RS232和RS485。在进行串口设计的时候，应用这两种方式，一方面可以起到节能降耗的效果，另一方面能够优化物联网系统，实现不同结构网络的互通。进行串口设计之后，还要增加一些模块，这样才能真正实现物联网网关硬件的功能。
3物联网网关软件的设计
在进行物联网网关软件的设计的时候，需要对通信接口的数据进行采集和处理，因此要对整个框架进行分层。分层之后，对不同的层要进行处理，底层要搜集数据，中间层要处理数据，实现数据的传送，并设置相应的监控模块进行监控。为了确保物联网系统的灵活性，一方面要保证不同模块之间的有机联系，另一方面要实现系统整体功能和谐统一。在本次研究中，物联网网关的设计与实现的平台主要是嵌入式系统，而不是传统的PC平台。但是，由于要优化物联网网关软件设计，还需要借助PC平台进行代码的开发与调试。
4结束语
综上所述，物联网网关的开发与设计主要采取嵌入式系统，能够满足人们生产和生活的需要。随着社会的进步和科学水平的不断提升，相信在不久的将来，物联网系统会更加完善。
参考文献：
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[3]温阳东,毕锐,周松林.基于Internet的嵌入式分布式远程测控系统的设计[J].自动化与仪器仪表,2011,10(08):158-159.
[4]王睿智.基于TC35i的远程监控报警系统的设计与实现[J].吉林工程技术师范学院学报,2013,14(01):265-267.
物联网的嵌入式技术范文4
2010年4月，经过12年的发展以及近半年的艰苦调研，在方之熙博士的领导下，英特尔在中国创建了首个全球级别的嵌入式系统研究院，这也是业界首个专注于嵌入式系统的工业研究院。随后在短短半年时间里，方博士又带领原有研究团队攻克了全新的研究领域的定义难题，还在全世界范围内招募了顶尖的科学家加入。目前，研究院已建立起强大的研究团队，全面涵盖嵌入式应用、互连嵌入式技术、嵌入式软件、嵌入式架构、嵌入式输入输出技术、先进移动技术等系统领域，“立足中国，服务中国”，致力于为全球及中国市场提供突破性的手持、消费电子及嵌入式技术。
方之熙院长一直努力推动英特尔与中国产业界、学术界、政界的合作，已分别与科技部、清华大学、无锡市政府、中国移动、广电总局等单位开展了一系列合作，并在三网融合、物联网、人机交互、LTE等热门技术领域取得了出色的成绩，有力推动了云计算、物联网、三网融合等产业的发展。方院长领导促成了英特尔与清华大学合作成立了先进移动计算技术研究中心，与无锡政府共同成立了英特尔中国并行计算中心等一系列合作项目，与中国移动合作研发了更加绿色、灵活的C-RAN无线接入网方案。英特尔中国研究院举办与参与的嵌入式研究论坛、三网融合技术研讨会等，也成为推动本地嵌入式技术合作与创新的重要平台。
2011年，在云计算、虚拟化、移动互联网等主导技术的驱动下，市场风起云涌，IT产业也迎来了一场深刻的变革。虽然中国在三网融合、互联网、云计算方面都走在前沿，但嵌入式系统的研究仍面临很多挑战。英特尔中国研究院院长方之熙博士利用他在学术界以及硅谷科技界30多年来的技术及经验积累，在中国创建了英特尔首个全球级别的嵌入式系统研究院，并快速将研究成果投入到产品开发阶段，同时联手中国的产学研合作伙伴，共同推动中国嵌入式产业进入智能、互联的新发展阶段。
履 历
方之熙 英特尔中国研究院（Intel Labs China, ILC）院长
方之熙拥有复旦大学学士学位以及内布拉斯加大学林肯分校博士学位，并在伊利诺斯大学香槟分校完成了博士后研究工作。
加入英特尔之前，方之熙曾任职于惠普研究实验室以及Convex和Concurrent计算机公司。
物联网的嵌入式技术范文5
（华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州510006）
摘要：系统以Android智能手机为操作终端，IP网络为传输介质，使用STM32F107微处理器和集成射频功能在内的STM32W108微处理器构建嵌入式网关，网关通过网络物理芯片DP83848传输操作终端的控制或查询命令，利用6LOWPAN技术传输无线传感网络的无线数据包，实现对家电终端的远程监测和控制功能。该系统解决传统家居传感器节点与互联网信息融合的问题，实验测试结果表明，系统设计合理，具有良好的可行性，有一定的应用价值和前景。
关键词 ：无线传感器网络；智能家电；6LOWPAN；STM32；Android
中图分类号：TN919.2?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）14?0101?04
收稿日期：2015?01?25
基金项目：广东省工业高新技术领域科技计划项目（2013B010401023）
0 引言
现代社会提倡节能减排，人们不良的用电习惯往往带来不必要的浪费。这就需要能够对各类用电器进行监测和控制的系统。智能家居在传统的家居环境中引入自动化控制等技术，可以解决以上问题，但是布线复杂，价格昂贵[1?2]。而物联网是当今学术和应用研究的热点之一，接入互联网需要专用的适配器[3?4]，6LOWPAN技术的提出，将IP 网络扩展到无线传感器网络成为可能[5]。本文将物联网技术运用到家电系统，在不改变旧式家电的基础上，提出在灯座插线增加转接器的非侵入低成本手段，该转换器利用6LOWPAN网络协议搭建低功耗的无线传感网络，实现对家电终端的远程监测和控制功能。
1 系统方案设计
基于6LOWPAN 的智能家电监测与控制系统框架图如图1所示，系统由手持客户终端、嵌入式网关、IPv6无线传感器网络主智能节点和从转换器节点等部分构成。手持客户终端采用Android手机，安装开发的APP软件就能通过互联网远程监测和控制家电；嵌入式网关提供互联网访问服务和转发无线传感器网络指令的功能，负责接收手机发来的指令，并将其转换为无线传感器网络可识别的指令以及转发到对应的智能节点上。
网关采用STM32W108和STM32F107双核处理器方案，STM32W108 处理无线传感器网络的6LOWPAN 数据，STM32F107处理互联网数据。嵌入式网关是整个系统的核心，担任数据格式转换和转发工作，需要很强的可靠性和稳定性[6]。无线传感器网络由主节点和从节点组成，主节点作为嵌入式网关与从节点之间数据传输的路由器，从节点嵌入到家电中，监测和控制家电状态。
2 硬件电路设计
该系统采用Android智能手机作为客户端；嵌入式网关的STM32F107与STM32W108处理器之间通过Uart接口连接；网络物理层芯片采用DP83848；IPv6 无线传感网络所有节点采用都是STM32W108处理器。嵌入式网关和IPv6无线传感网络的无线收发模块采用的都是STM32W108内部自带的RF模块，外接一个陶瓷天线构成。硬件总体框架图如图2所示。
2.1 无线传感器网络
IPv6 无线传感网络拓扑结构如图3 所示。主节点“R”和从节点“N”都采用STM32W108处理器，不同之处在于节点“N”比节点“R”增加传感器和控制电路模块。
STM32W108是意法半导体（ST）公司推出的一个完全集成的系统级芯片，该芯片集成符合IEEE 802.15.4标准的2.4 GHz 收发器、32 位ARM Cortex?M3 微处理器、flash闪存、RAM储存器和其他通用外设。在保持低功耗的基础上，采用32位ARM Cortex?M3内核，它有别于其他的8 16 位处理器，其提供更强大的处理能力，并有广泛的ARM开发工具，群体支持；芯片内部带有功率放大器，发射输出功率可达7 dBm，无需外部功放就可以获得较远的通信距离[7]。
2.2 嵌入式网关
嵌入式网关主要由STM32F107，STM32W108 和DP83848三部分电路模块构成。STM32F107也是由ST公司推出全新SMT32互联型系列控制器中的一款性能较强的产品，此芯片集成各种共性能工业标准接口，并且STM32F10X不用型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。此芯片的标准外设包括10个定时器，2个12位A/D，2个12位D/A，2个I2C接口，5个USART接口，3个SPI接口，高质量数字音频接口I2S。另外拥有全速USB（OTG）接口，2个CAN 2.0B接口和10M/100M 以太网MAC 模块。STM32F107内部自带以太网模块，以及嵌入式网关无需用户显示界面，不需要性能很高的处理器，所以选用性价比较好的STM32F107处理器。
DP83848是美国国家半导体（NS）公司生产的集成以太网控制芯片，是一种10M/100M 单路物理层以太网收发器器件，支持MII和RMII接口模式，集成度高，具有全功能、低功耗等性能。本系统采用RMII接口，配置成100 Mb/s以太网模式。
3 软件设计
3.1 无线传感器网络
节点“N”和“R”移植Contiki操作系统，Contiki系统由瑞典计算机科学研究所开发，是一个开源多任务事件驱动操作系统，专为网络嵌入式设备设计。轻量级的足印很适合内存有限的MCU。一个Contiki系统只需2 KB的RAM 和40 KB 的ROM。包含一个事件驱动的内核，使用轻量级的protothreads 进程模型，可以在事件驱动内核上提供一个线性的、类似于线程的编程风格，Contiki操作系统可运行于各种平台[8?9]。
在Windows 系统环境下，采用Cygwin 开发平台。Cygwin是许多自由软件的集合，最初由Cygnus Solutions开发，在各种版本的Microsoft Windows上运行Unix类系统。在Cygwin环境下移植Contiki操作系统，需要另外借助EWARM编译工具。安装好相应软件后，打开Cygwin软件，需要设置编译软件PATH环境变量。命令如下：exportPATH=/cygdrive/c/Program\Files/IAR\Systems/Embed?ded\Workbench\5.4\Evaluation/arm/bin：$PATH智能节点软件流程图如图4所示，智能节点上电初始化之后，处于监听嵌入式网关的状态。一旦嵌入式网关发来无线数据包，智能节点就对数据包进行解析。如果是监测家电状态的指令，智能节点就查询当前家电的状态，把数据打包之后通过射频模块发送给嵌入式网关；如果是控制指令，智能节点将会控制家电的开关状态，完成指令控制后，智能节点也会通过射频模块向嵌入式网关发送应答信号。
3.2 嵌入式网关
嵌入式网关内部有2 个独立的操作系统，其中STM32F107处理器移植μC/OS操作系统[10]，STM32W108移植Contiki 系统。操作系统之间通过Uart 协议通信，通信自定义帧格式如表格1所示。自定义帧由帧头、网络标识、节点地址与端口号、节点状态、传感器类型、节点数据、保留字节和帧尾组成，长度为16 B。通过读取节点的状态和节点数据，客户端就可以监测和控制传感器节点。帧格式保留2 B，当有更多的数据传输时，保留的字节可以直接扩展。
嵌入式网关软件流程图如图5所示，网关上电初始化之后，处于监听UDP端口信息状态，等待客户端的访问。一旦有客户端访问，需要验证客户端的远程口令是否正确。如果口令不正确，不再解析数据包，返回监听UDP 端口信息状态；如果口令正确，将会解析数据包。解析后的数据包由网关的射频模块向IPv6无线传感网络发送无线数据。在设定的时间内，不管IPv6 无线传感网络有无响应嵌入式网关，网关都会向客户端返回指令响应状态的应答信号。
3.3 Android客户端
客户端用Android手机为载体，软件设计流程图如图6所示。在登录界面用户输入嵌入式网关的IP地址、UDP端口号和远程口令，点击界面“登陆”按钮后，软件通过IP 网络向嵌入式网关发送登陆命令，如果通过嵌入式网关的远程口令验证，软件进入功能界面；如果没通过嵌入式网关的远程口令验证，软件则停留在登录界面。功能界面提供友好的操作，软件等待用户按下触屏按钮，一旦按钮被按下，软件向嵌入式网关发送相应的指令后，等待嵌入式网关响应，软件根据响应的信息更改对应的界面显示。
4 实验测试
图7为手机客户端登陆界面，输入正确的嵌入式网关IP 地址、UDP 端口号以及远程口令访问嵌入式网关。系统需要测试无线数据和互联网数据的传输。在客户端侧安装网络抓包工具，并开启手机root权限，捕获发送和接收的数据。图8为UDP数据在网络中的传输数据信息，与自定义帧格式一致。图9为客户端功能操作界面。
5 结语
本文提出一种基于6LOWPAN 的智能家电监测和控制系统的非侵入解决方案，对系统的软硬件设计进行论述，最后对系统进行测试。系统各模块正常稳定工作，实现IPv6无线传感器网络与互联网的互联，用户通过客户端可以实时监测和控制家电的目标。
参考文献
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[3] 尹育新，戎宏娜.浅谈一种全新的网络技术：物联网[J].信息系统工程，2010（2）：105?106.
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[7] 沈建华，郝立平.STM32W 无线射频ZigBee单片机原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.
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[9] 冀宇鑫，杨冬，秦雅娟，等.基于WSNs平台的Contiki通用移植方法研究[J].计算机技术与发展，2012（11）：134?137.
[10] LABROSSE J J.嵌入式实时操作系统μC/OS?Ⅱ[M].2版.北京：北京航空航天大学出版社，2010.
物联网的嵌入式技术范文6
关键词：物联网；云计算；内河航道；智能航道
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）04-0076-03
0 引 言
21世纪人类社会正步入信息时代。世界正处在一场新的技术革命之中，这场技术革命的中心就是物联网。物联网概念的本质就是将人类的经济生活与社会生活、生产活动与个人活动都放在一个智慧的物联网环境中运行。物联网为人们提供了感知中国与世界的能力，也为技术创新与产业发展提供了前所未有的机遇。
2011年1月21日国务院正式颁发《关于加快长江等内河水运发展的意见》，要求利用10年左右时间，建成畅通、高效、平安、绿色的现代化内河水运体系。为落实交通运输部“关于贯彻《国务院关于加快长江等内河水运发展的意见》的实施意见”，长江航道局2012年工作会议提出，加快数字航道和智能航道建设，到2015年基本建成长江干线数字航道，初步建成长江干线智能航道。随着长江“数字航道”建设的启动，长江航道信息化建设经历了一个快速的发展历程，在电子航道图建设、航道测量、信息基础设施建设等方面取得了一系列的成绩，已经初步具备由数字化向智能化转变的条件。要实现航道数字化向智能化的转变，就需要一系列诸如物联网、自动控制、人工智能等核心技术研究做支撑，其中物联网方面的部分关键技术尤为重要。
1 物联网的概念
物联网的概念产生于20世纪90年代，其英文名为Internet of Things（IOT），被视为互联网的应用扩展。应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。
物联网概念的兴起，很大程度上得益于ITU的年度互联网报告，但截至目前确切的说还没有形成一个公认准确的定义。根据目前对物联网技术特点的认知水平，在比较各种物联网定义的基础上，比较普遍的一种定义是：物联网是在互联网、移动通信网等通信网络的基础上，针对不同应用领域的需求，利用具有感知、通信与计算能力的智能物体自动获取物理世界的各种信息，将所有能够独立寻址的物理对象互联起来，实现全面感知、可靠传输、智能分析处理，构建人与物、物与物互联的智能信息服务系统[1]。
2 物联网关键技术
物联网的多样化、规模化与行业化的特点，决定了物联网涉及的技术种类非常多，本文需要从物联网应用系统设计、组建、运行、应用与管理的角度，将多种技术归纳为几项共性的关键技术。
2.1 智能感知技术
智能感知首先是RFID无线射频识别技术。RFID无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，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电子标签，操作快捷方便。其关键技术主要包括产业化和应用两个方面。其中，RFID产业化关键技术主要包括标签芯片设计与制造、天线设计与制造、RFID标签封装技术与装备、RFID标签集成、读写器设计等；RFID应用关键技术主要包括RFID应用体系架构、RFID系统集成与数据管理、RFID公共服务体系、RFID检测技术与规范等。
其次是传感器与无线传感器网络技术。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器技术的发展主要表现在智能传感器与无线传感器两个方向。智能传感器的关键技术主要表现在传感器的系统结构设计方面。结构设计上除了需要具备自学习、自诊断与自补偿能力、复合感知的能力，还要具有灵活的通信能力。无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点，有很多的关键技术有待发现和探索。从目前国内外研究现状来看，主要集中在以下几个方面：介质访问控制协议、网络拓扑控制与路由协议、节点定位、时钟同步、数据管理与数据融合、嵌入式操作系统和网络安全等。
2.2 嵌入式技术
嵌入式系统是一种专用的计算机技术，常作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。嵌入式技术的关键研究点主要有专用芯片设计制造、嵌入式硬件结构设计与实现、嵌入式操作系统研究、嵌入式应用软件编程技术、微机电（MEMS）技术与应用等。RFID读写器、无线传感器网络节点就是目前比较流行的微小型嵌入式智能设备。随着信息技术的快速发展，嵌入式的尖端科技比如可穿戴计算机、智能机器人等应用将会为人类社会带来更大的便利。
2.3 移动通信技术
移动通信是指通信的双方至少有一方是在移动中进行的通信，包括固定点与移动点、移动点与移动点之间的通信。例如，人们平时常见的一个用户在行进着的火车、汽车上用手机与一个固定电话或另一个手机通信，或者是两个移动的手机之间的通信都属于移动通信。移动通信系统的关键技术主要包括以下方面：宽带数字通信基础理论研究、宽带调制和多址技术、频谱利用率提升技术、无线资源管理、无线电技术、网络安全和QoS、基于Mesh自组织网络的接入网络架构体系、基于智能重叠网的核心网体系、移动通信网络协议、射频电路和电磁兼容等。4G通信技术是继3G之后的又一次无线通信技术演进，我国的自主知识产权的移动通信标准TD-LTE正式成为4G的两大国际标准之一，标志着我国首次在移动通信标准上实现从“追赶”到“引领”的重大跨越。移动通信的另一发展方向就是机器到机器（M2M）的终端通信，M2M的潜在市场不仅限于通信业，由于M2M是无线通信和信息技术的整合，它可用于双向通信，如远距离收集信息、设置参数和发送指令，因此M2M技术可以有不同的应用方案，如安全监测、自动售货机、货物跟踪等。在M2M中，GSM/GPRS/UMTS是主要的远距离连接技术，其近距离连接技术主要有802.11b/g、BlueTooth、Zigbee、RFID和UWB。此外，还有一些其他技术，如XML和Corba，以及基于GPS、无线终端和网络的位置服务技术。
2.4 海量数据处理与融合技术[2]
面对物联网数据海量、多态、动态与关联的特征，物联网数据处理需要重点解决以下几个关键技术，分别是数据格式与标准化、信息融合技术、中间件与应用软件编程技术、海量数据存储与搜索技术、数据挖掘与知识发现算法。物联网的海量数据除了来自传感器节点、RFID节点以及其他各种智能终端设备全天候产生的数据外，各种物理对象在参与物联网事务处理的过程中也会产生大量数据，在进行海量数据存储时需要数据库、数据仓库、网络存储、数据中心和云存储技术的支撑。数据融合中心对来自多个传感器的信息进行融合，也可以将来自多个传感器的信息和人机界面的观测事实进行信息融合（通常是决策级融合）。提取征兆信息，在推理机作用下，将征兆与知识库中的知识匹配，做出故障诊断决策，提供给用户。在基于信息融合的故障诊断系统中可以加入自学习模块，故障决策经自学习模块反馈给知识库，并对相应的置信度因子进行修改，更新知识库。
同时，自学习模块能根据知识库中的知识和用户对系统提问的动态应答进行推理，以获得新知识。总结新经验，不断扩充知识库，实现专家系统的自学习功能。
2.5位置服务技术
位置服务（Location Based Services，LBS）又称定位服务，是由移动通信网络和卫星定位系统结合在一起提供的一种增值业务，通过一组定位技术获得移动终端的位置信息（如经纬度坐标数据），提供给移动用户本人或他人以及通信系统，实现各种与位置相关的业务。位置服务实质上是一种概念较为宽泛的与空间位置有关的新型服务业务。位置服务关键技术主要涉及位置信息的获取方法，GPS、GIS和网络地图应用技术，以及位置服务的方法。位置信息获取目前比较主流的方法有移动移动通信定位、基于无线局域网定位、基于RFID的定位、无线传感器网络定位等。
2.6 信息安全技术
物联网信息安全技术研究目的是保证物联网环境中数据传输、存储、处理与访问的安全性。主要关键技术有以下方面：物联网安全体系结构研究、网络安全防护技术、密码学及在物联网中的应用、网络安全协议等。
物联网安全体系结构的研究主要包括网络安全威胁分析、网络安全模型与确定网络安全体系，以及对网络安全评价标准和方法的研究；网络安全防护技术的研究主要包括防火墙技术、入侵检测与防护技术、安全审计技术、网络攻击取证技术、防病毒技术以及业务持续性规划技术；密码应用技术的研究包括对称密码体制与公钥密码体制的密码体系，以及在此基础上研究消息认证与数字签名技术、信息隐藏技术、公钥基础设施PKI技术、隐私保护技术等；物联网的网络安全协议研究主要包括网络层的IP安全协议、传输层的安全套接层协议（SSL）、应用层的安全电子交易协议（SET），以及它们在物联网环境中应用的技术。
3 物联网关键技术在内河航道的应用探讨
首先，应用RFID技术可以进行通航船舶流量的统计[3]。内河航道尤其是长江中下游，船舶运量非常繁忙，如何有效地分析统计某时段通过的船舶数量、船型、吨位和实际载货量，成为一个重要课题。运用智能感知技术，在通航船舶上安装RFID电子标签，在航道上安装读卡器，RFID电子标签内记载船舶的基本信息数据，以此建立一个基于RFID射频技术的船舶状态信息采集平台，就可以很好地解决船舶流量统计问题。若将其与电子航道图系统集成，应用效果会更好。
其次，应用ZigBee无线传感器网络技术可以开展航道数据的采集，构建“感知航道”[3]。 利用航道沿线的固定监控点作为基干，建立一个有线光纤基干网络，供视频数据传输。以基干网络的各监控点为中心，在每个监控点的航道沿岸周边，建立起由ZigBee技术构成的近地、自组织、低功耗的无线自组织网络（即无线传感网）。将各种传感设备（水位、值守传感器等）通过无线传感网络以无线方式进行连接，实现航段的无线覆盖和传感器热插拔。无线传感数据通过无线传感网络由最近的监控点传入有线基干光纤网络汇聚至设在指挥中心的传感前端服务器。这样，通过感知数据的自动采集和传输，就可以在航段构建一个航道感知网络，实现自动航道感知。
第三，应用位置服务技术可以实现航道维护船舶的动态监控。将GIS地图显示技术和GPS定位技术结合，利用位置服务技术对船舶当前所在的位置数据进行采集，通过GPRS/CDMA无线通信技术采集的数据发送到航道管理中心服务器，管理中心的航道船舶监控系统实时调用位置数据对航道船舶进行远程监控，在地图上实时了解辖区维护船舶的工作动态，可以达到很好的监管效果。
另外，应用云计算技术可以实现航道数据的分析和处理。随着物联网广泛应用于航道方方面面，各种传感器、船舶终端之间不可避免会产生大量动态数据。位于终端的数据处理单元配置相对较低，处理大量数据必然会力不从心，可能会达不到要求的时效性。通过应用云计算技术，让云端处理数据并将结果回传或直接传至航道数据中心，就可以快速准确地解决航道终端数据分析和处理的问题。
4 结 语
物联网的发展具有深厚的信息技术及相关专业的技术基础，有着强烈的社会需求，是社会信息化的深化和发展，是我国两化融合的切入点。随着物联网技术在内河航道应用的逐步深入，必将为推动数字航道向智能航道的转变提供强大的技术支撑，必将加快实现我国智能水运交通事业的发展进程，必将为内河流域百姓的生产生活带来更大的便利。
参 考 文 献
[1] 吴功宜，吴英.物联网工程导论[M].北京：机械工业出版社，2012.
[2] 刘仰华.物联网数据处理技术[J].信息与电脑，2012（7）：93-94.
[3] 王迅，丰玮，胡铮.物联网在航道管理中的应用[J].中国水运，2011（12）：28-29.
