序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇物聯網的技術環境，期待它們能激發您的靈感。

篇1

基于物聯網技術的機房環境狀態監測系統可以充分地滿足實時監測機房設備狀態和機房環境的相關要求，該監測系統主要是利用電壓傳感器、電流傳感器和溫濕度傳感器等相關設備對機房內的設備開啟狀況、用電狀況和環境狀況等各種數據進行實時采集。隨后利用POE技術的網絡傳輸或者無線自組網的方式向后臺服務器實時地傳輸數據，由系統的服務器分析處理相關的數據，并進行預警。鑒于此，本文對基于物聯網技術的機房環境狀態監測系統進行了分析和介紹。

【關鍵詞】

物聯網技術；機房環境；監測系統

在計算機技術不斷發展的今天，很多行業都對計算機產生了越來越大的依賴性，目前在各個單位中計算機機房已經變成非常重要的核心業務組成部分。為此，必須要高度的重視機房的運行監控工作，從而能夠確保計算機機房能夠實現安全正常運行。現階段，很多計算機機房仍然采用視頻監控的方式進行環境監控，該方式很難自動地檢測機房的供電、濕度和溫度等關鍵的情況，一旦出現問題，無法及時有效地進行報警。為此，必須要選擇一種更加安全有效的機房環境狀態監測系統。

1物聯網技術概述

在新一代信息技術中物聯網技術屬于一個非常重要的組成部分，物聯網從含義上來說屬于物物相連的互聯網，其一共包括兩個層面的意思：①互聯網仍然屬于物聯網的基礎和核心，物聯網是立足于互聯網的一種擴展和延伸的網絡。②物聯網的用戶端擴展并且延伸到了很多物體和物體之間，能夠實現實時的信息通信和交換。物聯網的定義為：依據約定的相關協議，利用激光掃描器、全球定位系統、紅外感應器、射頻識別等信息傳感設備連接任何物體和互聯網，實時信息通信和交換，從而針對目標進行智能化的管理、監控、跟蹤、定位和識別的一種網絡技術。

2機房環境狀態監測系統的總體設計分析

該系統主要包括兩個部分，也就是后臺服務程序和前段數據采集終端等。利用自帶的傳感器采集終端就能夠對機房內的電壓狀況、電流狀況和溫濕度等進行采集，并且利用以POE技術為基礎的網絡總線或者無線自組網的方式向服務器傳輸終端采集到的各種數據，由服務器對相關數據進行處理和顯示[1]。后臺服務程序的主要作用就是分析和處理采集及傳輸回來的數據，并且在主界面上以圖表的形式顯示處理后的數據，如果機房中的電流電壓失常或溫濕度過高的情況被采集終端監測到，這時候采集終端就會將報警信息發送到后臺服務程序，然后由后臺服務程序將報警信息發送給機房的管理人員，從而將報警功能完成，見圖1。該系統主要采用了ZigBee技術，其與IEEE802.15.4標準相符合；其通信協議為TCP/IP；采用了以數據庫技術為基礎的信息管理系統，WEB頁能夠對信息進行實時的瀏覽和監控，確保管理集成化的實現；其采用了現場實時控制的方式，因此具有更高的可靠性和穩定性；具有多樣化的報警方式；具有投資少、見效快的優勢，在一些中小規模的機房管理中非常適用[2]。

3機房環境狀態監測系統的硬件設計分析

以系統的功能為根據總體設計整個系統，同時劃分好模塊，該系統一共包括以下模塊，也就是數據采集終端、ZigBee遠程無線通信模塊、ZigBee網關設備。（1）數據采集終端的主要作用就是對機房的各種數據信號進行采集，隨后利用ZigBee無線網絡向網關設備進行上傳，由網關設備在遠程服務器上的數據庫中存儲數據。在數據采集終端中傳感器是最為主要的硬件，立足于ZigBee網絡的角度進行分析，我們可以發現傳感器模塊屬于一個RFD節點，其供電方式為兩節2號電池。不同傳感器的硬件設計如下：①溫濕度傳感器：系統的溫濕度傳感器具有ZigBee無線網絡，能夠將具有較高可靠性的無線傳輸提供出來，而且不需要對專用頻道進行申請。②電壓傳感器：系統的電壓傳感器具有0～120%標稱輸入的線性測量范圍，25Hz～5kHz頻率頻響，其在交流電壓測量采樣中非常適用。③浸水傳感器：系統的浸水傳感器具有DC24V的供電電壓，<100ppm的誤報率，20～100%RH的工作濕度，0～50℃的工作溫度[3]。（2）遠程無線通信模塊：由單片機CC2430進行數據采集終端的無線通信和數據處理操作。系統在連接各類傳感器的時候是通過無線網絡的方式來實現的，而且能夠以預先設定的時間間隔為根據對無線傳感器節點的工作參數進行讀取，并且在內存中存入采集到的相關數據。為了保證遠程通信的實現，還需要擴展BigBee的通訊距離，在系統中應用了CC2591放大器芯片。圖2為結合了CC2591和CC2430的遠程無線通信模塊框圖。（3）ZigBee網關設備：作為連接有線設備和無線傳感器網絡兩者之間的一個中轉站，網關設備的最為主要的功能就是實現ZigBee網絡與以太網之間的數據交換，其能夠將查詢命令給下級的節點，同時還可以對下層節點的數據和請求進行接收，利用串口的方式將采集到的各種數據輸送到PC機中，由PC機對這些數據進行處理。ZigBee網關設備本身具有路由選擇、請求仲裁以及數據融合等一系列的功能。網關設備的實現依賴于對CC2430+PC機的使用，CC2430的主要功能就是收發和轉存ZigBee網絡的數據。PC機的主要功能就是收發以太網數據[4]。利用RS232兩者之間就能夠實現交換數據的功能。現在RS-232串口在普通PC機中能夠達到最高115kB的波特率，同時ZigBee也可以達到將近250kb的理論帶寬，這樣兩者就能夠具備大約在一個數量級的速率。由于該系統主要是對控制命令進行傳輸，因此具有相對較小的數據流量，在這種情況下就能夠匹配使用兩者。

4機房環境狀態監測系統的軟件設計分析

（1）CC2430片程序：采用無線網絡專業開發系統作為CC2430片程序的開發平臺，其屬于一種專業的開發系統，能夠使設計和開發ZigBee技術標準和IEEE802.15.4標準的無線網絡技術的需求得到滿足。其中具有多種ZigBee網絡構建必需的軟件開發和硬件開發工具，除了具有簡單的開發按鍵之外，同時還具有傳感器和液晶顯示的功能。CC2430片程序主要包括一個看門狗定時器、定時器和主程序等。其中的看門狗定時器主要是對節點的工作情況進行監控，如果有必要還需要復位節點，這樣就能夠使系統具有較高的穩定性和可靠性。定時期的主要功能就是將傳感數據定時傳輸到中心節點。主程序的主要功能就是發射無線數據，并且做好數據反饋后的后續處理[5]。（2）遠程服務管理系統：各種采集的環境數據在經過無線傳感器的網絡網關的傳輸之后，由遠程服務管理系統對其進行接收和保存，其能夠查詢和管理無線傳感器網絡的命令，而且還可以顯示機房的電壓濕度和溫度，具有查詢和分析歷史傳感器數據和變化趨勢的功能。一旦出現超出設定閥值范圍的數據，系統就會利用啟動報警器和發送手機短信等方式向機房的管理員進行通知，這樣機房管理員就可以利用手機筆記本電腦等移動終端設備和無線網絡進行交互，從而實現對無線傳感器網絡的遠程控制和數據的實時共享。

5結語

作為一種新興的技術和概念，物聯網本身具有非常強的優勢，因此在很多行業中都得到了廣泛應用。基于互聯網技術的機房環境狀態監測系統的應用能夠使機房管理人員對當前機房內設備的運行情況、溫濕度和環境進行直觀的了解，還可以在機房安全運行監測系統中全面地納入環境狀況監測系統，這樣機房管理人員可以將機房的安全運營情況更好地掌握住，確保機房實現安全、穩定、可靠的運行。

參考文獻

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[2]謝偉，楊斌.基于物聯網的機房節能測控系統設計[J].技術與市場，2011（07）.

[3]傅仁軒，肖連風.基于物聯網技術的新型數據采集與監控系統設計[J].移動通信，2011（09）.

[4]行少亮，朱波.基于物聯網的智能環境監測系統[J].數字技術與應用，2011（11）.

篇2

【關鍵詞】物聯網數據云存儲安全防護

物聯網是一種利用計算機技術、互聯網技術、通信技術、傳感技術等多種技術將物品與互聯網連接起來，以實現信息傳遞、智能識別、物品管理等功能的網絡。

隨著云計算技術受到廣泛的關注，云存儲技術也得到了廣泛的重視。云存儲可以在一系列軟件的支撐下將多種存儲設備進行整合，構成海量存儲空間空用戶使用。利用云存儲服務，物聯網供應商可以達到避免自建數據存儲中心，節約運營成本，提高服務質量的目的。

一、云存儲技術概述

云存儲技術是云計算技術的延伸，該技術通過使用多種技術手段如集群應用、網格技術、分布式文件系統等，將多種存儲設備進行整合，實現不同架構存儲設備的協同工作，供用戶進行數據存儲和業務訪問等。

二、云存儲安全中的關鍵技術分析

云存儲涉及龐大的用戶數據，其安全性能相對于傳統存儲而言更加受到重視。鑒于云存儲具有多種不同于傳統存儲的特性，對云存儲所采取的安全防護技術也不同于傳統安全防護措施。下文就云存儲中的數據加密存儲與檢索技術、密文訪問控制技術等安全技術進行分析。

2.1數據加密存儲與檢索技術

由于數據存儲在云端，故必須對數據進行加密處理，以避免出現數據的非法獲取或者出現數據泄露事故。云存儲中對數據的加密同時存在于數據傳輸過程和數據存儲過程中。

常用的加密檢索算法有線性搜索算法、安全索引算法、基于關鍵詞的公鑰搜索算法、排序搜索算法、全同態加密檢索算法等。

線性搜索算法是指對具有如下加密存儲結構的信息進行搜索。首先將明文信息加密為密文信息，然后按照關鍵詞所對應的密文信息生成一串偽隨機序列，進而由該偽隨機序列和當前密文信息生成校驗序列對密文信息進行加密。

安全索引算法則是利用加密秘鑰生成一組逆Hash序列，同時將索引放入布隆過濾器。當用戶進行檢索時，所使用的逆Hash序列會生成多個陷門進而進行布隆檢測，對返回的文檔進行解密后所獲得的數據即為所需數據。

基于關鍵詞的公鑰搜索算法則是利用公鑰對存儲數據進行加密，直接生成可用于搜索的密文信息。該算法適用于移動環境中的數據存儲與檢索需求。

排序搜索算法的實現是將數據文檔的關鍵詞的詞頻進行保序加密。當進行檢索時，首先對含有檢索關鍵詞的密文進行檢索，然后使用保序算法對密文信息進行排序，恢復明文數據。

全同態加密檢索算法利用向量空間模型對存儲信息和待查信息之間的相關度進行計算，按照詞頻頻率和文檔頻率等指標進行統計，進而使用全同態加密算法對文檔加密，同時建立索引。索引時只需要使用經過加密算法加密的明文數據即可在不回復明文信息的狀態下實現。

2.2云數據訪問安全控制分析

云存儲的網絡環境相對復雜，且受商業利益主導，云服務為保證所采取的安全機制是有效的，在不可信場景下，采用密文訪問控制技術可有效消除用戶對信息安全的擔心。常用的密文訪問控制方法有以下幾種：（1）最基本的方法為數據屬主將文件進行密鑰加密，用戶使用密鑰直接訪問服務器。（2）層次訪問控制方法則是讓用戶通過用戶私鑰以及公開的信息表推導出被授權訪問的數據密鑰。（3）重加密技術主要是利用用戶信息生成一個重加密秘鑰，使用該密鑰對已加密信息進行二次加密，生成只有指定用戶才能夠解密的密文數據。

三、總結

物聯網的發展極大的推動了云計算和云存儲的發展。云存儲技術得到飛速發展的同時，其所面臨的數據安全的挑戰也越來越嚴峻，為保證用戶信息安全必須采用高強度的數據保護技術。維護云存儲的信息安全是云存儲技術發展的基石。

參考文獻

[1]石強，趙鵬遠.云存儲安全關鍵技術分析[J].河北省科學院學報，2011年9月

[2]何明，陳國華，梁文輝，賴海光，凌晨.物聯網環境下云數據存儲安全及隱私保護策略研究[J].計算機科學，2012，39（5）

篇3

關鍵詞：環境監測；物聯網技術；應用

改革開放以來，我國的工業化進程持續加快，社會經濟得到了跨越式發展，人們的生活水平也有了顯著提高。隨之而來的環境污染和生態破壞卻制約了可持續發展的推進，人們認識到了環境保護工作的重要性，環境監測也隨之得到重視。

1物聯網與環境監測

在我國，物聯網最初被稱為傳感網，發展于2009年，現已經逐漸發展成為我國新型戰略性產業之一。物聯網融合了紅外感應、全球定位、激光掃描以及射頻識別等技術，能夠依照約定協議，實現物品與物品的相互連接，從而完成信息的傳輸和交換，以及識別、定位、跟蹤、監控等功能。物聯網包含了三個基本的組成部分，分別是信息的感知與控制、信息的傳輸以及信息的應用。信息的感知與控制主要是結合不同類型的傳感器設備或者與傳感器對應的控制器，實現與終端物品的直接接觸；信息的傳輸主要是通過感知與控制，結合信息傳播技術，將相應的數據信息傳輸到網絡終端且保證信息安全；信息應用指針對經過了錄入和傳輸，最終達到網絡終端的信息進行應用，以完成對物品的直接控制[1]。據新聞報道，“2016環保物聯網高峰論壇”在無錫舉行。論壇以“物聯網技術在環保領域的創新與應用”為議題，圍繞環保物聯網的政策走向分析、需求應用、大數據分析及標準制定等環節進行深度交流。在環境監測中，應用物聯網技術，主要是結合相應的網絡信息平臺，對環境中存在的污染物進行實時動態監測。

2物聯網技術在環境監測中的應用

將物聯網技術應用在環境監測中，能夠實現對于環境變化的動態監測，提供足夠的數據信息支持，及時發現環境中污染物質的變化情況，對于環境污染的治理有著非常顯著的作用。

2.1大氣監測

目前在大氣監測中，采用的多是固定污染源在線監測和環境空氣自動監測系統的方式，配合常規的流動性監測，能夠形成一套全面覆蓋的監測體系。固定污染源在線監測主要是在污染源排放口設置相應的監測設備，實時監測污染物的排放情況，對排放廢氣中的污染物質進行實時監測。在城市中設置環境空氣自動監測系統，按城市監控點位對環境空氣監測子站進行布控完善，結合一些常規污染物的監測指標，完成相應的大氣監測工作。通過傳感器技術的合理引用，可以對大氣中存在的氮氧化合物、PM2.5、PM10以及二氧化硫等物質的數據進行采集，并將采集到的數據經網絡傳輸到監控中心，完成對于環境空氣質量的自動監測和分析[2]。

2.2水質監測

水質檢測需要結合相應的指標，如飲用水指標、綠化用水指標、排放指標等，以確保對水污染的有效監測。在需要監測的區域設置傳感器設備，配合視頻監測技術，可以構建起相對完善的感知層，結合通信網絡，能夠為數據的傳輸提供有效渠道，結合傳感器位置信息以及采集到的各類數據信息，可以完成對于水質和污染源的全面監測，為水質的監管提供數據支撐。

2.3生態監測

通過對物聯網技術的合理應用，對監測區域劃分，確保生態監測的規范性和有序性。在分區監測中，根據實際需求，進行合理設定，布置相應的傳感器，如噪聲傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等。同時，通過數據之間的信息控制，實現單一種類數據和復合數據的有效采集與傳輸，強調數據傳輸的實時性與可靠性。

2.4海洋監測

在海洋監測中，可以借助相應的無線傳感器，合理應用傳感器節點的監測功能，實現對于營養鹽、有機磷農藥等的監測。搭配相應的無線發射裝置，可以對采集到的數據信息進行實時傳輸。利用物聯網，還可以構建相應的海洋環境智能監測系統，通過對傳感器技術的合理應用，實現對于海洋環境的全面監測，保障海洋生態安全[3]。

3黃石環境監測站中的物聯網現狀

3.1環境空氣自動站

自2005年起，黃石環境監測站按點位布局安裝了環境空氣自動站。截至目前，在沈家營、陳家灣、經濟開發區、新下陸、鐵山區、陽新縣、大冶市共建立了七個環境空氣子站，對二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、PM10、溫度、濕度、風向、風力大小等近十個項目進行日常監測。通過“國家空氣質量聯網監測管理平臺”、“湖北省環境空氣質量監測數據管理系統”為各級管理部門及時提供環境空氣質量日報、周報、月報及各類信息簡報等。

3.2大氣灰霾站

在2012年建立了湖北省9個子站之一的黃石大氣灰霾站，配有常規參數監測儀器、黑碳儀、濁度儀、大氣重金屬、揮發性有機物、激光雷達、粒徑譜儀、能見度等灰霾監測專用儀器，可以監測大氣中飄浮的重金屬、氣態污染物、顆粒物等多種污染物，達近百個項目，具有大氣顆粒物（氣溶膠）理化性質、光化學反應、邊界層氣象觀測、灰霾成分分析等多項功能。

3.3污染源在線監測

我市五個城區、陽新縣及大冶市共安裝了147套污染源在線監測系統，涉及102家企業。其中水質污染源在線監測系統89套，大氣污染源在線監測系統58套。對二氧化硫、氮氧化物、流速、煙溫、含氧量、COD、氨氮、pH、廢水流量等多個項目進行監測，通過“湖北污染源自動監控管理平臺”及時掌握監測的各項污染源有效數據。

3.4積極的意義

通過環境空氣自動監測系統、固定污染源在線監測等有效措施，實現監測數據采集、管理、存儲、處理、審核、統計、分析、和異常預警等功能，為各級環境管理部門提供足夠的數據支持。監測數據平臺子系統互聯互通正在積極的實施開展進行中，今后數據資源集中融合、開放共享，資源要素會高效流動。結語物聯網技術的存在，實現了人與人、人與物以及物體之間的信息交流，在許多行業和領域中都有著廣泛的應用。在環境監測工作中，引入物聯網技術，可以推動環境監測模式的創新，對傳統環境監測中存在的問題進行彌補，提升環境監測的實際效果。重視物聯網技術的研究，不斷提升物聯網技術的功能，可以推動環保行業的智能化發展。

參考文獻

[1]張澤偉.關于環境監測中物聯網技術的應用探討[J].科技創新與應用,2015（22）:169.

[2]陽奇.論環境監測中物聯網技術的應用[J].資源節約與環保,2013（9）:94.

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引言

我國當前最基本的民生產業，會受到農產品質量的直接性影響。在我國農業不斷發展的過程中首先要保障農產品數量，也應該將農業產品的質量以及品質進行改善，并且將農業產業的主要結構調整好，這樣可以改善環境污染、資源嚴重不足、利用率低、生產效益低下等問題，才能促進農業長期健康發展。由此可知，研究農業物聯網技術具有十分重要的意義。

1 農業物聯網技術

1.1 產生農業物聯網的背景分析

當前，在我國農業科技生產中，農業信息技術是其中十分重要的內容，現在我國農業的發展方向，主要的就是實現“農業現代化以及信息化融合”的目標，“農業物聯網”實質上就是借助相關的智能傳感設備對農業種植環境及操作過程進行實時監控，同時借助相關的數據采集設備中無線網絡系統將各個數據向信息控制中心傳送，這樣可以對農作物在生長過程中所需要的各個環境條件（如：土壤溫度、含水量、濕度、光照、病蟲發生情況以及溫度等）進行智能監測控制，并且做到及時灌溉和技術防治，也有助于達到自動檢測生態新型農業種植的效果。

1.2 在農業種植環境中物聯網技術的應用

在農業種植環境中物聯網技術的應用，主要是體現在以下兩個方面：（1）第一個方面，就是實現物聯網有效監管農產品的質量安全。在應用農業物聯網技術的過程中，常常會有效地應用著很多其他技術，例如：網絡平臺技術、物聯網中間件、傳感器網絡、條形碼、電子標識等，這樣可以實現農產品生產、交易信息、儲運的實時監控以及透明化，這樣也更加有助于實現農產品全程的管控追溯，有效地保障農產品的質量安全。（2）實現物聯網智能化管理農業種植，在種植過程中，安裝智能控制的系統，這樣可以實時監測整個農作物種植環境中所需參數，按照參數變化狀況總結最佳生產農作物的環境條件，把握農作物生產的環境要求，在無線傳感器節點應用中獲取生物信息的方法，掌握更多有效地精準調控溫室的科學依據[2]。

2 農業物聯網種植環境監控系統設計

2.1 監控農業物聯網種植環境系統的主要技術

在控制系統監控農業種植環境的過程中，會有效地應用物聯網技術，其中主要的技術有兩個方面：第一個方面，就是在感知層采集以及感知無線數據；第二個方面，就是借助遠程智能化控制網絡傳輸層的計算機來分析收集的數據，對作物生長過程中必需的水分、溫度以及空氣等進行有效的控制，這樣更加有助于創造更加精準的農業種植方式[3]。

2.2 構建監控農業物聯網種植環境的系統

在我國農業種植的環境中應用的關鍵技術就是物聯網技術，這樣就能夠適時有效地監控種植農業作物的主要環境，其中比較重要的部分就是：感知層：采集以及感知相關的數據，達到種植農業作物環境中科學合理的光照、空氣濕度、空氣溫度、土壤濕度，以及將實時感知自動灌溉系統的數值向ZigBee 協調器節點上進行傳輸；實時感知自動灌溉系統的應用主要是有效地將出現的相關數據采集，并且進行信息處理以及存儲，甚至是按照下達的控制指令，有效地為客戶提供的決策以及分析的主要依據，這樣客戶就能夠隨時隨地借助電腦等終端進行信息數據的查詢[4]。

2.3 構建監控農業種植環境的系統

在構建監控農業種植環境的系統中，最主要的兩部分構建系統有構建的系統軟件以及構建的系統硬件：第一部分，就是構建的系統軟件，設計系統軟件的主要工作就是設計ZigBee 協議棧的程序，以及設計傳感器節點的程序。第二部分，就是構建的系統硬件，主要有（1）電源板，很好地連接著傳感控制模塊以及無線節點模塊并且還可以將電源提供給系統。（2）控制以及傳感模塊，要有光照強度、濕度傳感器，以及溫度傳感器。（3）無線節點模塊，ZigBee 主要是應用在低功耗以及低成本的射頻中，其中有傳感節點以及網關協調器[5]。

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【關鍵詞】物聯網 ZigBee CC2430 B/S架構

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）06C-0184-03

近年來，被看作信息領域一次重大的發展和變革機遇的物聯網技術得到了快速的發展。“物聯網”的概念由美國麻省理工學院自動識別中心（Auto-ID）提出，主要以無線傳感器網絡和射頻識別技術為支撐。物聯網被認為是繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮，也被世界各國作為未來經濟發展的主要增長點。

物聯網可應用于智能家居、智能農業、智能交通、智能電網、智能安防、智能醫療等領域。隨著近十年世界范圍內的IT產業快速發展，相應的傳感技術、通信技術和計算機技術也取得突飛猛進的發展。我們國家居民生活水平顯著提高，對與自己息息相關的家居環境也有了新的、更高的要求。設計一種新型的家居環境智能監控系統模型，實現了對家庭溫度、濕度、亮度和煤氣濃度的動態監控，用戶能夠設置家居內相應時段不同的溫度、濕度、亮度，系統會依據用戶設置自動監控家居狀態，滿足日常生活。該系統模型比傳統的使用本地智能網關控制或家居內計算機控制的智能家居模型更加便捷、實用、高效，在系統日常維護、平臺移植與擴展、大數據管理等方面具有明顯優勢。

一、系統總體方案設計

一般認為物聯網典型的技術體系結構分為感控層、網絡層、應用層三大層次，本文設計的家居環境智能監控系統的整體設計方案如圖1所示，整個系統結構分為三層，分別負責家居內基礎信息的采集和外設控制、系統內數據信息的傳遞、系統數據信息的管理和系統功能應用等功能。圖2為該系統的硬件結構示意圖，用戶家居處于感控層中，主要包括家居內環境參數采集和控制的相關傳感器和設備，網絡層是一個智能網關，負責數據透傳，應用層是本系統服務器，負責接收和處理網絡層上傳的數據，向感控層發送數據，大數據存儲與管理等。

二、感控層的設計與實現

家居環境智能監控系統的感控層在功能上分為兩部分：一是數據采集與執行。數據采集主要是運用傳感器對家庭內的溫度、濕度、亮度、煤氣濃度狀態進行基礎信息采集。執行主要是負責接收和解析系統服務器發送來的控制命令，讀取或改變相應外設（如燈具、空調等家電）的工作狀態。二是短距離無線通信。短距離無線通信主要用來完成像家居內這種小范圍內的多個物品的信息集中與傳遞。由于無線短距離通信技術具有靈活安裝、可移動性強等特點，使其越來越多地被應用于智能系統中。目前技術比較成熟和常用的無線短距離通信技術有：Bluetooth、ZigBee、Wi-Fi、超寬帶。本設計選用了ZigBee無線通信方式，它相比其他幾種通信方式具有低功耗、低成本、低速率、近距離、短時延、高容量等優勢。

ZigBee協議的物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規定，可工作在2.4GHz、868MHz和915 MHz共3個頻段上。ZigBee網絡中的設備可分為協調器（Coordinator）、匯聚節點（Router）、傳感器節點（EndDevice）三種負責不同功能的角色。無信息傳輸時，傳感器節點可處于休眠狀態，當有信息傳輸時可自動喚醒進行數據傳遞，多節點以接力的方式傳遞信息，通信效率非常高，但功耗很低。ZigBee網絡拓撲結構有星型、樹型和網狀三種。為滿足穩定性要求，本設計選用了網狀拓撲結構。

根據家居環境智能監控系統內網和ZigBee技術的特點，本設計中的ZigBee無線網絡主要由路由器節點和協調器節點兩種節點類型組成。其中路由器節點不僅負責家居環境內相關數據（溫度值、濕度值、亮度值、煤氣濃度值、設備工作狀態值等）的采集，還負責網絡的管理與節點間的數據傳輸，控制外設的工作狀態；協調器節點主要負責網絡的建立、各路由節點的管理、數據的處理以及對外的接口。

本系統所采用的設備是搭載有TI/Chipcon公司生產的用于2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee片上系統解決方案CC2430芯片的節點，負責家居內所有信息的采集、傳遞和外設控制。

三、網絡層的設計與實現

網絡層負責數據在系統感控層和應用層之間快速、安全、可靠地傳送。網絡層的通信功能主要由智能網關負責，使用Socket通信方式。由于因特網的通信特點，該智能網關需要設置靜態IP，同時工作于服務端和客戶端兩種模態下。工作在服務端模態下時，主要是接收系統服務器發送的數據（網關自動判斷是否是本網關需要接收的數據，主要由通信協議中包含的IP地址決定），并將數據解析后發送至本網關連接的家居監控網絡中。工作在客戶端模態下時，主要是接收到感控層上傳的信息后，主動連接系統服務器，將信息發送至系統服務器。

由于智能網關連接了互聯網和ZigBee網絡兩個網絡，因此為保證數據正常傳遞，智能網關必須能夠進行ZigBee協議和TCP/IP協議之間的轉換。本設計中采用協調器和網關通過串口直接連接，先由ZigBee硬件完成ZigBee協議與RS-232協議的轉換，再由網關實現RS-232協議與TCP/IP協議的轉換，最終實現TCP/IP協議和ZigBee協議的高效轉換，智能網關工作流程如圖3所示。

四、應用層的設計與實現

系統應用層是整個系統的“大腦”，主要功能是完成網關上傳的數據的接收、匯總、互通、分析、決策，數據下發等功能，是整個系統的控制和決策中心。根據物聯網關于應用層的定義，本設計的應用層具體包括兩部分：一個是系統服務器；另一個是終端設備。系統服務器負責所有數據的接收、分析、存儲、修改，根據控制算法進行決策和控制命令發送等。終端設備是電腦、智能手機等智能終端，用戶可通過這些設備搭載的Web瀏覽器訪問系統服務器的網站站點，實現系統功能的使用，而不再是傳統的在終端上安裝相應的軟件，這就大大降低了對用戶的硬件要求，增強了系統的實用性。

系統服務器由Web站點服務器、業務處理服務器、數據庫服務器三部分組成，分別完成Web頁面、數據接收和控制決策、數據管理等功能，如圖4所示即為系統服務器的架構圖，三個服務器是分別設計和獨立運行的，但又是相互關聯的，其中業務處理服務器與Web服務器通過數據庫服務器進行連接和數據交換。

（一）Web服務器

為減輕客戶端的負擔，增加系統實用性，Web服務器的設計采用了目前流行的瀏覽器/服務器（browser/server，B/S）結構模型。B/S結構下的應用程序、邏輯處理和數據全部集中安放在Web服務器上，而用戶只需要統一使用瀏覽器即可訪問Web服務器，通過用戶界面使用本系統功能。

系統采用的是Microsoft的Web服務器Internet Information Server（IIS），網站開發技術使用的是。技術具有很高的頁面處理速度和運行效率，節省系統資源，完全面向對象，具有平臺無關性且安全可靠，特別適合應用于頁面和遠程系統服務器之間數據交互比較頻繁的系統。數據訪問采用了與同一框架（.NET Framework ）下的技術，實現Web服務器與SQL Server 2008數據庫的數據交互。確保了Web服務器能夠根據用戶的需求快速、準確地訪問到數據庫，實現數據的存儲、查詢、更新和刪除等操作。

（二）數據庫服務器

本系統的數據庫服務器采用Microsoft SQL Server 2008設計，主要負責存儲和管理系統內的所有數據，具體操作由Web服務器和業務處理服務器調用。數據庫服務器共設置了用戶信息管理模塊、用戶設置管理模塊、室內環境狀態管理模塊和設備狀態管理模塊四個模塊。數據庫服務器是一個“被動”服務器，只負責數據的存儲和管理，存儲的數據是由業務處理服務器或Web服務器寫入、刪除或修改。

（三）業務處理服務器

業務處理服務器工作于服務端模式，向智能網關開放服務器端的IP和端口，時刻偵聽智能網關是否有數據上傳。接收數據后，會進行數據包的解析、數據類型分析、數據提取、邏輯處理和控制決策。其中的業務處理功能可分為兩個部分：第一部分是將系統感控層上傳來的數據或處理結果準確存儲到數據庫中，保障業務處理服務器程序和Web服務器程序進行合法查詢；第二部分是系統輪詢服務，系統能夠實時不斷地查詢所有用戶的設置信息，根據用戶設置和當前家居狀態進行控制決策，判斷當前系統時間是否到達用戶設置的某個子狀態的更改時刻，如果滿足條件，會根據用戶設置更改和控制家庭內部的環境狀態。業務處理服務器運行界面如圖5所示。

在實驗室條件下，經過實際測試，該系統能夠智能、穩定地工作，達到預期目標，如圖6所示。采用三層架構的系統模型的結構十分清晰，既可節約投資成本，又方便維護、升級和改造。此外，可將系統服務器移植到云平臺（如微軟Azure云平臺、IBM云平臺、新浪云平臺等），借助云平臺強大的計算和存儲能力，能夠在處理和儲存能力、穩定性、安全性和可移植性上獲得高幅提升，具有較好的應用前景。

【參考文獻】

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