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摘要：进行基于物联网环境的工业工程实验系统意义显著，将物联网技术、工业工程理论知识与方法二者有机融合，根据高校工业工程相关专业的课程设置及阶段实验要求，可以搭建从结合各种传感器技术的“数据采集层”，到整合Zigbee网络、无线局域网乃至互联网的“网络层”，以及PC、手机等终端设备上的“用户层”，其中涉及到物联网方方面面技术的、全功能的物联网综合实验，提高了工业工程专业学生实践能力。
关键词：物联网；工业工程；综合实验；Zigbee
中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）18-0267-02
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是继计算机互联网之后又一次信息浪潮，将物和传感网、网关、互联网智能连成一体，形成网络形态，在物联网领域，运用范围非常广泛，像智能电网、智能家居、智能医药、智能物流等，成为未来发展的重点方向。全国高校工业工程实验室能满足工业工程基础、人因工程、设施规划与物流、生产计划与控制等专业课程基本实验要求。但目前普遍存在技术先进性不够、实验内容内在关联性及系统性不够、综合创新性实验不多等问题。因此，如何紧随现代信息技术的发展要求，突出工业工程专业特色，系统有效整合工业工程实验室资源，设计面向工业工程的智能物联综合实验显得尤为必要。
一、智能物联综合实验框架
物网环境下的工业工程实验系统的具体实施过程如下：基于物联网环境的工业工程实验系统总体规划、基于物联网环境的工业工程实验内容设计、面向工业工程专业的物联网实验平台构建、基于物联网实验平台的实验项目组织，其框架和培养目标如图1所示：
二、实验内容设计
结合工业工程已有的课程、培养目标及其实验项目，可以进一步设计开发出智能家居、智能能源、智能环境、智能农业、智能交通等基于智能物联的综合工业工程实验内容，对学生规划能力、设计能力、分析能力、优化能力、组织能力、控制能力、决策能力、信息技术能力的具体提升如图2所示。
三、基于智能物联综合实验平台的项目组织
实验过程中，针对自行车、收音机等各种产线产品，学生开展分组实验，学生间既有分工也有合作，进行装配线设计、程序设计、岗位设计、生产组织与控制、结果分析与优化等各环节，整个过程强调小组成员的“自设计、自组织、自优化”综合能力与创新能力的训练。如图3所示。实验教学的数字化、网络化，训练了学生现代IE（IT+IE）技能，提高了学生规划、设计、分析、优化、组织、控制、决策和信息技术应用能力，提高学生综合应用现代信息技术及工业工程理论方法解决工程实际问题的能力，调动了学生的积极性，实验效果较好。
四、基于物联网环境的工业工程实验系统实施效果与特色
智能综合实验最大的特点就是将RFID、传感器技术、Zigbee、WIFI、TCP/IP与编程技术进行了整合，同时结合工业工程理论与物联网技术，将物联网的RFID标签与传感器的“采集层”、Zigbee与GPRS网络“网络层”及PC与互联网中的“用户层”进行分析，适合高校“工业工程专业”对物联网技术进行全面深入了解。
参考文献：
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收稿日期：2016-11-26
【关键词】物联网，感知技术
1、感知技术分析
物联网的架构分为感知层、网络层和应用层，本文将感知层涉及的相关技术统称为感知技术。感知技术是物联网的基础，它跟现在的一些基础网络设施结合能够为未来人类社会提供无所不在、全面的感知服务，真正实现所谓的物理世界无所不在，物联网联接的对象包括智能装置及通过传感器感知的整个物理世界。物联网感知层涉及的技术众多，这里对自动识别技术、传感技术、定位技术、传感网标准作简要分析。
1.1自动识别技术。自动识别技术是以计算机技术和通信技术为基础的一门综合性科学技术，是数据编码、数据标识、数据采集、数据管理、数据传输的标准化手段。包括条码识别技术、射频识别技术、语音识别技术、生物特征识别技术、图象识别技术、OCR、磁识别技术等。自动识别技术要素是标识与识读，物联网中用标识代表连接对象，具有唯一数字编码或可辨特征，识别分别是数据采集技术和特征提取技术，标识编码和特征的唯一性、统一性对物联网应用至关重要。每一种自动识别技术的固有特性都使应用具有优势和限制，许多情况下必须多种技术、多种手段并用，来满足实际应用需要，如：条码和RFID就经常联合采用。
1.2传感技术。传感器将物理世界中的物理量、化学量、生物量转化成供处理的数字信号，从而为感知物理世界提供最初的信息来源。感知的对象包括温度、压力、流量、位移、速度等。物联网感知层除了有传感器，还有执行器和控制器，通过通信模块与网关互联或先行组网与网关互联，包括传感网、工业总线等。IEEE 1451传感器接口标准规定了智能传感器的通用接口命令和操合，一定程度上解决了当前工业总线标准不统一问题，降低了传感网应用集成开发的难度。目前市场上智能化、网络化的传感器种类和功能都有成长，随着技术进步体积和成本呈下降趋势。
1.3定位技术。可应用于物联网的定位技术分为卫星定位、无线电波定位、传感定位等。卫星定位技术有GPS、GLONASS、北斗等。美国GPS技术比较成熟，且广泛应用。我国的北斗卫星导航定位系统也已经取得较大进展，中国北斗导航定位系统预计2020年前后覆盖全球，但目前北斗系统的并发容量、定位精度和终端成本还有待进一步发展。俄罗斯的GLONASS也在从新布网，但竞争力还无从判断。
无线电波定位主要是蜂窝移动通信系统的小区定位技术，运营商提供小区定位服务，但定位精度与GPS有差距。
另外，可利用物联网感知层进行定位，如利用RFID传感、车牌，集装箱图像识别等也可感知物体的位置。
1.4传感网标准。传感网就是感知设备组网，通常是指由大量传感器节点构成的无线传感器网络，是物联网应用的重要技术和建设热点。传感网与通信网的融合，实现人与物、物与物的互联，形成物联网。如此多种类和数量的物理设备整合，需要相应的技术标准和行业标准。ITU是最早进行传感网标准化的组织之一。ISO/IEC JTCl正式成立传感网标准化工组（WG7）。我国成立了国家传感器网络标准化工作组，积极参与国际传感网标准化工作，具有较高的话语权。作为物联网的关键技术之一，国际国内传感网技术标准工作正在进行当中，将不断有新标准出台，其对能建立什么样服务价值链的产业链规模意义非凡。
2、未来物联网技术可应用地震抗灾
在未来的物联网时代，人与物、物与物的时刻相连与动态感知，以及智能决策和泛在应用，使城市减灾救助服务工作的重点前移，从灾后救助逐步转移到以防为主的感知预警。可以说这是革命性的转变，大大减少了灾难的发生，从被动应急救助逐步转向主动的预警防灾。物联网在救灾中的应用给灾难救援带来极大的便利。
随着自然环境的恶化，自然灾难在近几年频繁出现，而作为新兴技术的物联网技术，在面对灾难时也将更多的应用到灾难的预防与救援当中，RFID、无线传感、GPS全球定位、条码技术等在各种自然灾害面前都发挥着各自的作用，为人们的生命财产安全提供很好的技术保障。
在时间就是生命的灾难面前，物联网技术为在各种情况下的突发事件，赢得了更多的应急和救援时间。那物联网技术具体在灾难中有哪些作用呢？对人们生命财产安全的保护又能起怎样的作用呢？下面浅谈物联网技术在灾难中的各种应用。
早在几年前，英国研究者已开始研究使用RFID和传感器来监控地震中的房屋，他们把已建成在希腊的原型称为“自治愈”房屋。这种房屋在墙中专门设计了缝隙空间，并且墙体中加入了可在强压下变为流体的材料。如果受到地震引起的压力，流体回流到缝隙中，不会对固体墙面产生影响。其结果是，房屋依旧存在，但可能会移动位置。如果建筑没有坍塌，通过RFID和传感器收集的数据会用来判别位置偏移量。此外，建筑中的RFID标签和传感器可以共同构建一套警报系统，来预警即将到来的地震。
作为物联网的核心技术，在灾难中的RFID的识别和引导作用应用较大，而物联网的其他技术也大有用武之地。在长江三峡库区特殊地带滑坡灾难监测预警中，无线传感器网络（WSN）技术得到了很好的应用，利用各种传感器实时采集信息，通过无线的方式将信息传输给控制中心，能够解决布设有线监测系统的缺陷，而且适用于GMS网络信号无法覆盖的偏远山区滑坡灾害监测。正是由于WSN本身的冗余性、无线性、网络的自组织性，而具有较强的抗破坏能力，可以在基础通信设施可能被毁坏的情况下，完成一定的通信任务，所以WSN技术才能成功应用到滑坡危险地带的灾难监测预警中。
类似的用于地质监测的物联网技术，还有对瑞士阿尔卑斯山地质和环境状况的长期监控有应用，监控现场不再需要人为的参与，而是通过无线传感器对整个阿尔卑斯山脉实现大范围深层次监控，包括：温度的变化对山坡结构的影响以及气候对土质渗水的变化。所搜集到的数据除可作为自然环境研究的参考外，经过分析后的信息也可以作为提前掌握山崩、落石等自然灾害的事前警示。
摘 要：物联网是继互联网之后，又一个改变人类生活形态的重大产业革命，因其巨大的应用前景而受到广泛重视。本文在传统物联网概念的基础上，重点描述了物联网的体系构成及物联网的关键技术，结合在智能家居上的应用方案，介绍了物联网的典型应用，最后提出了物联网标准化的问题。
关键词：物联网； 智能家居； 关键技术； 标准化
0 引 言
物联网是在已有的互联网、电信网和广电网发展的前期基础上，将互联互通的网络概念进一步扩展到生活当中的各个实体物质当中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到日常生活设计的一切可能物体中，通过这些物体网络连接，形成物联网，从而使得人类社会真正步入智能化和统一化的时代，各种物品之间均可以实现自由的交流，形成一个完全拟人化的智能世界。
世界主要发达国家都从国家战略的高度来大力推动物联网的发展，我国政府也高度重视物联网的发展[1]。我国“十二五”规划中已明确将物联网作为战略性新兴产业来培育发展，将建设物联网应用示范工程列为战略性的新兴产业。
同时物联网为智能家居的发展提供了可靠的技术条件，使智能家居成为可能，表现在：物联网所包括的射频技术、计算机技术、网络通信技术、综合布线技术、信息协议交换使得物品具有数据化的身份标识，借助家庭网关[2]，数据可以在电信网、互联网、广电网上对内和对外流动。如今的智能家居集安全防护、方便时尚和健康生活三大生活家居产品为一体，早已打破仅局限于室内开关遥控的模式，让居室安全和家庭健康也智能起来，智能家居是物联网技术应用生活的具体表现，使一个抽象概念正逐步转变成现实应用。
1 物联网与智能家居
1.1 物联网
目前我国对物联网还没有一个统一的标准定义，但从物联网本质上看，物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一起，构成未来互联网。
物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：
（1） 互联网特征：对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；
（2） 识别与通信特征：纳入物联网的“物”要具备自动识别及物物通信（M2M）的功能[3]；
（3） 智能化特征：网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。
1.2 物联网参考架构模型
中国移动在物联网组网方面的工作进展较快，提出的感知层、网络层和应用层的物联网三层体系架构模型，是构建多应用互联互通、信息共享的基础。在这个体系架构模型中，提出了物联网信息中心和管理中心的概念[4]。
从技术架构上来看，物联网三层结构的组成和功能如下：
（1） 感知层：由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获取识别物体、采集信息的来源，负责完成感知、识别物体，采集、捕获信息。
（2） 网络层：由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息，具备网络运营和信息运营的能力。
（3） 应用层：物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用[5]，将物联网技术与行业应用相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集。
1.3 智能家居应用方案
如今，家庭内部里的许多家用设备形式越来越多样，有些设备本身就具备遥控能力，比如空调、电视机等，有些则不具备这方面能力，比如热水器、微波炉、电饭煲、冰箱等。而这些设备即使可以遥控，对其控制能力、控制范围都是非常有限的。并且这些设备之间都是相互孤立存在的，不能有效实现资源与信息的共享。随着物联网技术的发展，特别是物联网网关技术的日益成熟，智能家居中各家用设备间互联互通的问题也将得到解决[6]，如图1所示。
智能家居集安全防护、方便时尚和健康生活三大生活家居产品为一体，集中在以下应用：
（1） 家庭安防中心：家庭安防设备，如摄像头、红外探测器、烟雾探测器等，一旦接入物联网，主人就可以在任何时刻任何地点了解家里的安全动态。
（2） 家庭医疗中心：家庭若有老人和小孩，可在合适位置安放摄像头，了解他们的状况。家用医疗器械，如血压计等连接物联网，与社区医院联网，方便医生实时了解病人的身体状况，及时做出治疗。
（3） 家庭数据中心：家庭里的大量数据资料，如电影、音乐、游戏等，可以通过物联网，海量存储到网络数据服务器上，方便随时查看。
（4） 常用的家庭信息，如天气预报、咨询信息等可以通过连接入网的家庭终端设备及时了解到。
（5） 家庭商务中心：商务中心可以完成一系列的，如缴费、支付、购物的任务，让主人可以足不出户完成各种琐碎的日常生活。
智能M2M家用网关负责家用设备的各类信息的采集，同时通过无线网络和Internet把信息上行传送到物联网管理中心，各类用户可以通过物联网管理中心的Web应用服务访问到各自关心的家用设备信息。另一方面，用户可以借助物联网管理中心的设备访问应用服务，实现对各类设备进行远程控制的目的，这些控制包括简单的设备开、关、模式及参数调整等，同时还包括了终端设备嵌入式应用的版本升级、设备远程诊断等[7]。
2 关键技术与待解决问题
综合物联网参考模型[4]和智能家居结构（见图2）可以看出，物联网应用的开展需要解决以下技术及问题：
（1） 物体属性标识：属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要由传感器实时探测；
（2） 物体属性识别：需要识别设备实现对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；
（3） 物体信息的传输与处理：将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可能是分布式的，如家里的电脑或者手机，也可能是集中式的，如中国移动的IDC），由处理中心完成物体通信的相关计算。
2.1 感知层技术
数据采集是物联网实现“物物相联，人物互动”的基础。采集设备一般采用嵌入式系统，为了获得各种客观世界的物理量，如温度、湿度、光照度等等，传感器技术也是数据采集技术中的重要一支。因此，物联网的数据采集技术包括传感器技术、嵌入式系统技术、采集设备以及核心芯片。
ECP提供了一套较完善的产品电子代码编码方法，实现对物理对象的惟一标识。RFID作为一种射频自动识别技术[8]，通过物品标签与阅读器之间的配合，可以基于计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享，为物联网中物品的身份标识提供技术支持。ECP标签中存储着数据格式规范的信息即对物品静态信息的描述，通过RFID阅读器将物品的属性信息自动采集到系统中，实现对物品的自动识别并按照一定的要求完成数据格式转换通过无线数据通信网络传递到数据处理中心，便于后续的管理和使用。
智能信号处理将对采集设备获得的各种原始数据进行必要的处理，以获得与目标事物相关的信息。首先获得各种物理量的量测值，即原始信号。之后通过信号提取技术筛选有用信号，通过调理提高信号的信噪比；高信噪比的信号通过各类信号变换，在映射空间上可以进行信号的特征提取。借助于信号分析技术，如特征对比、分类技术，可以将各种特征信号对应到某一类的物理事件。在物联网的信号处理技术中，以多物理量检测、信号提取、信号调理、信号变换、信号分析为核心关键技术。
2.2 网络层技术
为了实现物联网的普适性，终端感知网络需要具有多样性，而这种多样性是通过通用物体通信协议来保证的。由于终端感知节点并不是固定组网，为了完成不同的感知任务，实现各种目标，节点组网技术必不可少。终端感知设备之间的通信不能采用传统设备的通信协议，因此需要自适应优化网络协议。同时终端设备的低处理能力、低功耗等特性，决定了必须采用轻量级和高能效的协议。
智能家居系统的终端网络通信的数据传输量小，无需太大的传输速度，但是要求信息交换实时性强，延时段，同时还要求网络的容量大，以满足家庭中的各种家电设备。ZigBee的技术特点决定了其能很好地满足智能家居网络的上述需求[9]，特别是具备自组织、自愈能力，这样的无线通信技术是智能家居系统理想的通信方式。
物联网以终端感知网络为触角，以运行在大型服务器上的程序为大脑，实现对客观世界的有效感知以及有利控制。其中连接终端感知网络与服务器的桥梁便是各类网络接入技术，包括 GSM、TDSCDMA等蜂窝网络，WLAN、WPAN等专用无线网络，Internet等各种网络。物联网的网络接入是通过网关来完成的。
物联网是在现有计算机互联网的基础上，利用RFID技术实现对物品的电子标识，然后再利用无线通信等技术接人互联网，构造一个覆盖世界上万事万物的网络，并实现网络中物品与物品或人与物品之间的“交流”。因此，因特网技术是物联网的技术基础，或者说，物联网是因特网技术在应用范围上的一个由人及物的拓展，因特网主要解决物联网中传感器节点感知信息的传输与共享问题。
物联网的最终发展形态一定具有“泛在网络 ”的特点，方便人们随时、随地与目标对象进行通信，因此，无线通信技术的应用是必不可少的一种通信技术手段。事实上，目前物联网所涉及的RFID或传感器网络等核心技术中都融合了无线通信技术，也只有无线通信技术的应用，才能将物联网的构想变为现实，同时达到其低成本和易于实现的目标。
2.3 应用层技术
物联网以终端感知网络为触角，深入物理世界的每一个角落，获得客观世界的各种测量数据。同时物联网战略最终是为人服务的，它将获得的各种物理量进行综合、分析，并根据自身智能合理优化人类的生产生活活动。
物联网的支撑设备包括高性能计算平台、海量存储以及管理系统及数据库等。通过这些设施，能够支撑物联网海量信息的处理、存储、管理等工作。
物联网的应用需要智能化信息处理技术的支撑，主要需要针对大量的数据通过深层次的数据挖掘，并结合特定行业的知识和前期科学成果，建立针对各种应用的专家系统、预测模型、内容和人机交互服务。专家系统利用业已成熟的某领域专家知识库，从终端获得数据，比对专家知识，从而解决某类特定的专业问题。预测模型和内容服务等基于物联网提供的对物理世界精确、全面的信息，可以对物理世界的规律（如洪水、地震、蓝藻）进行更加深入的认识和掌握，以做出准确的预测预警，以及应急联动管理。人机交互与服务也体现了物联网 “为人类服务”的宗旨。人机交互提供了人与物理世界的互动接口[10]。物联网能够为人类提供的各种便利也体现在服务之中。
数据智能处理是实现以数据为中心的物联网的核心技术。包括数据汇聚、 存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术。数据汇聚包括实时、非实时物联网业务数据汇总后存放到数据库中，方便后续数据挖掘、专家分析、决策支持和智能处理。
2.4 数据安全与运营管理
由于物联网终端感知网络的私有特性，因此安全也是一个必须面对的问题。物联网中的传感节点通常需要部署在无人值守、不可控制的环境中，除了受到一般无线网络所面临的信息泄露、信息篡改、重放攻击、拒绝服务等多种威胁外，还面临传感节点容易被攻击者获取，通过物理手段获取存储在节点中的所有信息，从而侵入网络、控制网络的威胁。涉及到安全的主要有程序内容、运行使用、信息传输等方面[11]。
从安全技术角度来看，相关技术包括以确保使用者身份安全为核心的认证技术，确保安全传输的密钥建立及分发机制，以及确保数据自身安全的数据加密、数据安全协议等数据安全技术。因此在物联网安全领域，数据安全协议、密钥建立及分发机制、数据加密算法设计以及认证技术是关键部分。
由于终端感知网络的节点众多，因此必须引入节点管理对多个节点进行操作。其中包括以使终端感知网络寿命最大化为目标的能量管理，以确保覆盖性及连通性为目标的拓扑管理，以保证网络服务质量为目标的QoS管理及移动控制，以实现异地管理为目标的远程管理技术，同时包括存储配置参数的数据库管理等。
作为物联网应用不可或缺的组成部分，数据库负责存储由WSN或RFID收集到的感知数据，所用到的数据库管理系统可选择大型分布式数据库管理系统。管理系统能够将已存储的数据进行可视化显示、数据管理（包括数据的添加、修改、删除和查询操作）以及进一步分析和处理（生成决策和数据挖掘等）。
2.5 物联网标准问题
物联网是一个新颖的概念，所涉及的技术和包罗的对象十分丰富。虽然，当前世界上有相当数量的国家和技术力量正在积极地从事着物联网方面的研究工作，但物联网本身还存在着待解决的缺乏完整的标准体系问题，如国内物联网存在的主要问题就包括“关键技术有待突破、研发力量比较分散、体系架构尚未建立、标准不统一”等。只有标准化问题解决好了， 便捷而高效的互
联互通才有可能实现。
3 结 语
目前我国的物联网智能家居并没有完全的实现，也没有大规模的应用到家居的各个环节中，究其原因不但和产品成本较高有关，也和互联网的安全性有关。
物联网的技术推广成为推动智能家居发展的催化剂，智能家居系统逐步朝着网络化、信息化、智能化方向发展，智能终端设备的产品也逐步走向成熟，尤其以ZigBee为代表的先进技术应用，使得物联网通信技术往无线方向发展，也从一定程度上降低了产品的成本，更容易推广和接受。同时加强网络安全机制，保护个人信息，才能真正让互联网技术造福于人类。
参 考 文 献
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【关键词】J2EE技术 物联网 网络架构
1 J2EE平台技术
J2EE 作为一种应用规范，包含了 Javascript、Jsp、Ajax、JavaBean、Servlet、EJB、Jdbc、JMS、SOA、JTA、远程调用RMI、事务、安全、容器、中间件、数据库以及开源的组件。J2EE在架构网络框架中被广泛应用，其中J2EE技术内部解决框架技术丰富，组要包括Ajax框架、展现层框架Struts、业务逻辑框架Spring、对象关系映像框架Hibernate、Ibatis、消息驱动Bean的异步消息处理框架等，SOA规范的轻量级如Hessian组件，重量级Websevice组件；另外J2EE技术包含了异常错误、日志处理Log4j组件、Applet客户端组件等等，J2EE技术作为网络应用技术，得到广泛应用，尤其在架构物联网中间层的应用更为突出，J2EE的三层架构如图1所示。
2 物联网技术的概述
物联网（Internet ofThings）最早是有美国麻省理工学院一些研究人员提出的，这种技术也被称作射频识别（RFID）技术的延伸和拓展应用。物联网通过互联网技术，结合通信协议，对物品详细信息进行智能标识，并且利用互联网技术，可以实现这种智能识别在线实时共享、数据传输，物品交易等。2011年，我国开始对物联网技术进行规范，从而实现物品信息的交换、交易等，促进了网络贸易的繁荣。
物联网的网络架构随着计算机网络技术的不断发展，应用越来越广泛，物联网基本架构包括物品信息的物理型智能识别、数据信息的采集和处理、应用层实现三层网络构成。物联网的物理层主要物品的物理特性进行一定的智能化识别，然后对识别信息进行集中采集，数字化处理，并应用计算机网络将这些实体信息传送到计算机系统的网络和应用层；所谓计算机网络层可以通过网络接入点、路由器、数据库、处理中心对物理信息进行数据传递、存储和交换。应用层可以实现网络互联，各种应用服务的对接，信息调用，及基础物资信息的多领域应用。物联网网络应用层多以J2EE技术进行架构，应用层事件（Application Level Even，简称ALE）中间件通过J2EE的事务管理特性组件架构，通过EPC系统的发展不仅能够对货品进行实时跟踪，而且能够优化整个供应链。
3 物联网中间件的架构设计
基于企业信息交互的物联网中间件的架构设计实际上是物联网应用层的设计，这也是物联网技术的核心。物联网中间层构件的关键性技术采用J2EE技术，基于CORBAR和RMI技术的J2EE网络结构设计，通过远程调用对象的方法，实现面下消息的对象和事务管理。这种架构的设计最大限度的满足分布式软件体系结构的实现，软件系统通过Java消息服务（JMS）实现面向消息的重要功能，CORBAR技术和SOA设计理念都涉及到了对象和服务总线的优势，这种设计更利于后期物联网络系统集成和整合。
在物联网应用层软件开发的结尾，将会以面向服务的架构规范（SOA）的形式通过Web Service在企业服务总线上，方便客户端的调用。SOA包括服务提贡者（服务端）和服务的调用者（客户端），主要是异构系统间进行小量信息交换时使用。SOA更适用于异构系统、远程信息交换、少量信息交换，它包含有重量级的现实组件Web services组件：如Xfire等，轻量级的现实组件Hessian等。还可以用远程调用RMI及EJB实现。SOA返回给客户端的数据有XML格式和二进制数据两种， Web services是XML格式，这种格式量大传输效率较低，但通过相关API很好解析，Hessian返回二进制数据量少，效率较高。Web service协议为SOAP，Web service是 SOA规范的一种具体实现。它中间的wsdl.xml定义了要调用服务的接口方法，参数，返回类型等信息。调用WEB服务时真正业务处理在服务端，然后把返回信息通过网络返回给客户端。Web services返回的数据是XML格式的。所以数据量大，效率低。J2EE架构技术当中的EJB技术具体细化和规范出事务操作和事务管理，通过相应的J2EE容器实现对中间件当中的事务进行管理。
4 部分软件实现
Spring是一个完整的J2EE框架和解决方案，完整并且模块化，Spring 包含 IoC， AOP， 事务处理，ORM， 也包括一个简单的MVC框架。系统整体架构的设计综合了系统应用的可维护性、可扩展性、安全性、可移值性、可重用性、日志、接口等方面内容。spring中的jms，spring把jms进行了简单的封装，用Spring的JmsTemplate组件可以很方便的发送和接收消息，并且资源的管理都由template来管理。在架构设计过程与其他系统的接口进行安全性、高效率对接时， 需要用到WebService、远程调用、异步消息处理JMS技术，这些技术更有效的对传输的数据进行加密与解密工作，并由专门机构进行安全认证。
在web.xml文件中配置一个spring用的上下文文件：
span style="font-family：Microsoft YaHei；"> contextConfigLocation
/WEB-INF/jmsconfig.xml
jmsconfig.xml用来装配jms，内容如下：
jms/Ntelagent/RequestQCF
jms/Ntelagent/RequestQ
其中：
jmsTemplate：jmsTemplateForReceive负责接收消息，jmsTemplate负责发发送消息.
发送消息的代码：
jmsTemplate.convertAndSend（request）；
接收消息：
Object obj = jmsTemplate.receiveAndConvert（）；
要实现一个消息转换器，需要实现MessageConverter接口：
public Object fromMessage（Message msg）{}
public Message toMessage（Object obj， Session session） throws JMSException{}
5 结论
本文通过J2EE技术的介绍和物联网应用J2EE技术的网络架构，J2EE技术应用越来越广泛，通过Spring统一接口，面向服务的架构规范SOA形式通过Web Service，实现了世界各地的企业间通过各自的物联网系统进行交互，实现信息和资源的共享和整合。这种物联网技术的成熟和推广，有力与促进世界经济的荣，更有利于促进社会生产力的大发展。
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作者简介
胡玉娟（1976-），女，河南省南阳市人。硕士学位。现为南阳理工学院教育学院讲师。主要研究方向为计算机应用。
关键词 数学；小组合作学习；网络环境
中图分类号：G623.5 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）21-00066-02
1 前言
互联网在很大程度上改变了现代人类的生活，也改变了整个时代的教学模式。当前很多学校已经开始采用互联网以及多媒体技术等进行教学，这些网络化的教学模式也在很大程度上转变了传统教学模式落后的状态。数学教学一直以来是各个学段教学过程中的重点和难点，因为数学学科非常需要学生在学习过程中逐渐形成数学的思维方式，但是数学的学科知识中有许多相对比较抽象，这些也都需要数学教师通过各种途径，特别是小组学习的方式，让学生提高解决数学难题的信心。而在网络环境下，数学的小组合作学习方式也更为多样化。数学教师应该充分联系当前的小组合作教学方式，以及互联网的数学教学模式，以此更好地推动数学教学发展。
2 IRS技术与互联网结合在数学小组合作学习中的应用
IRS技术是即时反馈系统技术的简称。在数学小组合作学习网络化过程中，IRS技g可以发挥其独特的作用，包括从多个方面着手，让小组学习的互动性体现出来。IRS技术依托互联网，能够以空中课堂和电子白板技术结合在一起，让不同地域的学生都能够一起分享彼此的知识。在IRS技术的指引下，数学课堂教学的问题回答机制可以更加便捷。如数学教师可以引用一些相对比较难的数学题目，这些题目允许学生形成学习团队，以小组讨论以及合作的方式，更快地掌握到一些相关的信息，从而将数学题分析到位，运用IRS技术将这些解答思路和方法呈现在电子白板上。数学教师甚至可以让学生学习小组形成课堂抢答的方式，也就是让学生数学学习团队运用即时反馈系统，看看哪一个团队形成的答案速度更快，并且解题思路更加便捷等。同时，依靠互联网技术，将基于IRS技术的知识抢答的模式引进到日常的教学过程中，跨越空间地进行知识学习小组竞赛，让数学课堂教学更具备生机和活力，充分调动起课堂学习的积极性[1]。
在IRS技术的网络应用过程中，要关注数学小组学习的重点在于探索出具体数学问题的解题思路。因此，IRS技术应该在互联网技术的支持下，以网络上的相似题库作为基础，当数学小组都基本解决这些数学难题的时候，数学教师要鼓励这些数学合作学习小组举一反三，更快地将有关知识迁移到互联网上的网络题库，这样就可以在IRS技术的支持下，在课堂上更快地调动起学生的知识储备，以知识多次重现的方式，巩固刚刚学习的新题目解题思路。
3 DC与互联网结合在数学小组合作学习中的应用
DC也就是实物投影仪，其和互联网技术之间的结合，已经成为当前教学发展的主要趋势。运用实物投影仪能够将物品所具备的特征展现出来，进而数学小组合作学习应该将学生的学习积极性充分调动起来。这种教学模式在数学几何图形教学中非常重要。
比如在介绍一些立体几何形状的特性时，数学教师可以让数学合作学习小组自己结对进行手工制作，通过了解圆锥体、圆柱体等立体几何图形的基本特征，学生可以按照已经掌握的知识进行小组制作。小组制作结束之后，数学教师可以让小组将自己的作品，通过实物投影仪进行展现。数学教师可以在实物投影仪的基本程序中，事先导入一些有关的知识，当某个图形展现出来的时候，这些基本特征都可以被提示出来，如圆锥体的顶点、底面的圆形、展开其侧面则是一个扇形等。这些一系列的展现方式，能够让数学小组合作学习更具备活力[2]。
学生在学习数学图形的过程中，最可能出现的问题就是不容易将立体图形具象化，一部分学生刚刚接触几何图形，也没有非常具象化的理解，这些都可能影响学生抽象思维的发展。但是以实物投影仪配合互联网的信息链接技术，当某件几何图形在实物投影仪上展现，立刻就可以依靠互联网技术链接到有关知识处，这样就避免了在学习过程中，几何图形太过抽象化，学生不容易理解这些图形的特征以及性质等。
因此，对于互联网技术而言，实物投影仪提供了一个实物和互联网互相之间沟通的窗口，而数学小组合作学习在实际动手解决问题之后，可以依靠实物投影仪和互联网知识之间的结合，更快地掌握有关的讯息，以此更快地理解几何图形的一些抽象特征。这些实际上都能够很好地调动学生进行数学学习的积极性，并且可以让团队合作的成果更加具备影响力，学生也能够更加积极地配合数学教师的课堂教学，能够起到多种积极的教学影响和作用。
4 WebQuest与互联网结合在数学小组合作学习中的应用
WebQuest也是在当前小组合作学习中广泛应用的一种重要的教学技术，其主要是依靠互联网和局域网的技术特征，以提交问题、分析问题、解决问题、点评问题等一系列流程，构成网络化的合作学习方式。对于数学小组合作学习而言，在过去传统的课堂中难于开展，是因为数学课堂的教学时间相对有限，很多学生的合作学习小组根本没有时间将自己的观点阐述清楚，包括解题思路和研究方法等，这些实际上都影响了学生参加小组合作学习的积极性。对于学生而言，只有他们把观点讲述清楚，他们才愿意积极地在数学课堂上进行小组探究。采用WebQuest方式，可以帮助学生在网络计算机技术的支持下利用一些相关的资料，这些资料实际上能够更好让数学教师以及课堂上其他的学生团队进行网络评价。网络评价是在局域网中依靠WebQuest技术系统进行分析，让团队成果展示更加便捷。实际上，对于学生的成果点评，可以在WebQuest的支持下，形成自我点评、教师点评以及小组互评相结合的方式，以三种不同的评价方式，让学生在日常的学习过程中更具备积极性[2]。
好的小组合作学习成果，能够在WebQuest的知识共享技术的支持下，在局域网平台上进行展现。学生在平台上看到自己的成果，会激发起学习各种知识的积极性，特别是希望成为优秀成果的代表，为自己和自己的小组成员取得更好的研究成果，愿意更努力投入。因此，数学教师要善于运用WebQuest和互联网技术间的结合，让课堂小组合作学习模式更具活力，充分调动学生的学习积极性，形成良性的课堂学习氛围和教学互动。
5 结束语
在数学合作学习中，数学教师要熟悉各种教学技术手段和互联网技术之间的结合，利用互联网、局域网以及资料库等各种不同的网络资源，让数学小组课堂探究合作学习更具备积极性和吸引力。学生只有互相之间进行积极交流，特别是团队之间进行良性竞争，才能在互联网技术和各种新的教学技术的支持下，更好地投入到数学课堂教学之中，提升学生的数学综合素养，以更为饱满的热情学习数学知识。
参考文献
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关键词：网络技术、IP over WDM、移动IP、物联网
中图分类号：TP368.1文献标识码：Bdoi: 10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.003
Overview of Modern Network Technology
GU Lin-zhu, WANG Kai, MI Lan
(School of Information and Electrical Engineering China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008 ,China)
【Abstract】 With the development of computer technology, network technology has also been an unprecedented development in modern society has been a rapid development in the information age, a variety of new network technology is changing, has been widely used in all walks of life. This paper describes the course of development of network technology, and from the new generation of Internet, mobile IP technology, Content networking discusses the three aspects about the new modern network technology.
【Key words】 Network technology; IP over WDM; mobile IP; I Content networking
0引言
随着计算机技术的发展，网络技术也经历了从无到有的发展过程。尤其是从“信息高速公路”概念的提出，网络技术得到了空前的发展。各种新的网络技术层出不穷，如IPv6、宽带移动因特网、宽带接入新技术、10吉比特以太网、宽带智能网、网格计算、网络存储、无线自组织网络、主动网络、下一代网络和软交换等。这些技术的发展应用极大的推进了社会的发展，带来了极大的社会效应。
1现代网络技术的发展
计算机在19世纪40年代研制成功，但是直到80年代初期，计算机网络仍然被认为是一个昂贵而奢侈的技术。近20年来，计算机网络技术取得了长足的发展，在今天，计算机网络技术已经和计算机技术本身一样精彩纷呈，普及到人们的生活和商业活动中，对社会各个领域产生了如此广泛而深远的影响[7]。
1.1早期的计算机通讯
在PC计算机出现之前，计算机的体系架构是：一台具有计算能力的计算机主机挂接多台终端设备。终端设备没有数据处理能力，只提供键盘和显示器，用于将程序和数据输入给计算机主机和从主机获得计算结果。计算机主机分时、轮流地为各个终端执行计算任务。
这种计算机主机与终端之间的数据传输，就是最早的计算机通讯[6]。
1.2分组交换网络
分组交换的概念是将整块的待发送数据划分为一个个更小的数据段，在每个数据段前面安装上报头，构成一个个的数据分组（Packets）。每个Packet的报头中存放有目标计算机的地址和报文包的序号，网络中的交换机根据数据这样的地址决定数据向哪个方向转发。在这样概念下由传输线路、交换设备和通讯计算机建设起来的网络，被称为分组交换网络。
分组交换网络的概念是计算机通讯脱离电话通讯线路交换模式的里程碑。美国的分组交换网ARPANET于1969年12月投入运行，被公认是最早的分组交换网。法国的分组交换网CYCLADES开通于1973年，同年，英国的NPL也开通了英国第一个分组交换网。到今天，现代计算机网络：以太网、帧中继、Internet都是分组交换网络[8]。
1.3以太网
以太网目前在全球的局域网技术中占有支配地位。以太网的研究起始与1970年早期的夏威夷大学，目的是要解决多台计算机同时使用同一传输介质而相互之间不产生干扰的问题。夏威夷大学的研究结果奠定了以太网共享传输介质的技术基础，形成了享有盛名的CSMA/CD方法。
以太网的CSMA/CD方法是在一台计算机需要使用共享传输介质通讯时，先侦听该共享传输介质是否已经被占用。当共享传输介质空闲的时候，计算机就可以抢用该介质进行通讯。所以又称CSMA/CD方法为总线争用方法。
1.4INTERNET
Internet是全球规模最大、应用最广的计算机网络。它是由院校、企业、政府的局域网自发地加入而发展壮大起来的超级网络，连接有数千万的计算机、服务器。通过在Internet上商业、学术、政府、企业的信息，以及新闻和娱乐的内容和节目，极大地改变了人们的工作和生活方式。
Internet目前已经成为世界上规模最大和增长速度最快的计算机网络，没有人能够准确说出Internet具体有多大。到现在，我们的Internet的概念，已经不仅仅指所提供的计算机通讯链路，而且还指参与其中的服务器所提供的信息和服务资源。计算机通讯链路、信息和服务资源整体，这些概念一起组成了现代Internet的体系结构。
2现代网络新技术
2.1新一代因特网（IP over WDM）
2.1.1IP over WDM概述
自19世纪,90年代以来，人类进入了一个前所未有的信息爆炸时代，以IP为主的数据业务是当今世界信息发展的主要推动力 据有关专家预测，每6～8个月，主要ISP的因特网骨干链路的带宽需求就增长一倍，2005年以后 纯语音和数据流量之比1:99[15]。因而在未来传输平台趋于WDM化的过程中，IP over WDM必将成为新一代因特网的支柱[14]。
2.1.2IP over WDM工作原理
IP over WDM也称光因特网。其基本原理和工作方式是：在发送端 将不同波长的光信号组合（复用）送入一根光纤中传输 在接收端 将组合光信号分开（解复用）并送入不同终端构成光因特网。
2.1.3IP over WDM的组成
光因特网的网元包括光纤、激光器、掺饵光纤放大器、光耦合器、电再生中继器、转发器、光分插复用器、交叉连接器与交换机。非零色散偏移光纤因其色度色散的非线性效应小而最适合波分复用系统。掺饵光纤放大器大都是宽带的，能同时放大波分复用的所有波长；因系统对平坦增益的要求很高，在经过6个左右光放大器之后就需要进行一次电放大。光耦合器用来把光信号各个波长组合在一起和分解开来，起到复用和去复用的作用。
2.2移动IP技术
2.2.1移动IP技术的概念
所谓移动IP技术，就是移动用户在跨网络随意移动和漫游中，使用基于TCP/IP协议的网络时，不用修改计算机原来的IP地址，同时继续享有原网络中一切权限。移动IP技术是移动互联时代最基础、最关键的技术之一，也是实现任何时间、任何地方、与任何人通过任何方式进行任何业务通信的全球个人通信的关键技术之一。未来的移动网络将实现全包交换!包括话音和数据都由IP包来承载，话音和数据的隔阂将消失，移动IP技术是实现全球个人通信的关键技术和移动互联网的基石。
由于移动IP技术的应用有着广阔前景，它的开发已成为业界研究的热点，此前，一些相关规定也相继出台，许多商家已经出台了应用技术方案和设备，移动IP的应用已经悄然开始。
2.2.2移动IP的基本原理
使用传统IP技术的主机使用固定的IP地址和TCP端口号进行相互通信[1]，在通信期间它们的IP地址和TCP端口号必须保持不变，否则IP主机之间的通信将无法继续。而移动IP的基本问题是IP主机在通信期间可能需要在网路上移动，它的IP地址也许经常会发生变化。而IP地址的变化最终会导致通信的中断[18]。
如何解决因节点移动（即IP地址的变化）而导致通信中断的问题？蜂窝移动电话提供了一个非常好的解决问题的先例。因此，解决移动IP问题的基本思路与处理蜂窝移动电话呼叫相似，它将使用漫游、位置登记。隧道技术、鉴权等技术。从而使移动节点使用固定不变的IP地址，一次登录即可实现在任意位置（包括移动节点从一个IP（子）网漫游到另一个IP（子）网时）上保持与IP主机的单一链路层连接，使通信持续进行。
2.2.3移动IP技术发展三部曲
第一步：IP业务与移动通信结，在电路交换的移动通信网络中引入IP电话业务。IP电话是一种新的电话业务，是在IP网络承载话音技术创新的产物。它把话音进行压缩编码，打包分组，路由分配，存储交换，解包解压缩等变换处理，在IP网络上实现话音通信。第二步：在GSM网络中引入IP分组数据业务。GPRS是一个从空中接口到地面接入网再到核心网络部分都分组化的数据通信网络。第三步：三代移动通信网络的发展方向将是一个全IP的分组网络。
2.3物联网
2.3.1物联网的概述
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“The Internet of things”[3]。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：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，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2.3.2物联网的关键技术
物联网的关键技术有短距离无线通讯（zigbee、wifi、蓝牙等）、低功耗无线网络技术、无线传感器网络、无线定位、射频识别（RFID）（高频、超高频）、远程网络、多网络融合等。物联网关键领域有：1. RFID；2.传感网；3. M2M 4. 两化融合[5]。
物联网的发展，也是移动技术为代表的普适计算和泛在网络发展的结果，带动的不仅仅是技术进步，而是通过应用创新进一步带动经济社会形态、创新形态的变革，塑造了知识社会的流体特性，推动面向知识社会的下一代创新形态的形成。移动及无线技术、物联网的发展，使得创新更加关注用户体验，用户体验成为下一代创新的核心。技术更加全面，体验更加丰富成为新一代物联网的发展目标。
3结束语
当今社会，已离不开网络，网络创造了一种新的文化，给我们的生活生产学习带来了翻天覆地的变化。各种新的网络技术不断发展，解决各种难题，极大提高人们生活水平。但在网络发展的同时，也面临许多挑战，比如网络安全问题，网络传输问题等，只要不断创新，迎接新的挑战，才能不断解决各种新问题，使社会取得更大的进步。
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关键词：电力生产安全；物联网；电力；安全
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）28-0279-01
在电力工业大发展的背景下，发电厂及电网的规模都在不断地扩大，支撑了整个社会电能的供给。同时，随着社会的高速发展，人们的生活水平不断提高，电力用户对电能的需求量有了明显的提高，也对电力供电安全、电力使用安全都提出了更高的要求[1]。电力生产安全是供电网络的源头，关乎整个电网运行、使用的安全，不容忽视。
物联网是各种感知技术的广泛应用，具有全面感知、智能处理等特性，能够通过信息网络全面、可靠的感知联网物体所在的状态。利用物联网技术手段，可以提升企业安全生产监督管理的能力[2]，促进企业经济效益的提高。
1 物联网技术介绍
和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。由于物联网上部署了大量的传感器，这些传感器都可以实时或定时的获取联网物体的一切信息，收集海量的数据，通过信息互联网传输到处理器中。数据不断更新，也就是联网物体状态的不断更新，以此实现对联网物体状态的实时监控或定时记录。
互联网是物联网技术的重要基础。通过互联网构建的各种信息网络，利用RFID（Radio Frequency Identification，射频自动识别）、无线数据通信等技术，关于物体的实时信息被准确的传递出去。由于信息数量庞大，海量数据的处理成为物联网的重要任务之一。物联网时代，建筑、公路等与电脑、宽带、数据中心紧密结合，整合为统一的基础设施，就像是另一个世界运转其上。
在与互联网深入结合的基础上，物联网还能够实现对联网物体的智能控制，并结合云计算、图片和视频上的人脸识别、三维可视化、 车牌识别、物体检测、人流统计、周界防范等智能技术，扩充应用领域，以适应更广大用户群体的需求。
2 电力生产安全的现状
电力能源作为国家的重要能源之一，电力企业安全生产是国家安全生产建设的一个重要领域。电力企业安全生产与民众的日常生活息息相关，是社会进步、经济持续发展等重要支撑。
国内发电厂的生产方式主要包括火力发电、水力发电、风力发电，以及核电，这些电力生产模式都会存在一些安全隐患，包括机组故障、人为操作失误等。通过继电保护等故障处理措施、应用安全事故防御技术的在线监控系统、采用自动诊断技术的诊断模式、故障处理分析等方式，电力生产安全已经有了较好的保障[3]。目前，电力行业正处于改革时期，全球互联网正在构建，对电力生产安全提出了更高的要求。技术发展带动了电力需求，同时也随着电力生产压力的增加，以及电力生产安全要求的提高，电力生产安全的保护措施需要进一步巩固与发展。
3 利用物联网技术推进电力生成安全的管理应用点
1）利用物联网技术快速定位故障机组
应用物联网技术，建立电力生产机组物联网安全监控系统，由物联网中继、网关设备、基站、普通手机、笔记本、台式PC机、平板等终端构成传感器网络，连接各种安全监测传感器通过信息网络发 送数据到安全监控系统，再由安全监控系统处理数据，以直观的方式呈现给用户。系统用户通过收集、平板、电脑等各种监控渠道实时监控各种安全状况，并能够实时查看细节、及时预警安全问题，从而避免安全事故的发生。
2）物联网技术实现监控各机组产能的实时监控
物联网技术不仅能够将机组所在地点精准的传输到信息网络，还能够将机组设备所在状态相关参数传输出来，用以判断机组设备的生产状态，通过参数控制，避免电力生产设备因过热、过载等原因而导致机组设备故障频发。
3）应用物联网技术严格控制用户操作
电力生产事故中，难以避免的依然存在人员操作失误造成的问题，且此类问题一旦发生，总是会造成很严重的后果。除了通过继电保护等故障处理措施保护电力生产安全，严格控制现场操作人员权限也是一个有效的方式。通过为操作工陪标专用设备，实时记录操作地点、操作步骤，严格控制操作权限。通过专用设备，当员工靠近不同机组设备时，读卡器自动读取信息，传输到信息网络后台验证权限并提示警告。
当今社会，对基础设施的蓄力破坏和未授权访问时有发生。由于访问控制对系统的机密性、完整性起到直接的作用，严格的权限控制机制是保证电力企业安全生产不会被蓄意破坏的最有效的保障。
4）应用物联网技术进行环境监控
在电力生产范围内安装温湿度监控、漏水监控、有毒气体监控、易燃易爆气体监控等，并通过红外设防、视频监控等实时监控电力生产。通过这些感应设备感应当前环境并传输数据到网络，管理员可远程监控现场状态，若数据超出正常范围，提示管理员查看并采取相应措施、查找源头、排除隐患。
进入大数据时代，视频监控技术也取得了大跨步的发展。经过模拟监控、数字监控、网络监控等重要发展阶段，大数据为庞大数据量的视频数据分析提供了途径。由于视频数据具有高并发、容量大的特点，大数据时代，视频资源才开始被计算机有效利用起来。同样，温湿度监控、漏水监控、有毒气体监控、易燃易爆气体监控等措施也可以通过大数据分析技术得到更有效的应用。
4 结论
物联网技术通过快速定位故障机组、监控各机组产能、监控人员操作、进行环境监控等方式应用与电力生产安全中，可对电力安全生产起到很好的促进作用。
参考文献：
[1] 闫涛，吕丽民. 物联网技术在企业安全生产中的应用[J].计算机技术与发展，2012，22（2）：226-228.
关键词：物联网；嵌入式系统；课程设计
作者简介：王小妮（1977-），女，山东威海人，北京信息科技大学理学院，讲师。（北京 100192）
基金项目：本文系2011年北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：KM201110772018）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0105-02
2010-2012年教育部先后审批通过了138所高等院系开设了物联网相关专业，各高校也相继开始招生，但物联网专业体系建设和专业人才培养仍缺乏统一的标准。物联网中基于Zigbee技术的网络是一种新兴的短距离、低速率的无线网络，其以传感器、嵌入式系统为核心，构建了一个覆盖日常生活中万物的网络系统，被许多业内专家称为下一代的网络。[1]奥巴马就任美国总统后与美国工商业领袖举行的“圆桌会议”上，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧的地球”这一概念，得到了奥巴马的积极回应，“智慧的地球”已经上升至美国的国家战略。同志在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察时，提出“感知中国”概念。同志说，“当计算机和互联网产业大规模发展时，我们因为没有掌握核心技术而走过一些弯路”。在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术。“感知中国”概念就是通过“物联网”让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。物联网目前大家普遍认同的也是百度百科上的定义是“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，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念”。
物联网（The Internet of Things）即“物物互联”，是近年来出现的一种新型计算模式，建立在嵌入式系统、无线传感器网络、分布式计算、通信网络、移动计算等技术的飞速发展和日益成熟的基础上，将各种物体充分联接，通过无线网络将采集到的实时动态信息传送到中央服务处理中心，进行汇总、分析、处理、显示和控制。[2]嵌入式系统在物联网中扮演了尤其重要的角色。嵌入式系统作为目前支撑物联网主要服务提供者已经成为现实。北京航空航天大学何立民教授提出了关于物联网的十点看法——从嵌入式系统看物联网，他提出物联网不是互联网的延伸，嵌入式系统应有自己的语言与话语权，并分析了物联网与云计算的关系。广东电子工业研究院季统凯院长提出云计算产业化的思考，讲述了云计算的概念、技术特点及其在中国的产业化机遇，云计算的嵌入式系统前景。
一、物联网技术概述
无线通讯网络按其组网控制方式可分为集中式控制和分布式控制。[3]集中式控制系统如蜂窝移动通信系统，其依靠基站和移动交换为中心。分布式控制系统如Ad hoc网络，其能临时快速自动将分布式节点组网。无线分布式网络主要分三类：Ad Hoc网络、无线传感器网络及无线Mesh网络。Ad Hoc为无线自动自组织网络，其不需要基站或交换机为中心，而是在移动环境中由移动节点组成的一种临时多跳无线移动通信网络。无线传感器网络是Ad Hoc网络的一个特例，由大量低功耗、具备信息采集、处理和传输功能的传感器节点组成对设备进行实时监控的网络。无线Mesh网络是在Ad Hoc网络基础上解决无线接入发展起来的，具有更高的网络容量和故障自恢复性的多跳网络。现在人们关注比较多的物联网属于无线分布式网络系统，物联网示意图如图1所示。
物联网系统可以通过远端的声音、图像、压力、温度、烟雾等信号的采集或通过RFID、指纹、声纹、条码等身份识别，将信息通过物联网络传送到中央服务器进行分析。当信息量比较大时，这种物联网传送信息的速度会降低，满足不了如实时系统对速度和可靠性有高需求的系统。实时系统在数据传送过程中，对物联网络的传送速度及带宽有很高要求，需要快速、可靠地将远端有效信息传送到中央服务器，对远端情况能及时掌握，如果出现异常现象能及时报警并处理。
1.物联网组成
身份识别部分，包括软件ID、条码、Mac地址、RFID、生物识别技术等；监测与控制部分，包括传感器、执行机构等；数据传输部分，包括总线方式、ZigBee网络、GSM/3G网络、Wifi网络等；信息采集部分，包括单片机系统、嵌入式系统、X86系统、Gpio/串口/总线/USB接口系统等；数据中心部分，包括数据库、网络服务器等；数据访问部分，包括B/S模式、浏览器、短信/电话/邮件、个人PC/专用手持设备/手机等访问终端；移动设备部分，包括物流车辆、工程车辆、包裹、私人轿车等。
2.物联网系统
（1）物联网计算设备。各种移动设备或嵌入式设备，如PDA、汽车导航系统、智能卡、智能手机、POS销售机等。
（2）传感设备及其互联。适合普适计算的新型网络、传感、设备、终端等，及其互联互通问题，包括位置、温度、压力、生化等传感器，和传感器网络的自组织、低能耗、通信等支撑技术；嵌入式、便携式、可穿戴、专用化等新型用户终端设备和交互设备，设备间的信息互换方式和标准化。[3]
（3）物联网计算的软件技术。在操作系统和中间件上支持在异构动态多样的计算环境中有效完成用户任务的支撑技术，包括软件平台的体系结构、构建模式、开发与编程模式等；资源和服务的发现、重组，运行现场的重构，安全保障。
（4）物联网计算应用。智能空间如智能家庭、智能汽车、智能交通、智能会议室等；老年人智能家居及其他物联网计算应用系统。[4]
3.物联网特点
物联网主要特点：
（1）分布式。分布式网络由分布在不同地点的多个终端节点互连组成，数据可以选择多条路径传输。分布式网络没有中心，不会因为中心被破坏造成整体崩溃。
（2）自组织。节点能够随时加入和离开网络，节点的变化或故障不会影响网络的运行。
（3）多跳路由。无线分布式网络中的终端节点信息需要通过大量节点多跳多次传输才能到达目的节点，因此需要设计一个好的路由算法加快数据传输，并保证网络的健壮性。
（4）节点移动和动态拓扑。由于节点的移动，无线射频信号的有效范围也在发生改变，当节点移动到另一个节点传输范围时，这两个节点间通讯的无线链路就形成了；当节点超出另一个节点的传输范围，这两个节点间通讯的无线链路就断开，这样就形成了动态的拓扑网络。
（5）终端资源受限。移动节点一般由MCU、FLASH和电池组成。与PC机比较，PC机采用性能高的CPU，主频速度、计算能力比MCU微控制器都要高出上百倍。PC机采用硬盘来存放数据，而移动节点由于造价和空间的限制一般采用FLASH备份数据，FLASH存储容量比硬盘少的多。PC一般使用不间断电源供电，而移动节点一般都使用电池供电，电池资源有限，一旦电池能源耗尽，该节点就失去作用，并且有些节点会处于不太容易更换电池的偏远地方，因此无线分布式网络设计时要考虑电能问题。
（6）安全性差。无线网络的信号散布在不可靠的物理通信媒体中，其广播式传播存在着安全隐患。因此在设计无线分布式网络时要考虑安全性问题。
对于图2中物联网网络，实现虚线表示移动节点无线发送有效范围，实线表现实现无线链路节点间连接。[5]
4.物联网前景
基于ZigBee技术的物联网的出现极大地方便了人们的工作和生活，以其低速率、低成本、低功耗的等特点，一般应用在以下几种领域中：
（1）家庭自动化。空调控制、照明开关等家居设备的远程控制以使其更加节能、便利，烟尘、有毒气体探测器等可自动监测异常事件以提高安全性。
（2）医疗领域。通过物联网可以将采集到的病人数据实时的传输到病人的监控数据库中，此外还可以制成医疗传感器、病人的紧急呼叫按钮等。
（3）工业自动化。利用传感器和物联网使数据的自动采集、分析和处理变得更加容易。
（4）此外，ZigBee技术还有更加广泛地应用在智能建筑、现代农业以及环境检测上。
二、物联网课程设计
物联网包括三大部：底层硬件采集部分即感知层、无线网络通讯部分即网络层、终端应用部分即应用层。
1.专业基础课
专业基础课是为物联网中底层硬件采集部分设计做准备的。感知层是物联网的皮肤和五官，主要功能是信息感知与采集，主要包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、各种传感器（如温度感应器、声音感应器、震动感应器、压力感应器）等。
构成物联网课程的前序基础课程包括“电路”、“数字电子”、“模拟电子”、“计算机组成原理与接口”、“通信电路”和“C语言程序设计”，这些课程是电子类、信息类及计算机类专业共同的专业基础课，是学习电子类产品设计的基础课程。随着物联网中各种各样信息的需求，大量的传感器应用在工业生产中，它们传达着温度、湿度、压力、角度、位移、气体浓度等不同的物理量信息。在大型的复杂系统中，传感器发挥着非常重要的作用，所蕴含的信息量极为丰富，具有数据容量大、测试对象较多、层次多等特点。针对物联网采集终端获得信息的特性，在专业基础课中加入了“传感器技术”课程，介绍各种传感器的软硬件功能及使用方法，包括电阻应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、光电式传感器、热电式传感器。
2.专业课
专业课是为物联网无线网络通讯部分做准备的。网络层是物联网的神经中枢和大脑—用于传递信息和处理信息。网络层解决的是传输和预处理感知层所获得数据的问题，这些数据可以通过移动通信网、互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等进行传输。
构成物联网课程的专业课包括“嵌入式操作系统”、“嵌入式系统及应用”、“计算机网络”、“嵌入式软件设计”和“嵌入式系统安全”。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术，包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘和理解，以及基于感知数据决策的理论与技术。由于物联网必须兼容和继承现有的TCP/IP网络、无线移动网络等，因此现有网络安全体系中的大部分机制仍然可以适用于物联网，并能够提供一定的安全性，如认证机制、加密机制等，但是还需要根据物联网的特征对安全机制进行调整和补充。
3.专业任选课
专业任选课是为终端应用部分设计的。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，结合行业需求实现行业智能化。
构成物联网课程的专业任选课包括“DSP技术及应用”、“无线传感器网络技术”和“物联网技术”。物联网应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。实现物联网的关键技术主要包括：射频识别技术与无线传感器网络技术、通信和网络技术、软件技术、硬件技术、数据处理技术和安全保护。应用层是物联网发展的体现，软件开发、智能控制技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。
4.课程设计
支撑物联网课程的相关课程设计有：“电工电子实习”2周，主要训练电子仪器使用如万用表、示波器、电路板焊接等基本技能；“电子电路课程设计”2周，训练学生掌握电子电路设计中的理论设计、查阅资料、选择元器件、计算机辅助设计、实际动手安装、调试等全过程，培养电子线路设计基本能力，强化学生的数字电子技术和模拟电子技术的综合应用应用，支撑学生参加电子竞赛；“硬件电路综合设计”3周，训练设计实现一个硬件系统（比如设计实现一个模拟数字混合系统、单片机控制等，包括电路设计、仿真、组装、调试、测试等全套流程），主要训练Protel使用的单片机应用；“传感器技术课程设计”1周，培养学生综合运用各种传感器元器件进行传感器系统设计的能力；“物联网综合性课程设计”3周，学生在前述实践能力基础上，面向物联网领域的应用，设计实现相应功能系统。
三、结束语
物联网作为一个新兴产业，目前还处在起步阶段。发展物联网突出的障碍，包括技术标准还在制定之中、商业模式不够成熟、产业链尚未形成、配套的法律法规及政策亟待出台。所以在制定物联网相关专业课程设置时，可依靠嵌入式课程体系设置情况，根据各个学校专业发展特点，设置适合本专业发展的物联网课程体系。
参考文献：
[1]Xiaoni Wang.Resource-aware clustering based routing protocol in the Internet of Things[C]. Proceedings of The 4th International Conference on Awareness Science and Technology （iCAST2012） Seoul， Korea. 21-24， August 2012：20-25.
[2]朱近之.智慧的云计算——物联网的平台[M].北京：电子工业出版社，2011.
[3]王海涛，郑少仁.Ad Hoc传感网络的体系结构及其相关问题[J].理工大学学报（自然科学版），2003，4（1）：1-6.
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