物联网期末论文

物联网技术基础论文

题目：物联网技术在智慧校园中的应用

专业：电子信息工程

班级：电1004

姓名：

学号：20102389

指导老师：杨明

二零一三年六月

(一)物联网概念的提出

物联网的概念是在1999年提出的。物联网的英文名称叫“The Internet of things”，简言之，物联网就是“物物相连的互联网”。

2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首；

2005年，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。国际电信这份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。美国总统奥巴马就职以后，在他和工商领袖举行的圆桌会议上，“智慧地球”的概念被提出，其中包括美国要形成智慧型基础设施“物联网”，被美国人认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。

2009年2月24日消息，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧的地球”的最新策略。

2009年８月７日，温家宝总理在江苏无锡调研时，对微纳传感器研发中心予以高度关注，提出了把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法。温家宝总理指出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国’中心”。

（二）物联网的体系结构

物联网包含感知延伸层、网络层、业务和应用层三层。第一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、广电网以及各种接人网和专用网，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。

1）感知延伸层物联网中由于要实现物与物和人与物的通信，感知延伸层是必须的。感知延伸层主要实现物体的信息采集、捕获和识别。感知延伸层的关键技术包括传感器、rfid 、gps 、自组织网络、传感器网络、短距离无线通信等。感知延伸层必须解决低功耗、低成本和小型化的问题，并且向灵敏度更高、更全面的感知能力方向发展。

2）网络层网络层是物联网的神经系统，主要进行信息的传递，包括接人网和核心网。网络层要根据感知延伸层的业务特征，优化网络特性，更好地实现物与物之间的通信、物与人之间的通信以及人与人之间的通信，这就要求必须建立一个端到端的全局物联网络。物联网中有很多设备的接人，是一个泛在化的接人、异构的接人。接人方式多种多样，接人网有

移动网络、无线接人网络、固定网络和有线电视网络。移动通信网具有覆盖广、建设成本低、部署方便、具备移动性等特点，使得移动网络将成为物联网主要的接人方式，通信网络就要是通过多种方式提供广泛的互联互通。除此以外，物体是可以移动的，而它们的要求是随时随地都可以“上网”。因此在局部形成一个自主的网络，还要连接大的网络，这是一个层次性的组网结构。这要借助有线和无线的技术，实现无缝透明的接人。随着物联网业务种类的不断丰富、应用范围的扩大、应用要求的提高，对于通线网络也会从简单到复杂、从单一到融合，从多种的接人方式到核心网的融合整体的过渡。

3）业务和应用层业务和应用层是物联网的信息处理和应用，面向各类应用，实现信息的存储、数据的挖掘、应用的决策等，涉及海量信息的智能处理、分布式计算、中间件、信息发现等多种技术。云计算是物联网智能信息分析的核心要素。云计算技术的运用，使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。随着物联网应用的发展、终端数量的增长，可借助云计算处理海量信息，进行辅助决策，提升物联网信息处理能力。因此，云计算作为一种虚拟化、硬件软件运营化的解决方案，可以为物联网提供高效的计算、存储能力，为泛在链接的物联网提供网络引擎。

(三)物联网的相关技术

物联网的实现主要分为三个层次：

第一是传感系统（设备层），通过各种技术手段，来实现和物相关的信息识别和采集；

第二是通信网络（信号传输和获取层），包括现在的互联网、通信网、广电网以及各种接入网和专用网，目的是对采集来的信息进行可靠传输和处理；

第三是应用和业务（业务应用层），即输入输出控制终端，可基于现有的手机、个人电脑等终端进行。

其中传感技术和通信技术实现了前两个层次，主要由无线射频识别（RFID）、传感网技术等技术构成，而第三个层次则是以软件为主的数据处理技术。

国内外众多高校、科研院所、各大知名企业先后开展了无线传感器网络的研究，这些都为无线传感器网络进一步的发展以及最终的商业化奠定了坚实的基础，虽然在基础技术层面已经获得了重大突破，而基于物联网技术能够为用户提供哪些独特的服务，才是物联网最终能否广泛应用的关键。目前许多物联网示范应用的方向之一就是与校园管理活动的融合，用于促进智慧校园/数字化校园建设工作的推进。

（四）研究的背景和意义

2008年11月，IBM公司正式提出“智慧地球”理念，2009年1月，“智慧地球”成为美国国家战略的一部分。2009年8月7日，国务院总理温家宝在无锡视察时，指示要迅速在无锡建立中国的“感知中国”中心。基于这种“智慧”的理念，学校作为知识与信息服务机构的前沿，应该抓住机遇，通过物联网的系统化发展与应用，打造智慧校园。

智慧校园是通过利用物联网技术来改变师生和校园资源相互交互的方式，以便提高交互的明确性、灵活性和响应速度，从而实现智慧化服务和管理的校园模式。具体的说，智慧校园是把感应器嵌入和装备到食堂、教室、图书馆、供水系统、实验室等各种物体中，并且被普遍连接，形成“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现教学、生活与校园资源和系统的整合。

（五）国内外研究现状

内外众多高校、科研院所先后开展了无线传感器网络的研究，这些都为无线传感器网络进一步的发展以及最终的商业化奠定了坚实的基础，虽然在基础技术层面已经获得了重大突破，而基于物联网技术能够为用户提供哪些独特的服务，是最终能否广泛应用的关键。目前许多物联网示范应用的方向之一就是与校园管理活动的融合，用于促进智慧校园/数字化校园建设工作的推进。目前，南京邮电大学在校园内搭建了微型“物联网”，并推广应用。

（六）系统实现方案

1、数据中心

IDC(Internet Data Center) - Internet数据中心，它是传统的数据中心与Internet 的结合，它除了具有传统的数据中心所具有的特点外，如数据集中、主机运行可靠等，还应具有访问方式的变化、要做到7x24服务、反应速度快等。IDC是一个提供资源外包服务的基地，它应具有非常好的机房环境、安全保证、网络带宽、主机的数量和主机的性能、大的存储数据空间、软件环境以及优秀的服务性能。

校园数据中心的建设是以整个系统的数据信息传输为基础架构，包括信息中心的内部网络建设和整体系统的核心网络连接，即传输控制的建设。在此基础上建立核心网络交换和数据存储平台。

传输控制层为信息交换提供平台和接口,进行用户管理和综合安全管理，提供对整个物流信息平台的技术支持,是整个系统运行的不可缺少的一个重要组成部分。主要包括综合安全管理、数据交换中心、网络安全设备等模块。传输控制层体现在数据中心表现为：核心骨干网络、应用服务器、数据服务器和数据存储系统。

软件系统包括：中间件软件、信息安全系及各类综合数据库系统软件。应用软件是整个系统的核心和技术展现，通过应用软件才能将通过物联网收集、传输的数据信息经过加工整理和挖掘后通过应用程序为用户服务。

2、校园一卡通

建立高校园区内师生“一卡通”系统，通过该系统实现门禁、考勤、就餐、消费、会议签到、借书、用水、用电、公共设施使用等功能。方便学校对老师、学生的管理。

校园一卡通实现传统校园一卡通功能以外，可以通过短信、WAP等方式实现排课、会议、图书借阅、消费情况、账户信息等各种信息的互动查询，可实现各种信息的指定下发，具有通知、提醒的功能。通过本系统，不仅在校园内部实现了信息化和智能化，而且为师生对校园卡充值提供了极大的方便。其应用场景见下图：

3、智能建筑与节能管理

在我国，建筑能耗占总能耗的27%以上，根据住房和建设部统计数字显示，我国每年城乡建设新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑近400亿平方米，95%以上是高能耗建筑。建筑能耗占全国总能耗的比例将从现在的27.6%快速上升到33%以上。

建筑节能监管系统正是在这样的背景下应运而生，本系统以促进高校节能为根本，在高校信息化的基础上，以三层网络架构和“物联网”技术为依托，在多个行业节能项目上积累了大量丰富经验，以此为基础构建了综合技术、节能信息应用和规章制度为一体的高校节能监管平台。

建筑节能监管平台囊括了网络、数据采集、传输、存储和数据分析，采用数据挖掘技术对高校建筑节能进行监测、管理。在此基础上针对不同的高校情况，制订相应的节能管理制度，将二者科学、有机的结合起来形成具有重要意义的高效节能平台，通过对监管平台应用前后的对比、数据分析得出结论，帮助管理人员做出决策。

对实验楼、教学楼、图书馆等建筑用水、用电进行节能计量统计，完成节能监管中心软硬件建设。初步形成节能主干网络建设和节能监管平台建设。节能监管平台包括：末端数据采集系统、数据传输系统、数据分析决策系统和节能监管应用系统。

4、车辆管理系统

本系统通过物联网技术，实现校区内车位利用率及车位使用状态的的动态管理，对进出学校的所有车辆信息进行综合调度管理。通过本系统可以分析用户需要的车位信息，允许用户通过PC终端查询所有车位的实时使用情况，以及车辆引导服务。

整个校园的车辆进出管理系统实行中央电脑集中监控，并采用红外检测器检测车辆的进出，使用无线发射器、接收器识别注册车辆的进出信号，使停车管理建成方便，安全，高效的控制体系。本系统还可以通过主机实行联网控制多个门口的车辆统一进出管理情况。

整个系统包括：信号接收部份、红外探测部分、蜂鸣报警部分、步进电机驱动部分、汽车检测是否过去部分五大部分。

本系统不仅可以实现车位的动态管理，结合校区电子地图还能实现车辆引导功能，通过“无人指示系统”将车辆引至目的地。

5、教室配置管理

教室配置管理就是通过物联网技术获得关于教室使用状态的所有信息。在本系统可以分析用户需要得到的教室信息（例如：教室的使用状态、上课情况、上课内容、授课人等），借助PC终端查询所有教室的实时使用情况，以及其他所需信息和服务。

同时本系统提供系统接口，通过端口与其他系统（例如：排课系统、考试系统）衔接，为学校后勤管理提供统一平台。

6、平安校园

校园指挥系统（平安校园）是一个具有实时性、先进性、可靠性和开放性的网络视频监控系统。本系统是一套以数字音视频压缩、传输、存储和回放为核心、以智能实用的图像分析为特色、结合现代视频技术、安防报警技术、网络通讯技术和流媒体传输技术的数字视频监控综合应用系统。

本系统结合GIS系统，可以将校区及重点建筑周边的地理信息即时呈现在平安校园指挥中心大屏上。遇到突发事件可以通过视频内容及GIS系统进行车辆和人员的定位及调度。

本系统提供了三维实景模拟的电子地图，同时，根据需要将绘制学校周边及重点区域的三维电子地图，通过电子地图将结合视频图像以立体形式，全面展现校区重点区域。该平台以一种全新的人性化WEB界面表现，为平安校园建设提供便捷、完整解决方案。

7、校区地理信息系统

本系统采用基于Web的校园地理信息系统，即利用GIS技术、信息技术以基本的网页技术搭建的基于B/S模型的校园地理信息服务网站。实践证明,与传统的校园GIS相比,该系统可更加直观地反映校园信息,有效提高校园信息交互检索的效率,并为在其它领域的应用提供了借鉴。

本系统利用GIS的技术，使校园的师生迅速的熟悉校园的环境，方便地制作自身所需要的地图，并且利用地图的形式，将校园信息展现的方式从传统的纯文字模式解脱出来，实现地图与文字、图片等展现模式相结合的方式。本网站的建设，可以大大方便校园内外的人员在校园内学习、工作和生活，对于学校的宣传也有重要的意义。

本系统主要应用于高校，主要功能包括：

校园地图导航：利用校园内的各种级别的电子地图，将校园的学习、工作、生活环境，校园风光，甚至复杂建筑物的内部环境都展现到用户的面前，并提供配套的GIS操作，使得用户能够方便的浏览各种相关的校园电子地图，以及查询地图实体的各种属性信息等。

校园地理信息系统将成为新时代的高速信息源。任何与校园的行政、生活、休闲、旅行相关的信息将重新定位，并与地图信息建立最紧密的联系。用户将可以从以往的文字查询中解脱出来，获取图文并茂而且最为直接的交互效果。

8、多媒体教室

随着教育技术在各级各类学校中的逐渐应用，每个学校都进行了相应的硬件建设，都拥有了多媒体教室，配置了多媒体投影机、实物展示台、音响、中控系统等。多媒体教室建设需要有电子技术、电声技术、声学处理技术、计算机与网络技术等综合技术。学校在建设多媒体教室时，应根据本校的实际需要和教室环境的基础设施，遵循经济性、效益性原则，合理配置设备，才能获得高性价比的多媒体教室。

本系统是将多媒体计算机技术与常规电教媒体相结合。多媒体教室具备以下主要功能：（1）能播放文本、图像、动画、视频、音频等多种媒体信息。（2）通过实物展示台可将

图片通过大屏幕显示出来。（3）配备音响系统和控制银幕、窗帘、照明等相关辅助设备。（4）可与多种信息网相联，如校园计算机网、卫星电视网和校园有线电视网等。

9、图书馆

随着图书馆网络建设的深入和应用的日益丰富，图书馆网络建设也面临着越来越多的崭新课题。如何实现图书馆馆外用户合理授权访问馆内资源？如何在保持图书馆网络开放性的同时实现网络的安全等等诸如此类的问题一直是高校图书馆的建设重点考虑的问题。高校图书馆网络建设需求包括：

1、安全的需求

2、管理的需求

3、性能的需求

4、高智能的考虑

5、接入方式的考虑

6、馆外访问的需求

根据图书馆网络建设中出现的问题与需求，凭借丰富的图书馆网络建设经验，我们提出了高安全、高性能、易管理的高校图书馆网络的方案。

10、校园网络架构

当今世界随着计算机、网络通信等现代科学技术的发展，随着新校区的建设，建立覆盖全校，并与内外网络互联的校园网已成为必然。

本校园网对外将实现通过信息中心联接的互联网相连；对内实现与各院、系、图书馆、学生宿舍内部互联通信。校园网将为学校的科研、教学、管理提供必要的技术手段，为研究开发和培养人才建立平台，借此加快学校的发展，以此加快学校的发展，成为一个具有示范性的学校。

本校园网设计方案主要由以下四大部分构成：交换模块、广域网接入模块、远程访问模块、服务器群。本系统建设标准：

建立一个基于校园Intranet的信息管理和应用的网络系统，并提供相应的各种服务。

共享网络上各种软、硬件资源，快速、稳定地传输各种信息，并提供有效的网络信息管理手段。

采用开放式、标准化的系统结构，以利于功能扩充和技术升级。

能够与外界进行广域网的连接，提供、享用各种信息服务（与各系教育信息中心相连、与国内外著名教育站点相连）。

具有完善的网络安全机制。

能够与原有的计算机局域网络和应用系统平滑地连接，调用原有各种计算机系统的信息。

为了实现上面几点，必须设计适合大学教育本身，并能够充分利用资源的校园网，扩充各种网络应用，如多媒体课件系统、多媒体教学系统、网络教学系统、图书检索系统等，使其为各学科的教学和实验服务。

11、动力中心

动力中心是数字化、信息化及物联网综合技术应运而生的产物,适应于电力、工矿企业、商业中心、办公群楼、市政建设、学校医院、港口、机场、高速公路等诸多领域的高低压变配电及动力能源的管理系统。

它以电能管理为核心，配以对一次水、循环水、冷却水、蒸汽、压缩空气等能源的集成管理，形成了整个动力系统的统一管理平台，是一种智能化、网络化、单元化、组态化的监控系统。全面有效地对整个动力系统进行了优化，切实做到了生产、安全、节能、环保四效合一，克服了以往单一管理的数据片面性及自身矛盾。该系统以微机继电保护装置、智能配电仪表、智能电力监控装置、自动化仪表及检测装置、计算机及通讯网络、监控系统软件为基础，把整个动力系统的设备及运行状况置于连续精确（其中供配电系统的运行设备和运行状况置于毫秒级）的监视控制保护中，提供动力系统详尽的数据方案、运行监视、事故报警、事故记录和分析、电能质量监视和控制、自动控制、继电保护、能源需量预警、水电或汽电比例曲线等功能。

（七）物联网技术展望

毫无疑问，物联网会带来相当的便利和巨大的市场，同时也面临着许多挑战。其一，物联网的技术标准尚不完整。关于泛在网的技术标准、关于设备和传感器的通信接口标准等是影响物联网发展的挑战之一。其二、由于物联网可跟踪和记录用户的活动、行为、习惯和偏好，对个人隐私和信息安全的保护显得非常重要，普及物联网要加快信息安全立法进度，完善信息安全法律体系是保障信息安全的根本。其三、物联网的基础设施和管理机制尚不完备。传感器如何布置，如何维护，如何管理，如何形成网络，如何使用都是很大的问题。最后，物联网目前还处于早期阶段，前景模糊，还需要可持续的商业模式，以吸引更多的产业进入该领域，促进其进一步发展。从长远来看，物联网应用前景相当广阔。作为新兴战略性产业的代表，物联网的出现将会促进教育信息化的进一步发展，带来更多的创新应用和服务，引起教学模式和管理模式的变革，最终将提升教育信息化水平，有利于教育质量的提高。（八）总结

毫无疑问，智慧校园为师生带来了极大便利，同时也面临着许多挑战。首先是成本问题，建设智慧校园首先要有一个统一的基础设施平台，包括有线与无线双网覆盖的网络环境；其次是师生隐私安全问题，由于物联网可以跟踪用户的行动、习惯以及偏好等，信息资源及师生隐私如何得到保护成为创建智慧校园亟待解决的问题；最后，管理机制尚不完备，物联网如何维护、如何管理、如何使用都是很大的问题。目前，智慧校园还处于摸索阶段，前景不明朗，但从长远来看，由于物联网应用前景相当广阔，智慧校园一定会像浙江大学在信息化“十二五”规划中描绘的那样：无处不在的网络学习、融合创新的网络科研、透明高效的校务治理、丰富多彩的校园文化、方便周到的校园生活。

（九）参考文献

[1]The Internet of Things[EB／OL].

[2][15]李青校园物联网的风向标[J].中国教育网络,2010，(12)：43-44.

[3]王晓静，张晋物联网研究综述[J].辽宁大学学报：自然科学版,2010,37(1)：37-38.

[4]李卢一，郑燕林物联网在教育中的应用[J].现代教育技术,2010，20(2)：8-10.

[5]李一，陈火峰，关于物联网的研究思考[J].价值工程,2010，(8)：126-127.

[6][11][14]严栋，基于物联网的智慧图书馆[J].图书馆学刊,2010,(7)：8-10.

[7]何印，刘施羽等浅谈RFID技术在高校食堂管理中的应用[J].科技资讯，2009，(26)：212-213.

[8]王斌基于RFID的水控管理系统[J].中国电子商务,2009,(12)：28.

[9]浦敏，李云飞等，基于物联网的无线照明控制系统[J].照明工程学报,2010,21(2)：86-87.

[10]邓赵红，桑庆兵，物联网在教育中的应用与思考[J].无锡职业技术学院学报,2010,9(4)：48-51.

[12]王瑾基于物联网的实验室管理技术[J].电脑知识与技术,2010，21(6)：5471-5472.

[13]金逸超.力娟等，物联网环境下智能插座的设计[J].计算机研究与发展,2010,47(增刊)：321.326. （作者：严大虎陈明选）