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文档简介
论物联网关键技术与应用物联网就是“物物相连”的互联网。它是通过射频识别(RFID)、红外线感应器、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,以实现物体的智能化设别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。写作要点:(1)首先用500-600字叙述作者参与开发的软件系统的概要和所担任的工作。(2)详细论述你中项目开发流程,具体说明物联网相关技术的应用情况。本题要求比较泛,没有规定具体的技术,所以作者在此有自由发挥的空间。(3)按论文写作老套路,指出问题,并给出解决方案。摘要 2010年某高校领导决定在本校建立基于物联网的智能数字校园系统,以解决高校数字化资源与信息化系统的高效整合提供有力的条件,更好的为广大师生工作、学习和日常生活服务。我在高校信息中心工作,在项目中我担任了系统分析员,主要负责系统分析、系统设计等工作。云计算技术和传感器技术的快速发展,促使了物联网时代的到来。根据数字校园各类功能有效集成和方便用户使用的基本理念,基于物联网设计了一种可实现用户管理与自动身份识别、图书借阅、校内消费、学生信息管理等功能的智能数字校园系统。以统一用户身份识别机制为基础,基于物联网的智能数字校园系统主要由用户身份管理、图书借阅管理、多媒体教室与实验室管理、校内消费管理五个功能模块构成。下面主要介绍用户身份管理和图书借阅管理。物联网的智能校园在高校具有很好的应用前景,但也存在一些问题。如何充分利用物联网的优势提高数字校园的智能化程度还需进一步研究。正文 自20世纪90年代以来,互联网的高速发展与快速普及,对高校校园建设、教育教学模式、师生学习和生活方式产生了重要的影响,使高校全面进入了数字化时代。互联网技术与移动通信网络的不断深入发展,促使了新一代网络技术物联网的形成与发展,这将促进新一代智能数字校园的研究与建设。2010年某高校领导决定在本校建立基于物联网的智能数字校园系统,以解决高校数字化资源与信息化系统的高效整合提供有力的条件,更好的为广大师生工作、学习和日常生活服务。我在高校信息中心工作,在项目中我担任了系统分析员,主要负责系统分析、系统设计等工作。1.物联网时代的智能数字校园物联网(Internet of Things,简称IOT)又称为传感网,是互联网从人向物的延伸,是指在真实物理世界中部署具有一定感知能力和信息处理能力的嵌入式芯片和软件系统,通过网络设施实现信息传输和实时处理。从而实现物与物、物与人之间的通信。从技术的角度来看,物联网是在计算机互联网基础上利用射频识别(RFID)、无线数据通信等技术,将射频识别设备、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设施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数据通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监测和管理的新一代网络技术。云计算是物联网的关键技术, 物联网要求每个物体都与它唯一的标示符相关联,这样就可以在数据库中检索信息 。因此需要一个海量的数据库和数据平台把数据信息转换成实际决策和行动。若所有的数据中心都各自为阵,数据中心的大量有价值的信息就会形成信息孤岛,无法被有需求的用户有效使用。云计算试图在这些孤立的信息孤岛之间通过提供灵活、安全、协同的资源共享来构造一个大规模的、地理上分布的、异构的资源池,包括信息资源和硬件资源,再结合有效的信息生命周期管理技术、节能技术。云计算是由软件、硬件、处理器加存储器构成的复杂系统。它按需进行动态部署、配置、重配置以及取消服务。在云计算平台中的服务器可以是物理的服务器或者虚拟的服务器,其本质是由远程运行的应用程序(在云中)驻留在个人电脑和局部服务器。 云计算技术和传感器技术的快速发展,促使了物联网时代的到来。当前手机已成为高校师生必备的日常用品。手机中具有可集成师生个人信息的SIM卡,这为物联网时代新一代智能数字校园的构建奠定了良好的基础。物联网时代的智能数字校园是以师生用户手机中的SIM卡和标签识别器为主要终端设备,以物联网为网络环境将高校师生的相关信息集成在其手机的SIM卡中,从而使手机可用于实现师生身份识别、图书借阅管理、校内消费管理等多种功能,能够方便、快捷地为师生的工作、学习和日常生活提供全方位的便捷服务。2系统功能模块以统一用户身份识别机制为基础,基于物联网的智能数字校园系统主要由用户身份管理、图书借阅管理、多媒体教室与实验室管理、校内消费管理五个功能模块构成。下面主要介绍用户身份管理和图书借阅管理。21用户身份管理为基于校内师生手机SIM卡实现用户身份自动识别,校内师生在使用该智能数字校园系统之前,首先需要在学校智能数字校园管理部门申请在自己的手机SIM卡中以RFID电子标签的形式写入自己的个人基本信息,如姓名、性别、身份、职务、单位、籍贯、出生年月日等。这样,一张普通的手机SIM卡就可以变成存储了师生用户基本信息 可用于校内师生自动身份识别的终端设备,写入了师生用户基本信息的SIM卡可完全替代目前互联网时代数字校园中广大师生用户正在使用的工作证、学生证、就餐卡、图书证等。在学生毕业或教师离职时,在学校智能数字校园管理部门申请删除自己手机SIM卡中的个人信息,这样用户手机卡就失去了自动身份识别功能,变为一张普通的手机卡。系统管理员可以利用管理员SIM卡登录系统利用用户信息管理功能对师生的基本信息进行添加、删除和更新等操作,对挂失的SIM卡账户进行冻结,以免对师生的个人财产造成损失。同时,师生可通过登录记录查询模块查看自己使用图书馆、语言实验室、微格教室、公共计算机机房、各专业实验室等校园公共设施的详细情况。自动身份识别功能主要用于学生进行选课、学习成绩查询、实验室上课、进入图书馆、图书借阅、校内消费以及教师进行实验室上课、图书借阅、校内消费等场合的用户身份自动识别。SIM卡跟踪与定位主要用于用户手机丢失之后。根据最近一次用户身份识别时标签识别器的位置或手机最近一次的移动通信服务基站位置来定位手机最可能的位置,为用户找回手机和SIM卡提供参考信息。22图书借阅管理师生进入图书馆时只需将自己的手机放在图书馆门禁处的标签识别器处,图书馆门禁管理模块即可根据所读取的RFID电子标签信息通过网络传输到用户管理模块,进行自动身份识别处理。对于其合法用户,图书馆门禁自动打开,否则用户将无法进入图书馆。图书借阅管理功能主要用于用户在阅览室查阅图书时记录已查阅图书信息、查阅的起始时间、查阅次数等,以及用户在借书处通过手机SIM卡成功进行用户身份识别之后,通过相应图书的二维条码来记录用户借阅的图书详细信息,从而实现完全自动的图书查阅和借阅。同时,师生用户在图书馆所借阅的书籍目录信息会以手机短信的方式发送到用户手机上,以便师生用户对自己所借的书籍进行及时的核对。学生在图书馆电子阅览室查阅学校购买的中外文期刊数据库、电子书籍、视音频学习资料等电子资源时,可利用自己的手机SIM卡进行自动上机管理功能。由此可见,物联网在图书馆管理中的应用可大大提供图书馆管理的自动化程度降低图书馆管理方面的人力投入。3存在问题3.1安全性能RFID当初的设计是完全开放的,所以信息安全机制存在严重缺陷。对RFID标签加密将使标签成本增加。云服务的透明度也是安全隐患,黑客正是通过操作系统的漏洞来攻击它所服务的应用程序载入内存中的数据。提供内存数据的保护和隔离是云计算的重要安全需求之一。目前可以通过服务级别协议向用户担保,但如何做到安全服务SLA的可审计性,这是云计算必须面临的挑战 。无线传感网络受到的安全威胁与传统网络不同,现有的网络安全机制无法应用于无线传感网络,需要开发专门协议。现有的思想是从维护路由安全的角度出发,寻找尽可能安全的路由以保证网络的安全,另一种思想是把着重点放在安全协议方面。目前现行有效的传统网络安全协议例如SSL和IPSec,也存在着缺陷比如难以实施在嵌入式设备中。因此一个完整统一的安全系统呼之欲出。3.2寻址问题每个物品都会在物联网中出现,那么每个物品都需要一个地址。在IPv4资源即将耗尽的背景下,物联网需要更多的IP地址。需要IPv6的支持,但由于IPv4网络的庞大规模导致IPv4向IPv6过渡存在一个漫长的过程,因此物联网一旦使用IPv6地址,就必然会存在与IPv4的兼容性问题。物联网的特性也使得物联网中的寻址与互联网不完全一样,文献解决了多种产品代码标准引起的寻址冲突。4总结物联网时代的到来给高校数字校园系统的升级与维护带来了一次新的机遇与挑战,基于物联网的智能数字校园能够有效解决传统数字校园建设中所遇到的数字资源整合与共享、自动身份识别、图书借阅管理、校内安全消费、校内各类信息管理系统集成等难题。虽然基于物联网的智能校园在高校公共设施管理与使用、用户自动身份识别等方面具有很好的应用前景,但由于标签识别器这一个设备的成本较高,不便于在个性化的网络教学、办公系统查询等信息资源服务场合应用,导致基于物联网的智能数字校园在校内统一上网认证、网络教学等个人应用方面具有一定的局限性,如何充分利用物联网的优势提高数字校园的智能化程度还需进一步研究。而且目前的云计算还存在比较大的风险。 2.基于物联网的智能数字校园系统设计根据数字校园各类功能有效集成和方便用户使用的基本理念,基于物联网设计了一种可实现用户管理与自动身份识别、图书借阅、校内消费、学生信息管理等功能的智能数字校园系统。21体系架构根据物联网时代智能数字校园对师生身份自动识别、应用数据管理集成与共享的实现需求,基于物联网的智能数字校园采用三层体系,主要包括应用数据服务层、网络通信层和终端用户层。其中,应用数据层包括用户信息数据库和用户信息管理服务器以及图书借阅管理、校内消费管理等各类应用服务器及其相应的应用数据库、数据备份服务器;网络通信层包括互联网、高校自建的校内无线通信网和移动通信网组成。终端用户层包括具有SIM卡的普通手机、3G手机、智能手机和PDA、标签识别器,主要用于实时采集存储在手机SIM卡中的用户信息。这样,通过师生手机SIM卡提供的统一用户身份识别机制,可方便地实现数字校园系统内各类数据信息的高效管理与校内共享以及现有各类信息管理系统、数字化办公系统的集成。223校内消费管理高校的校内消费是师生日常学习生活的重要组成部分,基于SIM卡自动身份识别的校内消费管理是一种便捷、安全的消费支付模式,可为高校师生提供优质的支付管理服务。校内师生通过手机SIM卡的自动身份识别之后,就可利用水电费支付管理功能支付相应宿舍和家庭的自来水费、公共浴室使用费、宿舍热水使用费、洗衣费、电费等,这样可大大减少使用现金支付的麻烦。师生在校内超市购物或在校内食堂就餐时,利用手机SIM卡成功进行自动身份识别之后,便可利用超市消费管理或餐饮消费管理功能为自己的购物和就餐付款,实现校内方便、安全的消费。校内巴士消费管理主要用于师生用户在乘坐校园巴士(或电瓶车)的时候,进行自动身份识别和消费支付,以此取代当前校园巴士使用现金消费的模式。个人账户管理主要用于师生用户查看自己的账号余额、消费记录、从自己银行账户向校内SIM卡账户转账等功能,同时,师生用户每在校园中成功进行一次消费或充值,消费管理系统都会将其消费的具体项目及其所花费的数额、或充值数据及其账户余额通过手机短信发送到用户手机上,以便师生用户对自己的账户进行实时监视和管理,从而提高校内消费支付的安全性。4基于物联网的智能数字校园的关键技术41 RFID技术射频识别RFID (Radio Frequency Identification)技术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,RFID系统主要包括RFID电子标签、标签识别器两部分,其中RFID电子标签中存储有EPC码。91 RFID技术是基于物联网的智能数字校园的核心技术,它能为师生手机上SIM卡贴上RFID电子标签,当师生携带具有RFID电子标签的手机SIM卡通过标签识别器时,电子标签被标签识别器自动感应并通过无线网络将电子标签中的信息传送到信息处理中心,经过处理之后再将处理结果发送到标签识别器上,从而实现灵活、高效的自动身份识别和信息管理。42 EPC编码技术EPC (Electronic Product Code)编码技术是基于物联网的智能数字校园的关键技术之一它能够为单一的物理对象提供唯一的标识码,是一种严格意义上的物品标识,可以克服二维条形码无法识别单个物品、条码容易破损而丢失信息等缺点,Jill 前通常采用64位或96位的ID编码。存储在EPC码中的信息包括种类、名称、时间等物品基本信息,以及物品概述、物品功能等物品的参考信息。虽然EPC码存储的信息非常有限,但它通过与对应的后台数据库管理系统相连,可通过名称解析服务器实时获取EPC码对应的物品详细信息。4.3 传感器技术传感器是一种能感知预定的被测指标并按照一定的规律转换成可用信号的器件和装置,通常由敏感元件和转换元件组成,是物联网中采集信息和实现对现实世界感知的重要设备。传感器的种类很多,如速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器、位置传感器、能耗传感器等,由于基于物联网的智能数字校园是以师生用户的SIM卡为EPC码存储设备的。所以,基于物联网的智能数字校园用户终端采用的标签识别器是射线辐射传感器,主要用于读取师生
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