物联网在安防监控中的应用

安防业迎接物联网时代的到来物联网是什么？其核心的技术有哪些？对安防系统有何影响？在系统内怎样运用？其表现形式如何？会带来哪些系统形式和布局的变化？作为安防系统的一员，我们如何应用？物联网的概念以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果，它给我们的生活带来了深刻的变化，但现在我们认识到：网络功能再强大，网络世界再丰富，也终究是虚拟的，它与我们所生活的现实世界还是不同的，还是相隔离的，在网络世界中，很难感知现实世界，很多事情还是不可能的，所以，是时代呼唤着新的网络技术。物联网物联网(IOT：InternetofThings)也称为传感网，最早可能是1999年提出来的一个概念。它的定义很简单：把所有物品通过某些信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。可以说物联网就是“物物相连的互联网”。包括两层含义：一是物联网的核心和基础仍然是互联网，是互联网的延伸和扩展；二是其用户端延伸和扩展到任何物品，实行“物--物”“物--人”的信息交换和通讯及控制。互联网从早期的实验室网络到城域网、到广域网、再到现在的移动与固定相结合的移动互联网，联接的是虚拟的信息空间，是信息\o"Zgirls_1@utops.cc"共享的网络、是信息传输的\o"%u5361%u5DF4%u65AF%u57FA@utops.cc"网络，是人和人的互联，是网络中的“客流”系统；物联网(传感网)是物和物的互联，是感知的网络，是网络中的“物流”系统；物联网联接的是现实的物理世界。这三者分别是信息传输的网络、信息共享的网络和信息感知的网络。我们现在的社会可称作“E社会”，在以手机为代表的移动网和互联网时代，实现了3个A，即Anytime（任何时间）、Anywhere

(任何地方)、Anyone

(任何人)的信息互联。在物联网盛行的未来社会，叫“U社会”，做到了“4个A”，即增加了一个Anything（任何物）。也就是说，物联网将推动人类社会从E社会走向U社会。所以，物联网是一个很大的概念。物联网(IOT)的核心是实时(realtime),连接(connection)和数据分享(informationsharing)。当然也是一种信息流。物联网(IOT)的本质是利用不断成熟的射频识别芯片(RFID，即电子标签)，无线传感网络（WSN）、ZigBee模块技术、嵌入式智能（embeddedintelligence）、纳米技术、全球定位系统（GPS）、WiFi（无线保真）、UWB（超宽带）、NFC（近场通信）、BlueTooth（蓝牙）、WiMax（无线宽带接入）、WLAN（无线局域网）、信息安全技术等等，把不同的实体用网络连接起来，从而实现即时信息的共享，是互联网应用的又一次延伸。无线传感网络无线传感网络（WirelessSensorNetworks；缩写：WSN）是一种全新的网络技术，它综合了传感器、低功耗、通讯以及微机电等等技术。通过随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。无线传感网络的功能：借助于节点中内置的传感器测量周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物质现象。无线传感网络可以在长期无人值守的状态下工作，在军事国防、工农业、城市管理、智能交通、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值、巨大的实用价值和广阔的运用。ZigBee模块

Zigbee是一种短距离、低功耗的无线通信技术名称。这一名称来源与蜜蜂的八字舞。其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。它以IEEE802.15.4协议为基础，使1822006.24计算机工程与应用用全球免费频段进行通讯，能够在三个不同的频段上通讯。全球通用的频段是2.400GHz-2.484GHz，欧洲采用的频段是868.0MHz-868.66MHz，美国采用的频段是902MHz-928MHz，传输速率分别为250kbps、20kbps和40kbps，通讯距离的理论值为10m-75m由于采用较低的数据传输率，较低的工作频段和容量更小的Stack并且将设备的ZigBee模块在未使用的情况下进入休眠状态从整体上降低其功耗。ZigBee中的物理层、介质访问层和数据链路层是基于IEEE802.15.4无线个人局域网(WPAN)标准协议；ZigBee在IEEE802.15.4标准基础之上建立网络层和应用支持层，包括巨大数量节点的处理最大节点数可以达到65000个)、ZigBee设备对象、用户定义的应用轮廓以及应用支持层等。应用层则由用户根据需要进行开发。UWB超宽带“UWB”（ultrawideband）是超宽带无线技术的缩写。UWB技术是一种使用1GHz以上带宽的最先进的无线通信技术。虽然是无线通信，但其通信速度可以达到几百Mbit/秒以上。UWB的特点在于不使用载波，这与此前的无线通信截然不同。由于原来的无线通信在通信时需要连续发出载波（电波），自然要消耗电能。而UWB是发出瞬间尖波形电波－也就是所谓的脉冲电波－直接按照0或1发送出去。由于只在需要时发送出脉冲电波，因而大大减少了耗电量。UWB之所以能实现高速数据传输，正是因为这种脉冲的宽度能控制在1纳秒以下，因此实现几百M～1Gbit/秒以上的通信将也不再是梦想。但是，发送脉冲信号需要很宽的频带。作为室内通信用途，美国联邦通信委员会（FCC：FederalCommunicationsCommission）已经将3.1G～10.6GHz频带向UWB通信开放。IEEE802委员会也已将UWB作为PAN（personalareanetwork）的基础技术候选对象来探讨。NFC（近场通信）NFC(近距离通信)技术，是电子标签(RFID)的升级技术，通过此技术可以使用集成NFC芯片的手机接触读卡装置，实现电子支付和数据下载等多种功能。欧洲电信标准化协会将在2007年制定出新标准，基于NFC的手机支付功能将被集成到每一个手机SIM卡内。物联网(IOT)把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等应有尽有的各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。物联网的结构原理“物联网(IOT)”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。依靠嵌入式智能（embeddedintelligence）技术将各类传感器植入各类物体使之有“感觉”能“语言”，用RFID等技术使物品(商品)能够彼此进行“交流”，组成有线或无线传感器网络，成为物物交流的神经末梢。而纳米技术等的运用就是让这一切尽量的微型微小化。物联网的神经元（节点）就是无线传感网络的节点，无线传感网络就是由部署在监测区域内大量廉价小型或微型的各类集成化传感器节点协作地实时感知、监测各种环境或目标对象信息，通过嵌入式系统对信息进行智能处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知的信息传送到用户终端，从而真正实现“无处不在的计算”理念。其中使用到的射频识别（RFID）技术是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。实际上，物联网的实现除了核心的传感器技术，为实现用户随时随地管理控制各种“物”的信息，实现最终的无线物联网，还需要统一的通信协议、大量的（V4/V6）IP地址，以及各种WPAN、WLAN、NGBWA/3G/LTE等无线通信技术，再结合自动控制、纳米技术、RFID、智能嵌入等配套技术，及其成熟的产业链。从应用层来看，整个社会将提供无所不在的网络、网络可了解使用者使用时的环境与状况、网络可了解不同使用者的个性与使用习惯，以实现定制化、多元化的服务提供。所有使用的过程中必须人性化、拟人化，让人不需学习自然反应。从技术层来看，各类通信网络技术与互联网协议技术的发展、加之于云计算等革新带来的信息化的巨变，使得孤立的、小颗粒的传感网进一步发展成为：广泛覆盖、网络互通、高速传输、无线连接的物联网成为可能。物联网的构架物联网是在计算机互联网的基础上，利用以RFID、无线数据通信、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等等为代表的技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。“物联网”技术的突出之处在于，通过传感器等技术手段，网络将进一步成为物体与物体沟通、人与物体沟通的工具。包括无线传感器网络系统平台、具有自组网特性无线传感器节点、数据存储和数据远程访问终端等。无线传感器网络是集数据采集、处理及通信功能于一体的分布式自组织网络。无线传感器网络由在一定区域范围内的多个具有无线通信、传感、数据处理功能的网络节点组成。物联网架构示意图：物联网节点示意图：无线传感器网络节点是组成网络的基本单元，传感器节点负责采集、处理、压缩数据、中转其他节点的数据包并将数据包发送出去。在不同的应用中，传感器网络节点的结构不尽相同，一般由数据采集单元(传感器、A/D转换器)、数据处理和控制单元(微处理器、存储器)、无线通信单元(无线收发器)和供电单元(电池)等组成。相对于传统无线网络节点，无线传感器网络节点具有明显的技术特点：(1)网络节点密度高，数量大；(2)节点的计算和存储能力有限；(3)节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池，节点能量有限；(4)通信能力有限，传感器网络的通信带宽较窄，节点间的通信单跳距离通常只有几十到几百米，因此在有限的通信能力下如何设计网络通信机制以满足传感器网络的通信是必须考虑的问题；(5)各传感器节点位置随机分布，具有自组织特性。由于无线传感器网络节点具有以上特点，在节点的设计上，要求节点硬件成本较低、必须低能耗、必须支持多跳的路由协议。如IEEE802.15.4/ZigBee协议充分考虑了无线传感器网络应用的需求，具有设备省电、通信可靠、网络自组织、自愈能力强、成本低廉、网络容量大、网络安全等特点。网络节点可以组成三种拓朴结构：星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Clustertree)。节点以自组织形式构成网络、每个节点都可以自主采集数据，数据通过单跳方式或多跳中继方式送到汇聚节点(Sink节点)。汇聚节点将收集的数据发送到远程的控制中心，或通过RS232接口把数据发送给PC机进行数据处理和存储。国内传感器网络硬件节点·南京邮电大学的无线传感器网络系列节点UbiCellUbiCell系列节点集成了传感器，微处理器，无线收发器等多种嵌入式芯片，拥有信息采集，信号处理，数据传输和实时监控等多种功能。UbiCell医疗节点，可实现高精度的脉搏、血氧、体温等人体生理指标的监测。无线多媒体传感器网络节点UbiCell-MUbiCell-M节点拥有30万像素和60FPS的图像采集与处理能力，足以满足网络监测与识别的应用需求。·中国科学院计算技术研究所的GAINS系列节点中国科学院计算技术研究所深联科技研发的GAINSJ、GAINZ等系列传感器节点，其基于ZigBee无线通信协议栈，实现多种网络拓扑：星型、成簇、网状网等，用户可以根据协议栈提供的API设计自己的应用，组成更复杂的网络。

·香港科技大学的无线传感器网络节点香港科技大学基于Telos-B的平台建了一个低功耗的无线传感器网络节点。节点基于IEEE802.15.4无线收发器芯片的下一代超低功耗、高传输率、无线传感网络应用程序的Telos平台，具有完善的板上内置天线，传输距离较长。该节点目前主要用于智能车的研究中。国内无线传感器网络软件成果国内目前在无线传感器网络的软件方面，主要是在基于国外的操作系统之上，开发自己的中间件软件。如南京邮电大学无线传感器网络研究中心开发的基于移动代理的无线传感器网络中间件平台，它实现了对MantisOS，TinyOS和SOS多操作系统的支持，屏蔽了不同操作系统的差异性，同时扩大了硬件节点的选择范围。对外提供便捷的接口，使用户无需了解底层细节，极大的降低了无线传感器网络应用开发的难度。深联科技开发的无线传感器网络开发套件，提供了功能齐全的硬件开发平台，和自主开发的无线通信协议栈。国内研究机构在理论研究方面，如对无线传感器网络网络协议、算法、体系结构等方面，提出了许多具有创新性的想法与理论。在这方面，国内的南京邮电大学、哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、北京邮电大学等都取得了一些相关的理论研究成果。目前国内比较成功的无线传感器网络软件产品南京邮电大学的无线传感器网络中间件软件DisWare：这是基于移动代理的无线传感器网络中间件平台，它实现了对MantisOS和TinyOS多操作系统的支持，同时扩大了硬件节点的选择范围。南京邮电大学的无线传感器网络集成开发平台MeshIDE是一个可视化编程、应用程序融合于一体的无线传感器网络集成开发平台。作为用户的可视化开发工具，实现可视化烧制、管理和控制。中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台：针对无线传感器网络的协议、功耗、数据处理和分布式计算等诸多方面，开展定量的分析和管理，并提供图形化界面。物联网在安防系统的应用物联网具有广阔的行业应用需求，交通、安防、物流、零售、电力、金融、环保、医疗等行业都将成为物联网行业应用的重点领域。由于不同行业在物联网政策倾向，技术与市场成熟度，市场需求等方面差别较大，物联网的行业应用也不尽相同。物联网以其无所不在、高效传输、快速感应的特点，在很多需要快速反应处理能力的场合大有用武之地，特别是在安全防范方面。物联网技术在安防领域可以实现诸如实时监控监测、位置定位、智能分析判断、人机智能对话等诸多功能。物联网最大亮点是以物或机器的应用替代人的某些作用。目前，物联网产业发展还主要以传感节点为主，传感网络建设和网络运营服务还处于起步阶段，网络运营服务具有广阔的市场前景。在安防行业领域，目前主要以身份识别、传感设备和监控设备为主，技术相对成熟,产品应用广泛。通俗地讲，目前所有冠以“智能”的项目多少都属于这一范畴。智能电网，智能交通，智能安防，智能家庭，智能医疗服务等等都是近期可以看到的应用。只不过各类探头的体积较大，传递的信息不准确，计算和处理的方法较传统。和诸多新兴技术一样，IOT目前最大的障碍还是使用成本偏高，其大规模普及的速度要看个方面的发展。在重点公共设施安全监控方面重要区域和公共场所的监控与防入侵技术应用涉及社会许多方面，如机场、核电站、军事设施、党政机关、国家的动力系统、广播电视、通讯系统、国家重点文物单位、银行、仓库、百货大楼等等，这些单位的安全保卫工作极为重要，所以也是安全防范技术工作的重点。然而，无论对于几十公里的机场外围还是对于几公里的小区围界，仅仅靠人为的巡检是不可能实现的，要保障这些场所的安全就必须采用先进的无人值守技术，达到及时报警、及时控制的实时远程监控。其典型案例是：上海浦东国际机场的物联网安防工程。通过传感网技术，借助数以万计的传感器，对场馆周围的砖墙、围栏以及无物理围界区进行防入侵监测预警。当入侵者采用工具切割、推摇等方式，对围栏进行破坏；安装于围栏上端的复合传感器检测到异常震动信号，经过匹配分析，以及智能识别和定位，发出预警信号至指控中心；指控中心根据震动传感器的预警信号提示位置，通过预警区域附近的视频监控确认，以围界前端灯光、喇叭发出警报，同时启动应急预案。当入侵者采用系留气球、跳跃翻越等低空入侵方式从围栏上方通过；安装于围栏顶端的微波雷达检测到异常目标经过，确定目标所在位置，发出预警信号通知指控中心；指控中心启动视频监控跟踪追查，并实施应急方案。当入侵者在围栏附近掘坑；围栏下方地埋震动传感器感应到异常震动，通过综合分析，确定事件发生的位置，发出预警信号传送至指控中心；指控中心根据震动传感器预警信号的提示位置，启动预警区域附近的视频监控，观察预警区域状况，同时启动应对方案。智能小区和平安家居的建设方面我国已有建设智能化小康示范小区的国家重点发展方向。新房都将具有一定的“智能型”功能。通过在家庭布设传感器网络，可以通过手机或互联网远程对入室、访客、环境、灾害等进行监控报警，对家电设备等进行控制，保障居住安全，提高生活质量。要实现家居智能化，必须能够实时监控住宅内部的各种信息，从而采取相应的控制。为了实现这一目的，家居中必须有足够的各种传感器来采集信息：如温度、湿度、有无煤气泄露或者外来入侵，这些传感器就构成家庭神经系统的神经末梢。通过家庭传感网将家庭中的水、电、煤气、照明、视听、安全、通信、调温等各种设备连接起来，协同工作，使家居从一个被动的结构转变成一个主动的伙伴。基于多类型传感器网络节点的智能家居系统采用星形拓扑结构，将面向多媒体的音视频节点和带有医疗传感器，能够感知用户体温、脉搏等体征信息的医疗节点；以及能够对家用电器进行控制的电器控制节点等各种各样