【摘 要】在研究無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)及ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)信息感知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。提出了基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與空間定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)結(jié)合的押運(yùn)信息感知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)，并對(duì)該節(jié)點(diǎn)的軟硬件功能進(jìn)行了測(cè)試。

【關(guān)鍵詞】信息感知 物聯(lián)網(wǎng)

隨著通信技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，出現(xiàn)了具有感知、計(jì)算和通信能力的微型傳感器。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)報(bào)告并傳送給相應(yīng)的監(jiān)控部門(mén)。

一、“物聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展現(xiàn)狀及數(shù)據(jù)采集存在問(wèn)題

1.“物聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展現(xiàn)狀

全球“物聯(lián)網(wǎng)” 還處于起步階段，主要應(yīng)用技術(shù)有RFID、傳感器、M2M（Machine to Machine）等，以傳感器和RFID 為代表的感知技術(shù)，是發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展的核心技術(shù)，RFID 技術(shù)已步入成熟發(fā)展期。目前無(wú)線(xiàn)通信和數(shù)據(jù)采集面臨多種技術(shù)并存的現(xiàn)狀， 其中無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)Wireless Sensor Network影響最大，在高速、低功耗、安全性和無(wú)線(xiàn)技術(shù)方面正在研究適合智能物流和工業(yè)監(jiān)控等應(yīng)用的增強(qiáng)技術(shù)。

2.數(shù)據(jù)采集存在問(wèn)題

目前，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)在智能物流和物品監(jiān)控中，通常使用地理信息技術(shù)對(duì)物品和運(yùn)輸進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，這種傳的監(jiān)測(cè)模式具有以一定的缺陷。如狀態(tài)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)功能獨(dú)立，體積大，成本高，不利于實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)廂環(huán)境進(jìn)行感知監(jiān)測(cè)；節(jié)點(diǎn)之間不能自組網(wǎng)，存在單點(diǎn)故障，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸效率低，可靠性低；功耗高，需要車(chē)輛電源或外接電池；監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)不能進(jìn)行多參數(shù)監(jiān)測(cè)，和報(bào)警參數(shù)的修改；不能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、有效地監(jiān)控預(yù)警，并實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸全過(guò)程中車(chē)輛、人員、環(huán)境及物質(zhì)狀態(tài)等情況的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控及輔助應(yīng)急救援；不并對(duì)電子地圖上進(jìn)行移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的顯示，定位、速度、運(yùn)動(dòng)方向、狀態(tài)等感興趣的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和查詢(xún)。

二、基于Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)信息感知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是為裝卸、運(yùn)輸、檢測(cè)等過(guò)程信息化、可視化、安全化而設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)將WSN技術(shù)、北斗衛(wèi)星定位技術(shù)、4G技術(shù)及視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸過(guò)程在途車(chē)輛、人員、環(huán)境及物品狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、預(yù)警報(bào)警、安全管理與分析。

1.系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)

ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。基于WSN押運(yùn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)技術(shù)、空間定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)等技術(shù)集成的應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)、車(chē)載監(jiān)控終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理終端組成。將傳感器節(jié)點(diǎn)安裝在車(chē)廂，節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身所帶的傳感器類(lèi)型采集與特殊物品相關(guān)的信息。傳感器節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成一個(gè)微型無(wú)線(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢后，節(jié)點(diǎn)根據(jù)建立的路由將這些數(shù)據(jù)匯集到車(chē)載監(jiān)控終端。由于該系統(tǒng)是基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，車(chē)載監(jiān)控終端充當(dāng)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的信息交換。車(chē)載終端除了與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行近距離通信外，還外接北斗定位模塊和4G無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊。

第一，感知節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)。在運(yùn)輸監(jiān)測(cè)中，組成微型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的感知節(jié)點(diǎn)帶有溫、濕度和加速度等傳感器，主要采集運(yùn)輸車(chē)輛車(chē)廂內(nèi)的溫、濕度信息以及車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)信息，并通過(guò)近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將所采集的信息發(fā)送到車(chē)載終端。本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的感知節(jié)點(diǎn)主要由控制模塊、感知模塊、射頻模塊、存儲(chǔ)模塊、電源模塊和調(diào)試模塊六個(gè)功能模塊構(gòu)成。

第二，感知節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)。感知節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)屬于嵌入式應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，本系統(tǒng)采用Gcc交叉編譯環(huán)境。整個(gè)程序開(kāi)發(fā)過(guò)程的部分工作在PC機(jī)上完成，另一部分工作在終端采集節(jié)點(diǎn)完成，即在PC機(jī)上編程終端采集節(jié)點(diǎn)的程序代碼，然后通過(guò)交叉編譯、鏈接，將程序做成目標(biāo)平臺(tái)即終端采集節(jié)點(diǎn)上可以運(yùn)行的二進(jìn)制代碼格式，最后將程序下載到終端采集節(jié)點(diǎn)運(yùn)行代碼，以實(shí)現(xiàn)終端采集節(jié)點(diǎn)功能。

2.系統(tǒng)的特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)信息感知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸過(guò)程在途車(chē)輛、人員、環(huán)境及物品狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、預(yù)警報(bào)警、安全管理與分析，與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)物流信息獲取相比，軟件功能有了很大提升，節(jié)點(diǎn)組合更加簡(jiǎn)便靈活，感知數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效性高，定位信息更安全精準(zhǔn)。

三、測(cè)試結(jié)果及經(jīng)濟(jì)效益分析

1.系統(tǒng)測(cè)試

軟件使用測(cè)試。主要包括對(duì)控制中心系統(tǒng)平臺(tái)監(jiān)測(cè)、參數(shù)傳輸、預(yù)警設(shè)置，地圖顯示和數(shù)據(jù)處理分析功能的使用。4G/ZigBee通信測(cè)試.通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)向ZigBee終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送指令（led點(diǎn)亮、閃爍），通過(guò)觀(guān)測(cè)終端節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況判斷ZigBee通信狀態(tài)。通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送4G連接服務(wù)器的指令，讀取相關(guān)系統(tǒng)信息判斷4G連接狀態(tài)。衛(wèi)星定位測(cè)試。將系統(tǒng)裝在車(chē)上，車(chē)輛以不同速度在任意街道和城區(qū)外道路上行駛，觀(guān)查終端地圖上的軌跡圖，判斷衛(wèi)星定位是否準(zhǔn)確。

2.經(jīng)濟(jì)效益分析

該系統(tǒng)建立了一體化物品押運(yùn)管理與監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，改變了目前押運(yùn)過(guò)程在途信息不可預(yù)見(jiàn)，不可感知的難題，消除了運(yùn)輸過(guò)程中物品信息感知的盲區(qū)，減少了事故發(fā)生的幾率。該系統(tǒng)還具有布控靈活，操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。大大提高了運(yùn)輸過(guò)程的安全性和可靠性，該系統(tǒng)為物流提供了一個(gè)實(shí)時(shí)可控的信息化平臺(tái)，而且可以大大提高運(yùn)輸過(guò)程的安全性和可靠性，使物聯(lián)網(wǎng)信息化、現(xiàn)代化建設(shè)上了一個(gè)大臺(tái)階。