物联网的技术环境精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇物联网的技术环境，期待它们能激发您的灵感。

篇1

基于物联网技术的机房环境状态监测系统可以充分地满足实时监测机房设备状态和机房环境的相关要求，该监测系统主要是利用电压传感器、电流传感器和温湿度传感器等相关设备对机房内的设备开启状况、用电状况和环境状况等各种数据进行实时采集。随后利用POE技术的网络传输或者无线自组网的方式向后台服务器实时地传输数据，由系统的服务器分析处理相关的数据，并进行预警。鉴于此，本文对基于物联网技术的机房环境状态监测系统进行了分析和介绍。

【关键词】

物联网技术；机房环境；监测系统

在计算机技术不断发展的今天，很多行业都对计算机产生了越来越大的依赖性，目前在各个单位中计算机机房已经变成非常重要的核心业务组成部分。为此，必须要高度的重视机房的运行监控工作，从而能够确保计算机机房能够实现安全正常运行。现阶段，很多计算机机房仍然采用视频监控的方式进行环境监控，该方式很难自动地检测机房的供电、湿度和温度等关键的情况，一旦出现问题，无法及时有效地进行报警。为此，必须要选择一种更加安全有效的机房环境状态监测系统。

1物联网技术概述

在新一代信息技术中物联网技术属于一个非常重要的组成部分，物联网从含义上来说属于物物相连的互联网，其一共包括两个层面的意思：①互联网仍然属于物联网的基础和核心，物联网是立足于互联网的一种扩展和延伸的网络。②物联网的用户端扩展并且延伸到了很多物体和物体之间，能够实现实时的信息通信和交换。物联网的定义为：依据约定的相关协议，利用激光扫描器、全球定位系统、红外感应器、射频识别等信息传感设备连接任何物体和互联网，实时信息通信和交换，从而针对目标进行智能化的管理、监控、跟踪、定位和识别的一种网络技术。

2机房环境状态监测系统的总体设计分析

该系统主要包括两个部分，也就是后台服务程序和前段数据采集终端等。利用自带的传感器采集终端就能够对机房内的电压状况、电流状况和温湿度等进行采集，并且利用以POE技术为基础的网络总线或者无线自组网的方式向服务器传输终端采集到的各种数据，由服务器对相关数据进行处理和显示[1]。后台服务程序的主要作用就是分析和处理采集及传输回来的数据，并且在主界面上以图表的形式显示处理后的数据，如果机房中的电流电压失常或温湿度过高的情况被采集终端监测到，这时候采集终端就会将报警信息发送到后台服务程序，然后由后台服务程序将报警信息发送给机房的管理人员，从而将报警功能完成，见图1。该系统主要采用了ZigBee技术，其与IEEE802.15.4标准相符合；其通信协议为TCP/IP；采用了以数据库技术为基础的信息管理系统，WEB页能够对信息进行实时的浏览和监控，确保管理集成化的实现；其采用了现场实时控制的方式，因此具有更高的可靠性和稳定性；具有多样化的报警方式；具有投资少、见效快的优势，在一些中小规模的机房管理中非常适用[2]。

3机房环境状态监测系统的硬件设计分析

以系统的功能为根据总体设计整个系统，同时划分好模块，该系统一共包括以下模块，也就是数据采集终端、ZigBee远程无线通信模块、ZigBee网关设备。（1）数据采集终端的主要作用就是对机房的各种数据信号进行采集，随后利用ZigBee无线网络向网关设备进行上传，由网关设备在远程服务器上的数据库中存储数据。在数据采集终端中传感器是最为主要的硬件，立足于ZigBee网络的角度进行分析，我们可以发现传感器模块属于一个RFD节点，其供电方式为两节2号电池。不同传感器的硬件设计如下：①温湿度传感器：系统的温湿度传感器具有ZigBee无线网络，能够将具有较高可靠性的无线传输提供出来，而且不需要对专用频道进行申请。②电压传感器：系统的电压传感器具有0～120%标称输入的线性测量范围，25Hz～5kHz频率频响，其在交流电压测量采样中非常适用。③浸水传感器：系统的浸水传感器具有DC24V的供电电压，<100ppm的误报率，20～100%RH的工作湿度，0～50℃的工作温度[3]。（2）远程无线通信模块：由单片机CC2430进行数据采集终端的无线通信和数据处理操作。系统在连接各类传感器的时候是通过无线网络的方式来实现的，而且能够以预先设定的时间间隔为根据对无线传感器节点的工作参数进行读取，并且在内存中存入采集到的相关数据。为了保证远程通信的实现，还需要扩展BigBee的通讯距离，在系统中应用了CC2591放大器芯片。图2为结合了CC2591和CC2430的远程无线通信模块框图。（3）ZigBee网关设备：作为连接有线设备和无线传感器网络两者之间的一个中转站，网关设备的最为主要的功能就是实现ZigBee网络与以太网之间的数据交换，其能够将查询命令给下级的节点，同时还可以对下层节点的数据和请求进行接收，利用串口的方式将采集到的各种数据输送到PC机中，由PC机对这些数据进行处理。ZigBee网关设备本身具有路由选择、请求仲裁以及数据融合等一系列的功能。网关设备的实现依赖于对CC2430+PC机的使用，CC2430的主要功能就是收发和转存ZigBee网络的数据。PC机的主要功能就是收发以太网数据[4]。利用RS232两者之间就能够实现交换数据的功能。现在RS-232串口在普通PC机中能够达到最高115kB的波特率，同时ZigBee也可以达到将近250kb的理论带宽，这样两者就能够具备大约在一个数量级的速率。由于该系统主要是对控制命令进行传输，因此具有相对较小的数据流量，在这种情况下就能够匹配使用两者。

4机房环境状态监测系统的软件设计分析

（1）CC2430片程序：采用无线网络专业开发系统作为CC2430片程序的开发平台，其属于一种专业的开发系统，能够使设计和开发ZigBee技术标准和IEEE802.15.4标准的无线网络技术的需求得到满足。其中具有多种ZigBee网络构建必需的软件开发和硬件开发工具，除了具有简单的开发按键之外，同时还具有传感器和液晶显示的功能。CC2430片程序主要包括一个看门狗定时器、定时器和主程序等。其中的看门狗定时器主要是对节点的工作情况进行监控，如果有必要还需要复位节点，这样就能够使系统具有较高的稳定性和可靠性。定时期的主要功能就是将传感数据定时传输到中心节点。主程序的主要功能就是发射无线数据，并且做好数据反馈后的后续处理[5]。（2）远程服务管理系统：各种采集的环境数据在经过无线传感器的网络网关的传输之后，由远程服务管理系统对其进行接收和保存，其能够查询和管理无线传感器网络的命令，而且还可以显示机房的电压湿度和温度，具有查询和分析历史传感器数据和变化趋势的功能。一旦出现超出设定阀值范围的数据，系统就会利用启动报警器和发送手机短信等方式向机房的管理员进行通知，这样机房管理员就可以利用手机笔记本电脑等移动终端设备和无线网络进行交互，从而实现对无线传感器网络的远程控制和数据的实时共享。

5结语

作为一种新兴的技术和概念，物联网本身具有非常强的优势，因此在很多行业中都得到了广泛应用。基于互联网技术的机房环境状态监测系统的应用能够使机房管理人员对当前机房内设备的运行情况、温湿度和环境进行直观的了解，还可以在机房安全运行监测系统中全面地纳入环境状况监测系统，这样机房管理人员可以将机房的安全运营情况更好地掌握住，确保机房实现安全、稳定、可靠的运行。

参考文献

[1]游定琳，焦江涛.浅析机房环境对设备运行的影响因素[J].数字技术与应用，2012（12）.

[2]谢伟，杨斌.基于物联网的机房节能测控系统设计[J].技术与市场，2011（07）.

[3]傅仁轩，肖连风.基于物联网技术的新型数据采集与监控系统设计[J].移动通信，2011（09）.

[4]行少亮，朱波.基于物联网的智能环境监测系统[J].数字技术与应用，2011（11）.

篇2

【关键词】物联网数据云存储安全防护

物联网是一种利用计算机技术、互联网技术、通信技术、传感技术等多种技术将物品与互联网连接起来，以实现信息传递、智能识别、物品管理等功能的网络。

随着云计算技术受到广泛的关注，云存储技术也得到了广泛的重视。云存储可以在一系列软件的支撑下将多种存储设备进行整合，构成海量存储空间空用户使用。利用云存储服务，物联网供应商可以达到避免自建数据存储中心，节约运营成本，提高服务质量的目的。

一、云存储技术概述

云存储技术是云计算技术的延伸，该技术通过使用多种技术手段如集群应用、网格技术、分布式文件系统等，将多种存储设备进行整合，实现不同架构存储设备的协同工作，供用户进行数据存储和业务访问等。

二、云存储安全中的关键技术分析

云存储涉及庞大的用户数据，其安全性能相对于传统存储而言更加受到重视。鉴于云存储具有多种不同于传统存储的特性，对云存储所采取的安全防护技术也不同于传统安全防护措施。下文就云存储中的数据加密存储与检索技术、密文访问控制技术等安全技术进行分析。

2.1数据加密存储与检索技术

由于数据存储在云端，故必须对数据进行加密处理，以避免出现数据的非法获取或者出现数据泄露事故。云存储中对数据的加密同时存在于数据传输过程和数据存储过程中。

常用的加密检索算法有线性搜索算法、安全索引算法、基于关键词的公钥搜索算法、排序搜索算法、全同态加密检索算法等。

线性搜索算法是指对具有如下加密存储结构的信息进行搜索。首先将明文信息加密为密文信息，然后按照关键词所对应的密文信息生成一串伪随机序列，进而由该伪随机序列和当前密文信息生成校验序列对密文信息进行加密。

安全索引算法则是利用加密秘钥生成一组逆Hash序列，同时将索引放入布隆过滤器。当用户进行检索时，所使用的逆Hash序列会生成多个陷门进而进行布隆检测，对返回的文档进行解密后所获得的数据即为所需数据。

基于关键词的公钥搜索算法则是利用公钥对存储数据进行加密，直接生成可用于搜索的密文信息。该算法适用于移动环境中的数据存储与检索需求。

排序搜索算法的实现是将数据文档的关键词的词频进行保序加密。当进行检索时，首先对含有检索关键词的密文进行检索，然后使用保序算法对密文信息进行排序，恢复明文数据。

全同态加密检索算法利用向量空间模型对存储信息和待查信息之间的相关度进行计算，按照词频频率和文档频率等指标进行统计，进而使用全同态加密算法对文档加密，同时建立索引。索引时只需要使用经过加密算法加密的明文数据即可在不回复明文信息的状态下实现。

2.2云数据访问安全控制分析

云存储的网络环境相对复杂，且受商业利益主导，云服务为保证所采取的安全机制是有效的，在不可信场景下，采用密文访问控制技术可有效消除用户对信息安全的担心。常用的密文访问控制方法有以下几种：（1）最基本的方法为数据属主将文件进行密钥加密，用户使用密钥直接访问服务器。（2）层次访问控制方法则是让用户通过用户私钥以及公开的信息表推导出被授权访问的数据密钥。（3）重加密技术主要是利用用户信息生成一个重加密秘钥，使用该密钥对已加密信息进行二次加密，生成只有指定用户才能够解密的密文数据。

三、总结

物联网的发展极大的推动了云计算和云存储的发展。云存储技术得到飞速发展的同时，其所面临的数据安全的挑战也越来越严峻，为保证用户信息安全必须采用高强度的数据保护技术。维护云存储的信息安全是云存储技术发展的基石。

参考文献

[1]石强，赵鹏远.云存储安全关键技术分析[J].河北省科学院学报，2011年9月

[2]何明，陈国华，梁文辉，赖海光，凌晨.物联网环境下云数据存储安全及隐私保护策略研究[J].计算机科学，2012，39（5）

篇3

关键词：环境监测；物联网技术；应用

改革开放以来，我国的工业化进程持续加快，社会经济得到了跨越式发展，人们的生活水平也有了显著提高。随之而来的环境污染和生态破坏却制约了可持续发展的推进，人们认识到了环境保护工作的重要性，环境监测也随之得到重视。

1物联网与环境监测

在我国，物联网最初被称为传感网，发展于2009年，现已经逐渐发展成为我国新型战略性产业之一。物联网融合了红外感应、全球定位、激光扫描以及射频识别等技术，能够依照约定协议，实现物品与物品的相互连接，从而完成信息的传输和交换，以及识别、定位、跟踪、监控等功能。物联网包含了三个基本的组成部分，分别是信息的感知与控制、信息的传输以及信息的应用。信息的感知与控制主要是结合不同类型的传感器设备或者与传感器对应的控制器，实现与终端物品的直接接触；信息的传输主要是通过感知与控制，结合信息传播技术，将相应的数据信息传输到网络终端且保证信息安全；信息应用指针对经过了录入和传输，最终达到网络终端的信息进行应用，以完成对物品的直接控制[1]。据新闻报道，“2016环保物联网高峰论坛”在无锡举行。论坛以“物联网技术在环保领域的创新与应用”为议题，围绕环保物联网的政策走向分析、需求应用、大数据分析及标准制定等环节进行深度交流。在环境监测中，应用物联网技术，主要是结合相应的网络信息平台，对环境中存在的污染物进行实时动态监测。

2物联网技术在环境监测中的应用

将物联网技术应用在环境监测中，能够实现对于环境变化的动态监测，提供足够的数据信息支持，及时发现环境中污染物质的变化情况，对于环境污染的治理有着非常显著的作用。

2.1大气监测

目前在大气监测中，采用的多是固定污染源在线监测和环境空气自动监测系统的方式，配合常规的流动性监测，能够形成一套全面覆盖的监测体系。固定污染源在线监测主要是在污染源排放口设置相应的监测设备，实时监测污染物的排放情况，对排放废气中的污染物质进行实时监测。在城市中设置环境空气自动监测系统，按城市监控点位对环境空气监测子站进行布控完善，结合一些常规污染物的监测指标，完成相应的大气监测工作。通过传感器技术的合理引用，可以对大气中存在的氮氧化合物、PM2.5、PM10以及二氧化硫等物质的数据进行采集，并将采集到的数据经网络传输到监控中心，完成对于环境空气质量的自动监测和分析[2]。

2.2水质监测

水质检测需要结合相应的指标，如饮用水指标、绿化用水指标、排放指标等，以确保对水污染的有效监测。在需要监测的区域设置传感器设备，配合视频监测技术，可以构建起相对完善的感知层，结合通信网络，能够为数据的传输提供有效渠道，结合传感器位置信息以及采集到的各类数据信息，可以完成对于水质和污染源的全面监测，为水质的监管提供数据支撑。

2.3生态监测

通过对物联网技术的合理应用，对监测区域划分，确保生态监测的规范性和有序性。在分区监测中，根据实际需求，进行合理设定，布置相应的传感器，如噪声传感器、温度传感器、湿度传感器等。同时，通过数据之间的信息控制，实现单一种类数据和复合数据的有效采集与传输，强调数据传输的实时性与可靠性。

2.4海洋监测

在海洋监测中，可以借助相应的无线传感器，合理应用传感器节点的监测功能，实现对于营养盐、有机磷农药等的监测。搭配相应的无线发射装置，可以对采集到的数据信息进行实时传输。利用物联网，还可以构建相应的海洋环境智能监测系统，通过对传感器技术的合理应用，实现对于海洋环境的全面监测，保障海洋生态安全[3]。

3黄石环境监测站中的物联网现状

3.1环境空气自动站

自2005年起，黄石环境监测站按点位布局安装了环境空气自动站。截至目前，在沈家营、陈家湾、经济开发区、新下陆、铁山区、阳新县、大冶市共建立了七个环境空气子站，对二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、PM10、温度、湿度、风向、风力大小等近十个项目进行日常监测。通过“国家空气质量联网监测管理平台”、“湖北省环境空气质量监测数据管理系统”为各级管理部门及时提供环境空气质量日报、周报、月报及各类信息简报等。

3.2大气灰霾站

在2012年建立了湖北省9个子站之一的黄石大气灰霾站，配有常规参数监测仪器、黑碳仪、浊度仪、大气重金属、挥发性有机物、激光雷达、粒径谱仪、能见度等灰霾监测专用仪器，可以监测大气中飘浮的重金属、气态污染物、颗粒物等多种污染物，达近百个项目，具有大气颗粒物（气溶胶）理化性质、光化学反应、边界层气象观测、灰霾成分分析等多项功能。

3.3污染源在线监测

我市五个城区、阳新县及大冶市共安装了147套污染源在线监测系统，涉及102家企业。其中水质污染源在线监测系统89套，大气污染源在线监测系统58套。对二氧化硫、氮氧化物、流速、烟温、含氧量、COD、氨氮、pH、废水流量等多个项目进行监测，通过“湖北污染源自动监控管理平台”及时掌握监测的各项污染源有效数据。

3.4积极的意义

通过环境空气自动监测系统、固定污染源在线监测等有效措施，实现监测数据采集、管理、存储、处理、审核、统计、分析、和异常预警等功能，为各级环境管理部门提供足够的数据支持。监测数据平台子系统互联互通正在积极的实施开展进行中，今后数据资源集中融合、开放共享，资源要素会高效流动。结语物联网技术的存在，实现了人与人、人与物以及物体之间的信息交流，在许多行业和领域中都有着广泛的应用。在环境监测工作中，引入物联网技术，可以推动环境监测模式的创新，对传统环境监测中存在的问题进行弥补，提升环境监测的实际效果。重视物联网技术的研究，不断提升物联网技术的功能，可以推动环保行业的智能化发展。

参考文献

[1]张泽伟.关于环境监测中物联网技术的应用探讨[J].科技创新与应用,2015（22）:169.

[2]阳奇.论环境监测中物联网技术的应用[J].资源节约与环保,2013（9）:94.

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引言

我国当前最基本的民生产业，会受到农产品质量的直接性影响。在我国农业不断发展的过程中首先要保障农产品数量，也应该将农业产品的质量以及品质进行改善，并且将农业产业的主要结构调整好，这样可以改善环境污染、资源严重不足、利用率低、生产效益低下等问题，才能促进农业长期健康发展。由此可知，研究农业物联网技术具有十分重要的意义。

1 农业物联网技术

1.1 产生农业物联网的背景分析

当前，在我国农业科技生产中，农业信息技术是其中十分重要的内容，现在我国农业的发展方向，主要的就是实现“农业现代化以及信息化融合”的目标，“农业物联网”实质上就是借助相关的智能传感设备对农业种植环境及操作过程进行实时监控，同时借助相关的数据采集设备中无线网络系统将各个数据向信息控制中心传送，这样可以对农作物在生长过程中所需要的各个环境条件（如：土壤温度、含水量、湿度、光照、病虫发生情况以及温度等）进行智能监测控制，并且做到及时灌溉和技术防治，也有助于达到自动检测生态新型农业种植的效果。

1.2 在农业种植环境中物联网技术的应用

在农业种植环境中物联网技术的应用，主要是体现在以下两个方面：（1）第一个方面，就是实现物联网有效监管农产品的质量安全。在应用农业物联网技术的过程中，常常会有效地应用着很多其他技术，例如：网络平台技术、物联网中间件、传感器网络、条形码、电子标识等，这样可以实现农产品生产、交易信息、储运的实时监控以及透明化，这样也更加有助于实现农产品全程的管控追溯，有效地保障农产品的质量安全。（2）实现物联网智能化管理农业种植，在种植过程中，安装智能控制的系统，这样可以实时监测整个农作物种植环境中所需参数，按照参数变化状况总结最佳生产农作物的环境条件，把握农作物生产的环境要求，在无线传感器节点应用中获取生物信息的方法，掌握更多有效地精准调控温室的科学依据[2]。

2 农业物联网种植环境监控系统设计

2.1 监控农业物联网种植环境系统的主要技术

在控制系统监控农业种植环境的过程中，会有效地应用物联网技术，其中主要的技术有两个方面：第一个方面，就是在感知层采集以及感知无线数据；第二个方面，就是借助远程智能化控制网络传输层的计算机来分析收集的数据，对作物生长过程中必需的水分、温度以及空气等进行有效的控制，这样更加有助于创造更加精准的农业种植方式[3]。

2.2 构建监控农业物联网种植环境的系统

在我国农业种植的环境中应用的关键技术就是物联网技术，这样就能够适时有效地监控种植农业作物的主要环境，其中比较重要的部分就是：感知层：采集以及感知相关的数据，达到种植农业作物环境中科学合理的光照、空气湿度、空气温度、土壤湿度，以及将实时感知自动灌溉系统的数值向ZigBee 协调器节点上进行传输；实时感知自动灌溉系统的应用主要是有效地将出现的相关数据采集，并且进行信息处理以及存储，甚至是按照下达的控制指令，有效地为客户提供的决策以及分析的主要依据，这样客户就能够随时随地借助电脑等终端进行信息数据的查询[4]。

2.3 构建监控农业种植环境的系统

在构建监控农业种植环境的系统中，最主要的两部分构建系统有构建的系统软件以及构建的系统硬件：第一部分，就是构建的系统软件，设计系统软件的主要工作就是设计ZigBee 协议栈的程序，以及设计传感器节点的程序。第二部分，就是构建的系统硬件，主要有（1）电源板，很好地连接着传感控制模块以及无线节点模块并且还可以将电源提供给系统。（2）控制以及传感模块，要有光照强度、湿度传感器，以及温度传感器。（3）无线节点模块，ZigBee 主要是应用在低功耗以及低成本的射频中，其中有传感节点以及网关协调器[5]。

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【关键词】物联网 ZigBee CC2430 B/S架构

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）06C-0184-03

近年来，被看作信息领域一次重大的发展和变革机遇的物联网技术得到了快速的发展。“物联网”的概念由美国麻省理工学院自动识别中心（Auto-ID）提出，主要以无线传感器网络和射频识别技术为支撑。物联网被认为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，也被世界各国作为未来经济发展的主要增长点。

物联网可应用于智能家居、智能农业、智能交通、智能电网、智能安防、智能医疗等领域。随着近十年世界范围内的IT产业快速发展，相应的传感技术、通信技术和计算机技术也取得突飞猛进的发展。我们国家居民生活水平显著提高，对与自己息息相关的家居环境也有了新的、更高的要求。设计一种新型的家居环境智能监控系统模型，实现了对家庭温度、湿度、亮度和煤气浓度的动态监控，用户能够设置家居内相应时段不同的温度、湿度、亮度，系统会依据用户设置自动监控家居状态，满足日常生活。该系统模型比传统的使用本地智能网关控制或家居内计算机控制的智能家居模型更加便捷、实用、高效，在系统日常维护、平台移植与扩展、大数据管理等方面具有明显优势。

一、系统总体方案设计

一般认为物联网典型的技术体系结构分为感控层、网络层、应用层三大层次，本文设计的家居环境智能监控系统的整体设计方案如图1所示，整个系统结构分为三层，分别负责家居内基础信息的采集和外设控制、系统内数据信息的传递、系统数据信息的管理和系统功能应用等功能。图2为该系统的硬件结构示意图，用户家居处于感控层中，主要包括家居内环境参数采集和控制的相关传感器和设备，网络层是一个智能网关，负责数据透传，应用层是本系统服务器，负责接收和处理网络层上传的数据，向感控层发送数据，大数据存储与管理等。

二、感控层的设计与实现

家居环境智能监控系统的感控层在功能上分为两部分：一是数据采集与执行。数据采集主要是运用传感器对家庭内的温度、湿度、亮度、煤气浓度状态进行基础信息采集。执行主要是负责接收和解析系统服务器发送来的控制命令，读取或改变相应外设（如灯具、空调等家电）的工作状态。二是短距离无线通信。短距离无线通信主要用来完成像家居内这种小范围内的多个物品的信息集中与传递。由于无线短距离通信技术具有灵活安装、可移动性强等特点，使其越来越多地被应用于智能系统中。目前技术比较成熟和常用的无线短距离通信技术有：Bluetooth、ZigBee、Wi-Fi、超宽带。本设计选用了ZigBee无线通信方式，它相比其他几种通信方式具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量等优势。

ZigBee协议的物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定，可工作在2.4GHz、868MHz和915 MHz共3个频段上。ZigBee网络中的设备可分为协调器（Coordinator）、汇聚节点（Router）、传感器节点（EndDevice）三种负责不同功能的角色。无信息传输时，传感器节点可处于休眠状态，当有信息传输时可自动唤醒进行数据传递，多节点以接力的方式传递信息，通信效率非常高，但功耗很低。ZigBee网络拓扑结构有星型、树型和网状三种。为满足稳定性要求，本设计选用了网状拓扑结构。

根据家居环境智能监控系统内网和ZigBee技术的特点，本设计中的ZigBee无线网络主要由路由器节点和协调器节点两种节点类型组成。其中路由器节点不仅负责家居环境内相关数据（温度值、湿度值、亮度值、煤气浓度值、设备工作状态值等）的采集，还负责网络的管理与节点间的数据传输，控制外设的工作状态；协调器节点主要负责网络的建立、各路由节点的管理、数据的处理以及对外的接口。

本系统所采用的设备是搭载有TI/Chipcon公司生产的用于2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee片上系统解决方案CC2430芯片的节点，负责家居内所有信息的采集、传递和外设控制。

三、网络层的设计与实现

网络层负责数据在系统感控层和应用层之间快速、安全、可靠地传送。网络层的通信功能主要由智能网关负责，使用Socket通信方式。由于因特网的通信特点，该智能网关需要设置静态IP，同时工作于服务端和客户端两种模态下。工作在服务端模态下时，主要是接收系统服务器发送的数据（网关自动判断是否是本网关需要接收的数据，主要由通信协议中包含的IP地址决定），并将数据解析后发送至本网关连接的家居监控网络中。工作在客户端模态下时，主要是接收到感控层上传的信息后，主动连接系统服务器，将信息发送至系统服务器。

由于智能网关连接了互联网和ZigBee网络两个网络，因此为保证数据正常传递，智能网关必须能够进行ZigBee协议和TCP/IP协议之间的转换。本设计中采用协调器和网关通过串口直接连接，先由ZigBee硬件完成ZigBee协议与RS-232协议的转换，再由网关实现RS-232协议与TCP/IP协议的转换，最终实现TCP/IP协议和ZigBee协议的高效转换，智能网关工作流程如图3所示。

四、应用层的设计与实现

系统应用层是整个系统的“大脑”，主要功能是完成网关上传的数据的接收、汇总、互通、分析、决策，数据下发等功能，是整个系统的控制和决策中心。根据物联网关于应用层的定义，本设计的应用层具体包括两部分：一个是系统服务器；另一个是终端设备。系统服务器负责所有数据的接收、分析、存储、修改，根据控制算法进行决策和控制命令发送等。终端设备是电脑、智能手机等智能终端，用户可通过这些设备搭载的Web浏览器访问系统服务器的网站站点，实现系统功能的使用，而不再是传统的在终端上安装相应的软件，这就大大降低了对用户的硬件要求，增强了系统的实用性。

系统服务器由Web站点服务器、业务处理服务器、数据库服务器三部分组成，分别完成Web页面、数据接收和控制决策、数据管理等功能，如图4所示即为系统服务器的架构图，三个服务器是分别设计和独立运行的，但又是相互关联的，其中业务处理服务器与Web服务器通过数据库服务器进行连接和数据交换。

（一）Web服务器

为减轻客户端的负担，增加系统实用性，Web服务器的设计采用了目前流行的浏览器/服务器（browser/server，B/S）结构模型。B/S结构下的应用程序、逻辑处理和数据全部集中安放在Web服务器上，而用户只需要统一使用浏览器即可访问Web服务器，通过用户界面使用本系统功能。

系统采用的是Microsoft的Web服务器Internet Information Server（IIS），网站开发技术使用的是。技术具有很高的页面处理速度和运行效率，节省系统资源，完全面向对象，具有平台无关性且安全可靠，特别适合应用于页面和远程系统服务器之间数据交互比较频繁的系统。数据访问采用了与同一框架（.NET Framework ）下的技术，实现Web服务器与SQL Server 2008数据库的数据交互。确保了Web服务器能够根据用户的需求快速、准确地访问到数据库，实现数据的存储、查询、更新和删除等操作。

（二）数据库服务器

本系统的数据库服务器采用Microsoft SQL Server 2008设计，主要负责存储和管理系统内的所有数据，具体操作由Web服务器和业务处理服务器调用。数据库服务器共设置了用户信息管理模块、用户设置管理模块、室内环境状态管理模块和设备状态管理模块四个模块。数据库服务器是一个“被动”服务器，只负责数据的存储和管理，存储的数据是由业务处理服务器或Web服务器写入、删除或修改。

（三）业务处理服务器

业务处理服务器工作于服务端模式，向智能网关开放服务器端的IP和端口，时刻侦听智能网关是否有数据上传。接收数据后，会进行数据包的解析、数据类型分析、数据提取、逻辑处理和控制决策。其中的业务处理功能可分为两个部分：第一部分是将系统感控层上传来的数据或处理结果准确存储到数据库中，保障业务处理服务器程序和Web服务器程序进行合法查询；第二部分是系统轮询服务，系统能够实时不断地查询所有用户的设置信息，根据用户设置和当前家居状态进行控制决策，判断当前系统时间是否到达用户设置的某个子状态的更改时刻，如果满足条件，会根据用户设置更改和控制家庭内部的环境状态。业务处理服务器运行界面如图5所示。

在实验室条件下，经过实际测试，该系统能够智能、稳定地工作，达到预期目标，如图6所示。采用三层架构的系统模型的结构十分清晰，既可节约投资成本，又方便维护、升级和改造。此外，可将系统服务器移植到云平台（如微软Azure云平台、IBM云平台、新浪云平台等），借助云平台强大的计算和存储能力，能够在处理和储存能力、稳定性、安全性和可移植性上获得高幅提升，具有较好的应用前景。

【参考文献】

[1]高守玮，吴灿阳，杨超等. ZigBee技术实践教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2011

[2]陈彦明，王秋光.ZigBee的msstatePAN协议栈移植[J].单片机与嵌入式应用，2008，4（9）