公有云在物联网课程实践教学中的应用（共7篇）
1.公有云在物联网课程实践教学中的应用 篇一
一、云计算的概念
云计算并不是一个全新的概念,但是,它却是一项颠覆性的技术,是未来计算机的发展方向。云计算以应用为目的,通过互联网将大规模的硬件和软件按照一定的结构体系连接起来,根据应用需求的变化不断调整结构体系,建立一个内耗最小、功效最大的虚拟资源服务中心。云计算是一种革命性的举措,它使计算能力也可以作为一种商品进行流通,通过互联网进行传输,就像煤气、水电一样取用方便。在计算机流程图中,互联网常以一个云状的图案来表示,用来表示对复杂基础设施的抽象。因此最初选择了用云来比喻,将这种计算模型叫做云计算。
二、云计算的服务层次
在云计算中,根据其服务节所提供的服务类型,整个云计算服务集合被划分为三个层次。与我们熟悉的计算机网络体系结构中层次的划分不同,云计算的服务层次是根据服务类型即服务集合来划分的。在计算机网络中每个层次都实现一定的功能,层与层之间有一定的关联。而云计算体系结构中的层次是可以分割的,即某一层次可以单独完成一项用户的请求而不需要其他层次为其提供必要的服务和支持。
Iaa S(Infrastructure as a Service,基础设施即服务)层位于云计算三层服务的最底端,提供基本的计算和存储能力。以计算机的提供为例,其提供的基本资源就是服务器,包括CPU、内存、存储、操作系统及一些软件。Iaa S层通常按照所消耗资源的成本进行收费。
Paa S(Platform as a Service,平台即服务)层通常也称为“云计算操作系统”。它提供给终端用户基于网络的应用开发环境,包括应用编程接口和运行平台等,并且支持应用从创建到运行整个生命周期所需的各种软硬件资源和工具。在Paa S层面,服务提供商提供的是经过封装的IT能力,如数据库、文件系统和应用运行环境等,通常按照用户登录情况计费。
Saa S(Software as a Service,软件即服务)层提供最常见的云计算服务,如邮件服务等。用户通过Web浏览器来使用网络上的软件,服务提供商负责维护和管理这些软件,并以免费或按需租用方式向用户提供服务。Saa S模式是未来管理软件的发展趋势,它不仅减少甚至取消了传统的软件授权费用,而且服务提供商将应用软件部署在统一的服务器上,免除了最终用户的服务器硬件、网络安全设备和软件升级维护的支出。
三、云计算的关键技术
1、数据存储技术
为保证高可用、高可靠和经济性,云计算采用分布式存储的方式来存储数据,采用冗余存储的方式来保证存储数据的可靠性,即为同一份数据存储多个副本。另外,云计算系统需要同时满足大量用户的需求,并行地为大量用户提供服务。因此,云计算的数据存储技术必须具有高吞吐率和高传输速率的特点。
2、数据管理技术
云计算系统对大数据集进行处理、分析后向用户提供高效的服务。因此,数据管理技术必须能够高效的管理大数据集。其次,如何在规模巨大的数据中找到特定的数据,也是云计算数据管理技术所必须解决的问题。
云计算的特点是对海量的数据存储、读取后进行大量的分析,数据的读操作频率远大于数据的更新频率,云中的数据管理是一种读优化的数据管理。因此,云计算系统的数据管理往往采用数据库领域中列存储的数据管理模式,将表按列划分后存储。由于采用列存储的方式管理数据,如何提高数据的更新速率以及进一步提高随机读速率是未来的数据管理技术必须解决的问题。
3、软件开发技术
云计算将面临更加严重的软件危机问题,需要降低软件系统的复杂度。为了使用户能更轻松地享受云计算带来的服务,让用户能利用该编程模型编写简单的程序来实现特定的目的,云计算上的编程模型必须十分简单。必须保证后台复杂的并行执行和任务调度向用户和编程人员透明。
四、云计算在物联网的应用
物联网的规模足够大之后,需要与云计算结合起来。云计算中心对接入网络终端的普适性,最终解决了物联网中M2M应用的广泛性。物联网的行业应用,如智能电网、环境检测网等,都需要借助云计算来解决海量信息和数据的管理问题。具体包括以下几个方面:
1、云计算解决了物联网中服务器节点的不可靠性问题,最大限度地降低服务器的出错率。
物联网中的海量数据和信息需要巨大数目的服务器。随着服务器数目的增多,服务器节点出错的概率也会随之变大。而利用云计算,云中有成千上万、甚至上百万台服务器,即使某些服务器出错了,也可以利用冗余备份等技术迅速恢复服务,保障物联网真正实现无间断的安全服务。
2、云计算可以解决物联网中访问服务器资源受限的问题。
服务器相关硬件的资源的承受能力是有限的,当访问超过服务器本身的限制时,服务器就会崩溃。物联网要求保障对服务器有很高的访问需求,来满足数据和信息的爆炸性增长。但这种访问需求是不确定的,它会随着时间而发生变化。通过云计算技术,可以动态地增加或减少云中服务器的数量,随时满足物联网中服务器的访问需求。
3、云计算让物联网在更广泛的范围内进行信息资源共享。
物联网中的信息直接存放在云中,而每个云中的各个服务器分布在全国乃至全世界的各个角落。物理只要具有传感动能,就可以被感知到,云中的服务器就可以接收到它的信息,实现物体最新信息的共享。
4、云计算增强了物联网中的数据处理能力,并提高了智能化处理程度。
物联网应用的不断扩大,产生了大量的业务数据。通过云计算技术,云中大规模的计算机集群提供了强大的计算能力,通过庞大的计算机处理程序自动将任务分解成若干个较小的子任务,快速对海量业务数据进行存储、处理、分析和挖掘,在短时间内提取出有价值的信息。
五、结束语
从变革的角度来说,云计算是一次变革,而物联网不是变革。物联网只是一个新的应用领域的扩展,其核心是云计算。要实现所有传感器的整合,就必须有一个综合的平台来整合这些数据,而按照物联网的定义,今后所有的东西都会有一个传感器将信息送到一个中央系统,那么我们肯定需要一个庞大的云计算中心来支撑和整合这些信息。
物联网是一个非常有前途的产业领域,但它却不是思想上的变革,它只是一种技术应用的进步,属于一个新的技术应用领域,它并没有改变任何人固有的思维方式,并且它将是今后云计算的一个重要应用产业领域,因此我们的云计算系统应该实现对物联网应用的支持。目前我国已经把物联网作为今后的重点支持领域,这意味着云计算将会和物联网结合起来,双方互相促进,平台和应用相辅相成,共同发展。
摘要：现阶段,物联网正在大规模发展,其产生的数据量将会远远超过互联网的数据量,海量数据的存储与计算处理需要云计算技术。本文从云计算的基本概念、服务层次、关键技术及应用范围几个方面对云计算在物联网中的应用进行了探讨。
关键词：云计算,物联网,服务,应用
参考文献
[1]胡慧,王辉.云计算技术现状与发展趋势分析[J].软件导刊.2009(09).
[2]唐箭.云存储系统的分析与应用研究[J].电脑知识与技术.2009(20).
[3]张健.云计算概念和影响力解析[J].电信网技术.2009(01).
2.4G云导航在物联网中的应用 篇二
【关键字】 4G云导航 物联网 应用
随着虚拟化技术的发展，数据库和中间件水平的扩张，当前作为云计算核心技术的多租户技术的发展和云管理平台技术，早已经运用于4G云导航当中。而这项技术更多的使用在，例如利用辐射危险源的RFID自动识别，辐射危害的GPS跟踪定位，辐射危害的射线强度监测等方面，实现了双方“建立”环境监测的目的。
一、物联网的基本构成思想
物联网技术是新一代信息技术重要的组成部分之一，也是当今“信息化”时代发展的重要阶段。物联网顾名思义，就是让物体与物体之间相互关联，形成网络的意思。其中有两个关键点，第一，物联网是基于互联网产生的新技术，当前无法脱离互联网单独使用，可以理解为互联网的衍生和扩张，在现实世界中的应用；第二，它不同于互联网虚拟世界的地方在于，它会将现实世界的物品接入到互联网中，用户端可以将虚拟操作延伸到任何物体上，与任何物联网的物品进行信息的交流与通信，也就是所谓的物物相息。
其核心思想在于利用局部网络或者互联网等通信技术，将控制器，机器，传感器，人员和物资等通过新的方式紧密联系在一起，形成人与物，物与物之间相互联接，实现信息化，远程管理和控制的智能化的网络。
二、物联网理念中的物流管理
2.1设备管理
从物联网应用设备制造行业的开始，开始了生命周期管理。在商品流通之前由供应商交货，并且植入电子标签，为整个生命周期提供跟踪和管理的依据，也加强了产品维修过程中跟踪，流通信息的收集，提高了档案在生命周期管理的准确性，也提高了自动采集与自动匹配操作上、下机备件维修进厂信息的实时性和准确性，提高档案管理的生命周期以提高维修配件的利用率提供了分析依据，以提高精度和设备存储链接操作效率管理。设置仓库位置，运输工具和仓储货物三位一体的识别系统，在图书馆，实现车辆的位置等方面，对货物和图书馆自动识别，信息的相关性和检查以提高精度和仓库管理的工作效率。
2.2 4G云导航
当前 4G的风潮正在全球蔓延滋长，随时随地人们都能感受到4G带来的生活便利。4G是集合了原始3G与WIFI为一体，从而将移动通信推向更大的带宽，是一种集成式多功能分布式全IP网络，不仅能实现高质量的多媒体通信和不同QOS业务，而且还具有数据传输速度快、智能性高、无缝漫游、可扩展性与灵活性高的特点。
3G是指将GIS，GSM ，GPS三项技术集成到一个智能移动物流终端上，实现快捷的物流配送、运输与快递服务。物流中的“3G”技术并非单纯地指GIS，GPS，GSM 三项单独的技术，而是以GIS技术、定位技术、无线通信技术为代表的三项技术的统称和它们之间相互集成所产生的新技术。3G 技术集成的核心在于：GIS 可以作为基础的信息系统平台，具有地理分析、空间分析和可视化、数据库统一管理等优势；GPS 定位技术和导航技术可以根据具体的应用需要，实时获取不同精度目标的位置信息；GSM 通信技术可以实现大范围内可靠的数据传输，这三项技术的集成对于信息系统调度、指挥、管理、监控等具有重大的意义，可以非常有效地追踪与监控运输车辆实时动态。
4G云导航信息系统可以分为四个层次，基础自动化与各生产设备智能层（L1）过程，控制每个生产单元（L2）4G云导航仓储管理运输管理，处理管理过程。通过设备管理，计量管理，考试管理和运输管理可以在安全管理过程中实现智能存储，生产工程设备，环境监测，智能停车设备仓库，车辆调度，车辆跟踪，鱼雷跟踪和调度，智能存储，车辆和人员和物资进出控制等操作。
生产管理：生产基地的管理（L3）和各生产线生产控制（L4）。通过生产厂，质量，设备的管理，运输管理的各个环节的成本，可以环管理安全管理，实现制造营决策支持。管理：通过原材料物流管理，项目管理，技术管理，采购，销售和物流管理，采购和供应链，财务管理，需求和销售计划，采购服务热线，管理决策支持，客户呼叫中心的运作流程，帮助客户实现接收情报，对国内外各种营销渠道管理目标。集团管控和共享层，这一水平的统一的人力资源会计，资本管理培训，审计管理，协同办公，电子商务。物联网的4G云导航建设主要是基于扩展的信息体系结构，对象是采购物流，运输管理，生产管理，安全管理，销售物流管理，设备管理系统，但不改变建筑的整体水平。
三、物联网应用案例
基于4G云存储的物联网在多种领域被广泛运用，在船运行业也被投入使用。例如在长三角和珠三角等地区已经建成了基于AIS、RFID和GPS等技术的内河智能航运综合信息服务网络。
并且取得了一定的社会和经济效益。4G网络普及从而加速了内河水域船联网的组建，给船联网效能带了一次巨大的跃升。4G网络可实现船舶在线云导航、水运交通可视化管理、迅捷应急救援以及航运精细化管理等目标。
3.1在线云导航
4G云导航技术是一种基于云平台信息中心和移动通信的智能船载导航技术。通过广泛布设4G网络热点，到达有效地保障了网内船舶永远在线的目的。其核心是设计在航标或者船载终端上的采集模块，包括RFID、GPS/北斗和其他传感器模块等，采集的信息存储在信息中心的云空间，通过网络云端访问，实现信息交互共享。所有用户都可以在船只互联网的云导航系统中输入关于船只的一些相关信息，就可以实时地查询网管终端的所在位置，具体动态和航道踪迹等重要信息；还可以根据需求导入谷歌地图，实现在卫星远距离遥感实时影像底图上，查看船位变化和通航环境的变化。再加上用户可以自定义设置一些个性的标注，实现真的意义上的网络在线云导航。除此之外，云导航系统中还存在有天气，气压、温度等常见的水文气象信息，可以方便来往船只查看并提前预防恶劣天气。根据用户自己的设置，可以将船只抵达或者离开港口作为信息，发送到用户自己的手机上；另外船只上驾驶人员的身体状况，心里状态和工作量等信息，也可以通过云导航系统进行有效地监测和实时交互。
3.2视频监控
视频监控室目前所知的一种较为准确和快速地掌握第一手资讯的重要途径，但是受限于视频信息传输数据量巨大，容错性差，所使用的压缩解压算法复杂等问题影响，难以使用，尤其对于这些海量且高清的视频数据存储难度更加巨大。4G技术目前具有强烈的抗干扰能力，高移动性和高保密性等特点，即使在船只快速行驶的情况下，仍然能够保持较为清晰流畅的传输数据，保证数据的正确性，有效性，当然还可以通过视频功能和其他船只进行远距离的交流和沟通，该技术既适用于锚地、停泊码头，大小港口等重点区域，也适用于在航标等物标的原创监控，并且满足船只离岸后的远程作业的监控需求。管理者将无线视频监控设备安装到港口作业现场、货场和海巡艇等处，就可以通过4G网络实时地将现场音频、视频数据上传分享。网内用户也可调用视频监控单元和各监控点的图像资源，利用视频图像识别技术，实时监控和掌握各监控区域的现场情况、当前货物状态和船舶航行动态等，并根据实际情况及时有效地调整作业计划，及时处理突发事件，加强安防保卫措施等。
3.3 应急救援
船只危急事件具有突发性和不确定性的特点。在紧急情况下，系统需要对于紧急事件需要进行慎重的判断，要格外关注事件的真实性和严重性，因为这将关系到救援人员是否可以在收到信息后的第一事件内赶赴现场进行紧急救援活动。而当前船只上有的VHF和AIS等系统存在通讯消息杂乱，信号衰减等严重问题，无法满足需求，所以在紧急情况下进行现在应急通讯成为当前需要建立系统重点关注的方面。4G技术最大的特点在于，网络热点设置便捷，通信信号传输稳定，船只可以利用附近陆岸和航标，或者以海巡艇为现场通信的核心，将它与船舶视频采集，之后与PDA等便携式智能终端相互链接，从而建立起从船只和港口间稳定的信息通道，方便系统进行预警和反馈，将搜救情况实时快速地回传，以便指挥中心有效全面地掌握现场情况，协调管理控制船、人、货物三者。更为重要的是，通过网络平台发出的求救信号能进行更多地转发，并具有更广泛的响应和更可靠的救援保障。
3.4智能航运
智能航运是指在航运管理中，针对船只、货物和基础设施进行智能管理。利用船只物联网技术建立船只的电子身份证，管理者可以通过船岸信息交换，实时采集，来共享网内船舶航迹、流量、货种和流向等航运信息，也可以通过目的港、抵港时间、吨位和船型等，来筛选符合条件的船舶，提供匹配船货信息的服务。管理者开设租船超市，汇集货运信息，发布运价行情和指数，实现货运网上交易、跟踪监控、担保和资信评估等，实现对水运动状态监测统计的常态化，提高信息化安全监管水平。
四、结论
物联网技术是基于射频识别（RFID），无线传感器网络（WSNs），智能嵌入式等硬件技术，和信息处理技术，网络安全技术等软件技术而形成的新的计算机技术。该技术可以实现智能化识别和管理，使货物或材料得到更好的控制和感知，使网络和有机系统更加智能的处理问题，形成高智能决策等，该技术的特点比较鲜明，第一是与当今的互联网相融合，兼容范围广阔，适用于多种途径，第二是适用了GPS，RFID等技术，实现高精度地识别条码，视频和传感器等，而当今传感器技术飞速发展，提高工业自动化水平的传感技术在信息化应用中发挥了更加重要的作用。
参 考 文 献
[1]赵学洋，王金林，李海红，等.4G云导航在船联网中的应用研究[J].新技术新工艺，2013，（8）：107-110.
[2]冯志杰.北斗导航系统在物联网中的应用研究[J].电子商务，2013，（6）：1，8.
[3]许志鹏.4G云导航在物联网中的应用[J].计算机光盘软件与应用，2014，（21））：52，54.
3.公有云在物联网课程实践教学中的应用 篇三
物联网这一概念是1999年麻省理工学院Ashton教授提出的, 是在信息技术和互联网的基础上, 利用射频识别、传感器网络、无线通信等技术, 构造一个连接万事万物的信息网络“Internet of Things”[1]。
在物联网中, RFID用来标识物体, 实现目标定位, 而目标物体间的信息传输则通过Zig Bee来完成。Zig Bee技术以其低功耗、低数据传输速率等特点, 得到广泛应用, 是物联网中主要技术之一。
2 物联网组成及原理
近年来, 信息技术快速发展, 人们对通信的需求正朝着更加多样化、智能化、个性化的方向发展, 希望打破传统的人与人的通信, 使人与物之间也能通信自如, 在这大潮流的驱动下, 物联网应运而生, 成为信息技术发展的新趋势。
物联网的核心思想是利用物理进程与计算进程的实时交互[2], 使网络延伸到物体之上, 可以实现对物理系统的实时跟踪。
2.1 物联网概述
物联网是在互联网基础上通过射频识别、激光扫描器、红外感应器、GPS等设备, 按约定的协议, 把安装了电子标签的物体与互联网连接起来, 实现对物体的自动识别和互联共享的一种网络。
2.2 物联网的组成
在不同的应用系统中物联网的组成各不相同, 涉及多种技术, 但基本的物联网体系都是由感知层、网络层和应用层三部分组成的[2]。
感知层, 又叫射频识别RFID系统, 利用射频识别、传感器、智能卡等工具, 将物体的各种参数读取出来, 并将其传递给通信网络;网络层, 即通信层, 负责物联网中的信息的传输, 通过电缆、光缆、电磁波等信道在网络中传递物体的数据信息, 目前所使用的移动通信、互联网技术已经十分成熟, 大大满足了物联网对信息传递的需求;应用层, 从网络层获取感知层采集到的数据信息, 并将信息传输到数据中心, 对数据进行分析、处理, 并开发各种应用软件, 实现不同的应用和服务, 满足多种用户需求。
2.3 物联网的原理
物联网的核心思想是通过RFID、无线通信等技术、对象名解析和实体标记语言服务器, 对物体信息进行控制管理, 从而实现全球物体信息实时共享[3]。
物联网的精髓是感知, 感知物与物之间的信息传递, 通过对采集到的数据信息协同处理、智能组网、信息服务, 达到控制指挥物体的目的;通信网是信息传输的网络, 是人与人的相互连接;而物联网是连接现实人与物、物与物的网络。
2.4 物联网中的关键技术
在整个物联网体系中, RFID是基础, RFID技术有非接触性、耐久性、穿透力强等诸多优点, 但其识别距离短, 设备成本高成为RFID技术的致命伤, 而Zig Bee技术的缺点则是穿透性差, 若能将RFID技术与Zig Bee技术集合起来, 实现两者的优势互补, 则对构建理想的物联网具有重要意义。
2.5 物联网的应用
物联网已广泛应用于智能交通、环境保护、公共安全、智能家居、环境监测、敌情侦查和情报搜集等多个领域[4]。
在物联网体系中, 感知层的关键技术是RFID射频识别, 网络层的关键技术是Zig Bee。Zig Bee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术, 在物联网领域有很大发展潜力。
3 Zig Bee技术
3.1 Zig Bee技术的发展
Zig Bee, 又称紫蜂协议, 这一词是由蜜蜂 (bee) 和抖动翅膀的“嗡嗡” (zig) 声合成的, 蜜蜂用八字舞向同伴传递花粉的方位和距离信息, 也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络[3]。
Zig Bee联盟成立以来, 致力开发无线传感器网络标准。完整的Zig Bee是由Zig Bee联盟和IEEE802.15.4共同制定的一组基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议, 规定了用户传输信息过程中的距离、能耗等指标, 营造了安全稳定的网络运行环境。
3.2 Zig Bee技术的特点
Zig Bee本质上是一种可靠性高的短程无线通信网络, 与GSM网络和CDMA网络类似, Zig Bee中的模块则类似于移动网络中的基站, 因此理论上Zig Bee可覆盖的通讯面积能无限扩展。
Zig Bee具有低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全的特点, 并且可以为用户提供便捷的无线数据传输功能, 因此在物联网领域得到广泛的应用。
3.3 Zig Bee技术的协议架构
Zig Bee协议框架包含了物理层、MAC层、网络层和应用层。其中, IEEE802.15.4定义了物理层和MAC层, Zig Bee联盟定义了网络层和应用层。物理层提供传输介质的接口, 并通过天线收发数据;MAC层:即介质访问层, 负责提供Zig Bee的网络号, 打包、分解数据包和帧, 为相邻的节点间提供可靠的数据通信, 提高通信效率, 减少差错率;网络层的核心功能是处理网络地址和路由, 并提供安全管理、路由管理、网络管理等功能;应用层包含应用支持子层APS和Zig Bee设备对象层ZDO, 主要为用户提供API函数和提供网络管理方面的函数[4]。Zig Bee网络由一个协调器及多个路由器和终端设备组成。
4 Zig Bee与物联网的关系
Zig Bee联盟的初衷是为了开发基于无线传感器网络的开放标准。当时的想法是希望将传感器和控制器以简单的方式和较低的费用集成到其他物体上, 使这些物体可以基于各种目的而方便地进行连接并交换信息。这些设备可以基于Zig Bee标准进行开发设计和测试认证, 从而保证设备间的互通性, 提供更高的舒适度、方便性、效率及安全[5]。
物联网中的传感器在布局的时候, 如果采用传统CDMA或GSM移动网络, 会出现运营费用高、规模大、短距离传输需求高的现象, 这是急待解决的问题, 而Zig Bee正是解决这一问题的途径。传感器要把数据发送给主机, 可以通过ZigBee来实现, 因其具有智能、方便、易建设、低成本、低功耗和免费使用等特点, 特别适合作为物联网中传感网的通信方式。
5 Zig Bee技术在物联网领域的典型应用
与射频识别技术相比, Zig Bee技术最明显的优势是功耗低;其次Zig Bee技术的传输时延短, 不仅节能, 更能在短时间内传输大量数据信息;同时, Zig Bee技术还提供高灵活性的三级安全模式, 保证了通信网络的安全性。以上优势, 使Zig Bee技术得以在物联网领域崭露头角。
在物联网中Zig Bee技术的应用主要体现在三方面, 一是无线传感网络, 主要包括传感器、RFID等, 主要实现对物的识别;二是传输网络, 主要通过互联网、通信网等媒介实现数据的计算、传输、存储;三是应用网络, 主要是输入输出控制终端[5]。
在物联网时代, 各种‘物’对网络的要求不尽相同:多媒体设备侧重数据传输速率和服务质量, 家电设备侧重传输控制指令的安全性, Zig Bee技术恰好能满足这些要求。Zig Bee技术以其多种优势应用于数字家庭、智能交通、汽车、农业自动化等多种领域。
6 结束语
随着物联网技术的日益成熟, Zig Bee技术以其不可比拟的优越性在物联的应用中具有长远的意义和广阔的前景。Zig Bee作为一种新的系统集成技术, 应用软件的开发必须和网络传输, 射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起, 这方面的应用将会得到广泛关注。
参考文献
[1]封瑜, 葛万成.基于Zig Bee技术的无线传感器网络构建与应用[J].电子工程师, 2007 (3) :21-23.
[2]夏益民, 梅顺良, 江亿.基于Zig Bee的无线传感器网络[J].微计算机信息, 2007, 23 (4) :129-130.
[3]IEEE 802.15.4[S/OL].[2016-10-10.]http://grouper.ieee.org/groups/.
[4]高守玮, 灿阳.Zig Bee技术实践教程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.
4.光通信技术在物联网中的应用探索 篇四
关键词：光通信技术；物联网；宽带；媒介
中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0080-02
中国通信技术近些年发展十分迅速，尤其电子通信技术日渐发达，普遍在全国领域内使用。光通信技术也发展成熟。光通信技术作为以光波作为传输媒介的技术，具有传输频带宽、容纳信息量大、抵抗电磁干扰能力强等传播特征。因此在结构复杂。内容庞大的物联网当中得到很好的运用。物联网的概念自从提出之后，就被社会各界高度关注，在全球范围内翻起了以物联网为中心的经济与技术大潮。
1 基本概念
光通信技术，就是以光波作为传送信息媒介的通信方式。与无线电波通信技术相同，光通信技术也属于电磁波通信技术，然而光波频率比无线电波的要高，波长较短，因此传播时信息容量更大。光通信技术主要有两种方式：光纤与无线，表现出高度带动性、渗透性与创造性。在信号覆盖与传播上有着显著优点。目前中国光通信技术发展相对成熟，以廉价灵活的传输特点，被运用到诸多领域内。
物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，依照原定程序协议，将现实中任何物体与互联网连接，通过信息交换与通讯，实现智能化识别、定位、监控、管理物体的网络。物联网物体本身与网络无关，是人们生产生活中存在的千万事物，在安装上传感器之后，与目前网络数据信息库链接，让人们直接去认识、管理这些事物。物联网的概念随着社会经济与科技发展，是不断演变，与概念刚提出时有了很大改进，涵盖范畴日益丰富。物联网核心能力是运输可靠、感知全面以及处理职能化这三个方面。它可以将识别的物件信息，通过场景感知，将信息聚合一起进行无缝连接处理。
尚前，光通信技术在物联网结构中发挥着巨大功能。两者互相结合，在工业、环境、军事、医疗、保健等人们各种日常生活与商务生产领域体现出优越的实用价值，造福人类生活。物联网中光通信技术主要有：光纤传感、射频识别、WiFi等近距离无线光通信技术、还有GPRS、3G、4G 移动通信技术等长距离无线通信技术。科研工作者们已经开始着手将光通信技术引入互联网终端，实现远距离的互联网检测控制、维护管理与正常运营。
2 物联网的基本结构
物质结构决定其用途，物联网也如此。物联网的分层结构模型，决定其工作环节依照顺序进行，逐步实现每一项技术功能。现在，物联网科研者普遍将物联网结构分为三个层面：感知层、网络层、应用层，每个层面的主要内容，见表1。
①感知层，物联网最低层次组织，是物联网技术的基础层次，负责获取物体信息感知与获取。我们常见的硬件设施有摄像头、传感器网络、二维码标签和识读器、视频检测标识等。
②网络层位于物联网技术的中间层次，连接感知层与应用层，完成数据信息的长距离运输与管理任务，直接地讲就是信息传播的桥梁，将感知层获取采集的数据信息，传送到终端应用层。其实现方式就是我们常见的各种通信网络，如GPRS、3G、4G 移动通信网络，蜂窝无线通信网络、有线通信等方式。
③应用层，是物联网最上层，主要对数据进行运用，或者进行智能处理，将具体数据信息应用在行业当中。其表达方式就是终端显示器与数据库等，能够直接表现数据信息的平台。
物联网的基本结构决定了其对数据信息的感知、传输以及智能处理的功能。正是物联网职能、便捷的功能，决定其广泛的应用前景。
3 光通信技术在物联网中的应用现状
3.1 物联网感知层的应用
光通信技术在物联网感知层上的应用，主要形式是光纤传感技术。在光导纤维与光纤通信技术的迅猛发展形势下，光纤传感技术也同步发展起来。它是以光为载体，光纤为煤质传输信息的崭新传感技术，属于光子技术领域。光纤传感技术基本工作原理，是光波在光纤中传播时，光波主要性质会随着外界环境变化而产生物理改变。将光纤传感技术与光纤通信技术结合一起，是构建网络化与矩阵化传感体系的发展方向。光纤宽带性的特点，可以将多种传感器集中使用在单个光纤中，对多个目标进行测量，因此在物联网感知层上可以表现明显优势。
光通信技术为互联网感知层信息采集提供更好的质量保证，连接起物理世界转向信息世界的关键环节。无线光通信技术，是光与无线通信技术的结合物，利用频率高波长短特征，其通信宽带是WiFi的104 倍，4G 移动通信的100倍。
光通信技术在在RFID系统中的运用。光传感与通信技术在RFID系统上，实现电子标签与读写器两者近距离无线通信，准确识别物体上的电子标签，读取其中的数据信息。目前，光传感技术主要读取无源电子标签，改变了传统无线信号射频短的不足，提高了RFID系统的感应能力。RFID读写器对于光通信技术应用，是与互联网网络层的接入当中，创建双向功能的网关设备，将其与RFID系统相互协作与融合起来，对物品信息进行实时共享。在实际应用中，利用光通信技术的RFID系统，很好延长读写器与网络层连接距离，将读写器直接变成职能终端，更方便地接入移动通信网络。另外就是，光通信技术可以感应多个电子标签，并能防止信息之间相互冲突，减少信息干扰，保证数据信息的安全。
光通信技术在无线传感网络中的运用。传统无线网络的传感器随机分布，处理单元与通信单元自行组织。这种不稳定结构只能完成近距离传感、通信，传输距离也比较短。融合光通信技术之后，可以进行长距离传输，距离可以达到100 m。
3.2 物联网网络层应用
互联网目前信息有线通信方式中，主要就是光纤通信。以光波为媒介的传送形式，光纤通信技术可以容纳更多信息量，实现快速传播不受干扰，还可以进行长距离传输。无论是传输速度距离，还是信息安全方面，都具有无可替代的优势。并且光通信技术建设便于铺设，可以进行现20 THz 的宽带接入，十分适合物联网大数据传输需求。
GPRS在我国已成熟运营几十年，网络可靠性高，基站覆盖范围广泛，适合物联网无处不在的网络要求，GPRS数据传输速率最高值为115 kbps。采用光通信技术的3G网络技术可以提供最高2 Mbps数据传输速率，为日益增强的物联网数据业务提供了支持和保障。而4G网络技术的性能更加优越，采用正交频分复与多端口输入输出技术，数据传输率高达201 Mbps，宽带是3G的十倍。光通信技术大大提高了物联网数据传输能力，大大优化了网络层结构。移动通信的安全机制，是以人与人之间通信基础，在物联网中进行应用时，大量的数据会造成网络堵塞，信息安全性降低。光通信技术创建了多个传入传出端口，签订物与物、物与人之间的安全协议，并可以根据通信需要与物联网特征增强安全机制。
移动通信网络是以光通信技术为核心，在人与人、物与人、人与自然之间可以实现任意时间与地点的信息交换与交流。目前，中国已经形成较为成熟的移动通信网络。物联网以其作为网络层，可以更好整合社会中任意物品的信息，减少技术成本，并能保证高效的信息传输率，为开发移动物联网创造了优良的技术条件。
3.3 物联网无线终端应用
M2M设备中的光通信技术，可以满足许多数据请求，并自动包含其中的数据设备。将GPRS、3G、4G嵌入到M2M设备中，创建手机终端。这样就将手机打造成为通信、感知、信息处理的职能终端。光通信技术在将物联网终端塑造成移动通信终端上，具有十分重要的作用。他它符合移动通信网络终端的管理方式，以人与人之间通信为基础，在安全协议与多端口通信信息处理上效果良好。
在工程建设中，工作人员通过将光传感技术嵌入到设备中，可以职能处理电网、桥梁、铁路、建筑等信息，然后再与物联网进行结合，将多种施工设备、机器与基础设施等物理系统进行合理整合。让施工的大小细节，在物联网中得到科学规划与配置，节约建设成本，管理生产生活。物联网变现出的职能化特征，与数据信通过光通信技术在云计算平台中自行处理是分不开的。
4 结 语
光通信技术在物联网中的运用，不仅仅是过去几年的发展形势，也是未来发展方向。据科学家统计计算，光纤传感器可以同时测量七十多个物理量，因此将其用在工程检测、犯罪侦查、防伪识别等方面仍然很大空间。在物联网规模集成化的发展形势下，光通信技术对数据信息集束处理能力能够得到更好的适用。人与人之间的通信，人对物的信息采集、物与物之间的信息交换等都可能将是光通信技术的用武之地。
参考文献：
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[2] 林宏，周朋超，王菲菲，等.用于光通信的高速响应有机电致发光器件[J].
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[3] 陈桂芬.王义君.无线传感器网络跨层服务优化时间同步机制[J].光学 精密工程，2013，（12）.
[4] 李航，陈后金.物联网的关键技术及其应用前景[J].中国科技论坛，2011，
5.公有云在物联网课程实践教学中的应用 篇五
物联网[1]监测系统主要由3大部分组成:感知层、网络层和应用层,如图1所示。其中,在感知层用传感器采集数据,然后通过网络层传输到应用层,在浏览器中便可看到采集的数据。
同理,在感知层采集到视频图像信息后,要先对其进行压缩,再通过网络传输到应用层,对其解压后再观察。
2 视频图像压缩编码
2.1 视频图像压缩的必要性和可行性
在采集视频图像时,获得的数据量通常较大,如不经适当的压缩编码处理[2],视频图像传输所需的高速率和存储所需的巨大容量将成为其推广应用的最大障碍。
由于组成图像的各个像素点之间无论在行的方向还是在列的方向上均具有相关性,整个图像数据具有较大的冗余度,也就有一定的压缩潜力。而且评价图像品质的最终标准取决于人眼,而人眼由于其视觉特性对图像的细微差别还是难以分辨的,在对图像数据进行压缩时,可允许一定程度的失真[3]。
所以,无论是从视频图像自身特点还是评价图像品质的对象来看,对大量的视频图像数据做压缩编码以降低传输时间和存储空间的方法是可行的。
2.2 常用的视频图像压缩编码方法
最经典的视频压缩编码技术是预测编码、变换编码和统计编码。
2.2.1 预测编码
预测编码的基本原理是先得到预测值,该值是根据数据的统计特性获得,接着传输预测值与图像像素差值信号,降低传输码率,最终实现压缩。压缩编码后传输的并不是像素本身的取样幅值,而是该取样的预测值和实际值之差[4]。
预测编码的原理如图2所示。
在图2(a)中,x(n)为原始数据;p(n)为预测值;d(n)=x(n)-p(n),即实际值和预测值之差,q(n)是输出量化值;s(n)是编码输出。在图2(b)中,s(n)经解码并反量化后得到d'(n),将d'(n)和预测值p'(n)求和,便可得到恢复后的数据x'(n),x'(n)=d'(n)+p'(n)。预测编码可分为帧内预测和帧间预测。
帧内预测:即根据一个像素点周围的像素值,来预测当前像素值。具体方法有一维预测和二维预测。人眼视觉特性实验表明,在亮度突变部分,量化误差大一些人眼不会太敏感,可采取粗量化(量化节距大);反之,在亮度变化缓慢区域,则应取细量化。利用人眼这种掩盖效应采用非线性(不均匀)量化,可使总码率有所下降[5]。表1是预测编码的一个差值量化表,第一行的值是差值,差值越大,说明变化越快,量化节距便可取得越大。
当进行完预测后,将测量到的实际值与预测值比较得出差值,将此差值记录并编码,而不是直接对实际值编码。
帧间预测:即利用相邻帧之间像素点的相关性进行预测,视频图像前后帧之间,相同位置处的像素点有较强的相关性。在视频中,物体运动大多是平移运动。因此,若能判断出当前帧的某个物体是由上一帧中的某个物体运动而来,便可将上一帧中该物体附近区域的像素点直接“复制”到当前帧中对应的位置,作为该宏块的预测值[6]。与帧内预测不同的是,除了记录差分值外,帧间预测还要对运动矢量进行编码。
2.2.2 变换编码
变换编码不直接对空间域图像数据进行编码,而是将空间域图像数据映射变换到另一个正交向量空间,得到一组变换系数,然后对这些变换系数进行量化、编码、传输。对变换系数进行压缩编码,比直接对图像数据本身进行压缩更容易获得高的效率[7]。
变换编码的原理图,如图3所示。变换编码的基本方法:将数字图像分成一定大小的子图像块,用某种变换对子图像块进行变换,得到变换域中的系数矩阵,然后选用其中的主要系数进行量化和编码,图像显示时再经过逆变换即可重构原图像。
变换编码的方法有:K-L变换、离散傅里叶变换、离散余弦变换、离散沃尔什变换、离散哈达玛变换和小波变换等。
相比预测编码的消除时间冗余,变换编码消除了空间的冗余度[8]。
2.2.3 统计编码
统计编码是根据消息出现概率分布的特性而进行的压缩编码。其宗旨在于,在消息和码字之间找到明确的一一对应关系,并将这种失真或不对应概率限制到可容忍的范围内,但无论何种途径,其总是要使平均码长或码率压低至最低限度[9]。
常用的编码有:Huffman编码、算术编码和Shannon-Famo码等。
3 视频图像压缩编码方法
本文的视频图像压缩方法采用的是帧预测、运动估计、运动补偿、DCT变换和可变长编码(VLC)的混合编码模式,编解码框图如图4所示。
编码过程:(1)对录入视频图像进行预处理:分离视频信号与音频信号,将视频拆分成一帧一帧的图像,并将每幅图像的R、G、B分量提取出来;(2)将输入帧信号与预测帧信号之差作DCT变换,将其量化再反量化作IDCT缓存,作下一帧信号的预测帧时使用;(3)将量化后的作VLC编码(可变长编码)后输出压缩信号。
解码过程:利用VLC解码方法对压缩信号进行重构,经反量化和离散余弦逆变换(IDCT)后,先将其缓存作为下一帧图像的参考帧使用,然后将其与预测帧信号求和得到当前帧的视频图像。最后,将解压过的一帧帧图像用算法重建视频图像。
3.1 帧预测
帧预测是利用相邻帧之间的相关性来对下一帧图像中同一个物体的位置进行估计,即运动估计,为对此物体的位置进行准确预测,还需要用到运动补偿算法。
3.1.1 运动估计
视频图像两帧之间的物体运动是平移运动,位移量并不大,所以会以块作为单位分配运动矢量,在运动估计中采用了大量的参考帧预测来提高精度,当前的待编码块可在缓存内的所有重建帧中寻找最优的匹配块进行运动补偿,以便较好的去除时间域的冗余度。为每一个块寻求一个运动矢量,并进行运动补偿预测编码。
一般的运动估计方法如下:设t时刻的帧图像为当前帧f(x,y),t'时刻的帧图像为参考帧f'(x,y),参考帧在时间上可以超前或者滞后于当前帧,当t'<t时,称之为后向运动估计;当t'>t时,称之为前向运动估计。当在参考帧t'中搜索到当前帧t中的块的最佳匹配时,可得到相应的运动场d(x;t+tΔ),即可得到当前帧的运动矢量。
3.1.2 运动补偿
运动补偿是一种描述相邻帧(相邻在这里表示在编码关系上相邻,在播放顺序上两帧未必相邻)差别的方法,具体而言是描述前面一帧的每个小块怎样移动到当前帧中的某个位置去。即运动补偿是通过先前的局部图像来预测、补偿当前的局部图像,其是减少帧序列冗余信息的有效方法,包括全局运动补偿和分块运动补偿两类[10]。
3.2 DCT变换
DCT变换的全称是离散余弦变换(Discrete Cosine Transform),是指将一组光强数据转换成频率数据,以便得知强度变化的情形。
DCT变换压缩的特点是将从前密度均匀的信息分布变换为密度不同的信息分布。在图像中,低频部分的信息量要大于高频部分的信息量,尽管低频部分的数据量比高频部分的数据量要小的多。若对高频的数据做些修饰,再转回原来形式的数据时,显然与原始数据有差异,但人眼却不易辨认出来。压缩时,将原始图像数据分成8×8数据单元矩阵。
3.3 可变长编码(VLC)
可变长编码(VLC)由行程编码和哈夫曼编码两部分构成,行程编码是对图像块按Zigzag方法扫描然后由行程+幅值构成,哈夫曼编码则对行程码作符号统计然后根据哈夫曼编码表对之编码[11]。
哈夫曼数据压缩步骤:(1)检查字符在数据中的出现频率;(2)构建哈夫曼树;(3)创建哈夫曼编码表;(4)生成压缩后结果,由一个文件头和压缩后的数据组成。
4 实验结果分析
在进行图像预处理时,需要将每一帧图像的R、G、B分量分别提取出来,图5所示为预处理对比图,图6为第2帧图像的预测图像,图7为解压后的重建图像,图8为重建彩色图像与原彩色图像对比图。
本文采用的视频图像压缩算法与DCT编码算法、Huffman编码算法的压缩比和峰值信噪比的比较结果如表2所示。
从表2可看出,本文采用的混合编码算法的图像压缩比高于Huffman编码算法,又低于DCT编码算法;其峰值信噪比高于DCT编码算法和Huffman编码算法(峰值信噪比越大,表示前后两幅图像越相近)。因此,本文采用的视频图像压缩算法既有较好的图像压缩比,又有适当的峰值信噪比,满足了视频图像压缩编码的要求。
5 结束语
本文采用帧预测、运动估计、运动补偿、DCT变换和可变长编码(VLC)的混合编码模式来进行视频图像压缩,在物联网监测系统的视频传输过程中有效减少了传输时间,提高了传输效率,从而节约了传输带宽。相信随着信息技术的发展,能研究出更高效的针对视频图像压缩编码算法,更好地为物联网监测服务。
摘要：在物联网监测系统中,由于视频图像所占空间较大,且所需的通信带宽要求高,会在传输和存储的过程中造成困难,因此需要对视频图像进行压缩。文中介绍了一种适用于物联网监测系统的视频图像压缩方法,即通过帧预测、DCT变换和可变长编码相结合的方式对视频图像进行编码和相应的解码。经过实验表明,该方法有效地压缩了视频图像,且在提高视频图像传输速率的同时,减少了传输时间。
6.公有云在物联网课程实践教学中的应用 篇六
关键词：智能家居控制,Android,Socket机制,手势识别
0前言
当前智能家居作为家庭物联网的典型应用,进入了越来越多的家庭中,智能家居实现的基础就是对不同功能与类型的家电进行集中控制。家具控制的主要功能就是用户在家庭内部的任意地点使用控制设备通过家庭无线网络实现对各种集成了嵌入式芯片的智能家电如:电视、冰箱、照明系统等进行远程开启、关闭与设置等操作。与过去的专用遥控设备相比,智能手机因其小巧的体积、友好便捷的操作模式与强大的处理能力在对各种智能家电的控制中具有显著的优势,已成为家居控制系统的主要用户终端。目前,在手机操作系统市场上Google公司的开源操作系统Android占有76%的份额,在现有的各种智能家居控制系统中,对基于Android平台的移动终端设备的支持也成为系统的基础必备功能之一。
1 智能家居控制系统的体系结构
智能家居控制系统主要由手机控制端与服务端两部分构成,分别由多个模块构成。
1.1 手机控制端
基于Android开发平台实现并生成APP应用,主要功能是从服务端读取智能设备的基本信息、工作状态的数据并呈现给用户,以及对用户的操作指令进行解析并将结果发送至服务端用于控制智能设备。主要包含以下三个部分:
(1)家电控制模块:基于智能手机上的及速度传感器与陀螺仪等硬件设备,对用户的手势指令进行识别并将结果转换为控制命令发送给服务端,服务端进一步对命令进行解析以用于实现对智能家电设备的控制。
(2)入网设备配置模块:从服务端读取已接入网络中的智能家居设备信息并在用户手机上创建一个智能家居设备列表,供用户选择要控制的设备并发送操作命令和配置参数。
(3)交互模块:通过家庭Wi-Fi网络接入系统服务端,发送控制命令或读取设备的工作状态。
1.2 服务端
服务端的功能主要由三个子模块负责完成:
(1)Wi-Fi服务:为移动终端设备提供基于Wi-Fi网络的系统访问接口,用户使用手机在家庭内部的任何位置都能访问系统。
(2)命令解析:对用户通过手机端发送过来的指令数据包进行解析,读取用户指定的设备名称、操作命令、设置参数等数据并转发给命令处理模块。
(3)命令处理:根据用户的控制命令对其所指定的设备实现相应的功能,该模块的任务是对不同的家电设备发送相应的控制命令并由家电上的嵌入式芯片负责执行,该模块是系统的核心部分。
2 Android系统客户端与服务器端的通信机制
现下的移动终端设备主要是采用无线方式进行网络访问,因此Android系统早已将wifi模块集成在了客户端系统中,只要处在家庭内部的wifi覆盖范围内,即可移动终端设备与服务器端建立网络连接。具体的数据交互则通过Socket机制来实现,Socket机制遵循TCP/IP协议,采用全双工通信方式可以很方便的实现移动终端与服务器端的数据同步实时交互,在很大程度上缓解了移动终端访问网络的延时问题,因此现有的很多基于移动终端的网络服务都应有了Socket机制。
Socket机制主要是通过两种套接字机制来实现网络数据的双向交互,一种叫数据报套接字,一种是TCP套接字。其中TC P套接字也称为流式套接字,利用TCP端口建立数据的双向交互通道,通信质量稳定、可靠,非常适于智能家居环境中的实时信息监控类的数据传输。
建立Socket流式套接字,需通过Java Script脚本调用来实现,其中Java Script脚本中的Inet Address类,用于实现目的IP地址的封装;get Host Name()方法用于读取到本机ID;get Host Address()方法用于获取本地主机的IP地址。在Socket机制下实现Andr oid客户端与服务器端通信的过程如下:
(1)先由服务器端创建serversocket对象,在新建立的sock et端口上进行监听;
(2)serversocket端口上侦听到事件请求,调用serversocket.accept()方法接收请求,并返回对应的socket对象;
(3)客户端创建socket对象,与服务器端的serversocket对象相对应,绑定要连接的服务器IP地址和端口号;
(4)若与服务器连接成功,返回一个socket对象,若连接失败,返回异常信息提示;
(5)数据流的输入与输出,移动客户端与服务器端建立连接后,当产生数据交换时,客户端将通过通过调用Socket类中的g et Input Stream()方法读取到输入数据流,通过调用Socket类中的get Output Stream()方法发送输出数据流。
需要注意的是,由于在本系统中需要将Android智能手机作为移动终端,通过wifi设备连接到家庭内部wifi,这涉及到对A ndroid Manifest.xml文件的权限设置,相应的权限配置核心语句示例如下:
<uses-permission android:name="android.permission.INTER NET"/>
连接到网络之后,即可利用Android智能手机采用数据流输入输出方式与智能家居管理服务器进行数据交互。
3 Android移动终端的手势控制识别
手机端控制功能的实现主要是通过对用户的手势识别来产生相应的控制命令的,只有尽可能提高控制命令的准确性,才能对家电实现有效的管理控制。如何提高控制命令的准确性,这取决于智能手机的手势识别机制,移动终端上的手势识别主要依靠与手机内置的加速传感器和陀螺仪,手势识别的主要过程包括手势设计、动作执行、手势轨迹还原、手势匹配等步骤。手势的准确识别结合控制命令的有效发出,以及家具设备最终执行命令产生操作的结果就构成了完整的智能家居系统控制过程。如图2所示:
鉴于移动终端设备的计算处理能力较弱等原因,本系统考虑采用计算较为简单的矢量特征编码方式进行手势识别匹配计算,具体实现过程包括以下几个步骤:
(1)对常用的几种手势进行特征编码,在对手势运动的起点到终点的方向进行矢量编码,坐标系每隔π/8标记一次角度,代表了16个不同的方向。最终每一个手势都会由相应的特征编码与方向编码组成一个编码序列来表示。
(2)手势的每一组方向矢量编码的方法如下:
先获取手势每一组成部分的起点和终点,采集其坐标值,分别以(qx,qy)和(zx,zy)来表示;
计算手势每一组成部分斜率的方向绝对值IDirection;
(3)与用户操作手势对应矢量编码方法简述如下:
①获取该手势在手机屏幕上的起始和终止坐标点,分别设为(Sx,Sy)和(Ex,Ey);
②得出该手势绘制图案所形成的斜率绝对值Direction;
③基于以上获取的斜率值来确定该手势在第一象限的矢量编码Vec Code,例如:0≤Direction<tan(π/16),则Vec Code=0;如果tan(π/16)≤Direction<tan(3π/16),则Vec Code=1;以此类推;
④根据手势坐标值确定该手势的所在象限,若是第二象限,则Vec Code=8-Vec Code;若是第三象限,则Vec Code=8+Vec Code;若是第四象限,Vec Code=(16-Vec Code)%16;
⑤匹配过程完成,Vec Code就是笔画的矢量编码。
(4)将计算得出的手势编码序列与之前获取的手势编码序列进行排列比对,从而匹配出最相似的标准手势。
在Android系统中建立手势识别机制主要是借助Android开发平台中几个类来实现,一个是Gesture Recognition类,用于……;Sensor Data作为内部类,用于获取手机终端的加速度传感器和陀螺仪采集到的数据;内部类Trajectory Reproduce经过对手势编码序列的匹配绘制还原出用户的手势轨迹;最后通过内部类Gesture Match中的方法调用产生相应的控制命令,并发送到指定的被控制设备。
4 结论
本文在物联网家居控制系统的开发应用中结合基于Android平台的移动终端对其进行控制和操作,对于Android移动控制终端与智能家居系统服务器端的构建模型、通信方式、手势控制识别等方面进行了设计与实现,为此类系统的开发提供了参考模型。
参考文献
[1]陈俊亚.智能控制家居的设计与实现[D].山东大学,2015.
7.公有云在物联网课程实践教学中的应用 篇七
信息数字化、网络化在给社会带来新动力的同时,也使得网络安全问题变得日益尖锐。如何保证信息在整个传输过程的安全显得至关重要。信息传递经历的五个过程,从获取,到存储,到处理,再到传输和交换,不论哪一环出现信息泄露篡改的问题,都会导致前所未有的灾难。电子商务成为重要的经济产业形势,人们的信息随时面临着一些不法分子的攻击,一旦泄露,会造成财产的损失和严重的安全问题。对于信息泄露,严重者甚至会威胁到一个国家的安全。所以,越来越多的技术和科研人员开始关注信息安全等问题。
1 物联网信息安全传输的重要性
随着网络技术的不断演进,加密技术也在不断向前推进。对于一个优秀的加密算法,不但能够维护系统的原有性能指标,而且能够提升某些方面的性能,现在很多的软件都提供加密的技术支持。通过秘钥对数据进行加密保护,即使数据在传输过程当中受到不法分子的截获,只要他们没有获得加密秘钥,那么他们也无法破解所截获的数据,而接受者只要通过秘钥,就能快速对数据进行解密,获得想要的数据信息。对于授权用户来说,文件加密是透明的,和没有加密的文件没有区别,使用起来非常方便。对于信息安全问题,研究出一套性能完善的密码技术是至关重要的。密码技术的应用越来越广泛,小到个人家庭,大到政府国家,都离不开密码技术的发展。如何研究出一套行之有效的加密方法,已经受到越来越多人的关注。
2 加密算法的分析
现在普遍用到的加密算法包括AES和ECC,这两种加密算法有些共同的优点,比如说两者都具有很高的安全性能,都具有很快的速度,同时能够占用较少的存储空间。下面针对这两种加密算法做出具体的分析。
2.1 AES算法
AES(高级加密标准)又称为Rijndael加密法,是用来取代DES加密方法的。由于DES秘钥过短,不适宜现代社会数据加密的性能要求,NIST(美国国家标准技术研究所)提出了新的加密标准,现在AES已经被多个国家所广泛应用。
由于明文消息的加密算法与暗文加密方式不一样,对称加密算法可以分成两种形式:分组密码和流密码。对于分组密码而言,需要将消息用固定长度进行分组。加密后文件的输出与输入长度需相同。AES的固定分组长度是128比特,但是秘钥的方式却分成三种长度,分别是128比、192比特、256比特。而秘钥串的字数是由用户进行选定的。对于长度不同的秘钥,需要将短秘钥扩展成为长秘钥,用以各轮加密算法。
AES的加密过程如下所示:
(1)对子秘钥进行异或操作:将数据信息的字节与本次循环的秘钥进行异或操作。
(2)将原有的字节进行替换操作:通过对照表,将原有的字节通过非线性的变换方法映射到其他字节进行替换。
(3)整行进行移位运算。打乱原有行的顺序,通过给定的每行不同的偏移量进行位置移动。
(4)整列进行移位运算。打乱原有列的顺序,通过给定的每列不同的偏移量进行位置移动。
2.2 ECC算法
ECC算法,即椭圆曲线密码算法,是由Neal Koblitz和Victor Miller提出的,他们针对椭圆曲线点群上的离散对数问题进行深入的研究和探索,最终找到了该项算法。,对于椭圆曲线密码算法,有诸多优点,它具有一个字节时安全度最高,处理速度最快和成本最低开销最小的性能。与其他编码算法相比较,需要更短的比特数就能达到性能要求。
椭圆曲线密码算法的规则:
椭圆曲线的通式为:
其中a1为系数,用上述方程确定一个曲线,该方程可以定义在实数域,复数域,有限域内。
满足上式的所有坐标点(x,y)和无限远点O的集合,是密码学算法的使用空间,(x,y)属于有限域中。对于(x,y)属于质数域,就要对(x,y)进行模运算,如果(x,y)是二进制域,那么就对(x,y)进行多项式运算。但是,椭圆曲线离散对数有一个难点是,如果对于两点M和N,要想得到l介于[1,n-1]的值,当n很大时,是没有计算方法来得到解的。
运用椭圆曲线密码算法的规则为:当一个用户给另外一个用户传送消息是,发端用户要把发送的原始消息解码成曲线上的点,收端用户接收消息后需要用相反方向解码方法进行解密,才能获取发端用户的原始文件。
3 探究混合加密算法在物联网信息安全传输系统中的应用
现代通用的物联网,是按照三层构架设计的。明文信息先经过传感器进行数据采集,发送到终端设备上,在终端设备上进行各种处理。负责安全管理的系统设备先对转发来的数据进行隔离处理,然后将数据进行加密,加密后的数据通过设备接口传递到网络层,一步一步向上提交,最后到达应用层,再进行隔离,解密等相反的步骤进行数据解密,最后送至所需要的服务器,进行数据处理和应用。在真实的物联网系统中,需要考虑诸多因素,安全性能是主要方面,速率与灵活性也是必不可少的。为了保证性能指标,一些系统增加了硬件加密措施,虽然较好的完成了性能指标,但是成本过高,而且硬件系统易于损坏,故障率的升高使得新的问题随即出现。我们已经在之前的文章里分析了高级加密标准和椭圆曲线密码算法的使用场合,对称加密算法中,公开秘钥主要是用来进行数字签名和秘钥的管理,这种功能决定了椭圆曲线密码算法更适应这种情况的加密,而对于明文的加密,显然高级加密标准无论是速度还是灵活性都更胜一筹。两者互相结合,同时配合MD5辅助算法,使得加密算法进一步提升性能指标,应用在物联网信息安全传输系统中产生更好的加密效果。
(1)如何产生秘钥
先随机在椭圆曲线上选择基点G(x1,y1),选择一个大素数作为阶数m。在区间[1 m-1]随机选择一个数,这个数作为以后的私有秘钥n,计算N=Gn,其中N作为公开秘钥。
(2)如何进行加密和解密
首先先对公钥进行加密:若高级加密标准的最初值,信息发送者在区间[1 m-1]随机选择一个数x,计算出,将(Q,V)发送给信宿,实现对高级加密标准进行加密。
(3)如何进行签名和认证
首先要选取一个公开的摘要函数H(m),用MD5辅助算法,生成签名,若接收端计算值使得e=x H(m)成立,说明这是有效签名,反之,说明这是无效签名。
4 总结
探究混合加密算法在物联网信息安全传输系统中的应用,在加密过程中用到了三种加密方法AES算法ECC算法和MD5算法。对称加密算法中,公开秘钥主要是用来进行数字签名和秘钥的管理,这种功能决定了ECC算法更适应这种情况的加密,而对于明文的加密,显然AES算法无论是速度还是灵活性都更胜一筹。两者互相结合,同时配合MD5辅助算法,使得加密算法进一步提升性能指标,获得了非常好的安全性。通过对数据的来源进行鉴别,数据传输过程进行安全保护,保证了传输的信息的安全性、完整性和不可抵赖性。AES算法ECC算法两者都具有很高的安全性能,都具有很快的速度,同时能够占用较少的存储空间。将两者结合起来,运用混合加密算法,能够充分发挥两者的优点,使得物联网信息安全加密方法的性能得到改善。
摘要：近几十年来,随着物联网技术的迅速发展,一场关于物联网技术的革命浪潮正在袭来。当我们享受物联网技术带来的便利的同时,信息安全问题也变得越来越重要。物联网信息的安全成为衡量服务质量的重要指标之一,如何确保传输数据的完整性和有效性成为需要解决的重要问题。现在普遍用到的加密算法包括AES(Advanced Encryption Standard)和ECC(Elliptic Curve Cryptosystems),这两种加密算法的优点如安全性能很高,速度很快,占用存储空间较少。两者结合能够充分发挥两者的优点,使得物联网信息安全加密方法的性能得到改善,能有效的保证传输数据的完整性和有效性。
关键词：物联网,AES,安全加密,ECC
参考文献
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