物联网中数据融合算法研究论文

摘要：物联网作为一种新的网络形式,相关理论研究和实践应用正在探索过程中.本文介绍了物联网的概念,给出了基于智能物体层、数据传输层、信息关联层、应用服务层的物联网四层体系架构,最后探讨了物联网在实现过程中所面临的问题和挑战. 关键词：物联网,RFID 一、概念 物联网（Internet of Things）这个概念最早由麻省理工的Auto-ID中心在1999年提出,其基本想法是将RFID和其他传感器相互连接,形成RFID架构的分布式网络. 欧洲委员会[1]提出“物联网是未来因特网的综合部分之一,可以被定义为一个动态的全球网络基础.基于标准的和互操作的通信协议,无论物理的还是虚拟的“物”均有身份、物理属性和虚拟特质,具备自配置能力且使用智能接口,可以无缝地集成到信息网络中去.” 本文认为,物联网实质上是将真实世界映射到虚拟世界的过程：真实世界中的事物,通过传感器采集一定的数据,在虚拟世界中形成与之对应的事物.“相关物体可能在虚拟电子空间中被创造出来,源于物理物体空间,且与物理空间的物体有关联.”[2]传感器采集到数据的详细程度,将影响到该事物在虚拟世界中的抽象程度.在虚拟世界中,对该事物最简单也最重要的描述是物体提供了一个ID用于识别（如使用RFID标签）,最详细的描述则是真实世界中该事物的所有属性和状态均可在虚拟世界中被观察到.进一步的,在虚拟世界中对该物体做出控制,则可通过物联网改变真实世界中该物体的状态.对于一个真实的事物,其所需的各种应用与操作,只需在虚拟世界中对与之对应的虚拟事物进行应用和操作,即达到目的. 这样将会对世界带来巨大的改变：实地实时监测和控制一个事物的成本是高昂的,通过物联网,所有事物都将在虚拟世界中被找到,以较低的成本被监测和控制,从而实现4A（anytime, any place, anyone, anything）[3]连接.虚拟世界提供了对所有事物的实时追踪的可能,所有的信息都不是孤立的,这将为各种海量运算和分析提供了最基础和最重要的信息源.真实世界存在于某一时刻,而当物联网发展到能将真实世界中的所有事物都映射到虚拟世界中时,无数个某一时刻的世界汇集起来,在虚拟世界中将形成一个可以追溯的历史,如同过去以纸质保存历史事件的发生,将来将以电子数据对所有事物进行全息描述的形式存储世界的历史. 二、体系架构 目前, 物联网还没有一个广泛认同的体系结构,最具代表性的物联网架构是欧美支持的EPCglobal和日本的UID物联网系统.EPC系统由EPC 编码体系、射频识别系统和信息网络系统3 部分组成.UID 技术体系架构由泛在识别码(uCode)、泛在通信器、信息系统服务器、和ucode 解析服务器等4部分构成.EPCglobal 和UID上只是RFID 标准化的团体,离全面的“物联网”体系架构相去甚远. 美国的IBM公司在2008年提出“智慧的地球”这一与物联网概念相近的概念,并提出通过INSTRUMENTED,INTERCONNECTED和INTELLIGENT这三个层面来实现智慧地球.在文献基础上,本文提出了物联网体系架构. 1、智能物体层：通过传感器捕获和测量物体相关数据,实现对物理世界的感知.同时具备局部的互动性,需要一定的存储和计算能力. 2、数据传输层：以有线或无线的方式实现无缝、透明、安全的接入,提供并实施编码、认知、鉴权、计费等管理. 3、信息关联层：通过云计算实施对海量数据的存储和管理、数据处理与融合,屏蔽其异质性与复杂性,形成一个与真实世界对应的虚拟世界. 4、应用服务层：从虚拟世界中提取信息,提供丰富的面向服务的应用.如智能交通、智能电网、智能医疗等等. 需要指出的是,数据由底部的传感器通过网络到达应用服务层面,而实际上,在服务应用层面,各个中心、用户可以反向的通过网络由执行器对物体进行控制. 在该体系结构中,感知层面的各种传感器、执行器都是具体的,随着技术的发展会不断升级,新设备不断引入物联网.而服务应用层的各种需求也是不断提出的,并不是一层不变的.若是每个具体的服务应用和传感设备都形成一个独立的网络,最后可能形成许多套特殊的网络,这不利于推广和不便于维护.因此这需要物联网的网络层有一定前瞻性,物体设备层可以变化,服务应用层可以变化,但它们都是通过一个普适的网络进行连接,这个网络可以在一定的时间内保持稳定. 三、面临的挑战 1、统一标准 物联网其实就是利用物体上的传感器和嵌入式芯片,将物质的信息传递出去或接收进来,通过传感网络实现本地处理,并联入到互联网中去.由于涉及到不同的传感网络之间的信息解读,所以必需有一套统一的技术协议与标准,而且主要是集中在互联上,而不是传感器本身的技术协议.现在很多所谓的物联网标准,实际上还是将物联网作为一种独立的工业网络来看待的具体技术标准,而应对互联需要的技术协议,才是真正实现物联网的关键. 2、安全、隐私 在物联网中所有“事物”都连接到全球网络,彼此间相互通信,这也带来了新的安全和隐私问题,例如可信度,认证,以及事物所感知或交换到的数据的融合.人和事物的隐私应该得到有效保障,以防止未授权的识别和攻击.安全与隐私这个问题,是人类社会的问题,不论是物联网还是其他技术,都是面临这两个问题.因此,不仅要从物联网内部的技术上做出一定的控制,而且要从外部的法规环境上作出一定的司法解释和制度完善. 参考文献 1. Commission, ., Internet of things Strategic Research Roadmap. 2009. 2. CASAGRAS Final Report: RFID and the inclusive model for the Internet of things. . 2010. 3. ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things. 2005, ITU.

浅析物联网在智能家居中的应用摘要：众所周知， 物联网是新一代信息技术的重要组成部分， 在当今社会以及未来社会发挥着巨大的作用，而且其应用方面也越来越广阔。虽然当前的物联网技术还不是很成熟，但是在某些领域方面的研究还是比较靠前的， 比如家居方面。 所以本次选取了物联网在智能家居中的应用这一话题。 在论文中， 会首先介绍物联网的相关内容， 包括对物联网的认识以及物联网的作用， 然后介绍物联网是如何在智能家居中应用的还有目前大家对智能家居的评价，最后我们会展望一下智能家居的未来发展状况以及目前我们可以做的一些相应改变。关键词：物联网、技术框架、智能家居、发展前景一 、 对 物 联 网 的 认 识物联网是新一代信息技术的重要组成部分， 是一个基于互联网、 传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化 3 个重要特征。其英文名称是“ The Internet of things ”。由此，顾名思义， “物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网， 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络； 第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。从技术架构上来看， 物联网分为三层：感知层、网络层和应用层。 感知层由各种传感器以及传感器网关构成， 感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢， 它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、 网络管理系统和云计算平台等组成， 相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。 应用层是物联网和用户（包括人、 组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。同时我们也应该注意到在物联网应用中有三项关键技术：1、传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。 自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。2、RFID 标签也是一种传感器技术， RFID 技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术， RFID 在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。3、嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。 如果把物联网用人体做一个简单比喻， 传感器相当于人的眼睛、 鼻子、皮肤等感官， 网络就是神经系统用来传递信息， 嵌入式系统则是人的大脑， 在接收到信息后要进行分类处理。二 、 物 联 网 的 作 用从上文我们对物联网的认识， 物联网可以实现物物相通。 但是除此之外， 物联网还有其他的作用：1、除了实现人与人之间的相互交换信息和通信之外，还可以实现人与物、物与物之间进行信息交换和通信。当然，这里人还是主体。因为，物与物之间进行信息交换和通信的目的，还是要为人服务、为人所用。2、除了实现信息的交换与通信的目的，还可以通过安装信息传感设备，如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等，将所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。由以上我们可以总结对物联网的一个大概认识： 物联网是一项利用传感器的连接来实现物物相通的网络， 在这个网络之中可以实现信息的交换与分析； 同时在这个网络中还能实现对物体的智能控制，以此来满足对大众的相应需求。三 、 物 联 网 在 智 能 家 居 中 应 用 情 况 分 析 对智能家居的相关认识智能家居， 或称智能住宅。首先，它需要在一个家庭中建立一个通讯网络， 为家庭信息提供必要的通路， 在家庭网络操作系统的控制下， 通过相应的硬件和执行机构， 实现对连入家庭网络的所有家电和设备的控制和监测； 其次，它们都要通过一定的媒介， 构成与外界的通讯通道， 以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制、监测和交换信息的需求，其最终目的都是满足人们在家庭中对安全、舒适、方便地工作和生活的需求。 智能家居的主要功能（1）安全防护及消防报警自动化安全防护及消防报警自动化是智能家居的最基本的一项功能， 由于人们对自身及财产的安全更加重视，选择智能化家居的一个基本出发点是家庭保安和灾害报警自动化。（2）家电设施智能化家电设施智能化是智能家居的一个重要组成部分。 智能家居的一个显著特点就是它能根据住户的要求对家电和家用电气设施灵活方便地实现智能控制， 更大程度地把住户从家务劳动中解放出来。随着社会的发展和技术的进步，家电设施智能化还会出现更多更新的应用。（3）物业管理自动化通过与小区智能系统联网，住户可对用水、用电、用气以及电话、网络等的使用情况进行监视。 一是实现各种费用的自动计量， 减少物业管理工作量； 二是方便用户对费用进行自我控制， 避免费用严重超支； 三是可及时发现并避免电话或其他资源被盗用。 物业管理自动化是小区智能化的一种标志。（4）信息和通讯自动化一般的通讯自动化只是通过电话实现简单的电话自动录音、 传真自动接收或回复； 而通讯智能化可将家中异常情况通过电话自动拨打 110、119 报警电话或主人的办公电话、手机等通讯工具。 智能家居的通讯信息自动化的内容将更加广泛。 如将住户的个人电脑连入局域网、互联网，充分利用计算机网络资源，实现从社区信息服务、物业管理服务、网上资料查询、网上商务等各种互联网功能。在条件具备的情况下，还可实现远程医疗、远程教学、咨询预约等功能。（5）各种设备之间的协同工作智能家居系统可以提供更丰富的系统关联功能。 例如，当您准备看电视时， 客厅灯光自动调到您喜欢的亮度 （通过调光控制模块实现） 、窗帘自动拉上 （通过窗帘控制模块实现） 、电视机打开并调整到您最喜欢的频道，等等。（6）环境与节能智能家居能监视室内的温度、 湿度、 亮度等环境状态值， 并根据住户的习惯进行调节控制，它在一定程度上既能使生活空间更加舒适，又能节约能源。不仅如此， 通过对家电的智能控制还可实现对水、煤气等资源的节约。 智能家居的组成学术界对智能家居的组成没有定论， 综合各种观点， 一个完整的智能家居系统除了具有各种功能的信息电器外，还必须包括以下几个模块：（1）信息处理模块为了使相互独立的信息家电可以实现信息共享与协同工作， 智能家居系统中必须具有专门的信息处理模块。 它的功能主要是收集家庭中各个家电的工作状态和服务请求， 对各种数据进行实时处理，并将结果送入功能驱动模块。（2）通信模块如果说信息处理模块是智能家居系统的大脑，那么通信模块就是实现信息传导的神经。根据家庭组网的特点，通信模块常利用已有的布线（如电力载波），或者采用无线传输（如蓝牙、 红外）等。 由于不同的信息电器对传输时的带宽要求不同，实际中的通信模块常采用多种方式混合组网。（3）功能驱动模块功能驱动模块是信息流入、 流出各个信息电器的接口。 由于各个电器生产厂商的产品在功能和实现上都有很大的不同， 所以必须通过功能驱动模块将信息处理模块的指令翻译成电器可以执行的电平信号， 以及将电器的各种状态信息转换成信息处理模块可以理解的二进制信息。（4）外界信息接口模块该模块可以看成是一个家庭通向外界（如 Internet）的网关。它在家庭内部各种电器信息共享的基础上，进一步实现了基于 Internet 的资源共享，从而更进一步实现了共享的深度和广度， 也将是未来智能家居系统发展的热点。 由于家庭内部网络通常不使用 TCP/IP 协议，所以外界的信息接口模块中最基本的功能就是从 TCP/IP 协议到各种家庭内部网络协议的转换。四 、 智 能 家 居 的 缺 陷市场经济具有自发性和盲目性， 这两种特性一方面造成了智能家居行业的迅速壮大， 另一方面也为孕育了某此缺陷。 对于新事物而言， 其优势往往显而易见的， 而缺陷则是隐形的。站在行业发展的高度来看，这些隐身在兴盛背后的缺陷将会严重阻碍整个行业的未来发展。目前智能家居行业的缺陷主要可以概括为“弱智”和“复杂”两点。1、所谓的“弱智”是指不够智能。智能家居除了设备本身具有计算、判断能力之外，还需要各设备之间的联动来实现智能。 联动性上正是当前智能家居行业的短板， 其原因在于我们智能家居系统的功能不全。 而大部分品牌往往只能实现安防报警、 可视对讲、 智能照明等三、 四个功能，可互相组合派生的功能甚少，更谈不上什么联动了， 因此其智能程度大遭消减。2、复杂主要体现产品布线复杂，配置复杂，操作复杂这三点。现在有许多智能家居系统组网是基于总线技术的， 不可避免的带来了繁复的布线问题， 增加了施工成本。 部分智能家居系统， 缺乏软件支撑，配置起来其过程十分复杂，基本只有专业人员才能完成。操作复杂，主要表现为产品设计不够人性化，界面太多，杂乱无章，甚至没有界面，为用户带来了很大的记忆量。五 、 物 联 网 的 发 展 前 景尽管目前物联网在智能家居行业还有很多需要改进的地方， 但这并不影响我们对物联网的展望，以后的物联网发展趋势应该有以下几点：1、无线控制不断深化：比如在智能家居这一应用方面，业内人士认为，未来， WiFi 无线网络传输技术和 Zigbee 无线技术会在家庭中得到更广泛的应用。 用户通过 Zigbee 遥控器，可以对连接在家庭网络上的家用电器使用状况进行查询， 并对其进行无线遥控。 用户在使用时，不再局限于传统的智能终端设备，家中的电视、电脑、手机等显示设备都可以作为控制终端。因此，在智能家居系统中加入无线和远程控制技术，将更好地发挥智能家居的功能，为用户带来便捷生活体验。 我们相信， 未来的物联网应用方面会通过技术改进， 继续深化无线智能控制技术，以此来满足更多消费者的需求。2、网络功能强势凸显：一直以来，网络化是物联网的主要发展趋势。通过互联网，人们可以将智能家居系统中的视频监控与手机有效结合起来， 一旦有小偷进入家中， 报警信号即可迅速通过网络， 传送到小区安防中心、 地区报警中心及用户手机上。 各报警中心和用户可以立即调入视频图像， 保证在第一时间有效地监看到小偷的面貌， 确保日后调查取证。 同时我们还可以利用智能交通系统将交通中出现的任何相关问题及时反应到交警值班处， 以此来提高办事效率。3、智能控制内容逐步扩大：物联网通过智能化手段，使得人们生活体验变得更加的方便、舒适。 针对目前物联网的一些应用方面的缺陷， 可以想象在未来的社会我们必定要克服当前出现的智能不能完全实现智能、过于复杂等缺陷。总体来说， 物联网是一个新兴的但是却是一个很有用处的行业， 它在当今社会以及未来社会都会对人们的生活带来翻天覆地的改变。 虽说目前的物联网在各个领域都有所运用， 尤其是在智能家居领域已经有了比较好的发展，但是我们也应该看到目前所出现的一些问题，我们只有解决好目前物联网在一些领域的应用中所出现的缺陷， 这样才能让物联网更好的为我们服务，使得我们的生活变得更加方便、舒适。