第一篇：基于W5500的物聯網環境信息監測系統說明文檔

基于W5500的物聯網環境信息監測系統說明文檔

一、系統適用范圍特點：

隨著科技的發展，環境信息采集應用的領域也越來越廣。冷庫，倉庫，大棚等場所都需要對其環境信息進行監控，以保證食品等貨物的儲存。對大面積農作物的機械自動化管理有著重要的意義。而對于大面積的自動化大棚管理，在缺少技術人員的情況下，很難對農作物的生長有科學的管理，而且邀請專家進行技術指導會比較麻煩，人力成本和代價較高。因此，我們基于W5500模塊，接入溫濕度采集和光照采集模塊，進行對環境信息的監控，并上傳至Yeelink平臺。專家可以遠程對上傳的信息進行方便的查看，并給與大棚管理員合適的建議。也可以方便管理員對倉庫的監控和管理。同時由于上傳的信息公開化，因此可以作為交流平臺，來對各個地方上傳信息的人員相互間交流。

二、系統簡介：

系統所包含有：W5500EVB（包含有STM32單片機）、DHT11溫濕度傳感器、GY-30光照傳感器、路由器和Yeelink網絡平臺。通過手機、PC機等上網查看。系統的框架圖如下：

如圖所示，STM32作為MCU處理溫濕度和光照傳感器采集到的數據信息，并且控制W5500將信息通過路由器上傳到Yeelink平臺上。

三、各器件簡介：

1、W5500簡介

W5500 是一款全硬件 TCP/IP 嵌入式以太網控制器，為嵌入式系統提供了更加簡易的互聯網連接方案。W5500 集成了 TCP/IP 協議棧，10/100M 以太網數據鏈路層（MAC）及物理層（PHY），使得用戶使用單芯片就能夠在他們的應用中拓展網絡連接。

2、DHT11溫濕度采集

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式存在OTP內存中，傳感器內部在檢測型號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為給類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。產品為4針單排引腳封裝，連接方便。

3、GY-30光強采集傳感器特點

1)I2C總線接口（f/s模式支持）2)光譜的范圍是人眼相近3)照度數字轉換器

4)寬范圍和高分解.（1-65535勒克斯）5)低電流關機功能

6)50Hz/60Hz光噪聲reject-function 7)1.8V邏輯輸入接口 8)無需任何外部零件

9)光源的依賴性不大.（例如白熾燈.熒光燈.鹵素燈.白LED.孫光）10)是有可能的選擇2類型的ICslave-address.11)可調的光學窗口測量結果的影響（它可以探測分鐘.使用本功能0.11勒克斯，最大.100000勒克斯）

12)小測變異(+/-20%)13)的紅外線的影響很小

四、基本功能：

? 具有環境信息采集功能，可以采集環境的溫度、濕度和光照強度。? 具有聯網功能，可以將采集到的環境信息直接上傳到Yeelink云平臺上。? 具有網絡查看功能，可以用任何聯網設備，在互聯網上查看采集點的信息。

五、核心代碼及程序流程圖：

核心代碼

W5500EVB向Yeelink平臺發送的一個http數據包，Yeelink平臺是非常便捷的一個平臺，通過這個平臺，只需要把U-ApiKey內容換成自己需要的Apikey，就可以輕松實現上傳數據和監測數據。http數據包代碼如下： char postH[]={//提交濕度

“POST /v1.0/device/6857/sensor/10674/datapoints HTTP/1.1rn” “Host: api.yeelink.netrn” “Accept: */*rn” “U-ApiKey: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxrn” “Content-Length: 12rn” “Content-Type: application/x-www-form-urlencodedrn” “Connection: closern” “rn” “{”value“:xx}rn” };//xx用來填充數值

stm32單片機獲取計數器i值狀態，i值每分鐘增加1，這是通過stm32的定時器2中斷設置的。i=0時，發送濕度數據；i=1時，發送溫度數據；i=2時，發送光照強度數據。當然，W5500都是在socket連接建立的情況下，向Yeelink 服務器端發送數據。代碼如下： if(i==0||i==1)

{

if(DHT11_GetValue(temp_rh))

{

Buffer[236]=temp_rh[i]/10+0x30;

Buffer[237]=temp_rh[i]%10+0x30;

send(ch,(const uint8 *)Buffer,sizeof(Buffer));

i=i+1;

}

}

else

{

temp=BH1750_Getvalue();

Buffer[236]=temp/10+0x30;

Buffer[237]=temp%10+0x30;

send(ch,(const uint8 *)Buffer,sizeof(Buffer));

i=0;

}

程序流程圖

六、項目總結：

本次項目完成了基本的環境信息采集功能，通過Yeelink平臺觀察采集到的數據，無論你在網頁上還是手機客戶端APP上，都能很好的監測數據，觀察歷史數據的走勢。通過本次項目，我學到了很多，W5500提供的全硬件TCP/IP協議棧實在是太方便了，你只需要編寫片上處理程序就可以了，tcp/ip需要處理的協議它已經幫助你完成了。剛拿到w5500的開發板時，試著寫了一些TCP,UDP，Smtp協議，都通過W5500EVB很輕松的實現了，這讓我對網絡協議有了一個更仔細的認識。然后我就開始把自己采集到的數據上傳到Yeelink平臺上，通過Wireshark抓包工具分析http報文，然后編寫報文，最后終于成功實現了數據的上傳。真心感謝Yeelink平臺提供的強大功能，讓我們這些愛好者能夠輕松實現自己的想法，并分享給他人。

這次比賽比較遺憾的是一直想實現無線功能，就是通過W5500EVB+Zigbee無線模塊+數據傳感器+Yeelink平臺，實現環境信息的無線采集。但是由于這學期學習比較緊張，沒有投入足夠的時間，所以就沒在這里實現。不過這學期選的工程教育高級有這樣的無線模塊傳輸數據的項目，我可以好好研究一下Zigbee模塊，算是彌補了我這次遺憾。

七、心得體會：

這次比賽基本上都是由我一個人完成的，工作量還是蠻大的。經過這次比賽，本人有一種想法分享給大家：做項目開始時，要做一個簡單的規劃，當然，這要根據自己的實際能力。在目標確定后，就不要輕言放棄，你只要不放棄，開始的方向有沒有錯誤，最后一定會做出自己想要的結果的，那是的成就感不是別人能體會到的。

第二篇：物聯網冷鏈監測管理系統

物聯網冷鏈監測管理系統一、冷鏈環境監測重要性

隨著現代科技的發展，以冷鏈溫度監控系統為代表的現代制冷系統的應用也越來越廣泛。冷鏈溫度監控系統對環境溫度進行嚴格的監控、記錄、分析、決策，無線傳輸到計算機，對環境溫度實現智能化管理。冷鏈物流泛指冷藏、冷凍類物品在生產、貯藏運輸、銷售，到消費前的各個環節中始終處于規定的低溫環境下，以保證物品質量和性能的一項系統工程。它是隨著科學技術的進步、制冷技術的發展而建立起來的，是以冷凍工藝學為基礎、以制冷技術為手段的低溫物流過程。

現代冷鏈物流屬于控溫型物流，為了實現冷鏈物流的信息處理及時、配送流程優化，以及存取選揀自動化、物流管理智能化，冷鏈物流需要信息化技術作為輔助手段。

目前冷鏈行業內的企業基本都可以提供倉儲、冷鏈運輸、市內配送等基礎服務;除此之外，一些企業提供的服務范圍更加廣泛，諸如配貨、分揀、貼標等附加功能;采購、庫存管理、數據分析等增值服務。不斷提供有價值的增值服務，將是未來行業的發展趨勢之一。通過先進的射頻識別技術、GPS技術、無線通訊技術及溫度傳感技術的有機結合，在需要恰當的溫度管理來保證質量的生鮮食品和生產流程管理中，將溫度變化記錄在車載智能終端”上并同時“實時”的通過“具有GPRS或3g、4g流量通道上傳”到企業的管理平臺，對產品的生鮮度、品質進行細致地、實時地管理。可以簡單輕松地解決冷藏貨物在流通過程中的質量監控問題。

二、冷鏈溫度監控系統的應用。

1、疫苗冷鏈溫度監控系統

疫苗冷鏈監測系統對所有疫苗冷鏈設備（包括冷庫、冰箱、冷藏車）實施“1個云平臺+N個監測端”的信息化監測模式，即通過在疫苗冷藏冰箱、冷凍冰箱、冷庫、冷藏車內安裝高精度溫（濕）度探頭，把采集到的數據上傳冷鏈監測設備，冷鏈監測設備將數據直接上傳到冷鏈云端平臺，出現因斷電、設備故障等導致的異常情況，系統將通過短信、聲音、微信等方式及時報警。

這個監測系統替代了以往“冰箱人工監測、疫苗運輸溫度事后驗證”的落后監測模式，將每天2次手工冰箱測溫改為24小時自動監測，極大地解放了人力，最大限度地保證疫苗儲存、運輸環境安全。

2、蔬菜鮮果奶制品冷鏈溫度監控系統

蔬菜鮮果奶制品的冷藏，不僅有助于減慢它們的腐壞速度，保持新鮮，而且對全國物品的運輸和合理配置有極大的影響。選擇GPS冷鏈溫度監控食品傳輸過程讓客戶不再擔心質量問題，人們也吃的放心。在多年自主開發GPS物流車輛調度管理信息系統的成功經驗基礎上，結合實際冷藏物流企業的業務管理流程要求，全方位整合GPS工業級調度監控技術，設計出一整套適合冷鏈物流企業貨運管理和一體化服務信息系統解決方案。

3、冷鏈溫度監控系統如何對車輛衛星監控管理系統

此GPS監控方案根據自動識別采集技術、GPS車輛跟蹤技術，將貨況信息數據自動識讀輸入信息平臺計算機系統，在運送過程中利用GPS冷鏈溫度監控跟蹤技術方法和手段，可以為企業提供準確的數據采集和跟蹤反饋的有效解決手段，在物流企業的車輛追蹤，所運送物品追蹤和供應鏈的身份識別與位置定位等方面都可協助企業充分有效地解決目前冷鏈物流企業中貨況運輸管理存在的問題。

4、冰箱冷庫溫度、溫濕度監控系統

本溫濕度監控系統主要提供對冷藏室、冰箱、冷庫等環境空間溫度、濕度的嚴格監控和管理。系統能對大面積的多點的溫度、濕度進行監測記錄，并將數據傳輸到PC機上進行數據存儲與分析，并輸出打印曲線，在設備異常情況下還以多種形式的報警通知相應人員。A、系統功能：

（1）、可在線實時24小時連續的采集和記錄監測點位的溫度、濕度、風速、二氧化碳、光照、空氣潔凈度、供電電壓電流等各項參數情況，以數字、圖形和圖像等多種方式進行實時顯示和記錄存儲監測信息，監測點位可擴充多達上千個點。

（2）、可設定各監控點位的溫濕度報警限值，當出現被監控點位數據異常時可自動發出報警信號，報警方式包括：現場多媒體聲光報警、網絡客戶端報警、電話語音報警、手機短信息報警等。上傳報警信息并進行本地及遠程監測，系統可在不同的時刻通知不同的值班人員；（3）、數據集中器提供USB接口，在沒有配監控電腦或監控電腦損壞、癱瘓，可隨時用U盤導出將數據轉至其它電腦。

（4）、數據集中器端提供具有信號輸出協議的端口，可接通信設備（GPRS DTU等）進行無線傳輸。

（5）、溫濕度監控軟件采用標準windows 98/2000/XP全中文圖形界面，實時顯示、記錄各監測點的溫濕度值和曲線變化，統計溫濕度數據的歷史數據、最大值、最小值及平均值，累積數據，報警畫面。（6）、監控主機端利用監控軟件可隨時打印每時刻的溫濕度數據及運行報告。

（7）、強大的數據處理與通訊能力，采用計算機網絡通訊技術，局域網內的任何一臺電腦都可以訪問監控電腦，在線查看監控點位的溫濕度記錄儀變化情況，實現遠程監測。系統不但能夠在值班室監測，領導在自己辦公室可以非常方便地觀看和監控。

（8）、系統可擴充多種記錄數據分析處理軟件，能進行繪制棒圖、餅圖，進行曲線擬合等處理，可按TEXT格式輸出，也能進入EXCEL電子表格等office的軟件進行數據處理。

（9）、控制軟件的編制采用軟件工程管理，開放性與可擴充性極強，由于采用硬件功能的軟件化的系統設計思想及系統硬件的模塊化、通訊網絡化設計，系統可根據需要升級軟件功能與擴展硬件種類。（10）、系統設計時預留有接口，可隨時增加減硬軟件設備，系統只要做少量的改動即可，可以在很短的時間內完成。可根據政策和法規的改變隨時增加新的內容。

（11）、設備改進、檢修過程中及檢修完成后，均不需要停止或重新啟動機房監控系統。

（12）、系統都均做可靠行接地，以防靜電。B、溫濕度監控系統產品其他應用場合：

食品、電子生產車間、藥房、冰箱、冷庫、庫房、機房、實驗室、工業暖通、圖書館、檔案室、博物館、孵房、溫室大棚、煙草、糧庫、醫院等其他需要環境監測領域。

三、溫濕度如何布點

GSP認證最新規范規定:藥品庫房冰箱、冰柜、冷庫、冷藏車、倉庫溫濕度應該如何布點

常溫庫、陰涼庫溫濕度分布點要求（滿足GSP認證最新規范規定）溫濕度傳感器的布點跟庫房面積密切相關，由藥品庫房的面積來決定溫濕度傳感器的點數，一般來講常溫庫300㎡安裝一臺溫濕度監測點；301-600㎡安裝2個溫濕度監測點，601-900㎡安裝3個點溫濕度......1501-1800㎡安裝6個點，以此類推。

如果庫房隔斷出獨立小庫，不論小庫面積多大，都要安裝一個監測點。如果庫房為立體庫或高架庫要使用雙層布點規則進行溫濕度布點。、冷庫溫濕度分布點要求（滿足GSP認證最新規范規定）

冷庫布點：平面單庫20㎡一下應不少于2個監測點，20-50㎡不少于3個監測點，50-150㎡應不少于4個監測點；151-300㎡應不少于5個監測點、冷柜、冰箱分布點要求（滿足GSP認證最新規范規定）

如果有單獨的冷柜，冷柜每柜安裝一個溫濕度監測點，單獨小庫不論面積多小，都應安裝一個監測點。、冷藏車

每輛冷藏車安裝不少于2個監測點

四、總結

以上關于冷鏈溫度監控系統在生活生產中的應用就為大家講解到這里。冷鏈溫度監控系統實現了冷藏貨物的溫度和運輸的結合的全監控，冷鏈溫度監控系統減少食品損耗，有效保障運輸的安全性，提升生產效益，是現代生產生活中有效有益的冷鏈溫度監控管理。

第三篇：水產養殖水質物聯網監測管理系統

魚類養殖水質監測管理系統

魚 類 養 殖 水 質 監 測 管 理 系 統

設計單位：廣州萊安智能化系統開發有限公司

地址：廣州市天河區中山大道建中路11號103

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目錄：

一、魚類養殖管理監測系統背景............................4

二、魚類養殖管理監測系統概述............................4

三、建設魚類養殖水質監測系統目的........................4

四、魚類養殖水質監測管理系統構成........................5

五、魚類養殖水質監測管理系統主要功能....................5

六、信息化水產養殖系統的優點............................6

七、水產養殖智能檢測系統................................7

八、魚類養殖中需要監測的幾個方面.....................10

九、魚類養殖需要的環境.................................11

一、魚類養殖管理監測系統背景

由于魚塘的地理位置偏僻，經常出現一些偷釣、偷捕的情況，甚至出現了不少魚塘遭到投毒的惡意事件，不僅給魚塘養殖戶帶來的重大損失，并且對當地治安管理來說產生了很大影響。

魚類養殖已經是十分普遍的養殖項目，但因其肉類鮮美，營養豐富，種類繁多，養魚業不僅沒被眾多水產養殖業淘汰，反而呈現出發展上升的態勢。隨著自然環境的改變，很多珍惜魚類瀕臨滅絕，如：娃娃魚、中華鱘魚……人工養殖漁業不僅成為滿足市場需求的做法，更是保存物種多樣性的最佳方式。

隨著科技的發展，物聯網養殖的出現，傳統的養殖模式開始向這一新型養殖方式靠攏。物聯網采用無線傳感技術、網絡化管理等先進管理方法對養殖環境、水質、魚類生長狀況、藥物使用、廢水處理等進行全方位管理、監測，具有數據實時采集分析、食品溯源、生產基地遠程監控等功能。在保證質量的基礎上大大提高了產量。

中國水產養殖產量占到了全世界總產量的73%，是名符其實的水產養殖大國。隨著物聯網養殖技術的出現，傳統的養殖模式開始向這一新興養殖模式靠攏。國家農業智能裝備工程技術研究中心農業物聯網集成智能水質傳感器、無線傳感網、無線通信、智能管理系統和視頻監控系統等專業技術，對養殖環境、水質、魚類生長狀況等進行全方位監測管理，最終實現節能降耗、增產增收的目標。

二、魚類養殖管理監測系統概述

目前國內的水產養殖業其水質監測基本上仍處于人工取樣、化學分析的人工監測階段，其耗時費力、精確度不高，并且需要有專業人員進行操作。我們開發的水質監測系統操作簡單、數值輸出快而精確，并且可以實現水產養殖全過程的連續或適時監測，對于預防極端氣候造成極端水質物理指標及各水環境因子綜合的病害機理具有重要意義，可以指導我們的水產養殖業規避風險，帶來利潤。

目前各水產院校、水產研究機構和水產養殖公司除極少數已配備了水質自動監測儀以外，一般單位并沒有采用，其原因多是市場上的水質監測（分析）儀器價格昂貴，在目前人力相對廉價的情況下，一般不會采用這種監測儀器。但是隨著水產養殖業的發展，整個水產行業在不久的將來必將發生經營觀念上的徹底轉變，也必將會逐步選擇先進的水質監測系統服務于養殖作業流程。

三、建設魚類養殖水質監測系統目的

對于養殖戶來說，魚塘的安全生產問題必須要高度重視和盡快采取有效的方法手段來解決這一難題。目前養殖戶普遍采取的手段是增加人手進行巡邏預防，然而起到的效果有限。利用現代安防科技及物聯網，我們可以建立一套安全防范管理及水質監控系統，結合人防與技防手段，實現魚塘的7X24模式實時監控以達到安全生產的目的

四、魚類養殖水質監測管理系統構成

魚類養殖水質監測管理系統利用傳感器測量出水中相應的環境因子（如ph值，溶解氧，溫度等），然后利用相應參數的在線儀表讀出傳感器傳出的信號，并可將這些信號轉化為數字信號或者模擬電流信號，傳入現場plc控制系統以及終端，再通過編制的軟件實現數據整理和數據分析，并實施預警預報。

（1）、信息采集系統：溫度傳感器、光照強度傳感器，水體溶解氧、PH值、氨氮含量、亞硝酸鹽含量、水溫探頭。用途：用于監測水域影響魚類生長的各類信息參數，及時消除不利因數。

（2）、無線傳輸系統

用途：用于遠程無線傳輸數據采集。

（3）、自動控制系統:水口電磁閥、增氧泵、天窗自動開啟和關閉。

（4）、軟件平臺：遠程數據實時查看功能；自動化控制功能；各類預警功能；

五、魚類養殖水質監測管理系統主要功能 魚類養殖水質監測管理系統目前已完成和實現的

（2）主要功能包括作為下位機的分析儀、現場控制器和作為上位機的終端電腦應用程序的一部分，能監測多種水質參數：水溫、水深、酸度、鹽度、含氧量等。

使用分析儀來實現數據采集，分析儀的傳感器測得原始數據，通過信號分析獲得測量的參數值。車間里每個養殖池可放置一個或多個分析儀的傳感器，各分析儀之間利用485網絡連接，從而可將車間里各養殖池中水環境的多項參數連續不斷的采集起來。

終端電腦和下位機的通訊采用的是“主－從”式通訊方式，上位機通過rs232接口主動發出命令或數據，下位機被動響應。

系統對養殖池分類，分別設定不同的標準參數，在采集到的魚池5參數超出標準時可進行報警，從而實現水質的實時監控。

終端電腦上的軟件對連接的養殖池水質可進行自動監測和手動監測。自動監測是對一組分析儀（也就是多個養殖池）根據設定的時間間隔，按順序逐一進行數據采集，存入數據庫，同時和標準值進行比較，進行監測；手動監測是根據設定的時間間隔對一個指定的分析儀進行數據采集，進行監測。

在魚類養殖水質監測管理系統中還可對各個分析儀進行參數校正，以確保采集數據的準確有效；可修改分析儀的id號，位置信息等，方便分析儀和數據信息的管理與使用。

六、信息化水產養殖系統的優點

智能化多參數養殖水質監測系統的成功研發是電子信息技術與水產養殖技術的完美結合。該系統的推廣應用將成為利用現代電子手段改造傳統行業的又一成功案例。在水產養殖發展中，隨著人們消費水平和環保意識的提高，綠色水產越來越受到消費者的青睞，傳統的養殖模式存在的種種弊端，已經難以滿足市場的要求。因此發展智能化水產養殖，才能真正從根本上解決現在所面臨的問題。

七、水產養殖智能檢測系統：

采用具有自識別功能的檢測傳感器，對水質、水環境信息（溫度、光照、深度、PH值、溶解氧、濁度、鹽度、氨氮含量等）進行實時采集。

基于現代物聯網信息技術的水產養殖整體解決方案，主要包括三個部分：信息采集、自動控制和信息發布與智能決策。

1、魚類養殖水質監測管理系統：

依據水產品在各養殖階段的長度與重量關系，養殖環境因素與餌料養分的吸收能力、攝取量的關系建立數據庫，進行實施采集。

2、水產養殖視頻監控系統：

采用視頻監控技術，能直觀的把養殖基地的現場情況呈現到我們眼前，為遠程管理提供了直觀的信息。

在水產養殖區域內設置可移動監控設備，可實現：（1）、現場環境實時查看；（2）、遠程實時監控；

（3）、視頻資料可查看、傳輸和存儲，積累養殖經驗。

3、智能化控制系統：

可實現換水、增氧、增溫、喂料等功能。由采集器根據目標參數及與實際參數的偏差以及室內環境的變化進行計算，控制增氧泵、燈光、水泵等設備，可以實現加氧、補光和換水。（1）、增氧、投飼無線遠程控制

采用集散式控制模式，中央控制室和室外分布式網絡節點之間實現無線數據傳輸，可設定或采用專家軟件靈活設定溶氧范圍，實現自動控制增氧；通過控制自動投飼機和增氧機的啟動次數、啟動時間、運行時間長短控制投飼量和增氧量，同時具有遠程控制，數據記錄等功能。

控制方式靈活； 可以采取軟件在電腦或控制柜上直接控制增氧機和投餌機，也可以設定好自動投飼機和增氧機的啟動次數、啟動時間、運行時間長短控制投飼量和增氧量，自動化程度高；數據無線傳輸：可進行遠程無線控制。（2）、智能增氧控制

增氧在線控制：利用水質在線監測系統對溶氧進行監測，根據養殖水體中溶解氧的實際情況，由中央控制室發出無線控制信號，控制增氧機開關。通過控制軟件，可設定增氧機開關的上下閾值。

4、環境采集

通過采集器和環境氣象站可以把水產養殖基地水質的含氧量、溫度、光照等參數和現場氣象參數傳輸到互聯網平臺，通過數據報表、變化曲線和實時圖像方式顯示。用戶登錄環境監測管理平臺就可以查看基地任何時間段內的環境參數，通過對數據圖表的分析可以提供生產管理建議。

5、信息管理平臺：

各省、市相關單位（水產局、畜牧水產局、水產技術服務推廣中心）通過該信息管理平臺可科學化、全方位的進行智能部署，有效減輕管理人員工作量，提升監管工作的及時性、準確性和有效性。

6、、信息發布

信息發布系統分為LED顯示屏和大屏幕顯示電視墻終端。LED顯示屏用于實時顯示養殖基地的環境測量值。監控中心或者調度室主要應用大屏幕顯示電視終端。

7、智能決策 根據采集到的環境參數通過智能決策管理系統，可以設置報警限值，從而實現短信報警、郵件報警和遠程控制。

8、短信報警（可選配置）

當養殖水體中的溶解氧達到臨界值時，報警（觸控鍵入設定每個測量單元的最低和最高溶氧值范圍。低于最低值或高于最高值，系統將自動報警）。報警信息以短信的形式發送到用戶手機。短信報警功能具有價格低，實用方便，管理平臺統一、成熟等優點，讓用戶實現養殖設備的遠程管理，使整個自動控制系統更加完善。

八、魚類養殖中需要監測的幾個方面

1、養殖水域環境監測

（1）溫度監測

溫度是影響水產養殖的重要環境因素之一，這其中包括進水口溫度，池內溫度，養殖場空氣溫度等。根據經驗總結，在適合的水溫范圍內：1）水溫越高，魚類攝食量越大，更快生長； 2）水溫越高，孵化時間越短。計算好合適的水溫，對魚的生長起到重要作用。物聯網監測系統可24小時全天候監測養殖水域水體溫度，當溫度高于或低于設定范圍時，系統自動報警，并將現場情況通過短信發到用戶手機上，監控界面彈出報警信息。用戶可通過重新設置，自動打開水溫控制設備，當水溫恢復正常值時，系統又會自動關閉。

（2）光照檢測

光照時間長短、強弱決定著魚類生長的繁殖周期和生產品質，光照系統會自動計算水域養殖時魚類需要的光照時間長短，是否需要開關天窗。

2、養殖水域水質監測

（1）PH值監測

PH值過低，水體呈酸性，會引起魚類魚鰓病變，氧的利用率降低，照成魚類生病或者水中細菌大量繁殖。系統安裝PH值測試探頭，當水體PH值超過正常范圍時，水口閥門自動開啟，進行換水。

（2）溶解氧監測

溶解氧的含量關系著魚類食欲、飼料利用率、魚類生長發育速度等，當水體溶解氧含量降低時，系統會自動打開增氧泵增氧。

（3）氨氮含量監測

魚池塘中的氨氮來源于餌料、水生動物排泄物、肥料及動物尸體分解等，氨氮含量超高，會影響魚類生長，過高則會造成魚類中毒死亡，給生產帶來重大損失。系統監測氨氮含量，超出正常值范圍時，就要對養殖區進行清潔或換水。

九、傳統的水產養殖與現代化水產養殖區別傳統的水產養殖大量使用人工，浪費人力，增加成本。或者因為信息采集不及時和殘缺，導致能源使用的浪費。而物聯網智能系統能更好的規避這些問題：

1、根據水質，自動開啟、關閉水口電磁閥進行換水；

2、自動檢測養殖區含氧量，無需24小時增氧，當氧量不足時，系統會自動打開增氧泵；

3、養殖區溫度過高時，天窗自動開啟散熱。

九、魚類養殖需要的環境

漁業養殖水域是水產養殖動物的生活環境，每一種水產養殖動物都需要有適合其生存的水質環境。水質環境若能滿足要求，水產養殖動物就能生長和繁殖，如果水質環境中的水受到某種污染，某些水質指標超出水產養殖動物的適應和忍耐范圍，輕者水產養殖動物不能正常生長，重者可能造成水產養殖動物大批死亡。

溶解氧是指溶解于水中的分子態氧，是水中生物和植物生存不可缺少的條件。我國養殖的幾種主要魚類，在成魚階段可允許的溶氧量為3mg／L以上。當溶氧降低到2mg／L以下時，就會發生輕度浮頭；降到0．8—0．6mg／L時，出現嚴重浮頭(魚類發生一次嚴重浮頭就像生一場大病一樣)；降到0．5—0．3mg／L時，魚就會窒息而死[2]。為此能有效地監測和控制水中溶氧量成為水產養殖急需解決的問題。魚池水質管理，直接影響養魚效益。衡量魚池水質好壞的指標主要有：池水溫度、酸堿度(PH值)、溶氧值和透明度。現將其測試技術簡介如下： 1.溫度測試

不同魚類對水溫的要求不同。鰱、鳙、草、鯉、團頭魴等屬溫水魚類，適宜生活的水溫為20℃～30℃。羅非魚屬熱帶魚類，適宜水溫為25℃～34℃。為了給魚創造最適宜的溫度環境，就要隨時掌握池水的溫度變化。監測水溫最常用的是水銀溫度計，但只能測得表層水溫。水質分析儀和溶氧測定儀，均有水溫測試功能，且可測定不同水層的水溫。2.酸堿度測試

池水的酸堿度(PH值)既影響魚類的生長生活，又影響到池水中的營養素，因此人們常用石灰來調節魚池水的酸堿度。對于鰱、鳙、草、鯉、團頭魴等溫水魚類，喜偏堿性水，其適宜PH值為7.5～8.5。測定池水酸堿度最簡單可靠的方法，是使用石蕊試紙。測定時，將一張試紙浸入水中2～3分鐘后取出，再與酸堿度色譜對照，找到其中與試紙顏色相同的一段，就能知道池水的酸堿度了。3.溶氧值測試

一般魚類適宜的溶氧值為3毫克/升以上，當水中溶氧值小于3毫克/升時，魚停止攝食和生長；溶氧值小于2毫克/升時，魚就會浮頭；在0.6～0.8毫克/升時開始死亡。過去測試溶氧值大多采用化學方法，即磺量法，這種方法雖然準確性較高，但既麻煩難度又大，一般養魚戶難以掌握。近年來已有不少測量溶氧值的電子儀器投放市場，如水質分析儀、溶氧測定儀等。這些儀器都有一個專用探頭，只要把探頭放到水中，將轉換開關撥到測氧檔，經過大約1～2分鐘，儀表頭上的指針就會指出水中的溶氧值。4.透明度測試

所謂透明度，就是陽光透入水中的程度。透明度與水色直接相關，而水色又標志著水的肥瘦程度和水中浮游生物的多少。測定透明度可以自己制作一只黑白盤：用薄鐵皮剪成直徑為20厘米的圓盤，用鐵釘在圓盤中心打一個小孔，再用黑色和白色油漆把圓盤漆成黑白相間的顏色，在圓盤中心穿一根細繩，并在繩上劃上升度記號。將黑白盤浸入魚池水中，至剛好看不見圓盤平面時為止，這時繩子在水面處的長度標記值就是池水的透明度。如果透明度大于35厘米，說明池水太瘦了，要追肥，可多投飼料；如果透明度小于25厘米，說明池水太肥，要少投飼料，并加注新水。

設計單位：廣州萊安智能化系統開發有限公司

地址：廣州市天河區中山大道建中路11號103

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第四篇：物聯網系統項目報告

光伏太陽能物聯網監測系統一．項目綜述

基于物聯網的太陽能光伏組件監測系統是在每個光伏組件上安裝數據采集模塊，單片機為核心構成的數據采集板對太陽能電池板運行參數進行采集，并通過串口將采集到的數據發送到GPRS DTU模塊進行傳輸，利用組態王將采集到的數據進行建模，進而對得到的大數據進行數據挖掘，在應用層針對不同用戶，建立不同的網頁端和手機APP端顯示。網頁端監測和手機APP端監測可以實時的顯示電壓、電流、溫度、光伏強度等參數，及P-V曲線，并根據后臺計算得出的最佳P-V曲線提醒用戶調整參數以得到最大輸出功率，完善用戶體驗。針對不同用戶，如家庭、山村、樓宇、市政投資建設等，網頁端監測和手機APP端還可以提供性能評價系統、故障診斷，以及專家系統等不同客戶服務。

二．項目背景

1.光伏太陽能

目前，在可再生能源方面，許多發達國家正在積極研究開發光伏發電系統，并制定計劃等來推動其發展。日本在光伏產業發展，研究和規模等方面都處于世界前列，其在2010年光伏發電裝機容量達到5GW，宣布了太陽光能源計劃并著手實施，包過光伏、太陽熱等。歐盟國家制定的可再生能源白皮書是歐洲光伏產業發展的標志性宣言，其要求在2010年完成總容量達到4GW光伏發電裝置系統，另外許多歐盟內部國家也建立了自己的光伏電站，如希臘與美國在Crete島上合建世界上最大的光伏電站-50MW光伏電站；美國在2010年光伏發電機總量達到4.9GW并制訂了國家光伏發電的長期計劃，實現美國對新可再生能源研究、開發及應用等領域的快速發展。發展中國家也推出發展光伏產業的計劃和泰國、印度等國家為了扶持可再生能源的發展，政府出臺了許多優惠政策。中國推出“金太陽工程”和“光伏屋頂”計劃等，并推出光伏發電的財政補貼政策，并促進光伏產業的快速發展。

國外對光伏電站監測系統的研究趨于成熟，比較典型而具有代表性的研究如下： 90年代美國電子電力研究院對7個光伏電站進行數據采集和監測，對采集的數據進行數據處理分析，并計算監測的費用及實施方案的評估。在并網電站系統研究方面，美國國家可再生能源實驗室在1995年對兩座6KW并網型光伏電站進行監測研究，包括數據采集和分析，以及研究光伏發電系統參數與環境的關系，并對發電效率進行相應的評估等。1995年，IEA-PVPS（International Energy Agency Photo voltaic Power Systems）也對光伏電站進行了監測研究，建立了大型的光伏電站系統數據庫，然后研究分析光伏系統的運行性能、狀態的影響因素、運行的可靠性、建設成本等。

國內的一些研究機構也有對光伏系統的監測技術的研究。如中國科學院電工研究所、國家能源太陽能發電研發（實驗）中心、上海交通大學太陽能研究所、合肥陽光電源等，它們在太陽能應用、光伏建筑一體化、大型并網光伏電站設計、建設和運行等方面積累了豐富的產品經驗和建設經驗。

中國科學院電工研究所與日本在無電網學校地區合作建成了總容量為128KW的16座太陽能光伏電站，每個電站都配有數據采集和監測系統，數據存儲在IC卡上，可以定期更換。在所內的2KW風/光互補電站的基礎上，采用Labview技術自主開發出一套基于PC機的風/光互補電站實時監控系統軟件，并且先后建成了西藏雙湖25KW、安多100KW，班戈70KW、和尼瑪40KW光伏電站、30KW風-光互補聯合電站和集中遠程對光伏電站數應據采集、傳輸及監控系統等，均成功地用于工業界，獲多項中科院科技進步獎。在獨立運行及并網光伏電站的研究開發、獨立風電系統和風-光互補系統的研究及工程師范方面為國家做出了重要貢獻，處于國內領先地位。

依托國網電科院建設的國家能源太陽能發電研發（實驗）中心于2010年6月底揭牌投運，并同時建成金太陽遠程監控中心。根據國家能源局的總體部署和規劃，監控中心主站建設在國網電科院，中心依托光伏電站數據處理平臺，通過配置數據采集系統和遠程通訊系統，將“金太陽示范工程”支持建設的光伏電站納入集中、實時監控、對光伏發電項目進行全過程數字化監管，為我國光伏電站建設開發、產業引導提供數據支撐。

2011年6月20日，上海交通大學太陽能研究所與蘇州中來光伏新材股份有限公司合作項目太陽電池背膜試驗項目之離網太陽能光伏發電系統在上海交通大學閔行校區物理樓頂正式安裝完畢并試運行。該項目總裝機容量為2.64KWp，系統采用小型模組，易于增加或減少組件。該項目系統不僅能夠對每塊組件功率、電流、電壓進行實時監測，還采用多路數據采集系統對每個組件的不同位置和環境溫度、光照、電壓進行實時監測，還采用多路數據采集系統對每個組件的不同位置和環境的溫度、光照、風向風速、光譜輻照數據進行采集。上海交通大學太陽能研究所長期跟蹤記錄項目的實驗數據并進行研究，為開發新一代高性能太陽電池背膜及光伏電站數據監測研究提供基礎。

2011年7月18日下午5點15分，隨著監控中心主站與現場光伏電站通訊信息表逐點調試完畢，合肥陽光電源500KW屋頂光伏電站氣象信息、發電量、發電功率、逆變器信息、匯流箱信息等數據順利接入，金太陽遠程監控中心首次實現了對異地金太陽光伏電站的監控。

2.物聯網

1、國外發展狀況 ①日本

2000年到2009年日本先后提出了E-Japan（electronic），U-Japan（Ubiquitous）,I-Japan（integrated）。其發展線路是從互聯網的普及到創造更好的上網環境，使人們能在任何地方都能上網；再到最后的將網絡融入到政府、個人信息、醫療、教育等各個方面，創造一個智慧城市。中日互聯網普及率對比

②韓國

自1997年起，韓國政府出臺了一系列推動國家信息化建設的產業政策。

RFID/USN（傳感器網）是其中重要的一環。其中，韓國的RFID發展已經從先到應用開始全面推廣，而USN也進入實驗性應用階段。

③歐盟

2009年，歐盟執委會發表了題為“Internet of Things – An action plan for Europe”的物聯網行動方案。其主要的政策建議有：加強物聯網管理；完善隱私和個人數據保護；提高物聯網可信度、接受度、安全性；推廣標準化；加強相關研發；建立開放式的創新環境；增強機構間協調；加強國際對話；加強對物聯網的監測和統計。

④美國

2009年，IBM與美國智庫機構信息技術與創新基金會（ITIF）共同向奧巴馬政府提交了“The Digital Road to Recover: A Stimulus Plan to Create Jobs, Boost Productivity and Revitalize America”,提出通過信息通信技術（ICT）投資可以短期內創造就業機會。ICT包括智能電網、智能醫療、寬帶網絡三個領域。

2020年國際物聯網技術研發重點

2、國內發展狀況

國內物聯網的發展，從傳感器需求的量的增長可見一斑。

由柱狀圖可知，我國的RFID產業正呈穩步上升趨勢。其背后，顯現了我國物聯網良好的發展態勢。

從國家政策上，2011年，工信部制定了《物聯網“十二五”發展規劃》，重點培養物聯網產業10個聚集區和100個骨干企業。因而我國的物聯網產業有了大踏步的提升。

3、總結

物聯網的發展是計算機發展進程中的一個里程碑。其發展勢必在今后會影響每一個人的生活方式。

每個國家的物聯網發展都有其自己的設想。但發展的本質是不變的，那就是讓網絡更大程度上的融入人們的生活當中，創造一個智慧的城市。

第五篇：物聯網的信息安全問題

物聯網的安全問題

摘要：物聯網，通俗的來說就利用傳感器、射頻識別技術、二維碼等作為感知元器件，通過一些基礎的網絡（互聯網、個人區域網、無線傳感網等）來實現物與物、人與物、人與人的互聯溝通，進而形成一種“物物相連的網絡”。“物聯網”的誕生也為人們的生活帶來了很大的方便，但是科技的發展總是會出現更多需要解決的難題，在物聯網中，一個最大的、最困難、最艱巨的問題就是如何更好的解決物聯網的安全問題，如何給人們帶來方便的同時給人們一個更可靠、更安全、更有保障的服務[1]。本文分析了物聯網所面臨的安全問題，討論了物聯網安全問題所涉及的六大關系，分析物聯網安全中的重要技術，最后提出了物聯網的安全機制，以期對物聯網的建設發展起到積極的建言作用。關鍵字 物聯網、安全性、可靠性、引言

1999年美國麻省理工學院（MIT）成立了自動識別技術中心，構想了基于REID的物聯網的概念, 提出了產品電子碼（EPC）概念。在我國，自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”戰略后“物聯網”一時成為國內熱點，迅速得到了政府、企業和學術界的廣泛關注。在“物聯網”時代，道路、房屋、車輛、家用電器等各類物品，甚至是動物、人類，將與芯片、寬帶等連接起來，這個巨大的網絡不僅可以實現人與物的通信和感知，而且還可以實現物與物之間的感知、通信和相互控制。由于在物聯網建設當中，設計到未來網絡和信息資源的掌控與利用，并且建設物聯網還能夠帶動我國一系列相關產業的國際競爭能力和自主創新能力的提高，所以加快物聯網技術的研究和開發，促進物聯網產業的快速發張，已經成為我國戰略發展的需求。

從技術的角度來看，物聯網是以互聯網為基礎建立起來的，所以互聯網所遇到的信息安全問題，在物聯網中都會存在，只是在危害程度和表現形式上有些不同。從應用的角度來看，物聯網上傳輸的是大量有關企業經營的金融、生產、物流、銷售數據，我們保護這些有經濟價值的數據的安全比保護互聯網上視屏、游戲數據的安全要重要的多，困難的多。從構成物聯網的端系統的角度來看，大量的數據是由RFID與無線傳感器網絡的傳感器產生的，并且通過無線的信道進行傳輸，然而無線信道比較容易受到外部惡意節點的攻擊。從信息與網絡安全的角度來看，物聯網作為一個多網的異構融合網絡，不僅僅存在與傳感網網絡、移動通信網絡和因特網同樣的安全問題，同時還有其特殊性，如隱私保護問題、異構網絡的認證與訪問控制問題、信息的存儲與管理等。文獻[3]認為數據與隱私保護是物聯網應用過程中的挑戰之一。因此，物聯網所遇到的信息安全問題會比互聯網更多，我們必須在研究物聯網應用的同時，從道德教育、技術保障和法制環境三個角度出發，為我們的物聯網健康的發展創造一個良好的環境。

1.物聯網的安全問題

物聯網的應用給人們的生活帶來了很大的方便，比如我們不在需要裝著大量的現金去購物，我們可以通過一個很小的射頻芯片就能夠感知我們身體體征狀況，我們還可以使用終端設備控制家中的家用電器，讓我們的生活變得更加人性化、智能化、合理化。如果在物聯網的應用中，網絡安全無法保障，那么個人隱私、物品信息等隨時都可能被泄露。而且如果網絡不安全，物聯網的應用為黑客提供了遠程控制他人物品、甚至操縱一個企業的管理系統，一個城市的供電系統，奪取一個軍事基地的管理系統的可能性。我們不能否認，物聯網在信息安全方面存在許多的問題，這些安全問題主要體現在一下幾個方面。1.1 感知節點和感知網絡的安全問題

在無線傳感網中，通常是將大量的傳感器節點投放在人跡罕至或者環境比較惡劣的環境下，感知節點不僅僅數目龐大而且分布的范圍也很大，攻擊者可以輕易的接觸到這些設備，從而對它們造成破壞，甚至通過本地操作更換機器的軟硬件。通常情況下，傳感器節點所有的操作都依靠自身所帶的電池供電，它的計算能力、存儲能力、通信能力受到結點自身所帶能源的限制，無法設計復雜的安全協議，因而也就無法擁有復雜的安全保護能力。而感知結點不僅要進行數據傳輸，而且還要進行數據采集、融合和協同工作。同時，感知網絡多種多樣，從溫度測量到水文監控，從道路導航到自動控制，它們的數據傳輸和消息也沒有特定的標準，所以沒法提供統一的安全保護體系[2]。1.2 自組網的安全問題

自組網作為物聯網的末梢網，由于它拓撲的動態變化會導致節點間信任關系的不斷變化，這給密鑰管理帶來很大的困難。同時，由于節點可以自由漫游，與鄰近節點通信的關系在不斷地改變，節點加入或離開無需任何聲明，這樣就很難為節點建立信任關系，以保證兩個節點之間的路徑上不存在想要破壞網絡的惡意節點。路由協議中的現有機制還不能處理這種惡意行為的破壞。1.3核心網絡安全問題

物聯網的核心網絡應當具備有相對完整的保護能力，只有這樣才能夠使物聯網具備有更高的安全性和可靠性，但是在物聯網中節點的數目十分的龐大，而且以集群方式存在，因此會導致在數據傳輸時，由于大量機器的數據發送而造成網絡擁塞。而且，現有通行網絡是面向連接的工作方式，而物聯網的廣泛應用必須解決地址空間空缺和網絡安全標準等問題，從目前的現狀看物聯網對其核心網絡的要求，特別是在可信、可知、可管和可控等方面，遠遠高于目前的IP網所提供的能力，因此認為物聯網必定會為其核心網絡采用數據分組技術。此外，現有的通信網絡的安全架構均是從人的通信角度設計的，并不完全適用于機器間的通信，使用現有的互聯網安全機制會割裂物聯網機器間的邏輯關系。1.4物聯網業務的安全問題

通常在物聯網形成網絡時，是將現有的設備先部署后連接網絡，然而這些聯網的節點沒有人來看守，所以如何對物聯網的設備進行遠程簽約信息和業務信息配置就成了難題。另外，物聯網的平臺通常是很龐大的，要對這個龐大的平臺進行管理我們必須需要一個更為強大的安全管理系統，否則獨立的平臺會被各式各樣的物聯網應用所淹沒，但如此一來，如何對物聯網機器的日志等安全信息進行管理成為新的問題，并且可能割裂網絡與業務平臺之間的信任關系，導致新一輪安全問題的產生。1.5 RFID系統安全問題

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，識別工作無需人工干預，操作也非常方便。RFID系統同傳統的Internet一樣，容易受到各種攻擊，這主要是由于標簽和讀寫器之間的通信是通過電磁波的形式實現的，其過程中沒有任何物理或者可視的接觸，這種非接觸和無線通信存在嚴重安全隱患。RFID 的安全缺陷主要表現在以下三方面：

（1）RFID標識自身訪問的安全性問題。由于RFID標識本身的成本所限，使之很難具備足以自身保證安全的能力。這樣，就面臨很大的問題。非法用戶可以利用合法的讀寫器或者自制的一個讀寫器，直接與 RFID 標識進行通信。這樣，就可以很容易地獲取RFID標識中的數據，并且還能夠修改RFID 標識中的數據；

（2）通信信道的安全性問題。RFID使用的是無線通信信道，這就給非法用戶的攻擊帶來了方便。攻擊者可以非法截取通信數據；可以通過發射干擾信號來堵塞通信鏈路，使得讀寫器過載，無法接收正常的標簽數據，制造拒絕服務攻擊；可以冒名頂替向RFID發送數據，篡改或偽造數據；

（3）RFID讀寫器的安全性問題。RFID讀寫器自身可以被偽造；RFID讀寫器與主機之間的通信可以采用傳統的攻擊方法截獲。所以，RFID讀寫器自然也是攻擊者要攻擊的對象。由此可見，RFID所遇到的安全問題要比通常的計算機網絡安全問題要復雜得多。物聯網安全架構

物聯網安全結構架構也就是采集到的數據如何在層次架構的各個層之間進行傳輸的，在各個層次中安全和管理貫穿于其中，圖1顯示了物聯網的層次架構。

應用層支撐層傳輸層感知層智能電網、智能家居、環境監測數據挖掘、智能計算、并行計算、云計算GMS、3G通信網、衛星網、互聯網RFID、二維碼、傳感器紅外感應圖1物聯網的層次結構

網絡管理與安全 感知層通過各種傳感器節點獲取各類數據，包括物體屬性、環境狀態、行為狀態等動態和靜態信息，通過傳感器網絡或射頻閱讀器等網絡和設備實現數據在感知層的匯聚和傳輸；傳輸層主要通過移動通信網、衛星網、互聯網等網絡基礎實施，實現對感知層信息的接入和傳輸；支撐層是為上層應用服務建立起一個高效可靠的支撐技術平臺，通過并行數據挖掘處理等過程，為應用提供服務，屏蔽底層的網絡、信息的異構性；應用層是根據用戶的需求，建立相應的業務模型，運行相應的應用系統。

在每個層之間我們究竟該采取哪些安全措施呢？如圖2所示為物聯網在不同層次采取的安全。

應用環境安全技術可信終端、身份認證、訪問控制、安全審計等網絡安全環境技術無線網安全、虛擬專用網、傳輸安全、安全路由、防火墻、安全審計等信息安全防御關鍵技術攻擊監測、病毒防治、訪問控制、內容分析、應急反應。戰略預警等信息安全基礎核心技術密碼技術、高速芯片密碼、公鑰基礎設施、信息系統平臺安全等

圖2物聯網安全技術架構

圖2中所示以密碼技術為核心的基礎信息安全平臺及基礎設施建設是物聯網安全，特別是數據隱私保護的基礎，安全平臺同時包括安全事件應急響應中心、數據備份和災難恢復設施、安全管理等。安全防御技術主要是為了保證信息的安全而采用的一些方法，在網絡和通信傳輸安全方面，主要針對網絡環境的安全技術，如VPN、路由等，實現網絡互連過程的安全，旨在確保通信的機密性、完整性和可用性。而應用環境主要針對用戶的訪問控制與審計，以及應用系統在執行過程中產生的安全問題[3]。

3物聯網中安全的關鍵技術

物聯網中涉及安全的關鍵技術主要有一下幾點：（1）密鑰管理機制

密匙作為物聯網安全技術的基礎，它就像一把大門的鑰匙一樣，在網絡安全中起著決定性作用。對于互聯網由于不存在計算機資源的限制，非對稱和對稱密鑰系統都可以適用，移動通信網是一種相對集中式管理的網絡，而無線傳感器網絡和感知節點由于計算資源的限制，對密鑰系統提出了更多的要求，因此，物聯網密鑰管理系統面臨兩個主要問題：一是如何構建一個貫穿多個網絡的統一密鑰管理系統，并與物聯網的體系結構相適應；二是如何解決WSN中的密鑰管理問題，如密鑰的分配、更新、組播等問題。

實現統一的密匙管理系統可以采用兩種方法：一種是以互聯網為中心的集中式管理方法，另外一種是以各自網絡為中心的分布式管理方法。在此模式下，互聯網和移動通訊網比較容易實現對密匙進行管理，但是在WSN環境中對匯聚點的要求就比較高了，盡管我們可以在WSN中采用簇頭選擇方法，推選簇頭，形成層次式網絡結構，每個節點與相應的簇頭通信，簇頭間以及簇頭與匯聚節點之間進行密鑰的協商，但對多跳通信的邊緣節點、以及由于簇頭選擇算法和簇頭本身的能量消耗，使WSN的密鑰管理成為解決問題的關鍵。

（2）安全路由協議

物聯網安全路由協議中我們要至少解決兩個問題，一是多網融合的路由問題；二是傳感網的路由問題。前者可以考慮將身份標識映射成類似的IP地址，實現基于地址的統一路由體系；后者是由于WSN的計算資源的局限性和易受到攻擊的特點，要設計抗攻擊的安全路由算法。

WSN中路由協議常受到的攻擊主要有以下幾類：虛假路由信息攻擊、選擇性轉發攻擊、污水池攻擊、女巫攻擊、蟲洞攻擊、Hello洪泛攻擊、確認攻擊等。表1列出了一些針對路由的常見攻擊，表2為抗擊這些攻擊可以采用的方法。

表1常見的路由攻擊

路由協議

TinyOS信標 定向擴算 地理位置路由 最低成本轉發 謠傳路由

能量節約的拓撲維護 聚簇路由協議

表2路由攻擊的應對方法

攻擊類型

外部攻擊和鏈路層安全 女巫攻擊

HELLO泛洪攻擊 蟲洞和污水池 選擇性轉發攻擊 認證廣播和泛洪

解決方法

鏈路層加密和認證 身份認證 雙向鏈路認證

很難防御，必須在設計路由協議時考慮，如基于地理位置路由 多徑路由技術 廣播認證

安全威脅

虛假路由信息、選擇性轉發、女巫、蟲洞、HELLO泛洪、污水池

虛假路由信息、選擇性轉發、女巫、蟲洞、HELLO泛洪、污水池

虛假路由信息、選擇性轉發、女巫

虛假路由信息、選擇性轉發、女巫、蟲洞、HELLO泛洪、污水池

虛假路由信息、選擇性轉發、女巫、蟲洞、污水池

虛假路由信息、女巫、HELLO泛洪 選擇性轉發、HELLO泛洪

針對無線傳感器網絡中數據傳送的特點，目前已提出許多較為有效的路由技術。按路由算法的實現方法劃分，有洪泛式路由，如Gossiping等；以數據為中心的路由，如DirectedDiffusion、SPIN等：層次式路由，如LEACH(low energy adaptive clust eringhierarchy)、TEEN等；基于位置信息的路由，如GPSR、GEAR等[3]。

（1）認證與訪問控制

對用戶訪問網絡資源的權限進行嚴格的多等級認證和訪問控制，進行用戶身份認證，對口令加密、更新和鑒別，設置用戶訪問目錄和文件的權限，控制網絡設備配置的權限等。例如，可以在通信前進行節點與節點的身份認證；設計新的密鑰協商方案，使得即使有一小部分節點被操縱后，攻擊者也不能或很難從獲取的節點信息推導出其他節點的密鑰信息。另外，還可以通過對節點設計的合法性進行認證等措施來提高感知終端本身的安全性能。

（2）數據處理與隱私性

物聯網的數據要經過信息感知、獲取、匯聚、融合、傳輸、存儲、挖掘、決策和控制等處理流程，而末端的感知網絡幾乎要涉及上述信息處理的全過程，只是由于傳感節點與匯聚點的資源限制，在信息的挖掘和決策方面不占居主要的位置。物聯網應用不僅面臨信息采集的安全性，也要考慮到信息傳送的私密性，要求信息不能被篡改和非授權用戶使用，同時，還要考慮到網絡的可靠、可信和安全。物聯網能否大規模推廣應用，很大程度上取決于其是否能夠保障用戶數據和隱私的安全。

就傳感網而言，在信息的感知采集階段就要進行相關的安全處理，如對RFID采集的信息進行輕量級的加密處理后，再傳送到匯聚節點。這里要關注的是對光學標簽的信息采集處理與安全，作為感知端的物體身份標識，光學標簽顯示了獨特的優勢，而虛擬光學的加密解密技術為基于光學標簽的身份標識提供了手段，基于軟件的虛擬光學密碼系統由于可以在光波的多個維度進行信息的加密處理，具有比一般傳統的對稱加密系統有更高的安全性，數學模型的建立和軟件技術的發展極大地推動了該領域的研究和應用推廣。

（3）入侵檢測和容侵容錯技術

通常在網絡中存在惡意入侵的節點，在這種情況下，網絡仍然能夠正常的進行工作，這就是所謂的容侵。WSN的安全隱患在于網絡部署區域的開放性以及無線電網絡的廣播特性，攻擊者往往利用這兩個特性，通過阻礙網絡中節點的正常工作，進而破壞整個傳感器網絡的運行，降低網絡的可用性。在惡劣的環境中或者是人跡罕至的地區，這里通常是無人值守的，這就導致WSN缺少傳統網絡中的物理上的安全，傳感器節點很容易被攻擊者俘獲、毀壞或妥協。現階段無線傳感器網絡的容侵技術主要集中于網絡的拓撲容侵、安全路由容侵以及數據傳輸過程中的容侵機制。我們就結合一種WSN中的容侵框架，進行探討WSN中是如何對網絡的安全做維護。容侵框架包括三個部分：

判定惡意節點：主要任務是要找出網絡中的攻擊節點或被妥協的節點。基站隨機發送一個通過公鑰加密的報文給節點，為了回應這個報文，節點必須能夠利用其私鑰對報文進行解密并回送給基站，如果基站長時間接收不到節點的回應報文，則認為該節點可能遭受到入侵。另一種判定機制是利用鄰居節點的簽名。如果節點發送數據包給基站，需要獲得一定數量的鄰居節點對該數據包的簽名。當數據包和簽名到達基站后，基站通過驗證簽名的合法性來判定數據包的合法性，進而判定節點為惡意節點的可能性。

發現惡意節點后啟動容侵機制：當基站發現網絡中的可能存在的惡意節點后，則發送一個信息包告知惡意節點周圍的鄰居節點可能的入侵情況。因為還不能確定節點是惡意節點，鄰居節點只是將該節點的狀態修改為容侵，即節點仍然能夠在鄰居節點的控制下進行數據的轉發。

通過節點之間的協作，對惡意節點做出處理決定(排除或是恢復)：一定數量的鄰居節點產生編造的報警報文，并對報警報文進行正確的簽名，然后將報警報文轉發給惡意節點。鄰居節點監測惡意節點對報警報文的處理情況。正常節點在接收到報警報文后，會產生正確的簽名，而惡意節點則可能產生無效的簽名。鄰居節點根據接收到的惡意節點的無效簽名的數量來確定節點是惡意節點的可能性。通過各個鄰居節點對節點是惡意節點性測時信息的判斷，選擇攻擊或放棄。

4在物聯網安全問題中的六大關系

（1）物聯網安全與現實社會的關系

我們知道，是生活在現實社會的人類創造了網絡虛擬社會的繁榮，同時也是人類制造了網絡虛擬社會的麻煩。現實世界中真善美的東西，網絡的虛擬社會都會有。同樣，現實社會中丑陋的東西，網絡的虛擬社會一般也會有，只是表現形式不一樣。互聯網上如此之多的信息安全問題是人類自身制造的。同樣，物聯網的安全也是現實社會安全問題的反映。因此，我們在建設物聯網的同時，需要拿出更大的精力去應對物聯網所面臨的更加復雜的信息安全問題。物聯網安全是一個系統的社會工程，光靠技術來解決物聯網安全問題是不可能的，它必然要涉及技術、政策、道德與法律規范。（2）物聯網安全與計算機、計算機網絡安全的關系

所有的物聯網應用系統都是建立在互聯網環境之中的，因此，物聯網應用系統的安全都是建立在互聯網安全的基礎之上的。互聯網包括端系統與網絡核心交換兩個部分。端系統包括計算機硬件、操作系統、數據庫系統等，而運行物聯網信息系統的大型服務器或服務器集群，及用戶的個人計算機都是以固定或移動方式接入到互聯網中的，它們是保證物聯網應用系統正常運行的基礎。任何一種物聯網功能和服務的實現都需要通過網絡核心交換在不同的計算機系統之間進行數據交互。病毒、木馬、蠕蟲、腳本攻擊代碼等惡意代碼可以利用 E-mail、FTP與 Web 系統進行傳播，網絡攻擊、網絡誘騙、信息竊取可以在互聯網環境中進行。那么，它們同樣會對物聯網應用系統構成威脅。如果互聯網核心交換部分不安全了，那么物聯網信息安全的問題就無從談起。因此，保證網絡核心交換部分的安全，以及保證計算機系統的安全是保障物聯網應用系統安全的基礎[4]。

（3）物聯網安全與密碼學的關系

密碼學是信息安全研究的重要工具，在網絡安全中有很多重要的應用，物聯網在用戶身份認證、敏感數據傳輸的加密上都會使用到密碼技術[4]。但是物聯網安全涵蓋的問題遠不止密碼學涉及的范圍。密碼學是數學的一個分支，它涉及數字、公式與邏輯。數學是精確的和遵循邏輯規律的，而計算機網絡、互聯網、物聯網的安全涉及的是人所知道的事、人與人之間的關系、人和物之間的關系，以及物與物之間的關系。物是有價值的，人是有欲望的，是不穩定的，甚至是難于理解的。因此，密碼學是研究網絡安全所必需的一個重要的工具與方法，但是物聯網安全研究所涉及的問題要廣泛得多。

（4）物聯網安全與國家信息安全戰略的關系

物聯網在互聯網的基礎上進一步發展了人與物、物與物之間的交互，它將越來越多地應用于現代社會的政治、經濟、文化、教育、科學研究與社會生活的各個領域，物聯網安全必然會成為影響社會穩定、國家安全的重要因素之一。因此，網絡安全問題已成為信息化社會的一個焦點問題。每個國家只有立足于本國，研究網絡安全體系，培養專門人才，發展網絡安全產業，才能構筑本國的網絡與信息安全防范體系。如果哪個國家不重視網絡與信息安全，那么他們必將在未來的國際競爭中處于被動和危險的境地。（5）物聯網安全與信息安全共性技術的關系

對于物聯網安全來說，它既包括互聯網中存在的安全問題（即傳統意義上的網絡環境中信息安全共性技術），也有它自身特有的安全問題（即物聯網環境中信息安全的個性技術）[4]。物聯網信息安全的個性化問題主要包括無線傳感器網絡的安全性與 RFID 安全性問題。

（6）物聯網應用系統建設與安全系統建設的關系

網絡技術不是在真空之中，物聯網是要提供給全世界的用戶使用的，網絡技術人員在研究和開發一種新的物聯網應用技術與系統時，必須面對一個復雜的局面。成功的網絡應用技術與成功的應用系統的標志是功能性與安全性的統一。不應該簡單地把物聯網安全問題看做是從事物聯網安全技術工程師的事，而是每位信息技術領域的工程師與管理人員共同面對的問題。在規劃一種物聯網應用系統時，除了要規劃出建設系統所需要的資金，還需要考慮拿出一定比例的經費用于安全系統的建設。這是一個系統設計方案成熟度的標志[3]。物聯網的建設涉及更為廣闊的領域，因此物聯網的安全問題應該引起我們更加高度的重視。

4．結束語

目前物聯網的研究與應用剛剛開始，我們缺乏足夠的管理經驗，更談不上保護物聯網安全運行的法律規范。如果我們在開始研究技術及應用的同時，不能夠組織力量同步研究物聯網安全技術、物聯網應用中的道德與法律問題，我們就不可能保證物聯網的健康發展。所以物聯網的安全研究任重而道遠。

在無線傳感器網絡安全方面，人們就密鑰管理、安全路由、認證與訪問控制、數據隱私保護、入侵檢測與容錯容侵、以及安全決策與控制等方面進行了相關研究，密鑰管理作為多個安全機制的基礎一直是研究的熱點，但并沒有找到理想的解決方案，要么尋求更輕量級的加密算法，要么提高傳感器節點的性能，目前的方法距實際應用還有一定的距離，特別是至今為止，真正的大規模的無線傳感器網絡的實際應用仍然太少，多跳自組織網絡環境下的大規模數據處理（如路由和數據融合）使很多理論上的小規模仿真失去意義，而在這種環境下的安全問題才是傳感網安全的難點所在。

參考文獻

[1]寧煥生.RFID重大工程與國家物聯網[M].北京:機械工業出版社,2010:169-173.[2]吳功宜.智慧的物聯網:感知中國和世界的技術[M].北京:機械工業出版社,2010:237-242.[3]楊庚等.物聯網安全特征與關鍵技術[J].南京郵電大學學報，2010，30(4):20-29.[4]李振汕.物聯網安全問題研究[J].物聯網安全研究,2010:1671-1122.