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物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研究方向范文第1篇

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng);配電網(wǎng)能效管理;電力物聯(lián)網(wǎng)通信

1.引言

配電網(wǎng)能效及互動(dòng)節(jié)電綜合管理系統(tǒng)，是基于用電環(huán)節(jié)與配電環(huán)節(jié)的信息集成，通過物聯(lián)網(wǎng)能效需求響應(yīng)終端、通訊網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)量采集設(shè)備、智能傳感控制管理設(shè)備等構(gòu)建供電企業(yè)和電力用戶之間準(zhǔn)實(shí)時(shí)、雙向互動(dòng)信息共享平臺(tái)，從而提高電網(wǎng)需求和用戶需求的智能化互動(dòng)水平、能源利用效率和最大發(fā)揮電力設(shè)備使用效率，提升供電企業(yè)市場(chǎng)營銷管理水平、服務(wù)品質(zhì)和用戶側(cè)自動(dòng)需求響應(yīng)管理水平，擴(kuò)大電力市場(chǎng)、促進(jìn)節(jié)能減排、提高配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.配電網(wǎng)能效管理及互動(dòng)節(jié)電管理系統(tǒng)架構(gòu)

配電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)由于規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，信息流大且分散。為了便于管理，我們?cè)O(shè)計(jì)了層次化為七層的能效管理及互動(dòng)節(jié)電管理系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)能效管理及互動(dòng)節(jié)電管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

從上圖看到配用電網(wǎng)架復(fù)雜、節(jié)電數(shù)量多而分散、業(yè)務(wù)種類復(fù)雜。為了達(dá)到配用電測(cè)高效、安全、準(zhǔn)實(shí)時(shí)雙向的通信支撐，需要詳細(xì)研究適用于電力通信領(lǐng)域的通信方案。

3.電力物聯(lián)網(wǎng)有線通信方式介紹：

3.1 以太網(wǎng)結(jié)合光纖EPON技術(shù)

無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的概念提出較早，它可以節(jié)省光纖資源、對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明，在光接入網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要的角色。同時(shí)，以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，靠其簡便實(shí)用、價(jià)格低廉的特性，統(tǒng)治了局域網(wǎng)，事實(shí)上是承載IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。隨著IP業(yè)務(wù)在城際和骨干網(wǎng)傳輸中所占的比例不斷加大，以太網(wǎng)也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進(jìn)，逐漸向接入網(wǎng)、城域網(wǎng)甚至骨干網(wǎng)上滲透。而EPON是以太網(wǎng)與PON的結(jié)合（ethernet passive optical network，基于以太網(wǎng)的無源光纖網(wǎng)絡(luò)），它具備了以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點(diǎn)，正成為光接入網(wǎng)領(lǐng)域的熱門。

基于EPON的無源串行模式采用單纖波分復(fù)用技術(shù)（下行1490nm，上行1310nm），僅需一個(gè)OLT（光線路終端）和一根主干光纖，傳輸距離可達(dá)20公里。在ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）側(cè)通過多級(jí)光分路分給最多為64個(gè)用戶，可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力。典型方案如圖2所示。

圖2 配網(wǎng)EPON典型方案圖

我國中壓配電網(wǎng)大部分采用多分段、開環(huán)運(yùn)行的放射形接線方式供電，該接線方式和EPON的服務(wù)架構(gòu)最為接近。因此，智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)選用EPON作為通信技術(shù)支撐將是最合理可靠的。

針對(duì)智能配、用電系統(tǒng)的特殊應(yīng)用環(huán)境和特殊應(yīng)用要求.國內(nèi)展開對(duì)下一代PON的研究.解決高性能電磁兼容和大容量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)的難題.以適應(yīng)智能配、用電系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展。對(duì)下一代PON技術(shù)中的芯片級(jí)控制策略（如多點(diǎn)控制協(xié)議MPMC、動(dòng)態(tài)帶寬分配DBA、前向編碼糾錯(cuò)FEC、大容量數(shù)據(jù)低延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)等技術(shù)）、協(xié)議級(jí)管理策略（如多協(xié)議優(yōu)先級(jí)QoS、VLAN等技術(shù)）以及針對(duì)智能電力配、用電系統(tǒng)的應(yīng)用級(jí)（如電磁加固、抗干擾等技術(shù)）均進(jìn)行深入研究。

3.2 RS485通信技術(shù)

RS485通訊有二線制和四線制兩種，四線制屬于全雙工的通訊方式，但是也只能進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，所以其使用也逐漸減少，如今工業(yè)組網(wǎng)使用最普遍的即為二線制半雙工RS485通訊。

RS485通訊組網(wǎng)采用的是主從結(jié)構(gòu)的總線模式。即使用一條總線，將一定數(shù)量的具有RS485通訊功能的設(shè)備連接起來，在同一條通訊總線中只有一個(gè)主站，其他均為從站，每個(gè)從站在組網(wǎng)時(shí)已設(shè)置好通訊地址。在同一總線中的設(shè)備使用相同的通訊協(xié)議，現(xiàn)使用最普遍的為MODBUS協(xié)議。在每一個(gè)通訊過程中，先由主站以廣播的形式下發(fā)命令數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀通過通訊總線傳到每個(gè)從站，從站在接收數(shù)據(jù)后首先查看數(shù)據(jù)幀中地址位，只有地址位符合的從站才會(huì)對(duì)控制指令進(jìn)行回應(yīng)。理論上，通信速率在100Kbps及以下時(shí)，RS485的最長傳輸距離可達(dá)1200米，但在實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x也因芯片及電纜的傳輸特性而所差異。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，最多可以加八個(gè)中繼，也就是說理論上RS485的最大傳輸距離可以達(dá)到10.8公里。如果真需要長距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，多模光纖的傳輸距離是1公里以內(nèi)，而采用單模光纖可達(dá)50公里的傳播距離。

由此可看出，要成功完成RS485通訊的布網(wǎng)，需要同時(shí)注意硬件上的網(wǎng)路線路的連接和軟件上的通訊協(xié)議兩個(gè)方面。在硬件連接上需注意連接的穩(wěn)定性，采用抗干擾能力強(qiáng)的布線方式，布線采用具有屏蔽層的雙絞線，并保證總線阻抗的連續(xù)性，同時(shí)在通訊終端進(jìn)行阻抗的匹配，以吸收總線終端反射的干擾信號(hào)。在軟件程序的設(shè)計(jì)上采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議，以兼容市場(chǎng)上大部分的使用RS485通訊的設(shè)備。

RS485總線不應(yīng)采用星形或環(huán)形連接，最佳的接線方式為手拉手式連接，如圖3所示：

圖3 RS485手拉手連接圖

3.3 PLC通信技術(shù)

電力線載波技術(shù)簡稱PLC技術(shù)，是英文Power line Communication的簡稱。電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)，最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，利用1.6～30MHz，頻帶范圍在電力線路上傳輸信號(hào)。在發(fā)送時(shí)，利用GMSK或OFDM調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制、線路耦合，然后在電力線上進(jìn)行傳輸.在接收端，先經(jīng)過耦合、濾波，將調(diào)制信號(hào)從電力線路上濾出，再經(jīng)過解調(diào)，還原成原信號(hào)，如圖4所示。目前可達(dá)到的通信速率依具體設(shè)備不同在4.5～45MB/s之間。

圖4 PLC通信結(jié)構(gòu)圖

另外，電力線載波通訊因?yàn)橛幸韵氯秉c(diǎn)，導(dǎo)致電力載波技術(shù)主要應(yīng)用-網(wǎng)絡(luò)通訊（電力上網(wǎng)）未能大規(guī)模應(yīng)用：

（1）配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送;

（2）三相電力線間有很大信號(hào)損失（10dB-30dB）。通訊距離很近時(shí)，不同相間可能會(huì)收不到信號(hào)。一般電力載波信號(hào)只能在單相電力線上傳輸;

（3）不同信號(hào)藕合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同，藕合方式有線-地藕合和線-中線藕合。線-地藕合方式與線-中線藕合方式相比，電力載波信號(hào)少損失十幾dB，但線-地藕合方式不是所有地區(qū)電力系統(tǒng)都適用;

（4）電力線存在本身因有的脈沖干擾。目前使用的交流電有50HZ和60HZ，則周期為20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出現(xiàn)兩次峰值，兩次峰值會(huì)帶來兩次脈沖干擾，即電力線上有固定的100HZ或120HZ脈沖干擾，干擾時(shí)間約2ms，因此干擾必須加以處理。有一種利用波形過零點(diǎn)的短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，但由于過零點(diǎn)時(shí)間短，實(shí)際應(yīng)用與交流波形同步不好控制，現(xiàn)代通訊數(shù)據(jù)幀又比較長，所以難以應(yīng)用;

4.電力物聯(lián)網(wǎng)無線通信方式介紹

4.1 WiFi無線通信技術(shù)

WiFi是wireless Fidelity（無線保真），又稱IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)，最大的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率高，可以達(dá)到11mbps。WiFi具有功耗低（發(fā)射功率不超過100mW）、無需布線、寬帶接入、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，目前在IT產(chǎn)業(yè)中許多終端都配置了WiFi功能，在服務(wù)業(yè)各個(gè)服務(wù)商也為客戶提供了Wi-Fi上網(wǎng)環(huán)境，在電力行業(yè)，隨著光纖和寬帶無線技術(shù)的規(guī)?；?，電力中的大部分地區(qū)都有了電力通信網(wǎng)的接入，然而在電力通信網(wǎng)末端，由于地理位置、環(huán)境等因素的影響，有些地區(qū)無法實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)接入，此時(shí)WiFi作為該網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充較為合適。WiFi作為傳感網(wǎng)中的一種通信方式，可在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要的作用，覆蓋范圍可以達(dá)到100m，實(shí)現(xiàn)各種智能設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)接入功能，為用戶提供高速的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用解決方案，為智能電網(wǎng)用電服務(wù)體系建設(shè)提供了高效、可靠的寬帶通信手段。

4.2 ZigBee無線通信技術(shù)

ZigBee是一種短距離、低功耗、低成本的無線自組網(wǎng)技術(shù)，主要用于組建近距離的無線網(wǎng)絡(luò)。ZigBee技術(shù)基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)工作在2.4GHz頻段下，在歐美工作在868/928MHz頻段下。在2.4～2.485GHz的工作頻段下，ZigBee技術(shù)采用QPSK的調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到250Kbps，共有16個(gè)通信信道，每個(gè)信道提供5MHz的帶寬。在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以支持多達(dá)65000個(gè)無線通信終端，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的差異，各個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間的通信距離各不相同，傳輸范圍從10米到100米不等。由于ZigBee協(xié)議的簡單化，網(wǎng)絡(luò)對(duì)于通信設(shè)備要求較低，因此成木很低。ZigBee組網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)所要求ZigBee終端設(shè)備具有簡單、工作穩(wěn)定、成木低廉、能耗少的特點(diǎn)。

ZigBee的組網(wǎng)形式可以快速、簡易、高效地組建，符合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性、可靠性的需求。

4.3 藍(lán)牙bluetooth無線通信技術(shù)

作為一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，藍(lán)牙以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接，完成數(shù)據(jù)信息的短程無線傳輸。其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無線電空中接口（Radio Air Interface）及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能夠在近距離范圍內(nèi)具有互用、互操作的性能（Interoperability）。藍(lán)牙以無線LANs的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)為基礎(chǔ)。藍(lán)牙技術(shù)有：成本低，功耗低、體積小，近距離通信，安全性好的特點(diǎn)。藍(lán)牙在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中得到一定的應(yīng)用，有辦公場(chǎng)所，家庭智能家居等環(huán)境。

4.4 GPRS無線通信技術(shù)

通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS），使用分組交換模式以及無線接入技術(shù)。GPRS 可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，因而價(jià)格較貴。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。GPRS技術(shù)由于使用流量計(jì)費(fèi)，故不太適合本系統(tǒng)長期使用。

5.各種通信方式對(duì)比（見表2）

6.結(jié)論

通過表1的對(duì)比結(jié)果，結(jié)合我們的能效管理系統(tǒng)的具體架構(gòu)，我們可以對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的通信環(huán)節(jié)作出如下規(guī)劃：

（1）大物聯(lián)網(wǎng)能效交互終端：由于下轄用電管理節(jié)點(diǎn)不少于100個(gè)，用電節(jié)點(diǎn)不少于10000個(gè)，并且地域范圍跨度比較大，故建議上行通訊GPRS、或者EPON為組合，本地通訊以WiFi來組網(wǎng)。

（2）智能交互終端、導(dǎo)軌表、分路控制器、網(wǎng)絡(luò)斷路器：本地用電節(jié)點(diǎn)不少于100個(gè)，需要速度較快的通信速率，考慮到智能園區(qū)和家庭需要的覆蓋范圍，建議上下行通信以WiFi來組網(wǎng)。

（3）采集器、低壓網(wǎng)絡(luò)開關(guān)智能開關(guān)、低壓網(wǎng)絡(luò)智能插座等用戶一對(duì)一設(shè)備：對(duì)實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)的傳輸速率以及信號(hào)越障能力要求較高，建議用WiFi來組網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：2013年國家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目支持（編號(hào)：SGRI-WD-71-13-011）。

作者簡介：

王亮【通訊作者】（1985―），男，山西人，碩士研究生，現(xiàn)就職于國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

袁玉湘（1979―），男，博士研究生，高級(jí)工程師，IEEE會(huì)員，現(xiàn)就職于國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院，研究方向：微電子技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研究方向范文第2篇

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；J2EE

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 08-0000-02

Architecture and Application of the Internet of Things Technology

Lin Yan1,Lin Yuan2

(1.Liaoning Provincial Highway Administration,Shenyang110013,China;2.Sujiatun Bureau of Economic and Information Technology,Shenyang110101,China)

Abstract:The Internet of Things is regarded as the computer,the Internet and mobile communication network of information industry after the third time,because of its vast wave of industrial application prospects under governments'attention.The structure system of The Internet of Things on the key technology plays a decisive networked application effect.Content networking applications, can change the traditional industry management mode,let management become more intelligent,more efficient.

Keywords:Internet of Things;RFID;J2EE

物聯(lián)網(wǎng)是通過各種感知設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)，連接物體與物體的，全自動(dòng)、智能化采集、傳輸與處理信息的，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地和科學(xué)管理的一種網(wǎng)絡(luò)；是對(duì)當(dāng)今各種新技術(shù)、新理念的高度融合，它打通了電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、生物技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、材料技術(shù)等以往關(guān)聯(lián)不大的技術(shù)之間的通道，使得這些技術(shù)真正融合為一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)了通信從人與人向人與物、物與物的拓展。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用需求廣泛，潛在市場(chǎng)規(guī)模巨大，它將成為全球下一個(gè)萬億元級(jí)規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展已列入我國國家級(jí)重大科技專項(xiàng)，可以肯定其代表了下一代信息技術(shù)發(fā)展方向，將會(huì)像互聯(lián)網(wǎng)一樣成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，帶領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)走出危機(jī)。

一、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用架構(gòu)

（一）基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)。RFID可能是三類技術(shù)體系中最靈活的能夠把“物”改變成為智能物件的，它的主要應(yīng)用是把移動(dòng)和非移動(dòng)資產(chǎn)貼上標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)各種跟蹤和管理。RFID只是編碼的一種載體，此外還有其他基于物理、化學(xué)過程的載體。

（二）基于傳感網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感網(wǎng)絡(luò)主要是指無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN，Wireless Sensor Networks）。WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無線傳感器組成，共同協(xié)作完成對(duì)特定周邊環(huán)境狀況，包括溫度、濕度、化學(xué)成分、壓力、聲音、位移、振動(dòng)、污染顆粒等的監(jiān)控。

（三）基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)。業(yè)界認(rèn)同的M2M理念和技術(shù)架構(gòu)覆蓋的范圍應(yīng)該是最廣泛的，包含了EPCGlobal和WSN的部分內(nèi)容，也覆蓋了有線和無線兩種通信方式，一個(gè)典型的M2M系統(tǒng)包括：M2M應(yīng)用，M2M中間件，網(wǎng)絡(luò)層，M2M網(wǎng)關(guān)層，遠(yuǎn)程設(shè)備。

二、物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)涉及的新技術(shù)很多，其中關(guān)鍵技術(shù)主要有射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和云計(jì)算（傳輸數(shù)據(jù)計(jì)算）。

（一）射頻識(shí)別技術(shù)。俗稱“電子標(biāo)簽”，是特聯(lián)網(wǎng)中非常重要的技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)與核心。這一技術(shù)由三個(gè)部分構(gòu)成：標(biāo)簽（Tag），附著在物體上以標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；閱讀器（Reader），用來讀取（有時(shí)還可以寫入）標(biāo)簽信息，既可以是固定的也可以是移動(dòng)的；天線（Antenna），其作用是在標(biāo)簽和讀取器之間傳遞射頻信號(hào)。此技術(shù)的可以應(yīng)用于供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，高速公路的自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)。射頻技術(shù)發(fā)展面臨的主要問題和難點(diǎn)有：射頻識(shí)別的碰撞防沖突問題，射頻天線研究，工作頻率的選擇，安全與隱私問題。

（二）傳感器技術(shù)。傳感器是提取信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種裝備不可缺少的信息采集手段。由于物聯(lián)網(wǎng)通常處于自然環(huán)境中，傳感器要長期經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。即使是最現(xiàn)代化的電子計(jì)算機(jī)，假如沒有準(zhǔn)確的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)試與控制都將無法實(shí)現(xiàn)。在物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用中，需要傳感器在感知信息方面和自身的智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面有較大方面的提高。

（三）網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。最基礎(chǔ)的物物之間的感知通信是不可替代的關(guān)鍵技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)包括各種有線和無線傳輸技術(shù)、交換技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)關(guān)技術(shù)等。其中M2M技術(shù)是指所有實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器、系統(tǒng)之間建立通信連接的技術(shù)和手段，同時(shí)也可代表人對(duì)機(jī)器（Man-To-Machine）、機(jī)器對(duì)人（Machine-To-Man）、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器（Mobile-To-Machine）之間的連接與通信。M2M技術(shù)適用范圍廣泛，可以結(jié)合Wifi、BlueTooth、Zigbee、RFID和UWB等近距離連接技術(shù)，此外還可以結(jié)合XML和Corba，以及基于GPS、無線終端和網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)技術(shù)等。此技術(shù)可用于安全監(jiān)測(cè)、自動(dòng)售貨機(jī)、貨物跟蹤領(lǐng)域。目前M2M技術(shù)的重點(diǎn)在于機(jī)器對(duì)機(jī)器的無線通信，而將來的應(yīng)用則將遍及軍事、金融、交通、氣象、電力、水利、石油、煤礦、工控、零售、醫(yī)療、公共事業(yè)管理等各個(gè)行業(yè)。

三、物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用

（一）智能交通。智能交通解決交通擁堵、提高行車安全、提高運(yùn)行效率的重要途徑。我國交通問題的重點(diǎn)和難點(diǎn)是城市道路擁堵。在道路建設(shè)跟不上汽車增長的情況下，對(duì)車輛進(jìn)行智能化管理和調(diào)配就成為解決擁堵問題的主要技術(shù)手段。在中國已經(jīng)有20多個(gè)省區(qū)市實(shí)現(xiàn)公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、交通事故檢測(cè)、路況氣象等應(yīng)用，路網(wǎng)檢測(cè)信息采集設(shè)備的設(shè)置密度在逐步加大，有些高速公路實(shí)現(xiàn)了全程監(jiān)控，并可以對(duì)長途客運(yùn)危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管。

（二）智能家電。物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)期應(yīng)用中，智能家居是一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。智能家居，由網(wǎng)絡(luò)家民和家庭網(wǎng)絡(luò)所組成的家庭設(shè)施，通過學(xué)習(xí)、推理等方法為用戶提供服務(wù)和自主管理能力。家庭網(wǎng)絡(luò)，是融合控制網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息網(wǎng)絡(luò)于一體的家庭信息化平臺(tái)，用以實(shí)現(xiàn)在家庭范圍內(nèi)信息設(shè)備、通信設(shè)備、娛樂設(shè)備、家用電器、自動(dòng)化設(shè)備、照明設(shè)備、家庭求助報(bào)警、保安（監(jiān)控）裝置及水電氣熱表等設(shè)備的信息互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)家電，是將普通家用電器利用數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及智能控制技術(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)的新型家電產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)組成一個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)這個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)又可以與外部互聯(lián)網(wǎng)相連接。

（三）煤炭管理。在煤炭企業(yè)倉儲(chǔ)管理中，計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)到煤炭企業(yè)的倉儲(chǔ)管理中，建立智能化的現(xiàn)在倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，可以極大提高倉儲(chǔ)的管理效率。

圖1.煤炭企業(yè)物流系統(tǒng)模型

整個(gè)系統(tǒng)采用J2EE架構(gòu)，用戶通過訪問服務(wù)器獲得數(shù)據(jù)。在物聯(lián)網(wǎng)層提供各種數(shù)據(jù)接口，利用GIS和倉儲(chǔ)中的傳感器，直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，以便頂層平臺(tái)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。平臺(tái)實(shí)際需要的物理服務(wù)器3臺(tái)，分別作為應(yīng)用服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫備份服務(wù)器。

圖2.平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)圖

通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)采集平臺(tái)，提出新的煤炭作業(yè)物流運(yùn)作模式，可最大程度的提高信息共享程度，將訂單、生產(chǎn)計(jì)劃、倉儲(chǔ)、物資采供、物資供應(yīng)以及運(yùn)輸銷售過程中的車輛調(diào)度中的所有信息全部共享。

四、結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展涉及產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，直接推動(dòng)國家信息化進(jìn)程，是改善民生、利國惠民的重要技術(shù)手段和推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突破口，更是提升國家綜合國力的關(guān)鍵。我國有著廣闊的市場(chǎng)空間，但國內(nèi)的生產(chǎn)現(xiàn)狀還停留在低附加值的狀況，物聯(lián)網(wǎng)這一新技術(shù)的出現(xiàn)，不僅對(duì)傳感器市場(chǎng)帶來具大的潛力，更會(huì)對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇。

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物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研究方向范文第3篇

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）；物聯(lián)網(wǎng)；無線傳感器；物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)；新課改

0 引 言

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué), 通過實(shí)驗(yàn)可以促進(jìn)學(xué)生正確形成概念和掌握規(guī)律,理解和掌握物理知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力、思維能力和創(chuàng)新能力。新課標(biāo)提出：重視將信息技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)室，加快中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)和應(yīng)用。因此提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性是物理教學(xué)的重中之重。

DIS，即數(shù)字信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（Digital Information System），是以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，借助傳感器、計(jì)算機(jī)來完成的實(shí)驗(yàn)。它改變了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，形成新的教學(xué)模式?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的DIS物理實(shí)驗(yàn)是實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確的，它不同于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以自由的探究學(xué)習(xí)，這無疑會(huì)給傳統(tǒng)低效的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綆砭薮鬀_擊。

1 當(dāng)前高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

教學(xué)實(shí)驗(yàn)簡單化，實(shí)驗(yàn)過程程序化，操作實(shí)驗(yàn)書面化。不關(guān)注實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，不講實(shí)驗(yàn)誤差，以程序化的實(shí)驗(yàn)步驟開展教學(xué)，不注重啟發(fā)與探究，以教師口頭講實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀看多媒體視頻來代替操作實(shí)驗(yàn),甚至設(shè)計(jì)大量的實(shí)驗(yàn)習(xí)題，以“書面實(shí)驗(yàn)”代替“操作實(shí)驗(yàn)”。近3年來江蘇高考物理實(shí)驗(yàn)得分率持續(xù)走低，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力低下，考察實(shí)驗(yàn)內(nèi)容抽樣得分率均未達(dá)百分之三十。

不是教師懶惰，更不是輕視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，造成這種尷尬局面的主要原因是實(shí)驗(yàn)儀器的制約。

例如：探究F合、m、a三者之間的關(guān)系（見圖1）,需要知道力和加速度的即時(shí)大小，使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器來獲取任意時(shí)刻F合、a兩個(gè)變量值很難做到。廣大教師開發(fā)智慧，設(shè)法固定一個(gè)變量F合而只需觀察a的變化，使用滑輪加重物，以重物重力g代替恒定力F合（見圖2）進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)?？蓡栴}是此時(shí)重物呈加速下降的失重狀態(tài)，繩子拉力小于所掛重物的重力，所以重物重力并不能真正代替繩子拉力。

這種實(shí)驗(yàn)器材注定了實(shí)驗(yàn)存在不可避免的誤差。

2 DIS

DIS（Digital Information System）實(shí)驗(yàn)技術(shù)，又稱“數(shù)字化信息系統(tǒng)”，是由“傳感器＋數(shù)據(jù)采集器＋實(shí)驗(yàn)軟件包（教材專用軟件、通用擴(kuò)展軟件）＋計(jì)算機(jī)”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配備有多種傳感器，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量各種物理量并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集器,多種傳感器還可以組合進(jìn)行更加仿真的實(shí)驗(yàn)，觀察更多的物理量的變化；數(shù)據(jù)采集器接收各類傳感器提供的電信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)接收的數(shù)字量，通過數(shù)據(jù)線提交給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)驗(yàn)軟件包，對(duì)獲取的數(shù)字量進(jìn)行分析處理，提供多種形式的數(shù)據(jù)展示。

DIS系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)儀器的諸多不足。首先，測(cè)量精度更高、更準(zhǔn)確，并且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄。其次，計(jì)算機(jī)記錄并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，處理速度快，準(zhǔn)確性高。第三，DIS實(shí)驗(yàn)采用多媒體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的展示，提高了實(shí)驗(yàn)的可視性、真實(shí)性?？梢姡珼IS實(shí)驗(yàn)不是計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)簡單疊加，而是信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)的完美整合。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。高中物理實(shí)驗(yàn)涉及的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)有：傳感器技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)、射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等。

在物理實(shí)驗(yàn)中，傳感器將探測(cè)到的物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，并提供輸出，以便進(jìn)一步處理顯示、研究。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。大量的傳感器節(jié)點(diǎn)將探測(cè)到的數(shù)據(jù)，通過匯聚節(jié)點(diǎn)經(jīng)其它網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給了用戶，從而真正實(shí)現(xiàn)“無處不在的計(jì)算”理念。

射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency IDentification）技術(shù)，又稱電子標(biāo)簽、無線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。

適用于于高中物理實(shí)驗(yàn)的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)主要有兩類： IEEE 802.15.4/Zigbee協(xié)議和藍(lán)牙技術(shù)。IEEE 802.15.4/Zigbee協(xié)議是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)，主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入到各種設(shè)備中去。藍(lán)牙技術(shù)是一種全球開放性的短距離無線通信規(guī)范，采用快速跳頻、前向糾錯(cuò)和優(yōu)化編碼等技術(shù)，被認(rèn)為是近年來無線數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的重大進(jìn)展之一。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力DIS實(shí)驗(yàn)

在教育領(lǐng)域，新課改倡導(dǎo)“為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具”，物聯(lián)網(wǎng)無所不在、物物相連的組網(wǎng)技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的教學(xué)提出全新的信息化教學(xué)的理念。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用，就是用射頻識(shí)別、無線傳感器等設(shè)備取代傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)備甚至DIS中的有線傳感器，實(shí)現(xiàn)各個(gè)物理量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與共享。

（1）目前高中學(xué)校使用的DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)大多采用數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)傳感器與數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)之間的連接。這種情況下，傳感器和數(shù)據(jù)采集器都受到連接線的限制，有點(diǎn)施展不開。

藍(lán)牙技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量穩(wěn)定、功耗低、成本低的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,采用無線藍(lán)牙傳感器代替有線傳感器，能有效避免線纜障礙，靈活操作。

（2）高中DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器采用四路并行輸入，這就決定了我們的實(shí)驗(yàn)必須在不超過四個(gè)傳感器的前提下完成，限制了實(shí)驗(yàn)的發(fā)展空間。

基于物聯(lián)網(wǎng)原理，采用無線藍(lán)牙傳感器代替有線傳感器，利用無線數(shù)據(jù)采集器搭建小型局域網(wǎng)，在局域網(wǎng)內(nèi)快速傳遞數(shù)據(jù)，輕松解決傳感器數(shù)量的限制，有效管理較多數(shù)量的藍(lán)牙傳感器協(xié)同工作（模型結(jié)構(gòu)見圖3）。

（3）一個(gè)學(xué)習(xí)小組使用一套DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)，決定了小組間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)孤立。

進(jìn)一步運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以對(duì)教室內(nèi)所有傳感器建立小型物聯(lián)網(wǎng)，將所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，這樣，各組的計(jì)算機(jī)都可以隨時(shí)查看教室內(nèi)所有傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，增加小組間交互學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，提高DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用效率。這里有兩種途徑建立物聯(lián)網(wǎng)：第一種是使用真正的無線傳感器構(gòu)建基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network, WSN )；第二種是在無線藍(lán)牙傳感器上粘貼RFID無源標(biāo)簽，通過超高頻RFID讀寫器來確定傳感器身份以此建立物聯(lián)網(wǎng)。

5 待解決的問題

（1）成本較大。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定一個(gè)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)一般包含3種設(shè)備: 協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)，其中協(xié)調(diào)器的價(jià)格較高；而使用RFID標(biāo)簽，要求識(shí)別距離15米左右，需采用超高頻RFID設(shè)備，價(jià)格較高。所以成本是制約物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的關(guān)鍵。

（2）師生培訓(xùn)。目前國內(nèi)研究方向主要集中在如何使用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，而師生對(duì)DIS試驗(yàn)系統(tǒng)的認(rèn)知情況卻少有人問津。黃捷2011年對(duì)福建省1023名高中物理教師采樣調(diào)查，對(duì)DIS數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)比較熟悉的僅占12%。而新穎的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與設(shè)備的使用，更需要加強(qiáng)師生的技能培訓(xùn)。

6 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)、WSN、傳感器、RFID等高新技術(shù)、設(shè)備都是物理學(xué)發(fā)展和進(jìn)步的成果，再將其應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，帶給物理這一“古老”學(xué)科的一縷現(xiàn)代氣息，使得物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)重現(xiàn)活力。有了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，學(xué)生們必定能夠收獲令我們意想不到的成功。

同時(shí)，我們也應(yīng)注意，不能對(duì)DIS等先進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段和設(shè)施產(chǎn)生完全依賴心理，刻意將這些工具投入到所有物理實(shí)驗(yàn)中去，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》倡導(dǎo)利用日常器具做實(shí)驗(yàn)，日常器具不但具有簡便、直觀等優(yōu)點(diǎn)，而且有利于學(xué)生動(dòng)手，發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

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物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研究方向范文第4篇

由于網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展歷程后，又進(jìn)入了一個(gè)新的歷史發(fā)展階段，即從普遍低端應(yīng)用進(jìn)入到一個(gè)高、低端并行發(fā)展，并且不斷提升低端應(yīng)用技術(shù)水平的時(shí)代，其標(biāo)志就是32位嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體、信息家電時(shí)代的到來，以及未來物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）和泛在計(jì)算（Ubiquitous Computing）的發(fā)展，為32位嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用提供了空前巨大的發(fā)展空間，形成了巨大發(fā)展市場(chǎng)。據(jù)Forrester預(yù)計(jì)，2016年全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值可達(dá)6200億美元的規(guī)模。2020年市場(chǎng)上將有500億個(gè)聯(lián)網(wǎng)裝置。

目前，我國嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展正從嵌入式系統(tǒng)走向嵌入式產(chǎn)業(yè)，巨大的市場(chǎng)需求不斷加速嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

一、嵌入式系統(tǒng)概述

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)分為兩大分支：通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)。

通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算，技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲(chǔ)容量的無限擴(kuò)大。由國防科大研制的天河二號(hào)通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能，成為目前全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)。

超級(jí)通用計(jì)算機(jī)主要用來承擔(dān)重大的科學(xué)研究、國防尖端技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的大型計(jì)算課題及數(shù)據(jù)處理任務(wù)。如大范圍天氣預(yù)報(bào)、衛(wèi)星照片整理、原子核物理的探索、制定國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展計(jì)劃等。

而嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面有特殊要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于系統(tǒng)應(yīng)用不同。嵌入式系統(tǒng)是將一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入到對(duì)象系統(tǒng)中。這個(gè)對(duì)象可能是龐大的機(jī)器，也可能是小巧的手持設(shè)備，用戶并不關(guān)心這個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存在。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是對(duì)象的智能化控制能力，技術(shù)發(fā)展方向是與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。

早期，人們勉為其難地將通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改裝，在大型設(shè)備實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用。然而，對(duì)于眾多的對(duì)象系統(tǒng)（如家用電器、儀器儀表、工控單元……），無法嵌入通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，況且嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向完全不同。這就形成了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支。

二、嵌入式系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)處于快速增長時(shí)期，我國政府充分認(rèn)識(shí)到它的重要作用，在政策、資金等方面給予大力支持。2004年國家發(fā)改委、科技部、商務(wù)部聯(lián)合頒布的《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南》，把嵌入式產(chǎn)業(yè)作為國家發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。

相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，2012年我國電子制造規(guī)模達(dá)5.45萬億元，位居世界第二；電視、程控交換機(jī)、筆記本電腦、顯示器和智能手機(jī)等主要電子信息產(chǎn)品的產(chǎn)量居全球首位。

我國嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用主要分布在電信、醫(yī)療、汽車、安全和消費(fèi)類等行業(yè)。來自2010-2011年度的行業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前嵌入式產(chǎn)品應(yīng)用最多的三大領(lǐng)域是“消費(fèi)電子、通信設(shè)備、工業(yè)控制”，所占比例分別是26% 、17%和13%，三大領(lǐng)域所占比例之和接近60%

1.信息家電

信息家電是融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)的消費(fèi)電子產(chǎn)品，是3C （Computer，Communication and Consumer Electronic）融合的產(chǎn)物。

后PC時(shí)代，家用電器將向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，電視機(jī)、微波爐、數(shù)字電話等都將嵌入微處理器并通過家庭網(wǎng)關(guān)與Internet連接，構(gòu)成家庭信息網(wǎng)絡(luò).屆時(shí)，人們可以遠(yuǎn)程控制家里的電器設(shè)備，可以視頻點(diǎn)播，實(shí)現(xiàn)交互式電視，還可以提供各種網(wǎng)上服務(wù)等。

信息家電是網(wǎng)絡(luò)上的家電，而不是PC的外設(shè)。信息家電本身具有一定的智能，并支持某種統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和控制協(xié)議，能夠互相識(shí)別，而不必像計(jì)算機(jī)外設(shè)那樣必須受PC控制。信息家電的出現(xiàn)將推動(dòng)家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的興起，同時(shí)家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的發(fā)展又反過來推動(dòng)信息家電的普及和深入應(yīng)用。

2005年6月，微軟、索尼等17家國際企業(yè)推出的數(shù)字家庭標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步為信息家電的發(fā)展掃清了技術(shù)屏障。不到一個(gè)月，以聯(lián)想為首的5家中國企業(yè)也迅速結(jié)成“閃聯(lián)”，希望能在信息家電市場(chǎng)大展身手。

信息家電的不斷發(fā)展打開了嵌入式系統(tǒng)最大的一個(gè)市場(chǎng)，信息家電也為家用電器的更新?lián)Q代創(chuàng)造了契機(jī)。據(jù)預(yù)測(cè)，進(jìn)入21世紀(jì)，信息家電的市場(chǎng)份額將高達(dá)數(shù)萬億美元。面對(duì)如此巨大的市場(chǎng)，電腦和家電企業(yè)無不為之動(dòng)心。世界著名的電腦和家電企業(yè)如IBM、夏普、微軟、英特爾、康柏、蘋果、松下、NEC、東芝等都大力開發(fā)研制自己的信息家電產(chǎn)品。我國的許多公司如海爾、聯(lián)想、長虹、海信、TCL等也投入信息家電的開發(fā)工作。

目前信息家電在產(chǎn)品取向上有兩種：一是在傳統(tǒng)的家用電器之上應(yīng)用信息技術(shù)，使之能夠與網(wǎng)絡(luò)連接。二是在傳統(tǒng)的家用電器之外應(yīng)用信息技術(shù)開發(fā)新的產(chǎn)品。而這些數(shù)字融合產(chǎn)品，都離不開嵌入式系統(tǒng)的支持，可以說，嵌入式系統(tǒng)是家庭信息網(wǎng)絡(luò)、IT融合的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

2.移動(dòng)計(jì)算設(shè)備

移動(dòng)計(jì)算設(shè)備也是嵌入式系統(tǒng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。移動(dòng)計(jì)算設(shè)備包括PDA、手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等。

目前，PDA與傳統(tǒng)手機(jī)實(shí)現(xiàn)融合，出現(xiàn)一個(gè)新的產(chǎn)品：智能手機(jī)。智能手機(jī)就是一臺(tái)嵌入式系統(tǒng)。借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和全球制造成本的降低，這兩年智能手機(jī)需求有了極大的提升。

2011年，智能手機(jī)出貨量只占到全部手機(jī)的35%，2012年這一數(shù)字為46%。隨著智能手機(jī)的價(jià)格逐漸降低，尤其是2012年，中國已經(jīng)出現(xiàn)了多款性價(jià)比極高的智能手機(jī)，這直接刺激了大量用戶放棄傳統(tǒng)手機(jī)選擇智能手機(jī)。

據(jù)市場(chǎng)數(shù)據(jù)跟蹤公司IDC預(yù)測(cè)， 2013年全球智能手機(jī)出貨量預(yù)計(jì)將占54%，這意味著智能手機(jī)出貨量首次超過非智能手機(jī)。

同時(shí)，2013年全球平板電腦出貨量也將超過臺(tái)式個(gè)人電腦，2014年將超過筆記本電腦。IDC還推測(cè)，2013年平板電腦的出貨量將比上年增加48.7%，達(dá)到1.9億臺(tái)，創(chuàng)下史上最高記錄，而臺(tái)式個(gè)人電腦將減少4.3%。

3.自動(dòng)化與測(cè)控儀器儀表

我國的工業(yè)生產(chǎn)需要完成智能化、數(shù)字化改造，智能控制設(shè)備、智能儀表、自動(dòng)控制等為嵌入式系統(tǒng)提供了巨大的市場(chǎng)。在金融業(yè)、電力系統(tǒng)和服務(wù)業(yè)，嵌入式也在發(fā)揮著越來越重要的作用。

測(cè)控儀器儀表遍及大中小企業(yè)，測(cè)控儀器儀表種類繁多，新型的測(cè)控儀器儀表無一不是嵌入式系統(tǒng)。水、電、煤氣表的智能化、遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性能。

在工控和仿真領(lǐng)域，幾乎所有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都采用嵌入式系統(tǒng)，象分布式控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）等大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)，更離不開嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。目前已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用中，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)。

三、嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

可以預(yù)見，隨著信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次發(fā)展浪潮的到來，嵌入式系統(tǒng)會(huì)獲得更為巨大的發(fā)展契機(jī)。所謂信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次發(fā)展浪潮是指無處不在的泛在計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。顧名思義，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：一是物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；二是其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被稱為繼通用計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。

目前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為我國國家發(fā)展戰(zhàn)略，其受重視的程度不言而喻，2012年2月14日，中國的第一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)五年規(guī)劃——《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》由工信部頒布。同時(shí)，教育部工信部授權(quán)理工科高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)課程，為學(xué)生傳授物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識(shí)。部分大學(xué)開始增設(shè)“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)并實(shí)現(xiàn)招生，為未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展培養(yǎng)儲(chǔ)備人才。

新的發(fā)展給嵌入式系統(tǒng)帶來新的理念，2011年4月，Intel、微軟、通用汽車、高通、飛思卡爾、ARM. TI和三星等公司在舊金山聯(lián)合成立了“Smart技術(shù)世界”。Smart system（智能系統(tǒng)或智慧系統(tǒng)）的特點(diǎn)是：1、處理器不是我們以前用的最簡單的8位處理器了，而是32位處理器或SOC等。2、內(nèi)含高層次的嵌入式操作系統(tǒng)。3、有聯(lián)網(wǎng)功能，徹底解決原先嵌入式系統(tǒng)的孤島現(xiàn)象。

新的發(fā)展對(duì)嵌入式系統(tǒng)帶來新的技術(shù)革命。第一，嵌人式設(shè)計(jì)要從面相對(duì)象到面相角色轉(zhuǎn)變，物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算是跟時(shí)間有關(guān)的。第二，需要軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)。第三，需要嵌人式軟件建模、自動(dòng)分析和驗(yàn)證技術(shù)。

總之，由于我國對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大力扶植和產(chǎn)業(yè)推動(dòng)，必將會(huì)更快速地推動(dòng)智能化電子應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)張，越來越多的嵌入式設(shè)備將會(huì)走進(jìn)我們的生活，改變我們的生活，為我們展現(xiàn)更精彩的世界。

基金項(xiàng)目：邵陽市科技局2012年科研資助項(xiàng)目（J1215）

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作者簡介：

物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研究方向范文第5篇

關(guān)鍵詞：防火墻；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；流量監(jiān)測(cè)；流量控制

中圖分類號(hào)：TP393.08

目前采用的TCP/IP協(xié)議族潛在著安全漏洞以及安全機(jī)制不健全，INTERNET網(wǎng)上的黑客趁機(jī)而入，非法進(jìn)入企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)并存取、破壞、竊聽數(shù)據(jù)。防火墻是保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全最主要的手段之一，它通過監(jiān)測(cè)、限制、修改跨越防火墻的數(shù)據(jù)流，盡可能地對(duì)外屏蔽網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、信息和運(yùn)行情況，以此來實(shí)現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全保護(hù)[1][2]。

目前國內(nèi)外有較多為企業(yè)設(shè)計(jì)流量防火墻等流量監(jiān)控軟件，技術(shù)相對(duì)成熟，但為個(gè)人設(shè)計(jì)的流量監(jiān)控軟件卻大多數(shù)是只監(jiān)不控。如360流量防火墻軟件，Netlimiter，Negie等。360流量防火墻軟件，簡單易用，但流量管理都是臨時(shí)的，每次開機(jī)后都得重新對(duì)一些程序進(jìn)行限速，沒法實(shí)時(shí)顯示流量趨勢(shì)；Netlimiter，會(huì)詢問用戶是否允許程序建立連接、并設(shè)置流量上限值，在windows xp2以上系統(tǒng)使用該軟件會(huì)出現(xiàn)藍(lán)屏現(xiàn)象。本文就是要為個(gè)人設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自動(dòng)監(jiān)控的流量防火墻軟件，更好的為個(gè)人計(jì)算機(jī)信息安全提供有效保障而研究開發(fā)的軟件系統(tǒng)，利用windows 7系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)環(huán)境為VC6.0，可在windows xp、windows 7、windows 8環(huán)境下運(yùn)行。

本方案的設(shè)計(jì)是通過調(diào)用微軟提供的NDIS驅(qū)動(dòng)，編寫程序?qū)崟r(shí)捕獲網(wǎng)絡(luò)速率。軟件需安裝微軟的WDK開發(fā)包，調(diào)用WDK開發(fā)的NDIS中間層函數(shù)，用C語言編寫，并在VC6平臺(tái)下進(jìn)行開發(fā)。

本軟件實(shí)現(xiàn)的功能有以下幾點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)主機(jī)上網(wǎng)速率、上傳、下載總流量等基本信息；（2）控制應(yīng)用程序聯(lián)網(wǎng)、控制網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用程序上傳、下載速率；（3）進(jìn)行流量檢測(cè)并對(duì)檢測(cè)到的流量進(jìn)行分類；（4）找出占用網(wǎng)絡(luò)帶寬較大的應(yīng)用程序，并計(jì)算出合適的流量上限值，給占用流量較多的應(yīng)用程序設(shè)定推薦流量上限值。

系統(tǒng)功能模塊如圖1所示：

圖1 QuickSurf流量防火墻系統(tǒng)功能模塊圖

1 軟件系統(tǒng)整體框架

本項(xiàng)目可通過讀取注冊(cè)表的信息以獲得當(dāng)前應(yīng)用程序列表，再通過調(diào)用NDIS的函數(shù)可以得到獲得網(wǎng)絡(luò)速率、應(yīng)用程序速率等信息。具體程序?qū)崿F(xiàn)用C語言，讀取速率會(huì)比較快。先將網(wǎng)卡設(shè)置為混雜模式，收集主機(jī)和外網(wǎng)間的所有數(shù)據(jù)包信息。然后用現(xiàn)已公開的數(shù)據(jù)流分析、數(shù)據(jù)包分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，來對(duì)應(yīng)用程序的流量進(jìn)行特征分析。定時(shí)檢測(cè)，將異常流量上傳到開源的服務(wù)器上進(jìn)行分析對(duì)比，以節(jié)省昂貴的維護(hù)特征庫的費(fèi)用。調(diào)用NDIS提供的接口，手動(dòng)控制應(yīng)用程序聯(lián)網(wǎng)級(jí)上傳下載速率。

流量防火墻功能模型框架如圖2所示：

圖2 流量防火墻功能模型框架圖

2 功能模塊分析

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

收集主機(jī)與外網(wǎng)通信的所有數(shù)據(jù)包，統(tǒng)計(jì)出網(wǎng)絡(luò)速率、網(wǎng)絡(luò)流量、打開連接數(shù)、應(yīng)用程序流量等詳細(xì)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊圖如圖3所示：

圖3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊圖

協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)維護(hù)一個(gè)接收緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)以隊(duì)列的形式組織。當(dāng)NIC通知NDIS已從網(wǎng)絡(luò)上就收到數(shù)據(jù)包時(shí)，作為已經(jīng)在protocolChar結(jié)構(gòu)中注冊(cè)過的函數(shù)，NDIS將調(diào)用PacketReceiveIndicate作為接收處理函數(shù)將NIC從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)緩存起來。

流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)將采用三層軟件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，包括NetF10w數(shù)據(jù)導(dǎo)出，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析等部分。其中：

數(shù)據(jù)導(dǎo)出：支持NetRow功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如果其物理接口激活了NetRow功能，并配置了NetRow數(shù)據(jù)導(dǎo)出的目的IP地址和端口后，該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口將定期地將NetFlow流數(shù)據(jù)通過UDP協(xié)議傳輸?shù)絅etF10w數(shù)據(jù)采集服務(wù)器；

數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集服務(wù)器接受到NetF10w數(shù)據(jù)后，需要對(duì)原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如過濾聚合等，并將處理后的數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)到物理文件上；此外，有另外的進(jìn)程不斷地從存儲(chǔ)的物理文件上抽取NetFlow數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中；

數(shù)據(jù)分析：通過分析存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的流數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析模塊可以統(tǒng)計(jì)各種流量信息，包括某設(shè)備一個(gè)接口的流量信息。一組IP地址的流入流出流量等，提供各種報(bào)表功能[3]。

2.2 流量控制：對(duì)指定應(yīng)用程序進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)允許設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)上行下行流量、應(yīng)用程序上行下行流量進(jìn)行設(shè)置。流量控制模塊圖如圖4所示。

圖4 流量控制模塊圖

關(guān)鍵技術(shù)為DPI和DFI技術(shù)。DPI的技術(shù)關(guān)鍵是高效的識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用，通過對(duì)應(yīng)用流中的數(shù)據(jù)報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行探測(cè)，從而確定數(shù)據(jù)報(bào)文的真正應(yīng)用。DFI采用的是一種基于流量行為的應(yīng)用識(shí)別技術(shù)，基于這一系列流量的行為特征，建立流量特征模型，通過分析會(huì)話連接流的包長、連接速率、傳輸字節(jié)量、包與包之間的間隔等信息來與流量模型對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)鑒別應(yīng)用類型[4]。

2.3 流量檢測(cè)：當(dāng)應(yīng)用程序占用了可用網(wǎng)絡(luò)帶寬的70%，并且上網(wǎng)速率較低時(shí)彈出提示框，提醒用戶查看聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序，提示可禁用一些應(yīng)用程序的聯(lián)網(wǎng)和設(shè)置較大流量占用的程序上網(wǎng)速率。流量檢測(cè)模塊圖如圖5所示。

圖5 流量檢測(cè)模塊圖

對(duì)于來自Internet上的數(shù)據(jù)包，第一步是對(duì)其進(jìn)行過濾和捕捉，第二步，先設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)先級(jí)：基于端口識(shí)別和基于特征值識(shí)別均處于第一優(yōu)先級(jí)，而DFI技術(shù)識(shí)別放在第二優(yōu)先級(jí)。這些數(shù)據(jù)包先進(jìn)行基于端口識(shí)別和基于特征值識(shí)別，只要通過時(shí)兩種方法有一種能識(shí)別出P2P流量即可；最后對(duì)識(shí)別出的P2P流量準(zhǔn)備下一步的控制策略，對(duì)那些非P2P流量則允許通過[5][6]。

在基于P2P的分布式蠕蟲檢測(cè)系統(tǒng)中，各節(jié)點(diǎn)采用旁路偵聽的方式監(jiān)控各自對(duì)應(yīng)的邊界網(wǎng)絡(luò)，需要對(duì)出入該網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行報(bào)文還原，即進(jìn)行IP分片重組和TCP數(shù)據(jù)流還原，才能進(jìn)一步進(jìn)行蠕蟲的檢測(cè)和分析?；趨f(xié)議分析的特征匹配檢測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)工作流程，首先通過截獲網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，送往協(xié)議命令解析模塊，然后通過具體協(xié)議字段判斷各層協(xié)議，同時(shí)解析數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)部分，再根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)則庫進(jìn)行特征匹配，判斷該數(shù)據(jù)包是否有入侵企圖，最后由響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)該數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的響應(yīng)[7][8]。

3 結(jié)束語

QuickSurf流量防火墻（windows端）軟件實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)主機(jī)上網(wǎng)速率、上傳、下載總流量等基本信息；控制應(yīng)用程序聯(lián)網(wǎng)、控制網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用程序上傳、下載速率；進(jìn)行流量檢測(cè)并對(duì)檢測(cè)到的流量進(jìn)行分類；找出占用網(wǎng)絡(luò)帶寬較大的應(yīng)用程序，并計(jì)算出合適的流量上限值，給占用流量較多的應(yīng)用程序設(shè)定推薦流量上限值的基本功能。實(shí)現(xiàn)了我們所預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：趙禹哲（1993-），女，吉林松原人，學(xué)生，本科，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全；李艷平（1972-），女，內(nèi)蒙古滿洲里市人，講師，碩士，主要研究方向：云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)安全；陳昕（1965-），男，安徽人，教授，博士，主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其性能評(píng)價(jià)、網(wǎng)絡(luò)安全、航電網(wǎng)絡(luò)；李挺婷（1992.11.05-），女，廣東梅州人，學(xué)生，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；黃浩（1994-），男，廣東郁南人，學(xué)生，本科；田青青（1992-），女，河北邯鄲人，學(xué)生，本科，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全。