基于W5500的物联网环境信息监测系统说明文档

第一篇：基于W5500的物联网环境信息监测系统说明文档

基于W5500的物联网环境信息监测系统说明文档

一、系统适用范围特点：

随着科技的发展，环境信息采集应用的领域也越来越广。冷库，仓库，大棚等场所都需要对其环境信息进行监控，以保证食品等货物的储存。对大面积农作物的机械自动化管理有着重要的意义。而对于大面积的自动化大棚管理，在缺少技术人员的情况下，很难对农作物的生长有科学的管理，而且邀请专家进行技术指导会比较麻烦，人力成本和代价较高。因此，我们基于W5500模块，接入温湿度采集和光照采集模块，进行对环境信息的监控，并上传至Yeelink平台。专家可以远程对上传的信息进行方便的查看，并给与大棚管理员合适的建议。也可以方便管理员对仓库的监控和管理。同时由于上传的信息公开化，因此可以作为交流平台，来对各个地方上传信息的人员相互间交流。

二、系统简介：

系统所包含有：W5500EVB（包含有STM32单片机）、DHT11温湿度传感器、GY-30光照传感器、路由器和Yeelink网络平台。通过手机、PC机等上网查看。系统的框架图如下：

如图所示，STM32作为MCU处理温湿度和光照传感器采集到的数据信息，并且控制W5500将信息通过路由器上传到Yeelink平台上。

三、各器件简介：

1、W5500简介

W5500 是一款全硬件 TCP/IP 嵌入式以太网控制器，为嵌入式系统提供了更加简易的互联网连接方案。W5500 集成了 TCP/IP 协议栈，10/100M 以太网数据链路层（MAC）及物理层（PHY），使得用户使用单芯片就能够在他们的应用中拓展网络连接。

2、DHT11温湿度采集

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。

3、GY-30光强采集传感器特点

1)I2C总线接口（f/s模式支持）2)光谱的范围是人眼相近3)照度数字转换器

4)宽范围和高分解.（1-65535勒克斯）5)低电流关机功能

6)50Hz/60Hz光噪声reject-function 7)1.8V逻辑输入接口 8)无需任何外部零件

9)光源的依赖性不大.（例如白炽灯.荧光灯.卤素灯.白LED.孙光）10)是有可能的选择2类型的ICslave-address.11)可调的光学窗口测量结果的影响（它可以探测分钟.使用本功能0.11勒克斯，最大.100000勒克斯）

12)小测变异(+/-20%)13)的红外线的影响很小

四、基本功能：

 具有环境信息采集功能，可以采集环境的温度、湿度和光照强度。 具有联网功能，可以将采集到的环境信息直接上传到Yeelink云平台上。 具有网络查看功能，可以用任何联网设备，在互联网上查看采集点的信息。

五、核心代码及程序流程图：

核心代码

W5500EVB向Yeelink平台发送的一个http数据包，Yeelink平台是非常便捷的一个平台，通过这个平台，只需要把U-ApiKey内容换成自己需要的Apikey，就可以轻松实现上传数据和监测数据。http数据包代码如下： char postH[]={//提交湿度

“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用来填充数值

stm32单片机获取计数器i值状态，i值每分钟增加1，这是通过stm32的定时器2中断设置的。i=0时，发送湿度数据；i=1时，发送温度数据；i=2时，发送光照强度数据。当然，W5500都是在socket连接建立的情况下，向Yeelink 服务器端发送数据。代码如下： 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;

}

程序流程图

六、项目总结：

本次项目完成了基本的环境信息采集功能，通过Yeelink平台观察采集到的数据，无论你在网页上还是手机客户端APP上，都能很好的监测数据，观察历史数据的走势。通过本次项目，我学到了很多，W5500提供的全硬件TCP/IP协议栈实在是太方便了，你只需要编写片上处理程序就可以了，tcp/ip需要处理的协议它已经帮助你完成了。刚拿到w5500的开发板时，试着写了一些TCP,UDP，Smtp协议，都通过W5500EVB很轻松的实现了，这让我对网络协议有了一个更仔细的认识。然后我就开始把自己采集到的数据上传到Yeelink平台上，通过Wireshark抓包工具分析http报文，然后编写报文，最后终于成功实现了数据的上传。真心感谢Yeelink平台提供的强大功能，让我们这些爱好者能够轻松实现自己的想法，并分享给他人。

这次比赛比较遗憾的是一直想实现无线功能，就是通过W5500EVB+Zigbee无线模块+数据传感器+Yeelink平台，实现环境信息的无线采集。但是由于这学期学习比较紧张，没有投入足够的时间，所以就没在这里实现。不过这学期选的工程教育高级有这样的无线模块传输数据的项目，我可以好好研究一下Zigbee模块，算是弥补了我这次遗憾。

七、心得体会：

这次比赛基本上都是由我一个人完成的，工作量还是蛮大的。经过这次比赛，本人有一种想法分享给大家：做项目开始时，要做一个简单的规划，当然，这要根据自己的实际能力。在目标确定后，就不要轻言放弃，你只要不放弃，开始的方向有没有错误，最后一定会做出自己想要的结果的，那是的成就感不是别人能体会到的。

第二篇：物联网冷链监测管理系统

物联网冷链监测管理系统一、冷链环境监测重要性

随着现代科技的发展，以冷链温度监控系统为代表的现代制冷系统的应用也越来越广泛。冷链温度监控系统对环境温度进行严格的监控、记录、分析、决策，无线传输到计算机，对环境温度实现智能化管理。冷链物流泛指冷藏、冷冻类物品在生产、贮藏运输、销售，到消费前的各个环节中始终处于规定的低温环境下，以保证物品质量和性能的一项系统工程。它是随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来的，是以冷冻工艺学为基础、以制冷技术为手段的低温物流过程。

现代冷链物流属于控温型物流，为了实现冷链物流的信息处理及时、配送流程优化，以及存取选拣自动化、物流管理智能化，冷链物流需要信息化技术作为辅助手段。

目前冷链行业内的企业基本都可以提供仓储、冷链运输、市内配送等基础服务;除此之外，一些企业提供的服务范围更加广泛，诸如配货、分拣、贴标等附加功能;采购、库存管理、数据分析等增值服务。不断提供有价值的增值服务，将是未来行业的发展趋势之一。通过先进的射频识别技术、GPS技术、无线通讯技术及温度传感技术的有机结合，在需要恰当的温度管理来保证质量的生鲜食品和生产流程管理中，将温度变化记录在车载智能终端”上并同时“实时”的通过“具有GPRS或3g、4g流量通道上传”到企业的管理平台，对产品的生鲜度、品质进行细致地、实时地管理。可以简单轻松地解决冷藏货物在流通过程中的质量监控问题。

二、冷链温度监控系统的应用。

1、疫苗冷链温度监控系统

疫苗冷链监测系统对所有疫苗冷链设备（包括冷库、冰箱、冷藏车）实施“1个云平台+N个监测端”的信息化监测模式，即通过在疫苗冷藏冰箱、冷冻冰箱、冷库、冷藏车内安装高精度温（湿）度探头，把采集到的数据上传冷链监测设备，冷链监测设备将数据直接上传到冷链云端平台，出现因断电、设备故障等导致的异常情况，系统将通过短信、声音、微信等方式及时报警。

这个监测系统替代了以往“冰箱人工监测、疫苗运输温度事后验证”的落后监测模式，将每天2次手工冰箱测温改为24小时自动监测，极大地解放了人力，最大限度地保证疫苗储存、运输环境安全。

2、蔬菜鲜果奶制品冷链温度监控系统

蔬菜鲜果奶制品的冷藏，不仅有助于减慢它们的腐坏速度，保持新鲜，而且对全国物品的运输和合理配置有极大的影响。选择GPS冷链温度监控食品传输过程让客户不再担心质量问题，人们也吃的放心。在多年自主开发GPS物流车辆调度管理信息系统的成功经验基础上，结合实际冷藏物流企业的业务管理流程要求，全方位整合GPS工业级调度监控技术，设计出一整套适合冷链物流企业货运管理和一体化服务信息系统解决方案。

3、冷链温度监控系统如何对车辆卫星监控管理系统

此GPS监控方案根据自动识别采集技术、GPS车辆跟踪技术，将货况信息数据自动识读输入信息平台计算机系统，在运送过程中利用GPS冷链温度监控跟踪技术方法和手段，可以为企业提供准确的数据采集和跟踪反馈的有效解决手段，在物流企业的车辆追踪，所运送物品追踪和供应链的身份识别与位置定位等方面都可协助企业充分有效地解决目前冷链物流企业中货况运输管理存在的问题。

4、冰箱冷库温度、温湿度监控系统

本温湿度监控系统主要提供对冷藏室、冰箱、冷库等环境空间温度、湿度的严格监控和管理。系统能对大面积的多点的温度、湿度进行监测记录，并将数据传输到PC机上进行数据存储与分析，并输出打印曲线，在设备异常情况下还以多种形式的报警通知相应人员。A、系统功能：

（1）、可在线实时24小时连续的采集和记录监测点位的温度、湿度、风速、二氧化碳、光照、空气洁净度、供电电压电流等各项参数情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，监测点位可扩充多达上千个点。

（2）、可设定各监控点位的温湿度报警限值，当出现被监控点位数据异常时可自动发出报警信号，报警方式包括：现场多媒体声光报警、网络客户端报警、电话语音报警、手机短信息报警等。上传报警信息并进行本地及远程监测，系统可在不同的时刻通知不同的值班人员；（3）、数据集中器提供USB接口，在没有配监控电脑或监控电脑损坏、瘫痪，可随时用U盘导出将数据转至其它电脑。

（4）、数据集中器端提供具有信号输出协议的端口，可接通信设备（GPRS DTU等）进行无线传输。

（5）、温湿度监控软件采用标准windows 98/2000/XP全中文图形界面，实时显示、记录各监测点的温湿度值和曲线变化，统计温湿度数据的历史数据、最大值、最小值及平均值，累积数据，报警画面。（6）、监控主机端利用监控软件可随时打印每时刻的温湿度数据及运行报告。

（7）、强大的数据处理与通讯能力，采用计算机网络通讯技术，局域网内的任何一台电脑都可以访问监控电脑，在线查看监控点位的温湿度记录仪变化情况，实现远程监测。系统不但能够在值班室监测，领导在自己办公室可以非常方便地观看和监控。

（8）、系统可扩充多种记录数据分析处理软件，能进行绘制棒图、饼图，进行曲线拟合等处理，可按TEXT格式输出，也能进入EXCEL电子表格等office的软件进行数据处理。

（9）、控制软件的编制采用软件工程管理，开放性与可扩充性极强，由于采用硬件功能的软件化的系统设计思想及系统硬件的模块化、通讯网络化设计，系统可根据需要升级软件功能与扩展硬件种类。（10）、系统设计时预留有接口，可随时增加减硬软件设备，系统只要做少量的改动即可，可以在很短的时间内完成。可根据政策和法规的改变随时增加新的内容。

（11）、设备改进、检修过程中及检修完成后，均不需要停止或重新启动机房监控系统。

（12）、系统都均做可靠行接地，以防静电。B、温湿度监控系统产品其他应用场合：

食品、电子生产车间、药房、冰箱、冷库、库房、机房、实验室、工业暖通、图书馆、档案室、博物馆、孵房、温室大棚、烟草、粮库、医院等其他需要环境监测领域。

三、温湿度如何布点

GSP认证最新规范规定:药品库房冰箱、冰柜、冷库、冷藏车、仓库温湿度应该如何布点

常温库、阴凉库温湿度分布点要求（满足GSP认证最新规范规定）温湿度传感器的布点跟库房面积密切相关，由药品库房的面积来决定温湿度传感器的点数，一般来讲常温库300㎡安装一台温湿度监测点；301-600㎡安装2个温湿度监测点，601-900㎡安装3个点温湿度......1501-1800㎡安装6个点，以此类推。

如果库房隔断出独立小库，不论小库面积多大，都要安装一个监测点。如果库房为立体库或高架库要使用双层布点规则进行温湿度布点。、冷库温湿度分布点要求（满足GSP认证最新规范规定）

冷库布点：平面单库20㎡一下应不少于2个监测点，20-50㎡不少于3个监测点，50-150㎡应不少于4个监测点；151-300㎡应不少于5个监测点、冷柜、冰箱分布点要求（满足GSP认证最新规范规定）

如果有单独的冷柜，冷柜每柜安装一个温湿度监测点，单独小库不论面积多小，都应安装一个监测点。、冷藏车

每辆冷藏车安装不少于2个监测点

四、总结

以上关于冷链温度监控系统在生活生产中的应用就为大家讲解到这里。冷链温度监控系统实现了冷藏货物的温度和运输的结合的全监控，冷链温度监控系统减少食品损耗，有效保障运输的安全性，提升生产效益，是现代生产生活中有效有益的冷链温度监控管理。

第三篇：水产养殖水质物联网监测管理系统

鱼类养殖水质监测管理系统

鱼 类 养 殖 水 质 监 测 管 理 系 统

设计单位：广州莱安智能化系统开发有限公司

地址：广州市天河区中山大道建中路11号103

欢迎来电索取详细方案或来电洽谈机房、机房监控、机房建设、楼宇智能化等各类机房设备业务，免费提供设计方案，价格实惠

目录：

一、鱼类养殖管理监测系统背景............................4

二、鱼类养殖管理监测系统概述............................4

三、建设鱼类养殖水质监测系统目的........................4

四、鱼类养殖水质监测管理系统构成........................5

五、鱼类养殖水质监测管理系统主要功能....................5

六、信息化水产养殖系统的优点............................6

七、水产养殖智能检测系统................................7

八、鱼类养殖中需要监测的几个方面.....................10

九、鱼类养殖需要的环境.................................11

一、鱼类养殖管理监测系统背景

由于鱼塘的地理位置偏僻，经常出现一些偷钓、偷捕的情况，甚至出现了不少鱼塘遭到投毒的恶意事件，不仅给鱼塘养殖户带来的重大损失，并且对当地治安管理来说产生了很大影响。

鱼类养殖已经是十分普遍的养殖项目，但因其肉类鲜美，营养丰富，种类繁多，养鱼业不仅没被众多水产养殖业淘汰，反而呈现出发展上升的态势。随着自然环境的改变，很多珍惜鱼类濒临灭绝，如：娃娃鱼、中华鲟鱼……人工养殖渔业不仅成为满足市场需求的做法，更是保存物种多样性的最佳方式。

随着科技的发展，物联网养殖的出现，传统的养殖模式开始向这一新型养殖方式靠拢。物联网采用无线传感技术、网络化管理等先进管理方法对养殖环境、水质、鱼类生长状况、药物使用、废水处理等进行全方位管理、监测，具有数据实时采集分析、食品溯源、生产基地远程监控等功能。在保证质量的基础上大大提高了产量。

中国水产养殖产量占到了全世界总产量的73%，是名符其实的水产养殖大国。随着物联网养殖技术的出现，传统的养殖模式开始向这一新兴养殖模式靠拢。国家农业智能装备工程技术研究中心农业物联网集成智能水质传感器、无线传感网、无线通信、智能管理系统和视频监控系统等专业技术，对养殖环境、水质、鱼类生长状况等进行全方位监测管理，最终实现节能降耗、增产增收的目标。

二、鱼类养殖管理监测系统概述

目前国内的水产养殖业其水质监测基本上仍处于人工取样、化学分析的人工监测阶段，其耗时费力、精确度不高，并且需要有专业人员进行操作。我们开发的水质监测系统操作简单、数值输出快而精确，并且可以实现水产养殖全过程的连续或适时监测，对于预防极端气候造成极端水质物理指标及各水环境因子综合的病害机理具有重要意义，可以指导我们的水产养殖业规避风险，带来利润。

目前各水产院校、水产研究机构和水产养殖公司除极少数已配备了水质自动监测仪以外，一般单位并没有采用，其原因多是市场上的水质监测（分析）仪器价格昂贵，在目前人力相对廉价的情况下，一般不会采用这种监测仪器。但是随着水产养殖业的发展，整个水产行业在不久的将来必将发生经营观念上的彻底转变，也必将会逐步选择先进的水质监测系统服务于养殖作业流程。

三、建设鱼类养殖水质监测系统目的

对于养殖户来说，鱼塘的安全生产问题必须要高度重视和尽快采取有效的方法手段来解决这一难题。目前养殖户普遍采取的手段是增加人手进行巡逻预防，然而起到的效果有限。利用现代安防科技及物联网，我们可以建立一套安全防范管理及水质监控系统，结合人防与技防手段，实现鱼塘的7X24模式实时监控以达到安全生产的目的

四、鱼类养殖水质监测管理系统构成

鱼类养殖水质监测管理系统利用传感器测量出水中相应的环境因子（如ph值，溶解氧，温度等），然后利用相应参数的在线仪表读出传感器传出的信号，并可将这些信号转化为数字信号或者模拟电流信号，传入现场plc控制系统以及终端，再通过编制的软件实现数据整理和数据分析，并实施预警预报。

（1）、信息采集系统：温度传感器、光照强度传感器，水体溶解氧、PH值、氨氮含量、亚硝酸盐含量、水温探头。用途：用于监测水域影响鱼类生长的各类信息参数，及时消除不利因数。

（2）、无线传输系统

用途：用于远程无线传输数据采集。

（3）、自动控制系统:水口电磁阀、增氧泵、天窗自动开启和关闭。

（4）、软件平台：远程数据实时查看功能；自动化控制功能；各类预警功能；

五、鱼类养殖水质监测管理系统主要功能 鱼类养殖水质监测管理系统目前已完成和实现的

（2）主要功能包括作为下位机的分析仪、现场控制器和作为上位机的终端电脑应用程序的一部分，能监测多种水质参数：水温、水深、酸度、盐度、含氧量等。

使用分析仪来实现数据采集，分析仪的传感器测得原始数据，通过信号分析获得测量的参数值。车间里每个养殖池可放置一个或多个分析仪的传感器，各分析仪之间利用485网络连接，从而可将车间里各养殖池中水环境的多项参数连续不断的采集起来。

终端电脑和下位机的通讯采用的是“主－从”式通讯方式，上位机通过rs232接口主动发出命令或数据，下位机被动响应。

系统对养殖池分类，分别设定不同的标准参数，在采集到的鱼池5参数超出标准时可进行报警，从而实现水质的实时监控。

终端电脑上的软件对连接的养殖池水质可进行自动监测和手动监测。自动监测是对一组分析仪（也就是多个养殖池）根据设定的时间间隔，按顺序逐一进行数据采集，存入数据库，同时和标准值进行比较，进行监测；手动监测是根据设定的时间间隔对一个指定的分析仪进行数据采集，进行监测。

在鱼类养殖水质监测管理系统中还可对各个分析仪进行参数校正，以确保采集数据的准确有效；可修改分析仪的id号，位置信息等，方便分析仪和数据信息的管理与使用。

六、信息化水产养殖系统的优点

智能化多参数养殖水质监测系统的成功研发是电子信息技术与水产养殖技术的完美结合。该系统的推广应用将成为利用现代电子手段改造传统行业的又一成功案例。在水产养殖发展中，随着人们消费水平和环保意识的提高，绿色水产越来越受到消费者的青睐，传统的养殖模式存在的种种弊端，已经难以满足市场的要求。因此发展智能化水产养殖，才能真正从根本上解决现在所面临的问题。

七、水产养殖智能检测系统：

采用具有自识别功能的检测传感器，对水质、水环境信息（温度、光照、深度、PH值、溶解氧、浊度、盐度、氨氮含量等）进行实时采集。

基于现代物联网信息技术的水产养殖整体解决方案，主要包括三个部分：信息采集、自动控制和信息发布与智能决策。

1、鱼类养殖水质监测管理系统：

依据水产品在各养殖阶段的长度与重量关系，养殖环境因素与饵料养分的吸收能力、摄取量的关系建立数据库，进行实施采集。

2、水产养殖视频监控系统：

采用视频监控技术，能直观的把养殖基地的现场情况呈现到我们眼前，为远程管理提供了直观的信息。

在水产养殖区域内设置可移动监控设备，可实现：（1）、现场环境实时查看；（2）、远程实时监控；

（3）、视频资料可查看、传输和存储，积累养殖经验。

3、智能化控制系统：

可实现换水、增氧、增温、喂料等功能。由采集器根据目标参数及与实际参数的偏差以及室内环境的变化进行计算，控制增氧泵、灯光、水泵等设备，可以实现加氧、补光和换水。（1）、增氧、投饲无线远程控制

采用集散式控制模式，中央控制室和室外分布式网络节点之间实现无线数据传输，可设定或采用专家软件灵活设定溶氧范围，实现自动控制增氧；通过控制自动投饲机和增氧机的启动次数、启动时间、运行时间长短控制投饲量和增氧量，同时具有远程控制，数据记录等功能。

控制方式灵活； 可以采取软件在电脑或控制柜上直接控制增氧机和投饵机，也可以设定好自动投饲机和增氧机的启动次数、启动时间、运行时间长短控制投饲量和增氧量，自动化程度高；数据无线传输：可进行远程无线控制。（2）、智能增氧控制

增氧在线控制：利用水质在线监测系统对溶氧进行监测，根据养殖水体中溶解氧的实际情况，由中央控制室发出无线控制信号，控制增氧机开关。通过控制软件，可设定增氧机开关的上下阈值。

4、环境采集

通过采集器和环境气象站可以把水产养殖基地水质的含氧量、温度、光照等参数和现场气象参数传输到互联网平台，通过数据报表、变化曲线和实时图像方式显示。用户登录环境监测管理平台就可以查看基地任何时间段内的环境参数，通过对数据图表的分析可以提供生产管理建议。

5、信息管理平台：

各省、市相关单位（水产局、畜牧水产局、水产技术服务推广中心）通过该信息管理平台可科学化、全方位的进行智能部署，有效减轻管理人员工作量，提升监管工作的及时性、准确性和有效性。

6、、信息发布

信息发布系统分为LED显示屏和大屏幕显示电视墙终端。LED显示屏用于实时显示养殖基地的环境测量值。监控中心或者调度室主要应用大屏幕显示电视终端。

7、智能决策 根据采集到的环境参数通过智能决策管理系统，可以设置报警限值，从而实现短信报警、邮件报警和远程控制。

8、短信报警（可选配置）

当养殖水体中的溶解氧达到临界值时，报警（触控键入设定每个测量单元的最低和最高溶氧值范围。低于最低值或高于最高值，系统将自动报警）。报警信息以短信的形式发送到用户手机。短信报警功能具有价格低，实用方便，管理平台统一、成熟等优点，让用户实现养殖设备的远程管理，使整个自动控制系统更加完善。

八、鱼类养殖中需要监测的几个方面

1、养殖水域环境监测

（1）温度监测

温度是影响水产养殖的重要环境因素之一，这其中包括进水口温度，池内温度，养殖场空气温度等。根据经验总结，在适合的水温范围内：1）水温越高，鱼类摄食量越大，更快生长； 2）水温越高，孵化时间越短。计算好合适的水温，对鱼的生长起到重要作用。物联网监测系统可24小时全天候监测养殖水域水体温度，当温度高于或低于设定范围时，系统自动报警，并将现场情况通过短信发到用户手机上，监控界面弹出报警信息。用户可通过重新设置，自动打开水温控制设备，当水温恢复正常值时，系统又会自动关闭。

（2）光照检测

光照时间长短、强弱决定着鱼类生长的繁殖周期和生产品质，光照系统会自动计算水域养殖时鱼类需要的光照时间长短，是否需要开关天窗。

2、养殖水域水质监测

（1）PH值监测

PH值过低，水体呈酸性，会引起鱼类鱼鳃病变，氧的利用率降低，照成鱼类生病或者水中细菌大量繁殖。系统安装PH值测试探头，当水体PH值超过正常范围时，水口阀门自动开启，进行换水。

（2）溶解氧监测

溶解氧的含量关系着鱼类食欲、饲料利用率、鱼类生长发育速度等，当水体溶解氧含量降低时，系统会自动打开增氧泵增氧。

（3）氨氮含量监测

鱼池塘中的氨氮来源于饵料、水生动物排泄物、肥料及动物尸体分解等，氨氮含量超高，会影响鱼类生长，过高则会造成鱼类中毒死亡，给生产带来重大损失。系统监测氨氮含量，超出正常值范围时，就要对养殖区进行清洁或换水。

九、传统的水产养殖与现代化水产养殖区别传统的水产养殖大量使用人工，浪费人力，增加成本。或者因为信息采集不及时和残缺，导致能源使用的浪费。而物联网智能系统能更好的规避这些问题：

1、根据水质，自动开启、关闭水口电磁阀进行换水；

2、自动检测养殖区含氧量，无需24小时增氧，当氧量不足时，系统会自动打开增氧泵；

3、养殖区温度过高时，天窗自动开启散热。

九、鱼类养殖需要的环境

渔业养殖水域是水产养殖动物的生活环境，每一种水产养殖动物都需要有适合其生存的水质环境。水质环境若能满足要求，水产养殖动物就能生长和繁殖，如果水质环境中的水受到某种污染，某些水质指标超出水产养殖动物的适应和忍耐范围，轻者水产养殖动物不能正常生长，重者可能造成水产养殖动物大批死亡。

溶解氧是指溶解于水中的分子态氧，是水中生物和植物生存不可缺少的条件。我国养殖的几种主要鱼类，在成鱼阶段可允许的溶氧量为3mg／L以上。当溶氧降低到2mg／L以下时，就会发生轻度浮头；降到0．8—0．6mg／L时，出现严重浮头(鱼类发生一次严重浮头就像生一场大病一样)；降到0．5—0．3mg／L时，鱼就会窒息而死[2]。为此能有效地监测和控制水中溶氧量成为水产养殖急需解决的问题。鱼池水质管理，直接影响养鱼效益。衡量鱼池水质好坏的指标主要有：池水温度、酸碱度(PH值)、溶氧值和透明度。现将其测试技术简介如下： 1.温度测试

不同鱼类对水温的要求不同。鲢、鳙、草、鲤、团头鲂等属温水鱼类，适宜生活的水温为20℃～30℃。罗非鱼属热带鱼类，适宜水温为25℃～34℃。为了给鱼创造最适宜的温度环境，就要随时掌握池水的温度变化。监测水温最常用的是水银温度计，但只能测得表层水温。水质分析仪和溶氧测定仪，均有水温测试功能，且可测定不同水层的水温。2.酸碱度测试

池水的酸碱度(PH值)既影响鱼类的生长生活，又影响到池水中的营养素，因此人们常用石灰来调节鱼池水的酸碱度。对于鲢、鳙、草、鲤、团头鲂等温水鱼类，喜偏碱性水，其适宜PH值为7.5～8.5。测定池水酸碱度最简单可靠的方法，是使用石蕊试纸。测定时，将一张试纸浸入水中2～3分钟后取出，再与酸碱度色谱对照，找到其中与试纸颜色相同的一段，就能知道池水的酸碱度了。3.溶氧值测试

一般鱼类适宜的溶氧值为3毫克/升以上，当水中溶氧值小于3毫克/升时，鱼停止摄食和生长；溶氧值小于2毫克/升时，鱼就会浮头；在0.6～0.8毫克/升时开始死亡。过去测试溶氧值大多采用化学方法，即磺量法，这种方法虽然准确性较高，但既麻烦难度又大，一般养鱼户难以掌握。近年来已有不少测量溶氧值的电子仪器投放市场，如水质分析仪、溶氧测定仪等。这些仪器都有一个专用探头，只要把探头放到水中，将转换开关拨到测氧档，经过大约1～2分钟，仪表头上的指针就会指出水中的溶氧值。4.透明度测试

所谓透明度，就是阳光透入水中的程度。透明度与水色直接相关，而水色又标志着水的肥瘦程度和水中浮游生物的多少。测定透明度可以自己制作一只黑白盘：用薄铁皮剪成直径为20厘米的圆盘，用铁钉在圆盘中心打一个小孔，再用黑色和白色油漆把圆盘漆成黑白相间的颜色，在圆盘中心穿一根细绳，并在绳上划上升度记号。将黑白盘浸入鱼池水中，至刚好看不见圆盘平面时为止，这时绳子在水面处的长度标记值就是池水的透明度。如果透明度大于35厘米，说明池水太瘦了，要追肥，可多投饲料；如果透明度小于25厘米，说明池水太肥，要少投饲料，并加注新水。

设计单位：广州莱安智能化系统开发有限公司

地址：广州市天河区中山大道建中路11号103

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第四篇：物联网系统项目报告

光伏太阳能物联网监测系统一．项目综述

基于物联网的太阳能光伏组件监测系统是在每个光伏组件上安装数据采集模块，单片机为核心构成的数据采集板对太阳能电池板运行参数进行采集，并通过串口将采集到的数据发送到GPRS DTU模块进行传输，利用组态王将采集到的数据进行建模，进而对得到的大数据进行数据挖掘，在应用层针对不同用户，建立不同的网页端和手机APP端显示。网页端监测和手机APP端监测可以实时的显示电压、电流、温度、光伏强度等参数，及P-V曲线，并根据后台计算得出的最佳P-V曲线提醒用户调整参数以得到最大输出功率，完善用户体验。针对不同用户，如家庭、山村、楼宇、市政投资建设等，网页端监测和手机APP端还可以提供性能评价系统、故障诊断，以及专家系统等不同客户服务。

二．项目背景

1.光伏太阳能

目前，在可再生能源方面，许多发达国家正在积极研究开发光伏发电系统，并制定计划等来推动其发展。日本在光伏产业发展，研究和规模等方面都处于世界前列，其在2010年光伏发电装机容量达到5GW，宣布了太阳光能源计划并着手实施，包过光伏、太阳热等。欧盟国家制定的可再生能源白皮书是欧洲光伏产业发展的标志性宣言，其要求在2010年完成总容量达到4GW光伏发电装置系统，另外许多欧盟内部国家也建立了自己的光伏电站，如希腊与美国在Crete岛上合建世界上最大的光伏电站-50MW光伏电站；美国在2010年光伏发电机总量达到4.9GW并制订了国家光伏发电的长期计划，实现美国对新可再生能源研究、开发及应用等领域的快速发展。发展中国家也推出发展光伏产业的计划和泰国、印度等国家为了扶持可再生能源的发展，政府出台了许多优惠政策。中国推出“金太阳工程”和“光伏屋顶”计划等，并推出光伏发电的财政补贴政策，并促进光伏产业的快速发展。

国外对光伏电站监测系统的研究趋于成熟，比较典型而具有代表性的研究如下： 90年代美国电子电力研究院对7个光伏电站进行数据采集和监测，对采集的数据进行数据处理分析，并计算监测的费用及实施方案的评估。在并网电站系统研究方面，美国国家可再生能源实验室在1995年对两座6KW并网型光伏电站进行监测研究，包括数据采集和分析，以及研究光伏发电系统参数与环境的关系，并对发电效率进行相应的评估等。1995年，IEA-PVPS（International Energy Agency Photo voltaic Power Systems）也对光伏电站进行了监测研究，建立了大型的光伏电站系统数据库，然后研究分析光伏系统的运行性能、状态的影响因素、运行的可靠性、建设成本等。

国内的一些研究机构也有对光伏系统的监测技术的研究。如中国科学院电工研究所、国家能源太阳能发电研发（实验）中心、上海交通大学太阳能研究所、合肥阳光电源等，它们在太阳能应用、光伏建筑一体化、大型并网光伏电站设计、建设和运行等方面积累了丰富的产品经验和建设经验。

中国科学院电工研究所与日本在无电网学校地区合作建成了总容量为128KW的16座太阳能光伏电站，每个电站都配有数据采集和监测系统，数据存储在IC卡上，可以定期更换。在所内的2KW风/光互补电站的基础上，采用Labview技术自主开发出一套基于PC机的风/光互补电站实时监控系统软件，并且先后建成了西藏双湖25KW、安多100KW，班戈70KW、和尼玛40KW光伏电站、30KW风-光互补联合电站和集中远程对光伏电站数应据采集、传输及监控系统等，均成功地用于工业界，获多项中科院科技进步奖。在独立运行及并网光伏电站的研究开发、独立风电系统和风-光互补系统的研究及工程师范方面为国家做出了重要贡献，处于国内领先地位。

依托国网电科院建设的国家能源太阳能发电研发（实验）中心于2010年6月底揭牌投运，并同时建成金太阳远程监控中心。根据国家能源局的总体部署和规划，监控中心主站建设在国网电科院，中心依托光伏电站数据处理平台，通过配置数据采集系统和远程通讯系统，将“金太阳示范工程”支持建设的光伏电站纳入集中、实时监控、对光伏发电项目进行全过程数字化监管，为我国光伏电站建设开发、产业引导提供数据支撑。

2011年6月20日，上海交通大学太阳能研究所与苏州中来光伏新材股份有限公司合作项目太阳电池背膜试验项目之离网太阳能光伏发电系统在上海交通大学闵行校区物理楼顶正式安装完毕并试运行。该项目总装机容量为2.64KWp，系统采用小型模组，易于增加或减少组件。该项目系统不仅能够对每块组件功率、电流、电压进行实时监测，还采用多路数据采集系统对每个组件的不同位置和环境温度、光照、电压进行实时监测，还采用多路数据采集系统对每个组件的不同位置和环境的温度、光照、风向风速、光谱辐照数据进行采集。上海交通大学太阳能研究所长期跟踪记录项目的实验数据并进行研究，为开发新一代高性能太阳电池背膜及光伏电站数据监测研究提供基础。

2011年7月18日下午5点15分，随着监控中心主站与现场光伏电站通讯信息表逐点调试完毕，合肥阳光电源500KW屋顶光伏电站气象信息、发电量、发电功率、逆变器信息、汇流箱信息等数据顺利接入，金太阳远程监控中心首次实现了对异地金太阳光伏电站的监控。

2.物联网

1、国外发展状况 ①日本

2000年到2009年日本先后提出了E-Japan（electronic），U-Japan（Ubiquitous）,I-Japan（integrated）。其发展线路是从互联网的普及到创造更好的上网环境，使人们能在任何地方都能上网；再到最后的将网络融入到政府、个人信息、医疗、教育等各个方面，创造一个智慧城市。中日互联网普及率对比

②韩国

自1997年起，韩国政府出台了一系列推动国家信息化建设的产业政策。

RFID/USN（传感器网）是其中重要的一环。其中，韩国的RFID发展已经从先到应用开始全面推广，而USN也进入实验性应用阶段。

③欧盟

2009年，欧盟执委会发表了题为“Internet of Things – An action plan for Europe”的物联网行动方案。其主要的政策建议有：加强物联网管理；完善隐私和个人数据保护；提高物联网可信度、接受度、安全性；推广标准化；加强相关研发；建立开放式的创新环境；增强机构间协调；加强国际对话；加强对物联网的监测和统计。

④美国

2009年，IBM与美国智库机构信息技术与创新基金会（ITIF）共同向奥巴马政府提交了“The Digital Road to Recover: A Stimulus Plan to Create Jobs, Boost Productivity and Revitalize America”,提出通过信息通信技术（ICT）投资可以短期内创造就业机会。ICT包括智能电网、智能医疗、宽带网络三个领域。

2020年国际物联网技术研发重点

2、国内发展状况

国内物联网的发展，从传感器需求的量的增长可见一斑。

由柱状图可知，我国的RFID产业正呈稳步上升趋势。其背后，显现了我国物联网良好的发展态势。

从国家政策上，2011年，工信部制定了《物联网“十二五”发展规划》，重点培养物联网产业10个聚集区和100个骨干企业。因而我国的物联网产业有了大踏步的提升。

3、总结

物联网的发展是计算机发展进程中的一个里程碑。其发展势必在今后会影响每一个人的生活方式。

每个国家的物联网发展都有其自己的设想。但发展的本质是不变的，那就是让网络更大程度上的融入人们的生活当中，创造一个智慧的城市。

第五篇：物联网的信息安全问题

物联网的安全问题

摘要：物联网，通俗的来说就利用传感器、射频识别技术、二维码等作为感知元器件，通过一些基础的网络（互联网、个人区域网、无线传感网等）来实现物与物、人与物、人与人的互联沟通，进而形成一种“物物相连的网络”。“物联网”的诞生也为人们的生活带来了很大的方便，但是科技的发展总是会出现更多需要解决的难题，在物联网中，一个最大的、最困难、最艰巨的问题就是如何更好的解决物联网的安全问题，如何给人们带来方便的同时给人们一个更可靠、更安全、更有保障的服务[1]。本文分析了物联网所面临的安全问题，讨论了物联网安全问题所涉及的六大关系，分析物联网安全中的重要技术，最后提出了物联网的安全机制，以期对物联网的建设发展起到积极的建言作用。关键字 物联网、安全性、可靠性、引言

1999年美国麻省理工学院（MIT）成立了自动识别技术中心，构想了基于REID的物联网的概念, 提出了产品电子码（EPC）概念。在我国，自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”战略后“物联网”一时成为国内热点，迅速得到了政府、企业和学术界的广泛关注。在“物联网”时代，道路、房屋、车辆、家用电器等各类物品，甚至是动物、人类，将与芯片、宽带等连接起来，这个巨大的网络不仅可以实现人与物的通信和感知，而且还可以实现物与物之间的感知、通信和相互控制。由于在物联网建设当中，设计到未来网络和信息资源的掌控与利用，并且建设物联网还能够带动我国一系列相关产业的国际竞争能力和自主创新能力的提高，所以加快物联网技术的研究和开发，促进物联网产业的快速发张，已经成为我国战略发展的需求。

从技术的角度来看，物联网是以互联网为基础建立起来的，所以互联网所遇到的信息安全问题，在物联网中都会存在，只是在危害程度和表现形式上有些不同。从应用的角度来看，物联网上传输的是大量有关企业经营的金融、生产、物流、销售数据，我们保护这些有经济价值的数据的安全比保护互联网上视屏、游戏数据的安全要重要的多，困难的多。从构成物联网的端系统的角度来看，大量的数据是由RFID与无线传感器网络的传感器产生的，并且通过无线的信道进行传输，然而无线信道比较容易受到外部恶意节点的攻击。从信息与网络安全的角度来看，物联网作为一个多网的异构融合网络，不仅仅存在与传感网网络、移动通信网络和因特网同样的安全问题，同时还有其特殊性，如隐私保护问题、异构网络的认证与访问控制问题、信息的存储与管理等。文献[3]认为数据与隐私保护是物联网应用过程中的挑战之一。因此，物联网所遇到的信息安全问题会比互联网更多，我们必须在研究物联网应用的同时，从道德教育、技术保障和法制环境三个角度出发，为我们的物联网健康的发展创造一个良好的环境。

1.物联网的安全问题

物联网的应用给人们的生活带来了很大的方便，比如我们不在需要装着大量的现金去购物，我们可以通过一个很小的射频芯片就能够感知我们身体体征状况，我们还可以使用终端设备控制家中的家用电器，让我们的生活变得更加人性化、智能化、合理化。如果在物联网的应用中，网络安全无法保障，那么个人隐私、物品信息等随时都可能被泄露。而且如果网络不安全，物联网的应用为黑客提供了远程控制他人物品、甚至操纵一个企业的管理系统，一个城市的供电系统，夺取一个军事基地的管理系统的可能性。我们不能否认，物联网在信息安全方面存在许多的问题，这些安全问题主要体现在一下几个方面。1.1 感知节点和感知网络的安全问题

在无线传感网中，通常是将大量的传感器节点投放在人迹罕至或者环境比较恶劣的环境下，感知节点不仅仅数目庞大而且分布的范围也很大，攻击者可以轻易的接触到这些设备，从而对它们造成破坏，甚至通过本地操作更换机器的软硬件。通常情况下，传感器节点所有的操作都依靠自身所带的电池供电，它的计算能力、存储能力、通信能力受到结点自身所带能源的限制，无法设计复杂的安全协议，因而也就无法拥有复杂的安全保护能力。而感知结点不仅要进行数据传输，而且还要进行数据采集、融合和协同工作。同时，感知网络多种多样，从温度测量到水文监控，从道路导航到自动控制，它们的数据传输和消息也没有特定的标准，所以没法提供统一的安全保护体系[2]。1.2 自组网的安全问题

自组网作为物联网的末梢网，由于它拓扑的动态变化会导致节点间信任关系的不断变化，这给密钥管理带来很大的困难。同时，由于节点可以自由漫游，与邻近节点通信的关系在不断地改变，节点加入或离开无需任何声明，这样就很难为节点建立信任关系，以保证两个节点之间的路径上不存在想要破坏网络的恶意节点。路由协议中的现有机制还不能处理这种恶意行为的破坏。1.3核心网络安全问题

物联网的核心网络应当具备有相对完整的保护能力，只有这样才能够使物联网具备有更高的安全性和可靠性，但是在物联网中节点的数目十分的庞大，而且以集群方式存在，因此会导致在数据传输时，由于大量机器的数据发送而造成网络拥塞。而且，现有通行网络是面向连接的工作方式，而物联网的广泛应用必须解决地址空间空缺和网络安全标准等问题，从目前的现状看物联网对其核心网络的要求，特别是在可信、可知、可管和可控等方面，远远高于目前的IP网所提供的能力，因此认为物联网必定会为其核心网络采用数据分组技术。此外，现有的通信网络的安全架构均是从人的通信角度设计的，并不完全适用于机器间的通信，使用现有的互联网安全机制会割裂物联网机器间的逻辑关系。1.4物联网业务的安全问题

通常在物联网形成网络时，是将现有的设备先部署后连接网络，然而这些联网的节点没有人来看守，所以如何对物联网的设备进行远程签约信息和业务信息配置就成了难题。另外，物联网的平台通常是很庞大的，要对这个庞大的平台进行管理我们必须需要一个更为强大的安全管理系统，否则独立的平台会被各式各样的物联网应用所淹没，但如此一来，如何对物联网机器的日志等安全信息进行管理成为新的问题，并且可能割裂网络与业务平台之间的信任关系，导致新一轮安全问题的产生。1.5 RFID系统安全问题

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，识别工作无需人工干预，操作也非常方便。RFID系统同传统的Internet一样，容易受到各种攻击，这主要是由于标签和读写器之间的通信是通过电磁波的形式实现的，其过程中没有任何物理或者可视的接触，这种非接触和无线通信存在严重安全隐患。RFID 的安全缺陷主要表现在以下三方面：

（1）RFID标识自身访问的安全性问题。由于RFID标识本身的成本所限，使之很难具备足以自身保证安全的能力。这样，就面临很大的问题。非法用户可以利用合法的读写器或者自制的一个读写器，直接与 RFID 标识进行通信。这样，就可以很容易地获取RFID标识中的数据，并且还能够修改RFID 标识中的数据；

（2）通信信道的安全性问题。RFID使用的是无线通信信道，这就给非法用户的攻击带来了方便。攻击者可以非法截取通信数据；可以通过发射干扰信号来堵塞通信链路，使得读写器过载，无法接收正常的标签数据，制造拒绝服务攻击；可以冒名顶替向RFID发送数据，篡改或伪造数据；

（3）RFID读写器的安全性问题。RFID读写器自身可以被伪造；RFID读写器与主机之间的通信可以采用传统的攻击方法截获。所以，RFID读写器自然也是攻击者要攻击的对象。由此可见，RFID所遇到的安全问题要比通常的计算机网络安全问题要复杂得多。物联网安全架构

物联网安全结构架构也就是采集到的数据如何在层次架构的各个层之间进行传输的，在各个层次中安全和管理贯穿于其中，图1显示了物联网的层次架构。

应用层支撑层传输层感知层智能电网、智能家居、环境监测数据挖掘、智能计算、并行计算、云计算GMS、3G通信网、卫星网、互联网RFID、二维码、传感器红外感应图1物联网的层次结构

网络管理与安全 感知层通过各种传感器节点获取各类数据，包括物体属性、环境状态、行为状态等动态和静态信息，通过传感器网络或射频阅读器等网络和设备实现数据在感知层的汇聚和传输；传输层主要通过移动通信网、卫星网、互联网等网络基础实施，实现对感知层信息的接入和传输；支撑层是为上层应用服务建立起一个高效可靠的支撑技术平台，通过并行数据挖掘处理等过程，为应用提供服务，屏蔽底层的网络、信息的异构性；应用层是根据用户的需求，建立相应的业务模型，运行相应的应用系统。

在每个层之间我们究竟该采取哪些安全措施呢？如图2所示为物联网在不同层次采取的安全。

应用环境安全技术可信终端、身份认证、访问控制、安全审计等网络安全环境技术无线网安全、虚拟专用网、传输安全、安全路由、防火墙、安全审计等信息安全防御关键技术攻击监测、病毒防治、访问控制、内容分析、应急反应。战略预警等信息安全基础核心技术密码技术、高速芯片密码、公钥基础设施、信息系统平台安全等

图2物联网安全技术架构

图2中所示以密码技术为核心的基础信息安全平台及基础设施建设是物联网安全，特别是数据隐私保护的基础，安全平台同时包括安全事件应急响应中心、数据备份和灾难恢复设施、安全管理等。安全防御技术主要是为了保证信息的安全而采用的一些方法，在网络和通信传输安全方面，主要针对网络环境的安全技术，如VPN、路由等，实现网络互连过程的安全，旨在确保通信的机密性、完整性和可用性。而应用环境主要针对用户的访问控制与审计，以及应用系统在执行过程中产生的安全问题[3]。

3物联网中安全的关键技术

物联网中涉及安全的关键技术主要有一下几点：（1）密钥管理机制

密匙作为物联网安全技术的基础，它就像一把大门的钥匙一样，在网络安全中起着决定性作用。对于互联网由于不存在计算机资源的限制，非对称和对称密钥系统都可以适用，移动通信网是一种相对集中式管理的网络，而无线传感器网络和感知节点由于计算资源的限制，对密钥系统提出了更多的要求，因此，物联网密钥管理系统面临两个主要问题：一是如何构建一个贯穿多个网络的统一密钥管理系统，并与物联网的体系结构相适应；二是如何解决WSN中的密钥管理问题，如密钥的分配、更新、组播等问题。

实现统一的密匙管理系统可以采用两种方法：一种是以互联网为中心的集中式管理方法，另外一种是以各自网络为中心的分布式管理方法。在此模式下，互联网和移动通讯网比较容易实现对密匙进行管理，但是在WSN环境中对汇聚点的要求就比较高了，尽管我们可以在WSN中采用簇头选择方法，推选簇头，形成层次式网络结构，每个节点与相应的簇头通信，簇头间以及簇头与汇聚节点之间进行密钥的协商，但对多跳通信的边缘节点、以及由于簇头选择算法和簇头本身的能量消耗，使WSN的密钥管理成为解决问题的关键。

（2）安全路由协议

物联网安全路由协议中我们要至少解决两个问题，一是多网融合的路由问题；二是传感网的路由问题。前者可以考虑将身份标识映射成类似的IP地址，实现基于地址的统一路由体系；后者是由于WSN的计算资源的局限性和易受到攻击的特点，要设计抗攻击的安全路由算法。

WSN中路由协议常受到的攻击主要有以下几类：虚假路由信息攻击、选择性转发攻击、污水池攻击、女巫攻击、虫洞攻击、Hello洪泛攻击、确认攻击等。表1列出了一些针对路由的常见攻击，表2为抗击这些攻击可以采用的方法。

表1常见的路由攻击

路由协议

TinyOS信标 定向扩算 地理位置路由 最低成本转发 谣传路由

能量节约的拓扑维护 聚簇路由协议

表2路由攻击的应对方法

攻击类型

外部攻击和链路层安全 女巫攻击

HELLO泛洪攻击 虫洞和污水池 选择性转发攻击 认证广播和泛洪

解决方法

链路层加密和认证 身份认证 双向链路认证

很难防御，必须在设计路由协议时考虑，如基于地理位置路由 多径路由技术 广播认证

安全威胁

虚假路由信息、选择性转发、女巫、虫洞、HELLO泛洪、污水池

虚假路由信息、选择性转发、女巫、虫洞、HELLO泛洪、污水池

虚假路由信息、选择性转发、女巫

虚假路由信息、选择性转发、女巫、虫洞、HELLO泛洪、污水池

虚假路由信息、选择性转发、女巫、虫洞、污水池

虚假路由信息、女巫、HELLO泛洪 选择性转发、HELLO泛洪

针对无线传感器网络中数据传送的特点，目前已提出许多较为有效的路由技术。按路由算法的实现方法划分，有洪泛式路由，如Gossiping等；以数据为中心的路由，如DirectedDiffusion、SPIN等：层次式路由，如LEACH(low energy adaptive clust eringhierarchy)、TEEN等；基于位置信息的路由，如GPSR、GEAR等[3]。

（1）认证与访问控制

对用户访问网络资源的权限进行严格的多等级认证和访问控制，进行用户身份认证，对口令加密、更新和鉴别，设置用户访问目录和文件的权限，控制网络设备配置的权限等。例如，可以在通信前进行节点与节点的身份认证；设计新的密钥协商方案，使得即使有一小部分节点被操纵后，攻击者也不能或很难从获取的节点信息推导出其他节点的密钥信息。另外，还可以通过对节点设计的合法性进行认证等措施来提高感知终端本身的安全性能。

（2）数据处理与隐私性

物联网的数据要经过信息感知、获取、汇聚、融合、传输、存储、挖掘、决策和控制等处理流程，而末端的感知网络几乎要涉及上述信息处理的全过程，只是由于传感节点与汇聚点的资源限制，在信息的挖掘和决策方面不占居主要的位置。物联网应用不仅面临信息采集的安全性，也要考虑到信息传送的私密性，要求信息不能被篡改和非授权用户使用，同时，还要考虑到网络的可靠、可信和安全。物联网能否大规模推广应用，很大程度上取决于其是否能够保障用户数据和隐私的安全。

就传感网而言，在信息的感知采集阶段就要进行相关的安全处理，如对RFID采集的信息进行轻量级的加密处理后，再传送到汇聚节点。这里要关注的是对光学标签的信息采集处理与安全，作为感知端的物体身份标识，光学标签显示了独特的优势，而虚拟光学的加密解密技术为基于光学标签的身份标识提供了手段，基于软件的虚拟光学密码系统由于可以在光波的多个维度进行信息的加密处理，具有比一般传统的对称加密系统有更高的安全性，数学模型的建立和软件技术的发展极大地推动了该领域的研究和应用推广。

（3）入侵检测和容侵容错技术

通常在网络中存在恶意入侵的节点，在这种情况下，网络仍然能够正常的进行工作，这就是所谓的容侵。WSN的安全隐患在于网络部署区域的开放性以及无线电网络的广播特性，攻击者往往利用这两个特性，通过阻碍网络中节点的正常工作，进而破坏整个传感器网络的运行，降低网络的可用性。在恶劣的环境中或者是人迹罕至的地区，这里通常是无人值守的，这就导致WSN缺少传统网络中的物理上的安全，传感器节点很容易被攻击者俘获、毁坏或妥协。现阶段无线传感器网络的容侵技术主要集中于网络的拓扑容侵、安全路由容侵以及数据传输过程中的容侵机制。我们就结合一种WSN中的容侵框架，进行探讨WSN中是如何对网络的安全做维护。容侵框架包括三个部分：

判定恶意节点：主要任务是要找出网络中的攻击节点或被妥协的节点。基站随机发送一个通过公钥加密的报文给节点，为了回应这个报文，节点必须能够利用其私钥对报文进行解密并回送给基站，如果基站长时间接收不到节点的回应报文，则认为该节点可能遭受到入侵。另一种判定机制是利用邻居节点的签名。如果节点发送数据包给基站，需要获得一定数量的邻居节点对该数据包的签名。当数据包和签名到达基站后，基站通过验证签名的合法性来判定数据包的合法性，进而判定节点为恶意节点的可能性。

发现恶意节点后启动容侵机制：当基站发现网络中的可能存在的恶意节点后，则发送一个信息包告知恶意节点周围的邻居节点可能的入侵情况。因为还不能确定节点是恶意节点，邻居节点只是将该节点的状态修改为容侵，即节点仍然能够在邻居节点的控制下进行数据的转发。

通过节点之间的协作，对恶意节点做出处理决定(排除或是恢复)：一定数量的邻居节点产生编造的报警报文，并对报警报文进行正确的签名，然后将报警报文转发给恶意节点。邻居节点监测恶意节点对报警报文的处理情况。正常节点在接收到报警报文后，会产生正确的签名，而恶意节点则可能产生无效的签名。邻居节点根据接收到的恶意节点的无效签名的数量来确定节点是恶意节点的可能性。通过各个邻居节点对节点是恶意节点性测时信息的判断，选择攻击或放弃。

4在物联网安全问题中的六大关系

（1）物联网安全与现实社会的关系

我们知道，是生活在现实社会的人类创造了网络虚拟社会的繁荣，同时也是人类制造了网络虚拟社会的麻烦。现实世界中真善美的东西，网络的虚拟社会都会有。同样，现实社会中丑陋的东西，网络的虚拟社会一般也会有，只是表现形式不一样。互联网上如此之多的信息安全问题是人类自身制造的。同样，物联网的安全也是现实社会安全问题的反映。因此，我们在建设物联网的同时，需要拿出更大的精力去应对物联网所面临的更加复杂的信息安全问题。物联网安全是一个系统的社会工程，光靠技术来解决物联网安全问题是不可能的，它必然要涉及技术、政策、道德与法律规范。（2）物联网安全与计算机、计算机网络安全的关系

所有的物联网应用系统都是建立在互联网环境之中的，因此，物联网应用系统的安全都是建立在互联网安全的基础之上的。互联网包括端系统与网络核心交换两个部分。端系统包括计算机硬件、操作系统、数据库系统等，而运行物联网信息系统的大型服务器或服务器集群，及用户的个人计算机都是以固定或移动方式接入到互联网中的，它们是保证物联网应用系统正常运行的基础。任何一种物联网功能和服务的实现都需要通过网络核心交换在不同的计算机系统之间进行数据交互。病毒、木马、蠕虫、脚本攻击代码等恶意代码可以利用 E-mail、FTP与 Web 系统进行传播，网络攻击、网络诱骗、信息窃取可以在互联网环境中进行。那么，它们同样会对物联网应用系统构成威胁。如果互联网核心交换部分不安全了，那么物联网信息安全的问题就无从谈起。因此，保证网络核心交换部分的安全，以及保证计算机系统的安全是保障物联网应用系统安全的基础[4]。

（3）物联网安全与密码学的关系

密码学是信息安全研究的重要工具，在网络安全中有很多重要的应用，物联网在用户身份认证、敏感数据传输的加密上都会使用到密码技术[4]。但是物联网安全涵盖的问题远不止密码学涉及的范围。密码学是数学的一个分支，它涉及数字、公式与逻辑。数学是精确的和遵循逻辑规律的，而计算机网络、互联网、物联网的安全涉及的是人所知道的事、人与人之间的关系、人和物之间的关系，以及物与物之间的关系。物是有价值的，人是有欲望的，是不稳定的，甚至是难于理解的。因此，密码学是研究网络安全所必需的一个重要的工具与方法，但是物联网安全研究所涉及的问题要广泛得多。

（4）物联网安全与国家信息安全战略的关系

物联网在互联网的基础上进一步发展了人与物、物与物之间的交互，它将越来越多地应用于现代社会的政治、经济、文化、教育、科学研究与社会生活的各个领域，物联网安全必然会成为影响社会稳定、国家安全的重要因素之一。因此，网络安全问题已成为信息化社会的一个焦点问题。每个国家只有立足于本国，研究网络安全体系，培养专门人才，发展网络安全产业，才能构筑本国的网络与信息安全防范体系。如果哪个国家不重视网络与信息安全，那么他们必将在未来的国际竞争中处于被动和危险的境地。（5）物联网安全与信息安全共性技术的关系

对于物联网安全来说，它既包括互联网中存在的安全问题（即传统意义上的网络环境中信息安全共性技术），也有它自身特有的安全问题（即物联网环境中信息安全的个性技术）[4]。物联网信息安全的个性化问题主要包括无线传感器网络的安全性与 RFID 安全性问题。

（6）物联网应用系统建设与安全系统建设的关系

网络技术不是在真空之中，物联网是要提供给全世界的用户使用的，网络技术人员在研究和开发一种新的物联网应用技术与系统时，必须面对一个复杂的局面。成功的网络应用技术与成功的应用系统的标志是功能性与安全性的统一。不应该简单地把物联网安全问题看做是从事物联网安全技术工程师的事，而是每位信息技术领域的工程师与管理人员共同面对的问题。在规划一种物联网应用系统时，除了要规划出建设系统所需要的资金，还需要考虑拿出一定比例的经费用于安全系统的建设。这是一个系统设计方案成熟度的标志[3]。物联网的建设涉及更为广阔的领域，因此物联网的安全问题应该引起我们更加高度的重视。

4．结束语

目前物联网的研究与应用刚刚开始，我们缺乏足够的管理经验，更谈不上保护物联网安全运行的法律规范。如果我们在开始研究技术及应用的同时，不能够组织力量同步研究物联网安全技术、物联网应用中的道德与法律问题，我们就不可能保证物联网的健康发展。所以物联网的安全研究任重而道远。

在无线传感器网络安全方面，人们就密钥管理、安全路由、认证与访问控制、数据隐私保护、入侵检测与容错容侵、以及安全决策与控制等方面进行了相关研究，密钥管理作为多个安全机制的基础一直是研究的热点，但并没有找到理想的解决方案，要么寻求更轻量级的加密算法，要么提高传感器节点的性能，目前的方法距实际应用还有一定的距离，特别是至今为止，真正的大规模的无线传感器网络的实际应用仍然太少，多跳自组织网络环境下的大规模数据处理（如路由和数据融合）使很多理论上的小规模仿真失去意义，而在这种环境下的安全问题才是传感网安全的难点所在。

参考文献

[1]宁焕生.RFID重大工程与国家物联网[M].北京:机械工业出版社,2010:169-173.[2]吴功宜.智慧的物联网:感知中国和世界的技术[M].北京:机械工业出版社,2010:237-242.[3]杨庚等.物联网安全特征与关键技术[J].南京邮电大学学报，2010，30(4):20-29.[4]李振汕.物联网安全问题研究[J].物联网安全研究,2010:1671-1122.