杜圣东：Android的物联网智能终端操作系统核心技术研究（共5则）

第一篇：杜圣东：Android的物联网智能终端操作系统核心技术研究

基于Android的物联网智能终端操作系统核心技术研究

杜圣东 2010年12月

一、引言

Windows操作系统统领PC时代近30年，Linux操作系统更是支撑起了高速稳定的互联网时代。从现在已经是步入发展快车道的移动互联网走到即将到来的全面物联网（Internet of Things）时代，是否拥有自主知识产权的智能终端操作系统，对我国物联网战略及信息安全来讲，十分关键。

如果用人体来比做物联网，那我们的眼睛、鼻子、耳朵、皮肤就是信息传感设备；触觉神经元链接系统就是高速网络；大脑自然就是后端海量数据中心里负责做任务处理、分析、反馈的服务器集群。下面的物联网定义是当前大部分学者普遍认同的观点:通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描器等信息传感和采集设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

自从2008年初谷歌对Android这款轻量级的移动操作系统进行开源以来，吸引了摩托罗拉、高通、LG、三星、华为、HTC、思科、中国移动等制造商和运营商加盟研发和推广。谷歌把移动智能手机终端作为切入点，来引领其整合全球信息的战略，也是基于对下一代信息技术革命大趋势的把握。至今，搭载android系统的终端每天出货量超80万部。从2009年一款实现了可测量血压并实时传输个人记录到医院中心系统的Android终端面世开始，接下来还出现了可以作为车载导航的Android终端，可以扫描二维码、控制微波炉冰箱、可以控制机顶盒的Android终端。从中可以看出，Android不只是款手机操作系统，谷歌大力推广Android系统也不只是收广告费那么简单，而是其一直在引领和推动物联网的实实在在的应用和发展。如果说我们还在为物联网是什么、该怎么制定标准而争吵。那很可能在下一个信息10年，我国的信息战略要经受的不只是被微软追讨版权这么简单。因为物联网时代不仅仅是信息技术的革命：PC和互联网时代，机器是机器，人是人，通过灾备、防病毒等，对我们的影响谈不上深远；而在人和生产环境、生活环境、甚至是军事设施等物理环境进行大融合或局部融合（类似于公有云、私有云概念）的物联网时代，终端操作系统受制于人，是难以想象的

这也是为什么要开展物联网终端操作系统研究，而且具有必要性和紧迫性。以物联网最早的应用领域物流工程为例。嵌入标签的货物从识别、装箱、发货、运输到签收等每一个环节都可以在互联网上和物流中心系统进行查询和监控。但物流行业应用现状是，RFID扫读器、中心系统设备、GPS定位系统、GIS导航系统、仓储管理系统等这一系列的设备和软件并没有完成真正意义上的物连和互通，各环节之间或孤立或联系不紧密。后端物流行业大数据中心建立起来并不难，难点在于还没有很好的办法对前端各类设备和应用软件进行整合，过于分散的模式使得资源冗余浪费、成本太高且物流过程难以一体化管控。这也是本文提出基于Android的工业级物联网智能终端操作系统，来作为物联网前端中继节点这种设计思路的目的所在。

二、针对问题提出初步研究框架及思路

现有物联网定义中“按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来”这种说法很宽泛，没有阐明一种具体可行的应用模式和解决方案。本文提出一种更深入的广义物联网概念，那就是代表我们眼睛、鼻子耳朵的信息传感设备把采集到的信息直接推送到高速网络之前，需要经过一定的集中过滤处理或轻量级的实时数据分析和反馈处理。这个环节是通过一个智能终端操作系统（好比物联网小脑）来完成的。本文中的物联网终端不是传统物联网范畴中定义的各类分散的、自成一体的终端设备（比如红外感应终端、RFID扫读器终端等），而是对各类好比神经末梢的终端感应采集点进行整合，集中互联、管控的具有操作系统特性的一体化终端系统，主要具有如下核心功能：

（1）根据标准协议与周围感应设备和采集点进行集中的指令和数据交互

（2）根据标准接口和协议通过互联网或移动通信网与后端数据中心互联互通，来完成任务提交、分发、调度和物体识别、管控等功能，同时满足部分轻量级任务现场实时处理的功能需求。

通过这种物联网后端和终端设计架构，能有效利用带宽，提高响应效率，优化物联网整体规划、设计和组织管理。当然这个物联网终端操作系统相对于进行海量数据处理和应用服务分析的后端系统来讲，应该是轻量级的，并具有移动便携性（比如物流过程中的随车终端，集GPS定位、GIS导航、装卸货品扫描、与物流中心主系统对接进行任务提交、数据共享、移动办公等功能的一体化物流物联网终端设备）和快速定制性（比如在家庭应用中，集实时病人血压检测，人工心脏监控，医院主系统对接进行病情记录等功能的一体化远程医疗物联网终端设备，可通过硬件和软件模块化定制装卸的方式，快速转变为能够进行物品扫描和GPS定位的物流物联网终端设备）特点。

要支持上述多个典型物联网行业应用的终端操作系统，其架构应该是高度抽象化和通用的。区别于传统的PC操作系统和专业性很强的嵌入式系统，本文提出的物联网智能终端操作系统具有如下特点：

（1）轻量级特点：

传统PC操作系统架构复杂，需要较高性能的硬件配置和系统内核处理能力。

传统嵌入式系统专业应用领域过于细分，硬件和软件具有行业定制高度相关等特点，其扩展性、通用性有限。物联网智能终端操作系统只是起到一个中继节点的功能，复杂的数据处理和分析在物联网后端进行，相比传统的PC系统更轻量级；但这个物联网中继节点的功能相比传统嵌入式系统更强大、更通用，行业相关性程度小以便于扩展。

（2）移动便携性特点：

传统PC操作系统一般作为家用或服务器配置，通过有线或局域无线上网。

传统嵌入式系统一般也是内嵌或固定放置，对某一细分的专业领域提供支持

物联网智能终端操作系统应该是随处可配置的，家居、车载、交通运输工具等随处可挂载，这个中继点对局部范围“物”的扫描、识别、采集和数据初步处理之后，再通过移动通信网（或传统互联网、VPN）与物联网后端大数据中心进行交互。

（3）通用性特点：

传统PC应用范围有限，或只限于通常的家用和办公功能；嵌入式系统或只限于灯光控制、导弹控制等精细专业的应用领域。

而物联网智能终端操作系统架构需进行高度抽象化；通过定义好的标准协议与传感信息设备进行数据和指令互通，并作为物联网中继节点与后端数据中心交互，通过这种标准化方式可扩展到任何行业进行应用；

（4）快速定制性特点：

通过内置硬件模块化可插拔，软件模块化可装卸的方式，可以让一款医疗物联终端设备很快变成一款能扫描货品的物流物联终端设备，而做到这一切就像在windows系统上安装网卡设备、驱动和拨号软件后立刻上网这样便捷。

通过上述的分析，工业级物联网智能终端操作系统在整个物联网规划、设计、布局和组织管理中的地位十分关键。谷歌的策略更是在加速这个行业的发展，可喜的是国内如华为、联想、中兴这些大厂都已经着手对谷歌Android操作系统进行深入的研究，而将来这个移动操作系统会不断地演化和扩展，引领真正的物联网时代。

三、核心研究内容

要开展基于Android的工业级物联网智能终端操作系统研究，需要对如下关键问题进行分析和提出解决方案：

（1）物联网智能中间件研究：针对上文中的通用性和轻量级特性要求，智能终端操作系统可以理解为整个物联网架构前端中的轻量级中间件。在不同的空间和应用环境，集中联系和管控无所不在的信息传感、采集设备，结合可识别的“物”的特点，对各种感知和采集到的数据进行现场实时轻量级的分析，或通过互联网、移动通信网提交到物联网后端数据中心进行处理。如何让Android操作系统具有上述特性，拥有与物联网传感设备进行标准化的数据和指令交互功能、与后端数据中心进行互联互通的功能，需要对Android的系统结构和协议栈进行深入研究和改进。

（2）DavikVM虚拟机研究和优化：Davik Virtual Machine虚拟机是整个Android操作系统的核心，也是性能优化的关键。系统核心函数库中的组件，大部分已经是业界标准（如SSL）或约定成俗的标准（如WebKit、SQLite）；软件应用层则由广大软件商进行扩展，应用层框架及核心组件库会持续通过新开发应用的加入而增长、强化，这些都不是研究的重点。而DalvikVM虚拟机则是一个专为嵌入式设备打造的JAVA虚拟机，它不同于传统的JAVA虚拟机(JVM)，DalvikVM拥有自己的高度优化的code-byte格式，可以初步保证在嵌入式设备上高效运行。但要达到类似物联网应用的工业标准，如何进一步提高其性能和稳定性，是需要深入研究的课题。

（3）软硬件整合研究：Android的底层驱动在传统的诸多 Linux嵌入式应用上早有实现。但要满足本文所阐述的物联网终端系统便携性和通用性特点，需要对硬件层、驱动层、操作系统内核层进行进一步的抽象和提炼，并对现有的软硬件整合流程进行改造（应用层不能直接访问硬件、通过JNI与底层C/C++库交互、多硬件厂商驱动程序非开源情况下怎么维护驱动库，类似这些问题可能需要改进），使其系统结构达到满足硬件及软件模块化、构件化、可插拔的使用要求。

（4）行业应用示范及推广： 物联网作为继PC、互联网之后的世界信息产业第三次浪潮，关注和炒作不可谓不火爆。但涉及到某个具体的应用领域，具体应用的物连网前后端设计，具体应用的原型系统实现等等方面，业界却鲜有实用的提法和方案。

没有切实可行的行业解决方案，和迟迟提不出来的物联网技术标准是推进物联网战略的最大障碍。这个障碍只有靠在某个需求最大最贴近物联网原始概念的行业进行规模试验和推广，而物流工程领域是示范应用的首选。

四、结语

任何高科技如果只给大家勾勒出一个美丽的童话而迟迟不能变成现实的话，那么多先进的技术都失去了意义。物联网目前只是一些小范围的试验，而且多半是没有创新地对已有RFID扫描、传感等设备的堆砌和原有技术的应用，远未达到真正意义上的物连网高度和大规模应用的程度。国外3000元左右Android手机，华为能用900元人民币做出来，性能虽然有一定损失，但可见其耗能和成本不是根本原因。没有切实可行的行业解决方案，和迟迟提不出来的物联网技术及协议标准才是最大的障碍。这个障碍只有靠在类似物流工程这样最贴近物联网原始概念的领域进行行业推广和大规模试验，在对物流工程领域进行行业资源整合及物联网应用部署，并切实解决问题的过程中，才能提炼出最有效的物联网标准，和最具实用意义和价值行业扩展性物联网解决方案。

【备注】

（1）物联网后端：不管是公有云、私有云还是SAAS、ASP模式，作为物联网或云的后端处理中心，其组织形式和功能相似---提供海量数据处理、海量应用服务的服务器网格或集群（类似于提供公共云服务的谷歌机器农场；提供私有云服务的电信、银行等关键行业后端服务器集群环境）。

（2）物联网前端中继节点：物联网前端感应、数据采集点数量庞大，但好比人体神经末梢的每个采集点信息量很小，如何把局部范围内的一系列感应采集设备集中联系并管理起来是迫切需要解决的问题。物联前端中继节点将是物联网系统架构中必不可少的关键环节，它具有如下功能：a.根据标准协议与周围感应设备和采集点进行集中的指令和数据交互b.根据标准接口和协议通过互联网或移动通信网与后端数据中心互联互通，来完成任务提交、分发、调度和物体识别、管控等功能，同时满足部分轻量级任务现场实时处理的功能需求。

（3）物联网终端：本文提出的区别于传统分散型各类已有终端设备，而是对其进行整合的具有物联网前端中继节点功能的、具有操作系统特性的物联网一体化终端管理设备集成系统。

第二篇：物联网 智能终端 大唐电信助力农村信息化概要

物联网 +智能终端 大唐电信助力农村信息化

近年来, 随着信息通信技术的日益发展, 信息技术等科技应用成为推动农业现代化升级和改 善农村生活的重要工具。日前,国际电信联盟将今年 5• 17世界电信日的主题定为“信息通 信技术让农村生活更美好” ,此举旨在让广大农村及边远地区享受信息通信技术所带来的便 利, 同时也凸显出农业及农村信息化的重要。作为国内信息通信行业的核心企业, 大唐电信(600198,股吧 长期以来始终关注农业及农村信息化建设,推出的智慧农业物联网解决方案、智慧水利解决方案以及面向农村市场的通信终端系列产品,在满足农业、种植、养殖、水利 等农业生产信息化需求的同时,更推动了 3G 通信技术在农村市场的普及,为农村带来了更 加便利的沟通和丰富多彩的生活。

物联网:科技演绎智慧农业

作为下一个拥有万亿级市场前景的领域, 物联网已成为当前国家重点发展的战略产业, 物联 网在农业信息化市场中的应用更拥有广阔的发展前景。大唐电信早在 2008年就推出了智慧 农业物联网解决方案, 其中的农业远程诊断系统主要针对农业、种植、养殖生产过程监控和 灾害防治专项应用。该产品由前端设备、2G/3G无线通信传输网络、专家诊断控制平台和农 业专家团构成, 是一套基于最新图像采集处理技术、网络传输技术的全数字化远程信息管理 系统。

大唐电信物联网专家告诉记者, 在系统功能方面, 农业远程诊断系统前端设备支持多种传感 器接口,同时支持音频、视频功能, 可以有效的为农业专家提供第一手的现场专业数据;农 业专家还可以通过 PC 终端登录农业诊断系统,实现远程控制灌溉等操作,为农村农业专家 缺乏的现状提供了解决思路。

据悉, 目前该系统已经在山东寿光农业基地取得良好应用。应用此系统, 可对农业大棚里的 温度、湿度、土壤酸碱度等数据进行采集,并叠加到视频图像上,进行上传。同时,监控终 端还可方便接播语音通话, 便于农业专家根据视频图像和现场语音沟通, 判断植株生长情况, 检查病虫害、大棚温湿度,土壤酸碱度等,并为农户提供相应的指导, 从而获得良好的社会 和经济效益。

水资源可以说是关系到国计民生的基础, 也是农业发展的重要资源。近年来, 国家积极进行 水利信息化建设,制定了水资源管理、农村水利信息管理等八大重点工程。基于此,大唐电 信立足水利行业信息化的发展,提供了全面的智慧水利解决方案。

据大唐电信相关专家介绍, 大唐电信智慧水利系统使用自动化信息采集监测设备, 能够对雨 量、水位、水量、水质等信息进行实时采集,通过有线或无线网络进行传输汇集,实现灌区 信息化管理、大型泵站综合自动化控制和水资源管理等多种应用, 服务于防汛抗旱、水务信 息化、水资源监测管理等多项业务,切实提高水利行业的综合管理水平。

智能终端:让农村生活更美好

随着 3G 网络覆盖的逐步推进,无线座机、3G 手机等通信终端正“飞入寻常百姓家” ,给广

大农民带来更便利的通信和丰富多彩的生活。作为国内 3G 通信的领军企业,一直专注于家 庭 3G 终端领域的大唐电信,已先后推出 TDW810H+、TDW800+系列无线座机,以及专为老 人设计的 TG100L 手机。凭借其智能化、便捷化、人性化的特点,受到全国用户和运营商的 青睐,为用户带来更丰富的 3G 新体验。

针对家用市场,大唐电信推出的 TDW800H+系列产品,支持 TD-SCDMA/GSM双模自动无缝 切换, 不仅能实现语音通话,更支持超长短信收发,支持大容量电话簿存储及分组管理,还 支持来电拒接功能。大唐电信另一系列产品 TDW800+则包括了普通版和 CRM 版、话吧版和 监控版四种机型, 分别针对不同的用户需求提供定制化无线座机产品, 充分满足家庭用户对 家庭通讯产品的不同需求。

当前, 我国社会即将步入老龄社会, 农村情况亦是如此。大唐电信专门针对老人推出了一款 TG100L 手机,该产品基于 TD-SCDMA 网络,拥有一键报警、一键急救、亲情号码快速呼叫 以及语音朗读、大按键、大字体显示等多种功能与设计。据悉, TG100L 的每个细节都根据 老年人自身的特点量身打造,如 TG100L 精心配备

了大尺寸的操作按键,屏幕所显示的字体 比一般手机要偏大, 还配备了语音朗读和语音报时功能, 轻轻一按, 短信等文字信息便能够 “化声”为日常的语言。在其他方面, TG100L 超宽挂绳孔的设计能够方便老人随身携带, 机顶处手电筒的设计可避免老人在光线昏暗处的不便, 而 FM 调频收音机功能则可令老人的 生活充满乐趣。

从智慧农业到多彩生活, 从物联网到智能终端, 大唐电信面向我国农业及农村信息化市场推 出了一个个完整的解决方案和产品,在满足农业生产、农村生活信息化需求,推动 3G 通信 技术在农村市场普及的同时,更处处践行了企业的社会责任,体现了当前通信产业的宗旨:“信息通信技术让农村生活更美好”。

透析我国农业农村信息化两大特征

工业和信息化部副部长杨学山在去年年末举行的全国农村综合信息服务站和信息员考核评 估工作总结会上表示, 要加强对农村信息服务站和信息员的考核, 归纳总结其中的经验, 把 农村信息化工作推向一个新的发展阶段。这一论断引发了与会各有关部门领导和专家、企业 代表的广泛共鸣,包括农业、科技、文化、商务主管部门以及电信运营商等信息服务企业, 都开始探讨这个焦点问题——

新技术、新模式, 是我国农业农村信息化进入发展新阶段的两大特征。这是此次全国农村综 合信息服务站和信息员考核评估工作总结会上得到大家普遍认可的观点。此次会议还发布了 全国农村综合信息服务站和信息员中的先进典型, 并对此前出台的 《农业农村信息化行动计 划(2010~2012年 》(以下简称《计划》 进行了部署。记者发现,以三网融合、物联网等为 代表的新兴信息技术,以政府主导、企业参与、平台共建、多方共赢为原则的新运营模式, 已经成为农业农村信息化发展新阶段的主要特征, 真正创造出了以 “农信通”、“务工易” 等 为代表的, 广大农民用得上、用得好和广受益的创新信息服务, 直指信息惠农富农的根本目 的。

新技术:三网融合、物联网受青睐

农业部副部长陈晓华在会上表示,我国农业农村信息化建设整体水平还不高,面向“三农” 的信息服务工作还不完全到位, 如何使“三农” 所急需的信息进村入户, 从

根本上解决好信 息服务“最后一公里”问题,仍是我们面临的一个紧迫任务。在解决农村信息服务的“接入 关” 问题上, 今年国家开始全面部署的三网融合技术得到了前所未有的青睐。文化部社会文 化司巡视员刘小琴提出, “十二五” 期间, 要结合国家三网融合战略, 进一步完善传输模式, 积极推进进村入户工作,使更广大的农民群众享受到文化共享工程的服务。

《计划》提出,到 2012年,在现有试点的基础上,要基本形成满足农村基础条件和先行应 用需求的三网融合模式。值得注意的是,农村通信基础网络、党员干部现代远程教育系统、全国文化信息资源共享工程、农村综合信息服务站(网、点 等现有的条件和业务,都将成为 农村三网融合的基础。新的三网融合业务也将得到优惠政策的扶持—— 《计划》 将优先支持 网络运营企业在偏远农村地区提供集电话、电视、互联网等综合接入与信息服务, 推动各种 涉农信息系统共享网络资源。

与此同时, 物联网作为能撬动下一个万亿元级潜在市场的技术新锐, 已经将传感器、互联网、移动互联网、云计算等新技术融为一体, 并且以现代物流、电子商务为应用突破口,成为开 展农村电子商务的热门技术。各地方纷纷开始运用物联网等信息技术创新农技推广手段和模 式, 建立农产品质量安全可追溯系统, 完善农产品市场电子结算和网上交易平台, 切实以信 息化推动农业现代化。商务部信息化司司长李晋奇提出,要促进电子商务服务模式的创新、技术创新和管理创新, 开展物联网技术在商贸流通领域的应用研究, 适时组织物联网技术在 商品质量信息追溯系统以及农产品系统中的示范作用。同时, 在农业信息科技推广方面, 物 联网也成为《计划》关注的热点,在完善粮食主产区的植被物候变化、生态环境保护、气象 监测预报、重大自然灾害防范预警和植物病虫害监测等业务系统中, 《计划》指出,要在有 条件的地区加快物联网的应用, 在干旱缺水的农村地区, 也将深化物联网应用, 普及推广滴 灌技术。

新模式:多方共赢催生新应用

有关专家对 《计划》 的解读指出,我国将建设国家级农业农村综合信息资源和服务平台,将 “选择或整合当地有能力的电信、有线电视服务商或已建成的电子政务外网平台, 搭建省级 综合信息资源网络平台” ,这一做法,恰恰吻合了很多地方提出的政府主导与社会参与相结 合的多方共赢模式, 这也正是近几年经过实践检验, 并得到认可的农业农村信息化新运营模 式。这些模式既包括农村党员远程教育网这样的政府色彩更浓的信息载体, 也包括中国移动 农村信息网这样集成多种实用农业信息服务的大平台。此次会议透露, 商务部即将与中组部 联合召开农村党员远程教育网示范推广工作的启动会, 这一新兴的农村信息化模式即将得到 全国性的推广普及。而中国移动“三网惠三农、助建新农村”的宏伟计划,也将在今后几年 得到加快推进。

电信企业在服务农业农村信息资源平台的建设中, 往往以其网络为基础, 搭建承载多种特色 业务的综合平台。中国移动副总裁李正茂表示,中国移动已经提出了“三网惠三农、助建新 农村” 的口号, 也就是利用信息通信技术优势,构建农村通信网、农村信息网和农村营销服 务网,为农业农民和农村提供服务,助力新农村建设,致力打造让农民用得上、用得起、用

得好的通信信息服务。目前, 中国移动在全国自建和与当地政府合建的农村信息服务站已经 达到 11.8万个,下一步将以中国移动农村信息网平台为基础,以农民最易接受的语音服务 为手段,发展 12582涉农信息语音系统。中国移动力争用三年左右的时间,发展规模超过 5000人的 12582呼叫中心,为广大农民提供农产品信息、涉农政策信息、农业科技信息等 全方位的信息服务。

正是在这种充满活力的农村信息化新模式的驱动下, 农业农村信息服务创新不断。“ 十一五” 期间,各地各部门已经摸索出了一些行之有效的农业信息服务方式,尤其是通过实施电视、电话、电脑“三电合一”项目,相继建立起“ 12316”三农热线电话、农业信息网站、农业 电视节目、手机短信服务等多渠道、多形式、多媒体相结合的农业综合信息服务平台, 初步 实现了农业技术、市场、政策等信息及时有效的传播。如今,中国移动、中国电信已经陆续 推出了“农信通”、“信息田园”、“务工易”、“农信宝”等多种整合农业农村信息资源的优质 业务,新阶段的农业农村信息化正创造越来越大的价值。

第三篇：国家农业智能装备工程技术研究中心主任陈立平：农业物联网为食品安全保驾护航

国家农业智能装备工程技术研究中心主任 陈立平：农业物联网为食品安全保驾护航

主持人：感谢黄主任。我们的几个报告都是和百姓有密切关系的。一氧化碳、爆竹，还有各个跟市民有关的报告。下面这个就更重要了，讲的是农业物联网为食品安全保驾护航。现在吃饭都有点儿害怕了，不知道吃什么好了。现在听听国家农业智能装备工程技术研究中心的陈主任讲一下。

陈立平：各位专家，下午好！我是来自北京市农业科学院。我今天想跟大家汇报交流的是农业物联网到底在农业当中有什么作用，另外现在咱们关心的食品安全方面，可以做到什么样的应用。我们这个单位主要是做农业信息化和技术研发和推广应用，我们面对的应用是农业领域，不单包括咱们北京市的农业，还包括全国农业，在信息化方面的一些工作。我们知道，咱们智慧城市的建设，最重要的是希望咱们的生活变得越来越美好，在这里面吃是很重要的一方面，怎么能吃的够，吃的好，而且吃的安全是大家非常关心的问题。我这个里面，想说两个方面，一个就是怎么保证数量安全，还有怎么保证质量安全。

物联网体系架构大家都知道的很清楚，它通过布设一些感知设备，能够使人和物，物和物之间的信息交换，信息的沟通更加的通畅，在农业领域，这是我们在物联网这个基础上总结出来的结果，那么在这个结果里，大家可以看到，其实我们把应用层放的非常大，那么应用层的话，因为我们觉得物联网的应用首先是面向需求的应用，那么它在真正的行业里面，应该关注感知层和应用层这两个方面，在感知层，因为我们作物有种在土里的，还有长在水里的，还有露天大田的，还有设施环境里的，农业生产方式也多种多样，所以它对传感器需求也有一些需求，还真不是工业传感器拿过来就能测的，很多传感器普通的传感器进去以后，往往工作不了。另外有一些特殊的应用系统，也是行业里面应该关注的一个完成。另外就是农业物联网和其他物联网交互信息流通的问题，现在咱们很多的应用还局限在一个行业里面，甚至在一个基地里面，像我们农业来讲，有一些基地的应用，但是还谈不上和其他物联网真正的更通畅的全面的物联这样一个概念。从咱们整个数量安全角度来看，咱们可以看到，这是一个粮食需求刚性增长，咱们通过农药化肥，能够促进农业增长的余地应该说越来越小了。所以这就要求咱们在农业方面，确实需要用一些更现代的农业科学技术来提升咱们整个农业的产出率和资源利用率，比如从土地来讲，现在一方面，咱们土地出让少，另外质量差，中低的占65%以上，物联网做什么呢？物联网首先对耕地质量进行监测和管理，现在很多地方，我们复垦，但实际上年年都在复垦这一块地，就是因为在终端没有跟上，另一方面，在耕地的保护和监控方面，比如水的问题，咱们全国水资源人均在2000m3，为全球平均水平1/4，咱们北京市这个问题尤其严峻，咱们是300立方米，远远低于缺水警戒线，而在这个里面农业用水它的利用率比较低的，发达国家每立方米的粮食能到2.0公斤，咱们国家不到一半，水的资源利用率有提升的余地，在这里面，物联网可以用墒情的监测，水资源监测和预警，区域水资源调控这方面可以发挥作用。这个是西班牙的例子，他们在1500公顷灌溉农田里头，这个是分区这个是采集土壤和气象的数据，进行水资源的调度，这个节水效果达到40%。

比如说化肥，化肥当季利用率，化肥吃进去以后，有多少被当季利用的，咱们说的氮肥，氮肥就是尿素，就属于氮肥，是30%到35%，这个低于发达国家15到20个百分点，所以在物联网这一块，咱们可以进行环境质量监测还有突然本底调查和信息管理，还有精准管理提高肥水的利用率。农药也是这样一个问题。就是从90年到05年这15年间，农药用量翻了一倍。在这里面种植环境的监测和调控，在温室里面，我们监测以后，能够让它生长最适合的环境下，它发生病虫害的就降低，还有联防联控，这个是物联网能给我们农业做的事情。比如在农产品全程的安全溯源方面，生产从种子开始，就加工、供应，还有最后消费者，在这个里面环节很多，怎么能够进行全程的溯源，这也是咱们在物联网应该说能给我们做到的东西。下面我会详细的介绍。

那么农业物联网，包括咱们国家层面，国家发改委和工程院都在启动，物联网的发展规划研究，在这里面，农业始终作为一个重要的应用领域，作为重要的专题来进行研究。咱们北京市也把物联网作为新的产业增长点，也启动了很多的包括物联网产业的发展路线图等等这方面的研究。这个是欧洲的物联网研究发展报告，也把农业和养殖业物联网作为研究的重要方向。

那么在想说一个可行性，农业的话，一个是咱们整体上咱们信息化，咱们国家信息化的水平，应该说信息化发展指数排名，一直处于上升的态势。另外就是物联网接入，农村的网民已经占到全体网民的27.8%，这样一个水平，所以为农业应用信息技术奠定了很好的基础条件。另外还包括一些通讯方式，为什么专门说通讯方式呢？咱们知道农村接入物联网的条件相对来是比较弱的，所以在农业物联网应用过程当中，更强调多种通讯方式的融合和应用。另外就是咱们的成本的降低，农业应用的话，受到成本限制还是比较严重的这样一个问题，所以在成本方面，包括无线传感器的产品价格，大概每18个月降低50%，这些都为农业物联网提供了很好的条件。

那么物联网在咱们农业里面，到底早期有哪些方面的应用呢？你看这个是一些感知设备的研发，现在传感器的研发，不单局限于环境里头空气的温湿度，以前咱们通过环境来判断，我现在是不是该浇水了，或者是施肥，现在通过生物传感器的研发，我们可以知道，直接问作物，你需要不需要水，这样把我们生产管理更精细化。比如在新疆兵团，大面积的应用，通过传感器采集土壤的水分温度，电导。包括还有一些监测，比如说作物的茎流、果实增长，还有灌溉决策。这个就是在设施环境，设施环境就是咱们的温室大棚，在这个环境是可控的，可以使咱们的生产效率提高的效果更明显，这个是养殖的，这个是栽培的，这个连营养液，基子咱们都可以调控的。

这个是通过各种传感器获得信息以后，结合咱们农业生产这种模型，或者咱们的一些专家系统等等，可以作出相应的控制咱们的设备，在农业应用过程当中，有的时候生产条件生产水平限制，现在往往很多应用，在前面的感知，而后面的调控因为条件限制做不到，现在温室大棚的话，是可以做到的，尤其在北京大力发展社区农业的条件下，咱们可以实现从感、传、知、用这样一个过程。

这个是在重庆忠县柑桔生产过程当中的应用。这个是一方面进行的旱情预警。这个是在物流车上的应用，但是现在物流车的应用，现在还没有特别好的应用对象，我们也跟一些企业在谈这方面的工作。

这个我想说，就是因为咱们经信委支持的，上午我们就有这个内容，就是农业用水管理物联网应用，咱们知道农村用水，很多都找管水员，到农时的时候大家谁都想浇水，这个就会引起纠纷，一方面大家都要用水的话，供水压力不足。另外是人工抄表，可能会造成不和谐的事件。咱们通过项目支持下，在咱们京郊建设的用水管理基地，检测有土壤水分监测、气象监测、环境信息的实施检测，在灌溉供水监控方面，有灌溉首部压力、流量、用水量等信息，另外我们可以进行自动控制、定时控制和手动控制，还有一个可以进行远程控制，这是咱们开发的一个表，这是预付的购水卡，这个是关于环境信息的，这个是控制气体，通过关键的设备，包括咱们软件，就可以丝线，至少在这个村子里面，在这个镇里面可以进行用水的实验，从时间上分区的来调控，大大缓解用水的矛盾。这个是应用的过程。

我刚才介绍的一些实例，还是我刚才说的，大家都是还是在建自己行业的应用，还没有大的物联的应用，我觉得进一步应该和各个，包括咱们刚才主任介绍到的整个智慧城市大平台的连接，我们也希望农业在智慧城市建设里，能成为一个重要的方面。

国外在这方面简单说一下，它们也用在灌溉控制和资源监测，它们倒不是很强调物联网这个词，他们就是用传感器监测然后去控制，这个是丹麦跟踪鲜花的盆栽和鲜花运输的进度。这个是在法国的，这是牛全程的，从它生长过程到它被屠宰，它的个体标识的监控。这是详细的一些信息，这是精细养殖，控制安全，通过标签识读以后，可以知道该不该给它料，该不该给它水，还有自动挤奶设备，它还有品质的传感器，这个奶被挤出来，马上可以打上标签，进行标识。这是屠宰过程的进行跟踪，它可以实现到各个批次和每一份，就是分装完以后，每一份的跟踪。整个欧盟在销售的时候，要标明原产地，法国的话，也要标原产地，在整个过程当中，从加工流一直到运输，这是一个追踪的过程，实际上咱们反过来，就是一个追溯的过程。另外有多种的田间信息采集的无线传感器。还有可以打印的传感器。这上面集成了一个集成电路以后，就是把标识和传感器结合在一起，它可以用在鲜奶的包装上，大家可以看到传感器它可以显示出二氧化碳、湿度等等。

那么第五个方面，想说一下质量安全物联网技术的应用。应该说现在质量安全状况，确实比较严峻，那么在这个里面，可能有生产过程，有储运的问题，另外还有政府监管等等方面环节的问题，确实不是某一个环节单独能做到的。由于咱们跨度很大，从种植到消费，那么采集环节和接入手段都非常多，所以很容易发生脱节。我们一些考虑，从安全生产、储运到阳光交易到消费溯源，这里面开展的研究，从信息感知方面的，咱们传输方面，企业管理，另外是政府监管，监管处置这些方面。

我谈一下关键环节。生产环节，很多都停留在生产关节，储运环节，这个不是问题，但是怎么把这些信息留起来，我们中心有监控的设备，包括软件产品，但是现在真正能从生产一直到流通，一直到消费者全程监控的这么一个特别完整的链条还没有建立起来。这是一个物流配送过程当中，这是监测监督的一些东西，执法过程当中，我快速的检测，检测设备至少要几个小时，无法进行现场检测。另外在交易环节当中，我们大型的批发市场，用监控的电子秤，能够实时最终，最后是合肥或者是山东运过来的产品，哪个企业运送的，都可以进行信息流。另外政府监管，确实政府监管这个方面，我真正发现一些问题以后，能不能快速的找到它，这个对于我们监管，一方面是咱们有一些，现在管理方面要有一些改革，确实技术方面，也需要平台。另外溯源现在比较多，大家通过短信通过电话等等，但是确实在消费者溯源过程当中，后面是不是有一个有利的政府监管的平台在做支撑，这个也是咱们真正溯源有没有意义的重要的地方。另外突发事件应急，实际上食品安全，应该说出现的问题，我刚才谈的主要是从技术角度，实际上还有很多，包括咱们本身农业生产当中，产业化标准化，甚至信息化程度都比较低，这些比较深层的问题，但是确实物联网技术在农业领域的应用，能够实现从农业生产、流通到最后消费者全程信息的溯源，至少使咱们向食品安全更走进的一步。谢谢各位！

第四篇：物联网智能网闸的研究与应用论文

随着物联网技术的不断发展以及生产运营精细化管理的需要，信息网络与控制网络的互联互通已是大势所趋，但是网络安全问题也随之而来。本文介绍了一种基于物联网的智能网闸设备，详细阐述了智能网闸的原理、架构、技术特点。该设备不但具备智能网关的功能，而且具备网络物理隔离的功能，在物联网领域中得到了广泛的应用。引言

工业物联网依托自动化、信息化和业务智能化技术，它的建立使经营管理层与车间执行层实现了双向信息流交互，消除了信息孤岛与断层现象[1]。但信息网络与控制网络实现互联时，如何保证过程控制网络的安全就成了一个严峻的问题。特别是对于石油、电力、钢铁等行业，对连续生产的安全性和可靠性有着极高的要求。控制网络一旦受到了恶意攻击，感染了病毒、蠕虫，很可能导致整个控制网络瘫痪。因此，在网络互联的同时必须采取有效的手段保护控制网络，防止来自外网的各种威胁。

传统的方式是选择网络防火墙等设备来解决网络安全问题。网络防火墙虽然具有较强的抗攻击能力，但它是提供信息安全服务、实现网络和信息安全的一种基础设施，用于满足各种通用的网络应用。防火墙只能做网络四层以下的控制，对于应用层内的病毒、蠕虫都没有办法，不能满足工业网络较高的防护要求[2]。智能网闸的原理

智能网闸是专为工业网络应用设计的安全设备，用于解决工业控制系统的数据如何快捷、安全传输到信息网络的问题。它与防火墙等网络安全设备本质不同的地方是它阻断网络的直接连接，只完成特定工业应用数据的交换。由于没有了网络的连接，攻击就没有了载体，如同网络的“物理隔离”。由于目前的安全技术，无论防火墙、UTM等防护系统都不能保证攻击的强制阻断，入侵检测等监控系统也不能保证入侵行为完全捕获，所以最安全的方式就是物理的分开。智能网闸可以实现在物理层、链路层和应用层不同级别的隔离。根据不同的网络隔离，即保证数据传输的效率，也保证足够的安全等级。物理层隔离是通过专门电路，在物理层实现电信号的单向传输，确保被保护一方的绝对安全。智能网闸的架构

3.1 智能网闸的硬件架构

如图1所示，智能网闸内部两端由两个独立主机系统组成，每个主机系统分别具有独立

图1 智能网闸的硬件架构图的运算单元和存储单元，各自运行独立的操作系统和核心程序。连接保护网络的一端为控制端，负责接入到SCADA控制网络;另一端为信息端，负责接入到信息网络。

每端主机的硬件均采用高性能嵌入式计算机芯片，底板上各有多个以太网接口用来连接要隔离的两个网络。每侧主机的总线上各安装一块专用隔离通信卡实现双机之间的数据传输，数据流向为内网数据单向流向外网。设计了专门的硬件看门狗时刻监视系统状态，保证装置的稳定、可靠运行。

3.2 智能网闸的软件架构

如图2所示，智能网闸的控制端与信息端主机分别运行嵌入式高性能工业通信软件。智能网闸隔离设备中运行独立的通讯数采软件，控制端提供基本的设备数据采集，如主流PLC、智能仪表、智能设备、各种标准协议(如Modbus，DNP，IEC-104，Bacnet，OPCClient)，实现对各种设备数据的接入。

信息端主机提供数据服务，支持以标准协议将数据转发给第三方系统或各种数据库。并且具有一系列高附加值的功能模块，如报警服务，存储系统，断线缓存，脚本引擎，触发器等。

图1 智能网闸的软件架构图技术特点

4.1微内核技术

智能网闸采用ARM+Linux/RT-Thread平台，内核中除了与工业标准通信的服务与端口外，裁剪掉了其它所有无关的网络服务、系统功能，屏蔽了无关端口，进一步提高了系统安全性和抗攻击能力，免于hacker对操作系统的攻击，并有效抵御Dos/DDos 攻击。

4.2 网络隔离技术

智能网闸采用截断TCP连接的方法，彻底割断穿透性的TCP连接。智能网闸的控制端与信息端主机之间采用专有的网络隔离传输技术。物理层采用专用隔离硬件，链路层和应用层采用私有通信协议，数据流采用128 位以上加密方式传输，更加充分保障数据安全。

通过物理隔离与专有隔离传输技术，实现了数据完全自我定义、自我解析、自我审查，传输机制具有彻底不可攻击性，从根本上杜绝了非法数据的通过，确保控制端不会受到攻击、侵入。

4.3 数据点访问控制

智能网闸实现了对工业现场通信协议的解析，可以实现工业控制系统具体测点的安全控制，更可以实现现场设备具体寄存器地址的安全控制。

4.4 单向控制

数据的流向完全是由控制端单向传输到信息端，这种限制保障了控制端的数据可及时、完整的传到信息网，又可完全杜绝外网的错误数据、恶意数据、病毒等传向控制端。

4.5 可靠性技术

智能网闸采用基于RISK架构，采用低功耗、无飞线、无风扇设计，具备断电保护、链路冗余、多层看门狗(硬件看门狗+软件看门狗)等功能，最大限度的提高了可靠性，是一种真正的工业级设备，4.6平台开放技术

智能网闸是一个完全开放的平台，任何开发者都可使用智能网闸提供的开放接口来开发相关的应用，如采集驱动，数据应用等，支持C/C++、WebService等多种开发形式。开发者可通过这些接口快速方便的访问智能网闸中的任何信息，并可扩展智能网闸的功能。结语

智能网闸设备具备安全性高、稳定性好、适用性广等特点，该设备可以较好的解决企业内外网之间的数据安全传输问题。随着物联网理念的逐步深入，智能网闸设备在SCADA控制网络接入企业信息网，企业各个子系统之间的数据通讯等领域的应用将会更加广泛。