浅析物联网控制系统的应用和发展研究

张国瑞 杨燏轩 温喜 杨骐睿 李彦斌

摘 要：物联网是一项新型的信息化集成技术，在未来催生很多具有“计算、通信、控制、协同和自治”特点的智能设备与智能信息系统。它的基础和核心仍然是互联网，其客户端延伸至任何物物之间，物联网应用覆盖的范围小到家庭网络，大到工业控制系统、智能交通系统，甚至国家级、世界级的应用。物联网分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器组成，负责获取各种环境参数;网络层主要负责传递和处理感知层获取的信息，实现信息交互共享;应用层是物联网与用户之间的接口，根据用户需求设计，实现物联网的智能应用。

关键词：物联网控制系统;智能控制;关键技术

引言

物联网是一场巨大的科技创新，它将世界带入一个物物相连的智能化时代，

彻底改变了人们的生活方式和行为模式。物联网的目标就是要帮助人类对物理世界具有“透彻的感知能力、全面的任职能力和智慧的处理能力。各行各业借助物联网技术迅猛发展，目前，物联网技术己经广泛应用到智能城市、智能家居等领域，被视为全球经济增长新引擎。

（一）物联网现状及发展驱动

物联网现如今的多样化、规模化与行业化的特点，使其遍及交通运输、市政管理、环境监测、公共设备、智能家居、工业监测、环境保护等多个领域。大多数物联网应用都是以自动感知作为基础的，物联网的关键技术包括自动感知技术、移动通信技术、计算机网络技术云计算技术、信息安全技术等。它主要利用采集数据的手段，做到智能化控制、精细化管理和优质化服务，实现了物联网技术的综合集成应用。将物联网应用到位，可以为企业带来更大的收益，使得整个社会的发展更加稳定，生产活动更加环保、安全。

物联网技术的发展离不开技术的支持。它的发展是建立在互联网发展、智能处理基础上的，随着智能可穿戴设备的发明、智能家居的普及、机器人的产生，物联网的发展与应用呈现增长趋势。它的发展促进了社会生产和生活的智能化、精细化与高效化。如今，5G技术、宽带物联网等新技术也为物联网的发展提供了强大的技术与设备支持[1]。

城市智能化的发展推动着物联网的发展。现在城市各处的物联网终端组成整个城市的神经网络，从城市的运行监控到地下管线监测，市政设施管控，从水质污染情况监测到建筑节能，各个领域的集成创造了大量的应用需要。

（二）物联网控制系统的应用

2.1物联网技术在智能家居中的应用

物联网为家居智能化提供了技术条件，使智能家居成为可能。智能家居以住宅为平台，利用自动感知技术、传感器技术、计算机技术、网络通讯技术、信息协议交换嵌入式技术等现代化技术构建家庭日常管理系统，不仅可以实现传统建筑居住功能，而且还可以实现家居网络通信、设备自动化、智能化控制管理功能。  智能家居是物联网技术应用生活的具体表现，通过平台把一个抽象概念转变成现实应用。智能家居平台具有以下特点：（1）每一个子系统都可以脱离智能交互平台独立运行，并相互联系[2]。（2）不同平台的产品设备、不同控制传输协议都可以通过这个智能家居平台进行交互。智能家居系统逐步朝着网络化、信息化、智能化方向发展，智能终端设备的产品也逐步走向成熟，也从一定程度上降低了产品的成本，更容易推广和接受。

2.2物联网技术在智能遥控技术中的运用

无线遥控技术是智能家居实现智能化的关键技术，最典型的莫过于利用无线遥控技术，通过遥控器、手机等终端设备控制家中的电气设备，从而达到智能化的目的。随着科技的进步、大众生活水平的不断提高，人们对家居智能化的要求也越来越高，比如住户晚上看电视的时候，需要调节灯光，只需要智能无线遥控技术.就可以实现对各个房间的灯光进行调节和控制。这些应用也逐渐开始向智能化控制的方向发展，而智能遥控技术在其中发挥着重要的作用。

一键情景控制技术，指通过控制器、遥控器、手机、电脑等设备，可以随时控制家中场景。如果客人来到了家中，立即转换为会客模式;用户需要休息，情境控制系统立即转换为睡眠模式或者休息模式，从而满足用户的各种需求。

2.3物联网在交通运输管理中的应用

交通运输管理作为物联网应用的重要领域，其可以在交通运输设施、车辆上部署传感器和摄像头等，也可以在交通卡口部署RFID设备，实现自动化收费管理。因此，物联网在交通运输管理中的应用主要包括三个方面，分别是数据采集、传输和分析，以便掌握交通运输设备的运行状态，并将这些数据信息发送给系统进行处理[3]。

交通运输管理的设备非常多，因此可以将这些设备与传感器集成在一起，构建一个新型的物联网拓扑结构，将采集的数据传输到汇聚路由器，然后传输到交通运输服务器上，实现数据信息加工和处理。物联网作为一个先进的新型互联网，其可以实现物物互联，利用ZigBee协议，实现物与物之间的通信。

2.4物联网在环境监测中的应用

随着物联网功能的逐步完善，其应用范围也逐步得到扩展，在环境监测中得到广泛的应用，目前我国基于物联网己经逐步建立了比较完善的环境监测系统，其中涵盖了空气质量检测系统、水质监测系统、土壤监测系统等，构成了一个综合全面的环境监测体系、这个体系依托实验室监测系统、移动监测和卫星遥感监测来获取监测环境的实时数据指标，帮助监测人员了解环境污染的情况，为污染治理、环境保护以及防灾减灾等对策的制定提供数据支持。

（三）其他关键技术

構建物联网控制系统不属于传统意义上的研究热点，但却是快速发展的行业趋势。除了控制器的设计这一关键技术外，系统安全、智能前端化也是物联网控制系统的关注点。

3.1系统安全机制

目前对物联网安全的研究大多集中在用户接入安全、信息传输安全、信息存储安全三个方面。在研究了物联网领域的基于询问双向认证协议的基础上，提出了一种适合物联网控制系统的，设备与设备或者设备与被控设备之间的双向认证机制。提出基于节点构造和基于有向边构造的两种分层访问控制方法，并提出基于树重心分解的密钥推导优化方法来提高密钥获取时间[4]。从保护安全隐私的角度，采用分布式信息流控制方法，安全多方计算等模型进行安全控制。提出了在现有认证基础之上增加对用户动态安全性验证的分等级访问策略，基于用户安全等级计算的用户安全策略，对权限分类分别对应管理统一授权策略。

3.2智能前端化

智能前端化的目的是为了提高整个系统的运行效率。目前的物联网控制系统中，用户接入认证等身份信息的验证都是通过云端来完成的，云成为用户和控制之间的桥梁，而网络延迟等各种因素会降低系统反应的实时性。提出在用户端设备和控制系统网关的计算能力增加的前提下，允许用户端设备绕过云，并直接连接到网关来进行身份信息的验证，通过智能性从云端前移到设备端来提高系统的实时性。也提出通过开发智能化终端来降低传输的压力和云端处理的负荷[5]。

结束语

各个领域都在使用物联网技术，使得物联网应用正在形成一个巨大的规模。随着物联网相关控制理论的不断完善，物联网控制系统的体系特点就由原来的封闭式转变为开放式，伴随着相关技术水平的发展，适用领域也会越来越广泛。但是物联网本身的特性也为控制系统的构建带来了诸多不可控因素和难度。如何保证开放环境下控制的智能化、实时性、安全性，以及低功耗，都是未来重要的关注点。

参考文献

[1]孙其博，刘杰.物联网概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报

[2]郝铁伟.基于无线传感器的监控网络系统设计[D].武汉：武汉理工大学

[3]李建中，李金宝，石胜坛.传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展[J].软件学报

[4]周游，方滨，王普.基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统[J].电子技术应用

[5]王志军.基于物联网技术的智能家居系统的实现研究[D].安徽理工学