物联网嵌入式智能设备实时控制系统设计

随着智能设备功能业务的逐渐扩展,用户对智能设备控制系统的实时性要求越来越高,当前控制系统采用CAN技术实现智能设备与用户间的通信,无法满足用户对系统实时性的需求。提出一种新的物联网嵌入式智能设备实时控制系统,通过构建系统的总体框架,将嵌入式LPC2378 ARM处理器作为核心处理器,通过RS-485总线将智能设备连接在一起,和处理器构成一个总线传输网络,在嵌入式LPC2378 ARM处理器中,将带DMA的10/100M以太网模块和以太网PHY芯片DP83848I连接,以提高数据包的传输效率,增强系统的实时性。系统GPRS模块选择SIM300CZ模块,将远程报警模块和RS-485总线结合在一起,共同实现远程报警和控制功能。软件设计时,给出了软件的整体架构和总体流程图,介绍了部分存储代码。实验结果表明,所设计系统对智能设备有很高的控制性能。     

基于物联网的涉密设备出入管控系统设计

针对涉密设备安全管理与监控的需要,提出一种全面、连续、实时的监控一定区域内涉密设备出入安全管理的解决方案。主要思想是基于物联网技术,采用有源射频识别（RFID）方法设计和开发了一套涉密设备出入管理系统;首先介绍了系统的总体结构和功能,然后详细描述了涉密设备出入管理系统的软硬件设计方法和系统管理流程,最后给出了新增涉密设备、设备正常带出、设备非法带出、设备报废的系统主要流程的测试结果;测试结果表明系统能够实现所设计的各项功能并具有运行稳定、可扩展性强、可维护性好的特点。     

基于物联网和SOM算法的信息监控系统设计

在物联网环境下进行信息监控系统设计,实现对网络信息的监控和自适应采集,保障网络安全。针对采用传统的神经网络控制方法进行信息监控的数据挖掘准确性不好的问题,提出一种基于物联网和自组织映射SOM算法的信息监控系统设计方法,首先进行信息监控系统的总体设计和功能模块化分析,然后设计改进的SOM算法,应用在信息监控的数据挖掘和分类识别中,在程序加载模块中进行算法加载,最后在物联网环境下构建嵌入式Linux内核进行信息监控系统的软件设计和开发。系统仿真实验结果表明,采用该信息监控系统进行大型物联网的数据信息监控,对数据的准确挖掘和识别性能较好。     

基于WIFI的农业物联网温室大棚环境监测系统的设计

针对现代农业温室大棚环境监测中存在的问题,设计了基于WIFI技术的农业物联网温室大棚环境监测系统。该系统由监控中心、WIFI基站、环境采集节点与视频监控构成。环境采集节点以STM32F作为主控器,采集温室大棚内光照度、环境温湿度、土壤温湿度等信息;视频监控采用有线与无线结合的方式;所得环境数据通过WIFI无线网络及光纤传回监控中心。设计了基于B/S架构的上位软件和基于C/S架构的移动终端环境监测软件来实现环境的监测与控制的下达。现场应用结果表明,所设计的环境监测系统网络结构简单、可靠性强、性能稳定。     

新一代B/S结构DCS火电控制系统设计与实现

传统的C/S结构DCS火电控制系统设计方法,上位机与服务器通信中,服务器需要与多个操作员站通信,造成负荷过高;为解决这一问题,以和利时第五代DCS为基础,设计新一代基于B/S模式的DCS数据监控系统,以点对点模式完成通信;新一代系统中,服务器相对于每个操作员站都是独立的,克服当前系统同时通信高负荷的弊端;给出了关键的底层控制站信息采集模块和DP总线信息传递模块的详细设计方案以及相关的软件设计方案,并给出了关键的B/S结构的详细设计方案;实验结果表明,以B/S结构为基础的 DCS数据监控系统测量结果误差小,上位机通信的时长不超过1 s,服务器冗余重启切换不超过1.2 s,优化效果较为明显。     

基于B/S结构的分布式风电监控系统设计

为解决风力发电系统分布不集中,各品牌的风力发电系统的监控设备不统一的问题,开发了一种基于B/S结构的风力发电监控系统。系统采用三层B/S软件架构思想,由客户端浏览器、Web服务器端以及数据库服务器组成。利用ASP.NET技术实现对风电现场的实时监控和利用小波神经网络实现对风机的故障诊断等功能。该监控系统具备跨平台运行能力,降低了监控系统对客户端的要求,对不同风电现场具有整合监控能力,同时该监控系统诊断功能能提高风机维护针对性,有效的减少维护时间。     

基于B/S架构的网络化可配置综合测试平台实现与应用

为解决电子装备在研制生产过程中普遍存在的测试设备通用性差、测试过程管理缺失等共性问题,改变当前单机测试孤立的测试作业模式,在进行测试标准库建设的基础上,参照物联网设计思维,网络化可配置综合测试平台基于B/S架构实现,将测试对象、测试仪器作为物联网中的传感节点来进行采集控制,结合可配置共性测试技术与信息集成技术,在网页上统一实现了测试任务管理、测试文件配置、测试用例执行、测试结果评估,实现了电子装备的各个测试阶段的联网检测与集成管理。测试平台形成了基于测试知识积累的高效测试产出能力,可缩短测试开发周期,提高测试效率与仪器利用率,提高测试数据利用维度,加强计划与质量管理,为电子装备的全生命周期管理提供重要支撑。     

基于弯曲伸张结构的光纤光栅传感研究

以民用工程结构如桥梁、大坝、高层建筑的健康检测为背景, 采用光纤光栅传感器实现对结构性能的实时监测和诊断, 及时发现结构的损伤以评估结构的安全性. 提出了一种可用于光纤光栅传感的新型弯曲伸张弹性敏感结构, 可实现对压力、应变以及加速度的准确测量. 对该结构弯梁腹部处的应变进行了理论分析和实验验证, 结果表明弯梁腹部处各点的应变与该弯曲伸张结构在竖直方向上所受压力、应变以及加速度大小成线性关系. 其最大的优点是同样灵敏度下体积小, 在井下等横向尺寸受限、又要测量纵向加速度的情况下, 梁式传感结构很可能无法使用, 该新型弯曲伸张型弹性敏感结构可作为弹性元件用于光纤光栅压力、应变、称重以及加速度传感器的设计.     

基于物联网技术的智能家居采暖远程控制系统设计

随着物联网技术的高度发展,智能家居在采暖领域焕发了新活力,壁挂炉因具有强大的集中供暖能力,能广泛应用在我国北方大面积采暖领域,但传统壁挂炉的控制方式不具备网络化功能,为了解决壁挂炉传统控制方式的不足,提出基于物联网技术的智能家居采暖远程控制系统;该系统保留了原有壁挂炉显示面板和控制面板的串口通讯方式,在中间增加一个基于OpenWrt路由器的数据采集模块,在维持系统原有的通讯情况下,完成了壁挂炉的远程控制;经实验测试,搭载远程控制APP的移动终端能与网络化改造后的壁挂炉正常通讯,并完成指定操作;同时,壁挂炉也充当家庭网关,自动组建家庭网络,以供其他移动设备连接;该系统使用户摆脱了近距离操作壁挂炉温度参数的限制,使壁挂炉的控制变得更智能、更便捷,也为壁挂炉的远程控制提供可参考的网络化改造方案。     

基于无线传感网的核电安全监控系统设计

低碳经济和能源可持续发展的要求下,新能源的开发和使用越来越受到世界各国的青睐。核电在新能源领域发电效率最高,电能质量最稳定,近年来取得长足的进步和丰硕的成果,然而,福岛核辐射事故的发生导致核电发展阻力重重,核电安全问题被提升到前所未有的高度。基于传感网技术的核电安全监控系统采用“检测层-接入层-汇聚层-数据中心”四层传感网结构,实时采集核电厂关键设备的运行状态和参数,并通过传感网传输到远程服务器,在数据中心对采集的数据进行数据挖掘和数据融合处理,对核电厂运行状态进行实时监测和预测,确保核电厂安全运营。核电安全监测网络的生命周期是保证整个网络使用可靠性和稳定性的前提和基础,从节点布局优化的角度出发,研究该监测网络的能量管理方法。     

基于WIA-PA标准的农田信息传感网设计与实现

WIA-PA是一种新兴的工业无线传感器网络协议,提出一种基于WIA-PA协议的农田温湿度信息传感网络的设计与实现方法。基于分层状态机原理构建WIA-PA的各层协议,并采用QP (Quantum Platform)量子编程平台作为任务调度的枢纽。温湿度传感器节点通过星状网和网状网组合形式组建成自组织的无线网络,并将信息汇聚至网关节点。此外,设计了传感器协议的低功耗模式和网关与服务器之间信息交互的协议,并对设计的WIA-PA传感网络的功耗以及丢包率等进行了实测,验证了所设计传感网的良好性能。     

基于物联网的水质在线监测系统设计与实现

针对以往水质监控系统水质传感器数据采集盲区多,传统处理器、通信模块无法满足大量的数据的处理和传输等问题。设计并实现了一种基于物联网技术的水质在线监测系统。该系统由数据采集节点、数据汇聚节点与监测中心计算机构成。设计了以INA118仪用放大器为核心的微弱信号调理电路,通过STM32微处理器进行实时数据采集和处理,结合ZigBee低速短距离和CDMA2000高速远距离通信等物联网技术将水质数据上传至物联网云平台。监测中心计算机通过下载物联网云平台数据实时显示。通过测量数据的对比性实验,结果表明整个系统的实时性好、测量精度较高,温度,pH值和电导率的平均相对误差分别约为0.64%,1.33%和2.33%,能够较好地满足水质监测的要求。     

基于B/S模式的网络化监控系统研究

针对嵌入式网络化数字视频监控系统,结合嵌入式技术的现状和发展趋势,提出了基于B/S模式的网络化监控系统总体设计方案。设计了相应的接口和外围电路,搭建了系统的硬件平台和软件平台,进行了嵌入式Linux操作系统的移植,交叉编译环境的建立,以及嵌入式软件开发平台的建立。构建了基B/S模式的网络化监控系统原型,并根据所设计的实验方案,对系统进行了详细的测试。实验表明基于B/S模式的网络化监控系统平台成功实现了通过网络对嵌入式设备的远程访问,并且能够通过Web网页对远程监控设备进行控制。     

DDKA-QKDN: Dynamic On-Demand Key Allocation Scheme for Quantum Internet of Things Secured by QKD Network

In the era of the interconnection of all things, the security of the Internet of Things (IoT) has become a new challenge. The theoretical basis of unconditional security can be guaranteed by using quantum keys, which can form a QKD network-based security protection system of quantum Internet of Things (Q-IoT). However, due to the low generation rate of the quantum keys, the lack of a reasonable key allocation scheme can reduce the overall service quality. Therefore, this paper proposes a dynamic on-demand key allocation scheme, named DDKA-QKDN, to better meet the requirements of lightweight in the application scenario of Q-IoT and make efficient use of quantum key resources. Taking the two processes of the quantum key pool (QKP) key allocation and the QKP key supplement into account, the scheme dynamically allocates quantum keys and supplements the QKP on demand, which quantitatively weighs the quantum key quantity and security requirements of key requests in proportion. The simulation results show that the system efficiency and the ability of QKP to provide key request services are significantly improved by this scheme.     

Internet of Things: The Optimal Generation Rates under Preemption Strategy in a Multi-Source Queuing System

With the rapid development and wide application of the Internet of Things (IoT), how to provide timely and fresh information for strategic analysis and decision-making has become a key issue. Recent studies have shown that preemption strategies are of great importance to the improvement of information freshness. In view of this, we focus on the multi-source preemptive queuing model and investigate how to control the generation rate of each source to achieve the optimal overall information freshness. Specifically, we consider two typical preemption strategies: self-preemption strategy and global-preemption strategy. Noting that the urgency requirements of the systems on the data of each source are different, we propose the weighted average age of information (AoI) to characterize the overall information freshness of the system. For the self-preemption strategy, we prove that the optimal generation rate allocation is a convex problem and present an efficient algorithm to find the optimal solution. Additionally, we also derive a closed-form approximate optimal solution under light load cases to meet the demands for rapid deployment. For the global-preemption strategy, we directly derive the closed-form optimal solution of the corresponding problem. By comparing the optimized weighted average AoIs, the performance achieved by the global-preemption system was better than that achieved by the self-preemption system in terms of the overall timeliness. The numerical analysis verified the correctness of the theoretical analysis and that the proposed approximate solution had high accuracy not only under light load cases but also under other cases.     

Hyperledger Fabric Access Control System for Internet of Things Layer in Blockchain-Based Applications

Blockchain-based applications are gaining traction in various application fields, including supply chain management, health care, and finance. The Internet of Things (IoT) is a critical component of these applications since it allows for data collection from the environment. In this work, we integrate the Hyperledger Fabric blockchain and IoT devices to demonstrate the access control and establish the root of trust for IoT devices. The Hyperledger Fabric is designed to be secure against unwanted access and use through encryption protocols, access restrictions, and cryptography algorithms. An attribute-based access control (ABAC) mechanism was created using Hyperledger Fabric components only to gain access to the IoT device. Single board computers based on the ARM architecture are becoming increasingly powerful and popular in automation applications. In this study, the Raspberry Pi 4 Model B based on ARM64 architecture is used as the IoT device. Because the ARM64 architecture is not supported by default, we build executable binaries and Docker images for the ARM64 architecture, using the Hyperledger Fabric source code. On an IoT device, we run the fabric node in native mode to evaluate the executable binaries generated for the ARM64 architecture. Through effective chaincode execution and testing, we successfully assess the Hyperledger fabric blockchain implementation and access control mechanism on the ARM64 architecture.     

面向物联网的Sybil入侵防御系统设计与实现

设计物联网中的Sybil入侵防御系统,进行入侵检测,保障物联网的网络安全,针对当前入侵防御系统拦截准确性不好的问题,提出基于网络入侵信号检测和前馈调制滤波设计的物联网Sybil入侵防御系统设计方法;首先进行Sybil入侵防御系统总体设计描述和功能分析,然后进行Sybil入侵信号检测算法设计,最后完成面向物联网的Sybil入侵防御系统硬件设计和软件开发,实现系统的集成设计;仿真测试表明,采用该系统进行物联网中的Sybil入侵检测的准确度较高,性能较好,具有较强的兼容性和友好性。     

基于物联网技术的教学楼电器智能监控系统设计

针对校园用电严重浪费问题,为实现校园节能,结合物联网和多种数据传输技术,设计了一种对学校教学楼各教室内电器集中化、网络化和智能化的监控系统。该系统以监控网关为自动控制中心,对ZigBee网络的终端节点采集的每个教室光强、温度、人员活动以及所有教室常用电器开关状态等信息,自动做出智能判断并向ZigBee网络终端下达开关常用电器以及门窗的指令;同时,连接至校园网的监控网关也作为服务器,采用浏览器/服务器和客户端/服务器模式,在Windows客户端、Android手机客户端和Web浏览器实时远程查看每个教室用电器的工作状态,并可以远程人为干预各教室门窗和用电器的开关。该系统不但实现了远程人为控制用电器,而且可根据各教室的光强、温度以及人员活动等情况,自动智能控制每个教室内常用电器及门窗的开关。实际测试表明,该系统具有良好的可靠性和稳定性,大大减少了校园的能源浪费。     

基于物联网的智能化条纹相机控制系统的研制

为满足条纹相机便携化、智能化的发展需要,研制了一种高适用性的分布式智能控制系统,实现了对条纹相机工作参量的监测,对电极电压、扫描工作模式的精确控制以及对图像的采集与处理.基于物联网技术框架与客户端-服务器的结构模式,实现了有线及无线设备扩展的多机协作功能与移动监控功能.并针对该控制系统,设计了具有自保护功能的自激型反激式可调高压电源模块,基于自激式拓扑的简单结构,实现了电源的小型化,且线性调整准确度可达1%.采用Nd∶YLF脉冲激光器(脉宽8ps,波长526.5nm)对应用该控制系统的可见光皮秒条纹相机进行标定,测试得到动态分辨率为12.75Lp/mm(CTF=14%),动态范围为234∶1,时间分辨率达到14ps.     

Edge Based Priority-Aware Dynamic Resource Allocation for Internet of Things Networks

The exponential growth of the edge-based Internet-of-Things (IoT) services and its ecosystems has recently led to a new type of communication network, the Low Power Wide Area Network (LPWAN). This standard enables low-power, long-range, and low-data-rate communications. Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) is a recent standard of LPWAN that incorporates LoRa wireless into a networked infrastructure. Consequently, the consumption of smart End Devices (EDs) is a major challenge due to the highly dense network environment characterised by limited battery life, spectrum coverage, and data collisions. Intelligent and efficient service provisioning is an urgent need of a network to streamline the networks and solve these problems. This paper proposes a Dynamic Reinforcement Learning Resource Allocation (DRLRA) approach to allocate efficient resources such as channel, Spreading Factor (SF), and Transmit Power (Tp) to EDs that ultimately improve the performance in terms of consumption and reliability. The proposed model is extensively simulated and evaluated with the currently implemented algorithms such as Adaptive Data Rate (ADR) and Adaptive Priority-aware Resource Allocation (APRA) using standard and advanced evaluation metrics. The proposed work is properly cross validated to show completely unbiased results.