物聯(lián)網(wǎng)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)講解

1、湖北工業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙1、說(shuō)明什么是物聯(lián)網(wǎng)？答: 即通過(guò)射頻識(shí)別（ RFID） （RFID+互聯(lián)網(wǎng)）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、 氣體感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息 交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)而言之，物 聯(lián)網(wǎng)就是 “物物相連的互聯(lián)網(wǎng) ”。2、試說(shuō)明一維條碼與二維條碼的主要差別在什么地方？答：一維條碼：一維條碼只是在一個(gè)方向（水平方向）表達(dá)信息，而在垂直方向則不表 達(dá)任何信息，其要求一定的高度通常是為了便于閱讀器的掃描。一維條碼的應(yīng)用可以提 高信息錄入的速度，減少差錯(cuò)率，只可表示英文、數(shù)字

2、、簡(jiǎn)單符號(hào)等字符；貯存信息量 小，主要依靠計(jì)算機(jī)中的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù);；損污后可讀性差。一維碼一般用于物品的標(biāo)識(shí)。二維條碼：在水平和垂直方向的二維空間都存儲(chǔ)信息， 稱為二維條碼（ 2-dimensional barcode）， 1高密度編碼，信息容量大：可容納多達(dá)1850 個(gè)大寫字母或 2710 個(gè)數(shù)字或 1108 個(gè)字節(jié)，或 500 多個(gè)漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。 2 編碼范圍廣： 該條碼可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信息進(jìn)行編碼，用條碼表 示出來(lái)；可以表示多種語(yǔ)言文字；可表示圖像數(shù)據(jù)。3容錯(cuò)能力強(qiáng)，具有糾錯(cuò)功能：這使得二維條碼因穿孔、污損等引起局部損壞時(shí)，照樣可以正確

3、得到識(shí)讀，損毀面積達(dá) 50仍可恢復(fù)信息。 4譯碼可靠性高：它比普通條碼譯碼錯(cuò)誤率百萬(wàn)分之二要低得多， 誤碼率不超過(guò)千萬(wàn)分之一。 5可引入加密措施：保密性、防偽性好。 6成本低，易制 作，持久耐用。 7條碼符號(hào)形狀、 尺寸大小比例可變。 8二維條碼可以使用激光或 CCD 閱讀器識(shí)讀。 9 可影印及傳真。 二維碼一般用于物品的信息描述，并可運(yùn)用加密算法 使其具有防偽的作用。 一維碼的印刷成本低， 二維碼的一般屬連續(xù)印刷， 印刷成本稍高； 一維碼識(shí)讀器價(jià)位低，而二維碼的識(shí)讀器價(jià)格較高。3、說(shuō)明一下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)組成？答：傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn) （sensor）、匯聚節(jié)點(diǎn) （sin

4、k node）和管理節(jié)點(diǎn)。 大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域（ sensor field ）內(nèi)部或附近，能夠通過(guò)自組織方式 構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳地進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過(guò)多跳后路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到 達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。用戶通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)以及收集 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組成和功能包括如下四個(gè)基本單元：傳感單元（由傳感器 和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成） 、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括CPU、存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)等） 、通信單元（由無(wú)線通信模塊組成） 、以及電源部分。此外，可以選擇的

5、其它功能單元包括：定位系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以及發(fā)電裝置等。4、什么是云計(jì)算？說(shuō)明云計(jì)算的特點(diǎn)？ 答：現(xiàn)階段廣為接受的是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（ NIST）定義：云計(jì)算是一種按使 用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)， 進(jìn)入可配置的計(jì) 算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲(chǔ)，應(yīng)用軟件，服務(wù)） ，這些資源能夠被快 速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互。特點(diǎn)： 1.超大規(guī)模。 “云”具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模， Google云計(jì)算已經(jīng)擁有 100 多萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器， 亞馬遜、 IBM、微軟和 Yahoo等公司的 “云 ”均擁有幾十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。 “云”能賦予用戶前所 湖北工

6、業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙未有的計(jì)算能力。 2.虛擬化。云計(jì)算支持用戶在任意位置使用各種終端獲取服務(wù)。所請(qǐng) 求的資源來(lái)自 “云 ”而,不是固定的有形的實(shí)體。應(yīng)用在 “云”中某處運(yùn)行，但實(shí)際上用戶無(wú) 需了解應(yīng)用運(yùn)行的具體位置， 只需要一臺(tái)筆記本或一個(gè) PDA,就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來(lái)獲取 各種能力超強(qiáng)的服務(wù)。 3.高可靠性。 “云 ”使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換 等措施來(lái)保障服務(wù)的高可靠性，使用云計(jì)算比使用本地計(jì)算機(jī)更加可靠。 4.通用性。云 計(jì)算不針對(duì)特定的應(yīng)用，在 “云”的支撐下可以構(gòu)造出于變?nèi)f化的應(yīng)用，同一片 “云 ”可以 同時(shí)支撐不同的應(yīng)用運(yùn)行。 5.高可伸縮性。 “云 ”的

7、規(guī)?？梢詣?dòng)態(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶 規(guī)模增長(zhǎng)的需要。 6.按需服務(wù)。 “云 ”是一個(gè)龐大的資源池，用戶按需購(gòu)買，像自來(lái)水、 電和煤氣那樣計(jì)費(fèi)。 7.極其廉價(jià)。 “云 ”的特殊容錯(cuò)措施使得可以采用極其廉價(jià)的節(jié)點(diǎn)來(lái) 構(gòu)成云 ; “云”的自動(dòng)化管理使數(shù)據(jù)中心管理成本大幅降低; “云”的公用性和通用性使資源的利用率大幅提升 ; “云”設(shè)施可以建在電力資源豐富的地區(qū)，從而大幅降低能源成本。5、以兩維條碼為例，用物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一個(gè)具有物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例？ 答：實(shí)例名稱：二維條碼的物聯(lián)網(wǎng)物流管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1）該系統(tǒng)根據(jù)供應(yīng)鏈系統(tǒng)流程， 可將系統(tǒng)劃分成主要的五大部分， 即管理平臺(tái)、生產(chǎn)企業(yè)、 倉(cāng)儲(chǔ)管理、

8、商場(chǎng)企業(yè)和企業(yè)中間件。 這五部分不但實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈的基本流程， 還通過(guò)企業(yè)中 間件的設(shè)計(jì)對(duì)所銜接系統(tǒng)之間的整合實(shí)現(xiàn)了編碼， 進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)處理， 快速整合了各系統(tǒng) 之間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)， 達(dá)到快速傳輸， 快速處理的效果， 并且在最后通過(guò)對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)的處理可以 實(shí)現(xiàn)管理平臺(tái)、 生產(chǎn)企業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)、商場(chǎng)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的跟蹤和溯源， 以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基本 概念。系統(tǒng)的基本構(gòu)架如圖 1 所示。管理系統(tǒng)平臺(tái)計(jì)算機(jī) 條碼打印機(jī)商場(chǎng)企業(yè)管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 條碼識(shí)別器 條碼識(shí)別器 計(jì)算機(jī) 售貨系統(tǒng)圖 1 物流管理系統(tǒng)的基本構(gòu)架設(shè)計(jì)2）該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，所涉及的生產(chǎn)企業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)、商場(chǎng)企業(yè)均為顯示存在的系統(tǒng)軟件，不 僅僅局限于某個(gè)指定

9、的軟件產(chǎn)品， 可以根據(jù)不同情況銜接多個(gè)生產(chǎn)企業(yè)、 多個(gè)運(yùn)輸企業(yè)、 多 個(gè)商場(chǎng)企業(yè)以及多個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)， 并且結(jié)合企業(yè)中間件的使用達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康模?二維條碼 的應(yīng)用將集中應(yīng)用于系統(tǒng)的底層，其主要應(yīng)用有以下方面： 管理系統(tǒng)平臺(tái)作為系統(tǒng)的核心， 很少用到二維條碼技術(shù)， 它所需做的工作即將企業(yè)所湖北工業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙?zhí)峤坏臄?shù)據(jù)進(jìn)行審核，如產(chǎn)品編碼審核、 包裝編碼審核等；另外， 管理系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)在生產(chǎn)企 業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)、運(yùn)輸企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸起到了尤為重要的數(shù)據(jù)連接轉(zhuǎn)換作用。 生產(chǎn)企業(yè)作為系統(tǒng)的源頭部分， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、 包裝進(jìn)行編碼管理， 即二維條碼標(biāo)簽的唯 一寫入點(diǎn)， 整個(gè)系統(tǒng)除此之外的所有識(shí)別

10、設(shè)備進(jìn)行的操作均為讀取條碼信息操作， 并非對(duì)條 碼中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更改。 在整個(gè)供應(yīng)鏈流程中生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)Ξa(chǎn)品的整個(gè)物流過(guò)程進(jìn)行跟蹤追 溯，達(dá)到監(jiān)察目的。 倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)是整個(gè)物流管理系統(tǒng)的重要組成部分， 作為批量商品的集散地， 它將實(shí)現(xiàn)貨 物的調(diào)度，通過(guò)二維條碼的識(shí)別系統(tǒng)，將向管理系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)時(shí)傳輸商品的出庫(kù)、入庫(kù)情況， 以及商品的流向。 商場(chǎng)企業(yè)是貨物的集散地之一， 通過(guò)條碼識(shí)別系統(tǒng)和售貨系統(tǒng)將向管理系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)時(shí) 傳輸商品的出售情況，如銷售記錄、退貨情況等。本設(shè)計(jì)采用 C#語(yǔ)言， Microsoft visual studio 2005 平臺(tái)上編寫了條碼的編碼和繪制程序。 設(shè)計(jì)條碼編碼系統(tǒng)的過(guò)程框圖如

11、圖 2 所示：圖 2 PDF417 條碼產(chǎn)生過(guò)程3）編碼壓縮 書本介紹內(nèi)容可知， PDF 二維條碼中的有效信息為數(shù)據(jù)碼字，這些信息被壓縮后存放 在條碼中。 PDF417 碼有三種壓縮模式：文本壓縮模式（ TC），數(shù)字壓縮模式（ NC ）和字節(jié) 壓縮模式（ BC ）。通過(guò)采用模式鎖定碼字，可在一個(gè) PDF417 條碼符號(hào)中采用多種壓縮模式 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，有效提高條碼的壓縮率。該設(shè)計(jì)采用了三種壓縮算法， 字母和符號(hào)采用文本壓縮模式， 數(shù)字單獨(dú)采用數(shù)字壓縮模 式，漢字采用字節(jié)壓縮模式， 此時(shí)所采用的壓縮模式壓縮率最高。 文本壓縮模式下編碼流程 圖如圖 3 所示。生成文本壓縮模式、數(shù)字壓縮模式和字節(jié)壓縮模

12、式代碼見(jiàn)附錄。湖北工業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙開(kāi)始初始化：讀取數(shù)據(jù)信 息，當(dāng)前為 TC 壓縮模 式；糾錯(cuò)等級(jí)為 S,各 變量清零 根據(jù)字符的 ASCII 碼 判斷屬于那一種子模 式，添加相應(yīng)子模式 鎖定 / 轉(zhuǎn)移碼計(jì)算糾錯(cuò)碼字個(gè)數(shù) k=2（ s+1 ）計(jì)算生成多項(xiàng)式 g（x） 的各項(xiàng)系數(shù)判斷碼字字符串長(zhǎng)度為偶數(shù)否2個(gè)字符一組，高位H 、低位 L、生成碼字值為 30H+L在字符串最后填充29 ，將數(shù)據(jù)碼字符串補(bǔ)為偶數(shù)調(diào)用子模式映射值表圖 3 編碼程序流程圖4）編碼軟件的實(shí)現(xiàn)本文所編寫的 PDF417 碼生成的軟件界面如圖 4 所示，湖北工業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙圖 4 PDF417 編

13、碼系統(tǒng)界面當(dāng)輸入待編碼得商品信息、條碼長(zhǎng)寬比、 條碼列數(shù)后，直接點(diǎn)擊一鍵生成按鈕，就可以 直接從顯示窗口上顯示出相應(yīng)的 PDF417 條碼，其中設(shè)計(jì)該編碼系統(tǒng)時(shí)，為了簡(jiǎn)便，其糾錯(cuò) 等級(jí)默認(rèn)值為 0。然后點(diǎn)擊另存為按鈕就可以將生成條碼保存，然后按照需要來(lái)調(diào)整整個(gè)圖 像的大小，之后打印出合適的條碼圖像。如圖5、6 示：湖北工業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙圖 5 輸入產(chǎn)品信息圖 6 生成條碼如圖 7是采用 C#語(yǔ)言，在 Microsoft visual studio 2005 平臺(tái)上“PDF417 編碼系統(tǒng)窗體設(shè)計(jì)”界面。湖北工業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙圖 7 PDF417 編碼系統(tǒng)“窗體設(shè)計(jì)”

14、 圖 8 是“ PDF417 編碼系統(tǒng)窗體程序接口設(shè)計(jì)”界面。圖 8 PDF417 編碼系統(tǒng)窗體程序接口設(shè)計(jì)湖北工業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙最后生成的含有商品信息的二維條碼如圖9 所示，其中所編碼的信息為： “商品名稱：海飛絲 生產(chǎn)企業(yè)：美國(guó)寶潔 生產(chǎn)日期： 2011年 5月15 日 生產(chǎn)編號(hào)： 690314045133”。圖 9 PDF417 編碼系統(tǒng)生成條碼圖片在該物流管理系統(tǒng)中， PDF417 條碼的編碼內(nèi)容可以是商品的所有信息，如生產(chǎn)廠家、 生產(chǎn)日期、編號(hào)等等，根據(jù)不同的商品還可以調(diào)整錄入的信息。從產(chǎn)品的生產(chǎn)到成品下線、 銷售、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、零售等各個(gè)環(huán)節(jié)，就可以應(yīng)用這么小小的一張條

15、碼，對(duì)商品進(jìn)行方便、 快捷的管理，從而實(shí)現(xiàn)了商品的高效管理。湖北工業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙附 錄 1文本壓縮模式、數(shù)字壓縮模式和字節(jié)壓縮模式的部分核心代碼：/ 文本壓縮模式protected internal virtual void textCompaction( int start, int length)int dest = new int ABSOLUTE_MAX_TEXT_SIZE2 *;int mode = ALPHA;int ptr = 0;int fullBytes =0;int v = 0;int k;int size;length += start;for (k =

16、start; k MAX_DATA_CODEWORDS) Throw newSystem.IndexOutOfRangeException(The text is too big.);length = ptr;ptr = 0;while (ptr = 30)codewordscwPtr+ = v;codewordscwPtr+ destptr+;elsecodewordscwPtr+ = v * 30 + destptr+;/ 數(shù)字壓縮子函數(shù) protected internal virtual length)intintintret = cwPtr; retLast = length / n

17、i, k;void basicNumberCompaction( int start, int3;1;cwPtr += retLast +for (k = 0; k = retLast; +k) codewordsret + k = 0; codewordsret + retLast = 1; length += start;for (ni = start; ni =0; -k)codewordsret + k *= 10;/ add the digitcodewordsret + retLast += textni -0 ;/ propagate carryfor (k = retLast;

18、 k 0; -k)codewordsret + k -1 += codewordsret + k / 900;codewordsret + k %=900;/ 數(shù)字壓縮模式protected internal virtualvoid numberCompaction(int start, intlength)int full = (length / 44) * 15;int size = length %44;int k; if (size = 0) size = full;elsesize = full + size /3 + 1;if (size + cwPtr MAX_DATA_CODE

19、WORDS)throw newSystem.IndexOutOfRangeException( The text is too big. );length += start;for (k = start; k length; k +=44)size = length - k 44 ? length - k :44;basicNumberCompaction(k, size); / 字節(jié)壓縮子函數(shù)，長(zhǎng)度小于 6 位時(shí)執(zhí)行此函數(shù)protected internal virtual void byteCompaction6( int start) int length = 6;int ret = c

20、wPtrint retLast = 4;int ni, k;湖北工業(yè)大學(xué)研究生考試（考查）答題紙cwPtr += retLast + 1;for (k = 0; k = retLast; +k) codewordsret + k =0;length += start;for (ni = start; ni =0; -k)codewordsret + k *=256;/ add the digitcodewordsret + retLast += ( int )textni & 0xff );/ propagate carryfor (k = retLast; k 0; -k)codewordsret + k - 1 += codewordsret + k / 900;codewordsret + k %= 900;/ 字節(jié)壓縮模式函數(shù)，長(zhǎng)度大于 6 位時(shí)執(zhí)行此函數(shù) internal virtual void byteCompaction( int start, int length)int k, j;int