物联网学报

物联网常识讨论

孙玉

2020, 4(4): 1-8. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00196

摘要 ( 421 )

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我国物联网正处于第二个 10 年的发展阶段，首先，回顾物联网名称的由来，介绍物联网的产业形成过程和系统结构。然后，总结新一代物联网在服务平台、传感器产业、接入链路以及与云计算、边缘计算、大数据、标识解析、区块链、卫星导航系统、5G 等技术融合方面的发展历程、发展趋势和关键所在。最后，提出我国物联网发展在应用定位、理论研究、标准制定、安全等方面的问题和可能思路。希望为同仁理解物联网提供参考。

能源物联网及其关键技术

刘俊勇,潘力,何迈

2020, 4(4): 9-16. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00198

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飞速发展的物联网技术为能源转型提供了有益支撑，物联网与能源各领域的深度融合形成了能源物联网，能源物联网成为能源互联网发展的物联基础。首先，分析了能源物联网的含义及其和传统能源网络的多维度差异，构建了能源物联网的体系架构；其次，讨论了能源物联网的若干关键技术；随后，提出了与能源物联网相关的应用场景；最后，展望了能源物联网的发展前景与面临的挑战，以期为后续能源物联网的实践和深入研究提供有益参考。

面向智慧矿山的移动群智感知覆盖及能效优化

王朝炜,刘婷,王天宇,王卫东

2020, 4(4): 17-25. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00191

摘要 ( 392 )

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移动群智感知（MCS,mobile crowd sensing）是一种有效利用智能移动终端协同采集环境数据的技术，集成多种传感器的移动载体（如车辆）越来越多地被当作参与者来承担各种感知任务。在智慧矿山物联网（IoT,Internet of things）中，为了更好地感知人—机—环的实时信息，支撑安全生产顺利进行，基于MCS思想对矿山环境下移动感知节点的覆盖质量和能耗优化进行研究，提出了一种综合考虑覆盖率（CP,coverage percentage）和覆盖密度（CD,coverage density）的效用函数F(?)来衡量MCS的覆盖质量。为了获得最优的覆盖质量，针对参与感知的车辆选择问题提出了一种改进的贪婪算法——覆盖质量优化（CQO,coverage quality optimization）算法来优化覆盖质量，并使用真实的车辆轨迹数据集对所提出的算法进行评估，研究了影响覆盖质量的几个因素。实验结果表明，该算法具有较好的覆盖质量。

基于CSI的井下人员行为识别方法

张雷,张跃,李明雪,史新国,翟勃,王卫龙

2020, 4(4): 26-31. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00202

摘要 ( 245 )

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为了解决井下粉尘环境和遮挡条件下的人员行为识别问题，促进煤矿安全生产，提出了一种基于 Wi-Fi信道状态信息（CSI,channel state information）的井下人员行为识别方法。该方法采用Hampel滤波结合中位数滤波处理CSI原始数据，并通过线性校正方法利用相位信息。行为识别过程分为离线和在线两个阶段，离线阶段通过采集人员的不同活动信息来建立判识模型，在线阶段根据判识模型识别当前动作。在实验中设置了8个不同的人员活动，实验结果表明，该系统的识别准确率可达95%。

面向能源互联网的多端口DC/DC能源路由器控制策略研究

马文忠,李冠成,张奎同,杨淑娟,魏孟迪,唐毓振,宋玉成,董磊

2020, 4(4): 32-42. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00197

摘要 ( 237 )

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分析了目前多端口直流（DC,direct current）转DC（DC/DC）能源路由器的特点和缺陷，优化设计了一种面向能源互联网的多端口DC/DC能源路由器。通过对不同工况下运行电压的需求分析，对多端口DC/DC能源路由器进行了子模块全桥比例设计，在此基础上提出了一种实现无闭锁穿越直流故障的交直流（AC/DC,alternating current/DC）解耦的控制策略。该多端口DC/DC能源路由器用于实现多个电压等级不同的直流电网的相互连接，既保留了传统直流自耦变压器技术低成本、低损耗的优势，又有效改善了其无法应对直流故障的缺点。最后，在MATLAB/Simulink环境进行了仿真测试，验证了该技术正常运行时的稳定性、抑制直流故障的可行性和控制策略的有效性。

面向智慧农业的分层土壤墒情监测仪的设计及应用

赵小强,权恒,晏珠峰,王录俊

2020, 4(4): 43-50. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00188

摘要 ( 266 )

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随着我国智慧农业的高速发展，土壤墒情监测变得尤为重要，但当下的监测方式大多存在设备布设安装困难、电极干扰、监测深度单一等问题。设计了一种适用于农田的土壤墒情监测仪，对于硬件结构，采用管式非接触的设计方案，完成了多个模块的设计，可实现分层非接触监测。对于软件协议，提出一种基于Modbus协议的多节点访问控制策略，该策略具有轮询效率高、数据稳定、监测节点广等特点。通过消息队列遥测传输（MQTT,message queuing telemetry transport）协议将数据传输至云服务器进行农业分析决策。在葡萄园区的测试表明，监测仪能实现范围为0～100%、精度为±2.45%的墒情监测，具有一定的稳定性和实用性。

Wi-Pest：一种基于CSI的储粮害虫检测方法

单少伟,杨卫东,肖乐,王珂

2020, 4(4): 51-61. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00186

摘要 ( 235 )

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在粮食储藏过程中，影响粮食安全的环境和生物因素，如粮食温度、环境湿度、水分、气体、霉变、害虫等，均会对粮食储藏安全构成威胁，其中害虫是威胁粮食储藏安全的一个重要因素。因此，需要研究一种快速且有效的检测方法，用于检测储粮害虫。现有的一些方法耗时、设备昂贵、具有潜在的健康危害并且检测效率较低，提出了一种基于信道状态信息（CSI,channel state information）振幅的非接触、快速、低成本的储粮害虫检测方法，即无线测害虫（Wi-Pest,wireless-pest）。通过使用CSI振幅数据验证储粮害虫检测的可行性，在此基础上，设计了Wi-Pest检测方法。首先对CSI振幅数据进行异常值检测、数据归一化和噪声消除预处理，然后通过主成分分析（PCA,principal component analysis）方法压缩数据并提取主特征成分，最后采用随机森林（RF,random forest）分类方法检测储粮害虫。实验结果表明，所提方法在视距（LOS,line of sight）场景下，能够检测粮堆活体害虫密度的异常情况，检测精度平均可以达到97%。

精准农业无线传感器网络协议研究

杨金凤,王骥

2020, 4(4): 62-69. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00189

摘要 ( 243 )

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精准农业无线传感器网络（PAWSN,precision agriculture wireless sensor network）是一个全新的研究领域， PAWSN与智慧农业的发展进程密切相关，引起了该领域学者的关注。首先，分析了PAWSN的关键技术。然后，根据关键技术的本质和特征进行了分类，并根据分类框架详细阐述了PAWSN关键技术中最重要的网络协议即介质访问控制（MAC,media access control）协议与路由协议的优缺点。最后，指明了PAWSN协议亟待解决的问题与解决思路。所提方案的研究目的在于为PAWSN协议跨层集成优化设计提高PAWSN整体性能提供思路，进而提高PAWSN在智慧农业中的使用率，最终推动智慧农业的发展。

铁路物联网中无线携能中继网络性能分析

李亚平,熊轲,张煜,杨玺

2020, 4(4): 70-78. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00193

摘要 ( 204 )

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面向铁路物联网场景研究了能量受限的两跳多中继网络的系统性能。源节点部署在列车上，向地面上能量受限的中继节点传输能量和信息，中继节点利用收集的能量向目的节点转发信息，中继节点采用半双工放大转发模式。在考虑中继电路具有能量激活门限的情况下，推导出在莱斯衰落信道下系统中断概率和吞吐量的闭合表达式。通过蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性，对比分析了第一跳距离最短和两跳距离之和最短的两种中继选择策略下，莱斯因子、时间分割因子、源节点天线数量、源节点总发射功率、能量转化效率、各节点相对位置对系统端到端中断概率和吞吐量的影响。当列车先后经过各个中继时，系统的中断概率先减小后增大，吞吐量先增大后减小，并且选择两跳距离之和最短时的系统性能优于选择第一跳距离最短时的系统性能。

异构云计算平台业务迁移

魏峰,丁飞,焦鹏举,李杨,陈焱山,张登银

2020, 4(4): 79-90. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00161

摘要 ( 240 )

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随着5G通信技术、“互联网+”和物联网的快速发展，云计算作为基于互联网的虚拟资源管理和分布式计算的技术模式，以动态按需和可度量的方式为用户提供服务，将业务平台迁移至云计算平台可实现快速部署业务，有效节约了业务创新及运营成本。所提方案在研究基于云计算平台的业务迁移技术的基础上，以中国移动基于OpenStack的云计算架构为例，对离线迁移、基于平台功能在线迁移、基于块级别在线业务迁移和基于文件级别在线业务迁移等主流业务迁移方案的技术原理和关键点进行分析，同时给出了通用业务迁移流程和方法，最后通过实际平台对3类在线业务迁移方案进行实验验证，分析各方案的技术优势及适用场景，从而指导未来业务迁移的生产实践。

感知质量优化的移动群智感知任务在线分发算法

张伟,李卓,陈昕

2020, 4(4): 91-97. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00185

摘要 ( 301 )

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感知质量优化和用户招募是移动群智感知的两个重要问题，随着数据量的大幅度增加，感知内容出现冗余，存在感知质量降低的风险。提出了一种感知质量优化的任务分发机制，在保证覆盖率的情况下，提高群体的感知质量。利用聚类算法评估任务真值，量化用户数据质量；基于汤普森抽样算法和贪婪算法设计并实现了一种用户招募策略，在保证任务空间覆盖率的基础上优化感知质量。针对TSUR（Thompson based user recruit）算法的性能进行仿真分析，并与已有的BBTA（bandit-based task assignment）算法和BUR（basic user recruitment）算法作比较。实验表明，在同一区域进行任务感知，与BBTA算法和BUR算法相比，累计感知质量分别提高了16%和20%，空间覆盖率分别提高了30%和22%。

基于物联网和边缘计算的智能化建筑管理系统及应用

宋海鹰,陈志文,邱佰平,匡付华,邓仕钧

2020, 4(4): 98-104. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00187

摘要 ( 459 )

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针对现代商业大厦智能化管理的需求，应用物联网和边缘计算技术，利用自行研发的物联网网关，构建了基于泛在楼宇物联网的智能化建筑管理系统（IBMS,intelligent building management system），泛在楼宇物联网消除了楼宇自动化和信息自动化两个系统之间的界限。通过应用边缘计算，IBMS 提高了系统的现场决策能力和响应速度，同时，对IBMS架构及边缘计算的实现方法进行了探讨。IBMS在深圳市达实智能大厦的应用验证表明了基于泛在物联网的IBMS的可行性和有效性。

物联网技术发展分析与建议

余文科,程媛,李芳,赵琦

2020, 4(4): 105-109. doi:10.11959/j.issn.2096-3750.2020.00195

摘要 ( 823 )

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物联网技术在我国经过近10年的发展，从最初的传感网技术、射频识别（RFID,radio frequency identification）技术加速向基于5G的智联网技术演进，万物互联离现实生活越来越近。物联网应用也从金融IC卡等局部领域逐步扩展至工业、政务、交通、教育、医疗等行业。以5G、低功耗广域网（LPWAN,low-power wide-area network）等为代表的物联网热点技术不断发展，区块链、边缘计算等技术与物联网深度融合，全面推动了物联网在产业界的应用深化，为产业界带来巨大发展机遇。重点分析了5G、物联网标识、边缘计算、LPWAN、物联网安全等物联网关键技术的发展现状，展望了物联网发展趋势，针对性地提出推动我国物联网发展的政策建议。

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