本文是一篇信息系統(tǒng)與信息資源管理論文，本研究針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在列車車廂信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究，通過(guò)傳感器設(shè)備、STM32開(kāi)發(fā)板、無(wú)線通信技術(shù)、霧計(jì)算技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)搭建了一套適用于列車車廂環(huán)境監(jiān)測(cè)的物聯(lián)網(wǎng)信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)可視化技術(shù)搭建信息監(jiān)測(cè)顯示端微信小程序?qū)噹h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，極大的提高了乘客乘車的舒適性和安全性。
第1章  緒論
1.1 課題研究背景
在過(guò)去十幾年的發(fā)展中，云計(jì)算從亞馬遜公司在其內(nèi)部部署云服務(wù)開(kāi)始，到2006年8月在搜索引擎大會(huì)上被提出，再到2009年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院進(jìn)一步豐富和完善了云計(jì)算的定義和內(nèi)涵。直至如今的發(fā)展，云計(jì)算范式已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是隨著物聯(lián)網(wǎng)的連接設(shè)備和應(yīng)用程序的需求不斷增加，云計(jì)算服務(wù)器難以顧全到所有的連接設(shè)備，此時(shí)出現(xiàn)了各種急需優(yōu)化的關(guān)鍵服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，如帶寬、隱私、延遲、存儲(chǔ)、響應(yīng)時(shí)間、安全和計(jì)算等[1]。因此，霧計(jì)算作為云計(jì)算的一種補(bǔ)充，被應(yīng)用于延遲敏感性高的服務(wù)器所提出。
從霧計(jì)算的提出到如今的發(fā)展，霧計(jì)算的技術(shù)其實(shí)仍處于起步階段，但人們對(duì)霧計(jì)算的研究始終沒(méi)有停下腳步，特別是霧計(jì)算的調(diào)度優(yōu)化研究。霧計(jì)算不像云計(jì)算那樣擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力和無(wú)邊無(wú)際的存儲(chǔ)能力，它是由多個(gè)霧節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)霧節(jié)點(diǎn)都有著有限的存儲(chǔ)和計(jì)算能力。因此，單個(gè)的霧節(jié)點(diǎn)有時(shí)不能滿足本地邊緣服務(wù)器所發(fā)放的任務(wù)，此時(shí)就需要多個(gè)霧節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合工作。但是，如果對(duì)所有邊緣服務(wù)器所需要完成的任務(wù)都進(jìn)行無(wú)差別和無(wú)調(diào)度執(zhí)行，會(huì)造成霧節(jié)點(diǎn)任務(wù)分配不均勻，資源大量浪費(fèi)。有的霧節(jié)點(diǎn)多次連續(xù)執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，而有的霧節(jié)點(diǎn)分配不到任務(wù)因此處于待機(jī)狀態(tài)，這樣會(huì)造成部分節(jié)點(diǎn)損耗嚴(yán)重，部分節(jié)點(diǎn)完好如新，從而大大降低了霧計(jì)算整體的魯棒性和壽命。如果沒(méi)有一個(gè)合理的霧資源分配策略，霧計(jì)算架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)就不能體現(xiàn)出來(lái)[2]。同時(shí)，有時(shí)候同一時(shí)間可能有多個(gè)任務(wù)發(fā)布，此時(shí)合理的霧節(jié)點(diǎn)分配和任務(wù)調(diào)度就十分有必要。合理的霧計(jì)算資源調(diào)度不僅可以減少資源的損耗，同時(shí)也可以極大的提升任務(wù)的執(zhí)行效率。
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1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀
1.2.1 信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)備智能化越來(lái)越深入人心，物聯(lián)網(wǎng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越成熟，信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的具象物應(yīng)運(yùn)而生。信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是集采集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的一整套可以自主對(duì)所處環(huán)境進(jìn)行監(jiān)督的設(shè)備，在工業(yè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和交通等方面具有廣泛的應(yīng)用。
在工業(yè)方面，隨著工業(yè)4.0的提出，近些年工業(yè)自動(dòng)化和智能化發(fā)展迅速。胡飛等[4]針對(duì)機(jī)械制造加工車間多元異構(gòu)設(shè)備接口協(xié)議不一、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)格式語(yǔ)義不一造成的信息集成和設(shè)備互聯(lián)互通互操作難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，基于OPC統(tǒng)一架構(gòu) （OPC Unified Architecture, OPCUA），提出一種集OPCUA信息模型和OPCUA數(shù)據(jù)通信于一體的工業(yè)機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。蓋昊宇等[5]針對(duì)目前工業(yè)車間清潔度監(jiān)控中，只在硬件上增加了濾波器，而忽視了監(jiān)控信號(hào)的軟件過(guò)濾功能，存在著無(wú)線通訊丟包、測(cè)量結(jié)果誤差大等問(wèn)題。韓長(zhǎng)杰等[6]針對(duì)自動(dòng)移栽機(jī)工作狀況信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種移栽機(jī)工況信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使操作人員在作業(yè)過(guò)程中可以直觀的監(jiān)控移栽機(jī)作業(yè)情況。在此基礎(chǔ)上，韓鴻飛[7]以韓長(zhǎng)杰等設(shè)計(jì)的自動(dòng)移栽機(jī)為研究對(duì)象，研發(fā)出多類信息集成的移栽機(jī)作業(yè)信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。肖進(jìn)[8]針對(duì)齒輪磨損損傷的實(shí)時(shí)監(jiān)控問(wèn)題，構(gòu)建基于油液—振動(dòng)多源異質(zhì)信息的齒輪磨損損傷檢測(cè)系統(tǒng)。該項(xiàng)目以NI PXIe-4492型號(hào)數(shù)據(jù)采集卡為基礎(chǔ)，以PCB三軸加速度傳感器為核心，以可視化的潤(rùn)滑油—振動(dòng)檢測(cè)為目的，研究了一種新型的潤(rùn)滑油—振動(dòng)多源異質(zhì)信息處理體系結(jié)構(gòu)。
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第2章  列車車廂信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1 列車車廂信息采集系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
2.1.1 車廂環(huán)境監(jiān)測(cè)需求分析
物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，高速列車車廂環(huán)境的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息監(jiān)測(cè)依托于此應(yīng)運(yùn)而生，但是因?yàn)榘l(fā)展時(shí)間較短，目前的應(yīng)用與研究仍處于較低水平。主要原因在于車廂環(huán)境比較擁擠，所需監(jiān)測(cè)的信息較多且密集，而且大部分信息缺乏關(guān)聯(lián)。其主要原因是車廂內(nèi)環(huán)境復(fù)雜以及列車整體環(huán)境的特殊性。針對(duì)車廂環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題，利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建車廂內(nèi)環(huán)境信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)列車車廂環(huán)境和關(guān)鍵設(shè)備的信息采集，信息可視化以及數(shù)據(jù)的分析等需求。因此，為了提高列車車廂環(huán)境監(jiān)測(cè)的智能化程度，需要對(duì)列車行駛過(guò)程中車廂內(nèi)涉及到的多種環(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)獲得的信息進(jìn)行分析，進(jìn)一步提高信息數(shù)據(jù)的獲取效率，提高監(jiān)測(cè)效果。
2.1.2 基于霧計(jì)算的信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)
傳統(tǒng)的霧計(jì)算架構(gòu)是由云層、分布式霧層以及終端層組成的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[61, 62]。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在信息監(jiān)測(cè)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，車廂中的信息監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)量的大量增加，導(dǎo)致產(chǎn)生越來(lái)越多對(duì)時(shí)間延遲敏感性高和計(jì)算密集型的任務(wù)。霧計(jì)算技術(shù)的發(fā)展正好為此類問(wèn)題提供了很好的解決方法。相較于云計(jì)算來(lái)說(shuō)，霧計(jì)算作為更加靠近終端的網(wǎng)絡(luò)層，極大的減少了數(shù)據(jù)傳輸所帶來(lái)的帶寬壓力。參考傳統(tǒng)的霧計(jì)算架構(gòu)[63-66]構(gòu)建了一個(gè)適用于列車車廂信息監(jiān)測(cè)的基于霧計(jì)算的信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)。
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2.2 信息監(jiān)測(cè)終端設(shè)計(jì)
2.2.1 監(jiān)測(cè)終端核心開(kāi)發(fā)板選型
在選用數(shù)據(jù)采集終端的硬件時(shí)，要考慮到計(jì)算速度，外部擴(kuò)展設(shè)備能否滿足系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)要求，以及系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度。目前，市場(chǎng)上主流的嵌入式控制器多為MCU及ARM。由于MCU的處理能力相對(duì)于ARM處理器而言相對(duì)較差，因此MCU被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，但其對(duì)系統(tǒng)的性能需求并不高。ARM微處理器具有體積小，功耗低，性能好，成本低，并能與8位和16位的器件兼容。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)所要收集的數(shù)據(jù)非常龐大，而且還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將其傳輸?shù)皆贫?，因此，單靠單片機(jī)難以適應(yīng)。所以，本系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)選用ARM處理器，一是它能夠滿足工控應(yīng)用中對(duì)性能穩(wěn)定的基本需求，二是它擁有強(qiáng)大的擴(kuò)展能力和網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，三是它的運(yùn)算速度快，開(kāi)發(fā)周期短。
基于課題的需要以及對(duì)設(shè)備性能的要求，系統(tǒng)選用正點(diǎn)原子戰(zhàn)艦STM32F103ZET6型號(hào)的開(kāi)發(fā)板，該型號(hào)的開(kāi)發(fā)板是基于STM32F103ZET6核心板開(kāi)發(fā)的。STM32F103ZET6核心板的外形為65mm×45mm，采用A級(jí)PCB，沉金工藝制作，B2B板對(duì)接口，穩(wěn)固可靠，內(nèi)置架構(gòu)為大容量配置LQFP144，最高72MHz的主頻和M3的內(nèi)核，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)常用的核心板。圖5所示為STM32F103ZET6核心板實(shí)物圖。

信息系統(tǒng)與信息資源管理論文怎么寫(xiě)

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第3章 信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)資源調(diào)度策略優(yōu)化 ............................ 28
3.1 霧計(jì)算資源調(diào)度模型建立 ............................... 28
3.1.1 同一霧集群中的節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載均衡分配 .......................... 28
3.1.2 不同霧集群之間的任務(wù)調(diào)度 .................... 30
第4章 信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中任務(wù)調(diào)度優(yōu)化 ............................. 42
4.1 系統(tǒng)建模 ............................. 42
4.2 改進(jìn)人工蜂群算法融合模擬退火算法的設(shè)計(jì) ............... 43
第5章 信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)云平臺(tái)和顯示端界面設(shè)計(jì) ................................ 50
5.1 云平臺(tái)設(shè)計(jì) ............................ 50
5.1.1 OneNET云平臺(tái) .............................. 50
5.1.2 云平臺(tái)功能設(shè)計(jì) ................................. 51
第5章  信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)云平臺(tái)和顯示端界面設(shè)計(jì)
5.1 云平臺(tái)設(shè)計(jì)
5.1.1 OneNET云平臺(tái)
OneNET云平臺(tái)是一款以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)特征為基礎(chǔ)，構(gòu)建出來(lái)的開(kāi)放式平臺(tái)，它可以適配HTTP（舊版）、HTTP、EDP、Modbus、TCP透?jìng)骱蚏GMP等多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和協(xié)議類型，它可以對(duì)各類傳感器和智能硬件的快速接入進(jìn)行支持，同時(shí)還可以提供豐富的網(wǎng)絡(luò)接口和應(yīng)用模板，從而可以對(duì)各種行業(yè)應(yīng)用和智能硬件的開(kāi)發(fā)進(jìn)行有效地降低，從而達(dá)到對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域設(shè)備連接、協(xié)議適配、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)安全、大數(shù)據(jù)分析等平臺(tái)級(jí)服務(wù)的要求。
OneNET始終秉承開(kāi)放合作的態(tài)度，為所需要的用戶提供數(shù)據(jù)的上傳、存儲(chǔ)和可視化。借助于OneNET平臺(tái)的控制臺(tái)，可以完成設(shè)備的創(chuàng)建，建立多元數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從設(shè)備向云的傳輸。如圖46所示為控制臺(tái)首頁(yè)，通過(guò)這個(gè)控制臺(tái)可以來(lái)創(chuàng)建系統(tǒng)所需的云平臺(tái)服務(wù)器。

信息系統(tǒng)與信息資源管理論文參考

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結(jié)論
針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在列車車廂信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究，通過(guò)傳感器設(shè)備、STM32開(kāi)發(fā)板、無(wú)線通信技術(shù)、霧計(jì)算技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)搭建了一套適用于列車車廂環(huán)境監(jiān)測(cè)的物聯(lián)網(wǎng)信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)可視化技術(shù)搭建信息監(jiān)測(cè)顯示端微信小程序?qū)噹h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，極大的提高了乘客乘車的舒適性和安全性。主要的研究工作與成果如下所示：
1）通過(guò)分析信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及列車運(yùn)行過(guò)程中車廂內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)的必要性，確定基于霧計(jì)算的信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)，同時(shí)制定車廂內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)和關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集流程。并根據(jù)列車行駛過(guò)程中乘客對(duì)于舒適度以及安全性的需求設(shè)計(jì)信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)云平臺(tái)的功能。
2）搭建列車車廂信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息采集終端。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集終端的主要功能包括采集功能、處理功能和通信功能。信息采集功能采集車廂內(nèi)空氣環(huán)境以及關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，處理功能對(duì)采集到的信息進(jìn)行預(yù)處理，通信功能按照所使用協(xié)議對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝處理，并使用數(shù)據(jù)傳輸模塊將封裝好的數(shù)據(jù)發(fā)送到其他設(shè)備或云服務(wù)器中。
3）引入霧計(jì)算技術(shù)，利用人工蜂群算法作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了兩套可應(yīng)用于所搭建環(huán)境的霧計(jì)算資源調(diào)度策略。PGABC-PSO策略可應(yīng)用于整體列車環(huán)境的資源調(diào)度，IABC-SA策略適用于單個(gè)車廂內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)任務(wù)調(diào)度。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，PGABC-PSO相較于SJF-PSO、PGABC-R、HSF.ABC&PSO和MFO在時(shí)延上最高分別降低了31.25%、27.8%、27.8%和25.4%，在能耗上最高分別降低了9.7%、33.3%、32%和29.6%。IABC-SA相較于模擬退火、人工蜂群和粒子群執(zhí)行時(shí)間優(yōu)化上分別提升了11.1%、11.8%和12.5%；執(zhí)行成本優(yōu)化上分別提升了6.7%、4.4%和3.9%。
參考文獻(xiàn)（略）