CN102263800A - 基于云计算构建的地理信息物联网系统及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于云计算的射频识别和移动通信设备构建地理信息物联网系统。采用射频识别技术和全球卫星定位技术，利用移动通信设备终端，可以迅速的部署无线移动通信网络，解决传统固网需要布线的缺陷。移动通信设备终端在可通信区域内，自动感知任何进入感知区域的具有射频自动识别电子标签的可移动物体，智能自动采样物流信息。采集后的数据接入物联网，成为物联网数据的一部分。解决了物联网中的移动物体定位信息是滞后的，高延迟的。本发明则可以在任何时间，都可以实时的定位移动物体当前的最新地球地理位置信息。
Description
技术领域
本发明涉及计算机网络技术领域，尤其是涉及一种利用基于云计算的射频识别和移动定位物联网系统，及其在物流管理中的应用。
背景技术
物联网是在计算机互联网的基础上，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
现存的物流定位和追踪技术是基于手工采样，采样后的数据信息不能自动为互联网共享。对物流采样的技术，现在也基本是依靠部署固网，即固定的地点，固定的网络设备采集特定的物流信息，而在一些极端的环境下如偏远的地方，路况复杂的地形环境下，物流信息则因为不能部署网络而无法采样物流数据，导致物流信息的缺失。
射频识别(RFID)技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是目前比较先进的一种非接触识别技术。典型的射频识别系统包括电子标签、读写器以及数据交换系统等它可以实现多目标识别和运动目标的识别。以射频识别系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比互联网更为庞大的物联网。
全球定位系统GPS(Global Positioning System，)是一套具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过十多年全球众多专业部门的使用表明，GPS具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点。如今，全球定位系统客户端接收器体积不断缩小，客户端的精确度越来越高，甚至已经出现在一些高端手机、笔记本电脑等电子产品中。目前很多移动通信设备终端都提供全球定位系统支持，因此系统可利用全球定位系统移动通信设备终端进行定位。
云计算是一种新兴的共享基础架构的方法，可以将巨大的系统池连接在一起以提供各种计算服务。云计算被视为“革命性的计算模型”，“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等。云计算将所有的计算资源集中起来，并由软件实现自动管理，无需人为参与。这使得应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。因为它使得超级计算能力通过互联网自由流通成为了可能。企业与个人用户无需再投入昂贵的硬件购置成本，只需要通过互联网来购买租赁计算力。
现存的物流定位和追踪技术是基于非射频识别(RFID)技术的，物流采样后的数据信息不能为互联网共享。正是因为采取非RFID和全球定位系统技术，所采样的物流数据是断续，不连续的，也不是实时的，更不能数字化在电子地图上利用图形图像技术直观形象的绘制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于云计算的射频识别和移动通信设备构建地理信息物联网系统。
本发明的另一个目的在于提供一种该物联网系统在物流管理中的应用。
本发明的物联网系统主要包括：
(1)移动物体贴有射频识别电子标签；
(2)移动物体通过射频识别电子标签被全球定位系统移动通信设备终端识别、定位；
(3)全球定位系统将定位移动物体的以消息报文形式发送给物联网数据管理中心；
(4)物联网数据管理中心立即建立射频识别移动物体与全球定位系统移动通信设备终端的关联路由表；
(5)用户通过与物联网相连移动终端第一次查询射频识别移动物体时，与物联网数据管理中心，建立网络数据传输连接，用户从物联网数据管理中心获得所要查询的射频识别移动物体当前对应的全球定位系统移动通信设备终端；
(6)用户的移动终端设备与全球定位系统移动通信设备终端进行M2M(Mobile to Mobile)数据交换传输，实时的向全球定位系统移动通信设备终端请求射频识别移动物体的地球地理(GIS)经纬度信息，全球定位系统移动通信设备终端则返回所请求的射频识别移动物体的地球地理经纬度GIS信息。
本发明中所述的RFID移动物体可以是一个贴有射频识别电子标签的快递包裹、信封、车、船、人或产品。
本发明中所述的移动终端设备可以是手机，PDA、电脑等移动通信设备。
本发明另一个目的是提供一个具体的实例，在邮递包裹的应用。
本发明基于射频识别(RFID)技术和全球定位系统卫星定位技术，采用移动通信设备终端，可以迅速的部署无线移动通信网络，解决传统固网需要布线的缺陷。移动通信设备终端在可通信区域内，自动感知任何进入感知区域的具有RFID电子标签的可移动物体，智能自动采样物流信息。采集后的数据接入互联网，成为互联网数据的一部分。
传统物联网中的移动物体定位信息是滞后的，高延迟的。本发明则可以在任何时间，都可以实时的定位移动物体当前的最新地球地理位置信息。
具有物联网应用的GIS定位服务，基本上都是采用文本描述的情形，即，服务器数据中心只是告诉查询用户，移动物体在某一时间所处位置的基于文本的文字描述。而本专利则在电子地图上实时，直观的描绘出移动物体的地球地理位置细腻，给用户最直观的结果。
传统物流网络中的物流信息被采样后，通常都通过有线网络交回集中式的服务器或者大型服务器集群，然后对外提供数据查询访问等数据服务。这样的系统，稳定性和可扩展性极差。而本专利则使用分布式的M2M计算模型，把尽可能多的计算任务交由每个物联网网路结点完成，大大提高系统的可扩展性和容错性。也相应提高了整个系统的稳定性。提高了计算性能。实现在物流网中，M2M的查询RFID电子标签移动物体的实时地理位置。初步利用云计算概念模型解决物联网中物体移动和路由问题。
附图说明
图1为本发明物联网的流程示意图。
图2为本发明云计算的流程示意图。
具体实施方式
实例1：
在任何可移动物体上粘贴射频识别(RFID)电子标签，比如快递包裹，行驶的车辆，信封，移动的人，生产线上的产品等，全球定位系统移动通信设备终端于RFID移动物体处于可通信区域范围内，全球定位系统移动通信设备终端利用物理射频技术，感知到RFID移动物体进入到信号覆盖范围内，此时，全球定位系统移动通信设备终端认为RFID移动物体可以定位了。然后全球定位系统移动通信设备终端启动全球定位系统端系统软件，操纵本地全球定位系统移动通信设备获得地球卫星对于该设备所处位置经纬度的实时定位数据信息。
全球定位系统移动通信设备终端获得当前的地球地理经纬度等GIS数据后，把经纬度GIS信息、RFID电子标签信息和时间刻度T值等可选项数据以一定的协议格式封装成特定的消息报文形式，通过GPRS与物联网数据管理中心建立网络连接，进行网络数据的I/O。
物联网数据管理中心得到消息报文信息后，按照协议格式解析信息的内容，分析获得RFID电子标签数据、时间刻度T、经纬度GIS信息、全球定位系统移动通信设备终端网络地址等信息，然后为这些数据根据RFID电子标签值，在后台运行的数据库中建立路由表。
当用户第一次发出位置查询请求时，不管是移动终端用户和PC用户，都首先访问物联网数据管理中心。
物联网数据管理中心根据用户提交的RFID电子标签返回给用户路由表。
用户得到路由表后，知道了当前自己要查询的RFID移动物体和哪一个全球定位系统移动通信设备终端对应，然后，用户的终端设备就直接M2M的与全球定位系统移动通信设备终端建立链路，进行数据服务的交互。
RFID移动物体被一个全球定位系统移动通信设备终端在Ti时刻感知后，经过若干时间段t，离开前驱全球定位系统移动通信设备A，进入后继全球定位系统移动通信设备终端B的区域，全球定位系统移动通信设备终端B立即将RFID移动物体的进入状况以消息报文报告物联网数据管理中心。
在T(T≥Ti+t)时刻，RFID一同物体已经从GPS Device(A)路由到GPSDevice(B)，但对于用户来说，用户没有察觉到RFID移动物体所对应的全球定位系统移动通信设备终端已经发生改变。仍然错误的认为RFID移动物体仍然和GPS Device(A)“在一起”，用户再次发起对RFI D移动物体的位置查询。但GPS Device(A)已经无法感知到RFID移动物体了，因此，GPSDevice(A)向用户User发出重定向消息报文，告诉用户“RFID移动物体不在我的区域，请查询数据管理中心”。
用户收到GPS Device(A)的重定向消息报文后，立即重新访问物联网数据管理中心，请求获得更新后的RFID移动物体所对应的GPS移动通信设备终端。
物联网数据管理中心接受用户的服务请求，返回更新的RFID移动物体路由表给用户。
用户接受到物联网数据管理中心返回的更新后的RFID移动物体路由表后，解析该路由表，得知最新的情况是：RFID移动物体关联的GPS设备发生改变，最新关联RFID移动物体的是GPS Device(B)，于是，用户根据GPSDevice的网络地址，与其建立链接，进行M2M网络通信。
用户每一次获得RFID移动物体的地球经纬度后，系统软件基于GoogleMap(Google地图)技术，在电子地图上利用经纬度信息绘出当前RFID移动物体的地理位置，使得用户可以很直观的查看到RFID移动物体的位置。
实例2：
RFID移动物体进入物联网后，RFID移动物体作为“云点”进入了云。在此后的一段时间间隔内，RFID移动物体作为一个“云点”从属于该云。物联网由无限多个云组成，每个云有一个中心结点，在系统架构中，云的中心结点称为“云心”，GPS移动通信设备终端则作为一个云的“云心”。当云点进入云后，被云心智能感知云点的进入和存在；当云点离开前驱云A进入后继云B时，云点迭代的被后继云B感知。
每一个云的云心是一个GPS移动通信设备终端，该终端接入地球卫星，获得该云的地球地理经纬度等GIS数据信息，所以系统便可获得该云云心的地理经纬度等GIS地球地理数据信息，同时因为每一个云的云点从属于一个云，云的区域范畴覆盖了云点，而云的位置由云心定位，那么，系统也就确定了云中各个云点的地球地理经纬度等GIS数据信息。
云心同时担当另外两项操作任务：①向物联网中部署的物联网数据管理中心报告RFID移动物体与GPS移动通信设备终端的关联映射索引信息。②同其他移动通信设备进行M2M的数据通信传输。
体系架构中，每一个进入物联网中的RFID移动物体，在时间序列Tn内，隶属于对应的GPS移动通信设备终端。即一个云的云心(GPS移动通信设备终端)，在一定的时间片段内，与云点(RFID移动物体)存在映射关系，直到云点(RFID移动物体)离开当前云，进入下一个云截止，这是一个RFID移动物体作为一个云点在一个云中的生命周期。一个GPS移动通信设备可以对应多个RFID移动物体，即一个云可以拥有若干个云点，一个云只有一个云心，云心与云点的关系是一对多的映射关系。
进入物联网中的每一个RFID移动物体，在时间序列Tn内，将完成一个路由表。路由从RFID移动物体的初始地址出发，在Tstart时间点开始，到达最终目的地址，Tend时间结束。如表1所示。
如表1所示，对于任一给定的RFID移动物体在时间刻度Tstart进入物联网后，在时间t(Ti≤t＜Ti+1)内，系统认为该RFI D移动物体对应于GPS移动通信通信设备：GPS Device(i)，GPS Device(i)处于移动通信网络中，GPSDevice(i)接入GPS卫星，可以获得所处地理位置的地球经纬度，因此，也就获得了RFID移动物体的地球地理经纬度数据GIS(Xi，Yi)，处于物联网中的RFID移动物体也就有了精确的GIS信息。
RFID移动物体在不同的时间序列Ti，经过时间间隔t，从前驱GPS移动通信设备终端进入下一个后继GPS移动通信设备，RFID移动物体在不同GPS移动通信设备的每一次的切换过程中，系统记录Ti和GPS移动通信设备GPSDevice(i)的映射关系：Ti～GPS Device(i)，形成表数据信息，系统维护这样的表数据信息，就形成了RFID移动通信物体在开始时间Tstart进入物联网，到时间Tend结束物联网中的路由的完整路由表信息。在这个路由表中，每一个时间片段t(t＝Ti+1-Ti)内，映射对应唯一的GPS Device(i)，GPS Device(i)确定的GIS(Xi，Yi)地球卫星定位数据信息，从而确定RFID移动物体的地球地理位置。
用建立的云的模型重新解释RFID移动物体在物联网中的路由表：RFID移动物体进入云后，被云的云心(GPS移动通信设备终端)感知，在时间区间[Ti，Ti+1)成为云的云点Cloud-Point，时间区间[Ti，Ti+1)就是Cloud-Point在C0的生命周期。在时间区间[Ti，Ti+1)内，C0的云心向物联网数据管理中心报告云点(RFID移动物体)的进入情况，在这一生命周期内，物联网数据管理中心建立云点(RFID移动物体)与云心(GPS移动通信设备终端)的索引路由表项，路由表项记录了云点(RFID移动物体)，云心和时间刻度Ti的值。当RFID移动物体成在云的生命周期，在时间刻度Ti+1进入下一个云C1后，迭代完成上述操作。
GPS移动通信设备终端与移动通信设备终端P2P数据交互。系统架构中，每一个GPS移动通信设备终端在物联网中，均有一个唯一确定的网络地址：GPS Device Address。在时间区间[Ti-1，Ti)，GPS Device(i-1)确定，GPS DeviceAddress也随之确定，因此，通过移动通信网络，普通的移动通信设备终端用户即可根据网络地址与GPS移动通信设备终端建立通信链路，进行M2M数据交互。
RFID移动物体进入云后，云心感知RFID移动物体，然后向物联网数据管理中心提交消息报告，报告中包含RFID移动物体的电子标签、云(GPS移动通信设备终端)的网络地址、感知到RFID移动物体进入云的时间刻度Ti，物联网数据管理中心收到这条消息报告后，立即根据RFID移动物体的电子标签建立云心(GPS移动通信设备终端)，时间戳Ti的关联索引信息。当移动用户或者传统PC用户访问请求RFID移动物体当前地球地理位置时，首先从物联网数据管理中心获得该RFID移动物体当前对应的GPS移动通信设备终端，此后，移动用户或者传统PC用户直接与GPS移动通信设备终端，建立链路连接，进行M2M的定位数据查询交换传输。
RFID移动物体路由表
| Tstart | T1 | T2 | … | Tn-1 | Tend |
| GPS Device(0) | GPS Device(1) | GPS Device(2) | … | GPS Device(n-1) | GPS Device(n) |
| GIS(X0，Y0) | GIS(X1，Y1) | GIS(X2，Y2) | … | GIS(Xn-1，Yn-1) | GIS(Xn，Yn) |
应用例：
邮寄过程中，每个包裹和一个具有GPS功能的移动通信设备终端：GPS设备，部署在一个可通信区域内。例如，包裹在高速公路的长途运输过程中，在每辆包裹运送车辆上，在此车的车厢内部署一个GPS设备，车厢中有若干贴有RFID电子标签的包裹。GPS Device借助于辅助的RFID阅读器等中间设备，感知到车厢内的包裹信息，并把相关信息以特定协议报告系统部署的物联网数据管理中心。在这个过程中，经过复杂的系统处理，即便在包裹移动的过程中，通过GPS设备也可以实时定位和追踪包裹的位置信息，并最终在查询的用户的终端设备上，将GPS定位信息在电子地图上(如Google Map，谷歌电子地图)上绘制。
Claims (5)
1.一种基于云计算的射频识别和全球定位移动通信设备构建的地理信息物联网系统，主要包括：
(1)移动物体贴有射频识别电子标签；
(2)移动物体通过射频识别电子标签被移动通信设备终端识别、定位；
(3)全球定位系统将定位移动物体的以消息报告形式发送给物联网数据管理中心；
(4)物联网数据管理中心立即建立射频识别移动物体与移动通信设备终端的路由表；
(5)用户通过与物联网相连移动终端第一次查询射频识别移动物体时，与物联网数据管理中心，建立网络数据传输连接，用户从物联网数据管理中心获得所要查询的射频识别移动物体当前对应的移动通信设备终端；
(6)用户的移动终端设备与移动通信设备终端进行数据交换传输，实时的向移动通信设备终端请求射频识别移动物体的地球地理经纬度信息，移动通信设备终端则返回所请求的射频识别移动物体的地球地理经纬度信息。
2.按照权利要求1所述的物联网系统，其特征在于，所述的射频识别移动物体可以是一个贴有射频识别电子标签的快递包裹、信封、车、船、人或产品。
3.按照权利要求1所述的物联网系统，其特征在于，所述的移动终端设备可以是手机，掌上电脑、电脑或其它移动通信设备。
4.按照权利要求1所述的物联网系统，其特征在于，将移动通信设备终端、射频识别移动物体等计算通信设备，放置于云模型中，以云计算模型进行计算处理。
5.权利要求1所述的物联网系统的在邮寄包裹的应用。
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