物聯網技術在智能門禁系統中的應用分析

韋升文

（冠捷顯示科技 （廈門） 有限公司， 福建 廈門 361101）

物聯網 （Internet of Things） 技術主要以計算機為基礎系統， 聯合了射頻識別 （Radio Frequency I-dentification， RFID） 以及無線移動通信等各項技術。 各種設施的相互通信聯系， 有效地促進了智能化管理的實現。

隨著物聯網技術更深層次的發展， 眾多行業的發展方向都被其啟發和引導。 物聯網已應用于門禁系統的智能化建設， 智能門禁系統能夠有效地對通道進出權限進行科學合理的管理， 具有相應的監控、 查詢、 報警等功能， 有利于保障區域范圍的安全， 對某一區域進出口的安全防范具有至關重要的作用。

物聯網技術在智能門禁系統中的合理化應用，對該系統整體功能和使用效果的改善起到了非常重要的作用， 對該系統效能的提高具有十分重要的意義， 值得進一步研究分析。

1 物聯網技術的相關概況

我國物聯網的概念于1999 年提出， 當時中國科學院稱之為 “傳感網”， 主要是以RFID、 紅外感應器、 全球定位系統 （Global Positioning System，GPS） 等信息傳感設備， 通過信息傳遞并有效地執行相關命令， 將物品與互聯網進行連接， 從而實現信息資源的轉接以及通信， 實現智能化識別、 定位、 管理等功能。

由于應用了RFID、 無線數據通信等技術， 物聯網構建了能覆蓋所有事物的通信網絡[1]， 這樣使得所有物品都能在不受外界干擾的情況下進行相應的交流， 因而實現了物品的自動識別、 信息資源的關聯和共享。

在傳統思維中， 物理基礎設施與信息基礎設施被隔離開來， 物理基礎設施主要應用于機場、 公路以及建筑物， 而信息基礎設施則主要應用于數據中心 （Data Center）、 個人電腦等。 物聯網的概念創新了傳統的思維， 物聯網的發展應用將物理基礎設施與信息基礎設施連接到一起， 使其成為統一的基礎設施。

物聯網作為互聯網、 傳統電信通信網絡系統等的信息基礎， 能夠對被單獨尋找信息地址的常規物理目標進行通信聯系， 形成信息共享。 物聯網技術作為新型的高新技術， 具備一定的生命力， 具有特殊的創新性， 需將其與互聯網有效區分開來。 物聯網與互聯網之間既有相應的聯系， 又存在著一定的差異。 物聯網是互聯網的另一種延伸， 且得以廣泛地應用。

2 智能門禁系統的體系結構分析

智能門禁系統主要是將人與物、 人與事、 事與地等進行相應的關聯， 構建信息化的系統平臺， 對人、 設施設備、 地理及管理信息等共同連接關系進行統一的管理， 從而實現人、 物、 事三者的管理以及控制等。

在智能門禁系統結構中， 其電子信息分為物品信息和人員信息。 物品信息是監管物品系統中的基本特性信息， 譬如產地、 名稱等； 人員信息是監管物品系統中的對象信息， 譬如姓名、 崗位等。

在智能門禁系統中， 其RFID 系統主要用于管理相關編碼數據信息以及傳感器鑒別數據信息等，并將鑒別到的數據信息傳輸到Savant 系統中， 而Savant系統則是以分布式的形態， 有序地組織以及管理相關的數據信息資源。

Savant系統應裝置于各門禁入口， 各個層次中的Savant 系統收集以及保存RFID 的數據信息， 然后再與其他各個Savant 系統進行相應的交流。 當識讀器掃描到某一RFID 系統中的物品信息以及人員信息時， 收集到的數據信息就會傳輸到Savant 系統當中。 RFID 系統以及Savant 系統在所有流程中收集到的信息， 均為智能門禁系統的數據信息來源[2]。

智能門禁系統主要分為網絡節點信息管理、 人員信息管理、 智能決策、 工作情況管理以及系統后臺管理等子系統， 其中網絡節點信息管理主要是對門禁信息進行相應的增加、 修改、 刪除等； 人員信息管理是對人員信息資料進行注冊、 修改等； 智能決策則是對相應的物品信息進行驗證、 人員身份識別等。

智能門禁系統中對物聯網的應用有著比較鮮明的層次關系， 形成了感知層 （底層）、 網絡層 （中層）、 應用層 （高層） 3 個物聯網技術結構層次[3]。

1） 感知層作為初始的層次， 是數據感知與采集的重要核心部分。 從技術結構上來看， 感知層作為物聯網技術結構的最底層， 主要是對各項數據進行全方位的感知， 關鍵的感知技術包括檢測技術、傳感技術、 無線通信技術等。 根據相關的技術手段， 高效率地獲取數據信息， 并對信息進行互聯互通， 形成信息共享， 以實現對應的動作命令。

2） 網絡層作為物聯網技術結構的中間層， 主要是對各項數據信息進行傳送。 負責將感知層獲取的數據信息， 根據需求進行信息處理， 并安全傳送到應用層。 在智能門禁系統中， 物聯網技術的網絡層主要發揮提升信息運作能力以及強化網絡運作能力的基本作用， 實現數據信息遠距離有效傳遞。

3） 應用層作為物聯網技術結構的最高層， 其功能主要表現為： 利用計算機平臺進行信息處理，能夠行之有效地處理人機之間的問題， 這是智能門禁系統合理應用的具體表現， 技術發展的最終目的就是為了實現實際運用， 因此， 將物聯網技術與智能門禁系統兩者相結合， 能夠促進智能化系統的有效實現與全面運用。

3 物聯網技術在智能門禁系統中的關鍵技術

3.1 資源映射技術

在物聯網技術結構的3 個主要層次中， 感知層用于實現數據有效感知和采集， 通過數據的支持，實現傳感技術和信息網絡的結合， 完成節點資源映射， 并且將發出虛擬節點的系統請求指令完全映射到物理節點中[4]。

節點資源映射的主要算法有隨機算法、 貪婪算法、 Stress 模式算法等， 以下分別對3 種算法予以表述。

一是隨機算法， 它是3 種節點資源映射算法中最簡單的運算， 存在一定的優勢和不足， 運算以及操作都較為簡單， 但是對流量的分配有所欠缺， 并且節點映射沒有程序化， 不利于網絡環境的流暢。

二是貪婪算法， 它與隨機算法相比有所改進，實現了網絡節點資源堵塞的有效閃避， 促進了網絡環境的流暢， 但是存在無法接觸鏈路方面的不足。

三是Stress 模式算法， 它在一定程度上實現了平衡性的提高， 預防了節點最大Stress 值的異常情況出現， 總而言之， Stress 模式算法全面展示了網絡鏈路負載均衡的問題， 有效地維持了網絡拓撲負載的平衡。

3.2 數據封裝技術

智能門禁系統是采用RIFD 閱讀器對人員信息進行感知、 采集后， 通過網絡層將收集到的數據信息進行傳輸管理， 最終實現系統信息共享。 根據業務數據資源映射到封裝協議凈荷并填充形成數據包的方式， 對人員信息數據資源進行封裝。 數據封裝技術是一門要求較高的技術， 封裝過程中必須遵循相應的封裝技術程序， 才能實現數據結構體系構建的完整性。 在 XML 結構定義 （XML Schema Definition， XSD） 模式中， 數據封裝程序對相關元素進行了定義以及說明， 對不同的物品設置了不同的特定參數值。

3.3 硬件設計技術

智能門禁系統作為具有代表性的智能化案例，在市場上得到了廣泛運用。 在物聯網技術的基礎上， 為了最大化地實現智能門禁系統的功能和應用效果， 硬件設計技術是必不可少的環節。 本文通過以下3 個方面的內容對其進行分析。

3.3.1 內部網絡創設

將物聯網內部系統存在的互相獨立且具有差異的電氣設施通過相互通聯， 構建成為系統性的局域網絡， 稱為內部網絡， 要求保證內部網絡的電氣設備具有集約化的管理體系。

感知層設計是整個內部網絡創設的主要內容，對于數據資源的采集、 設施的有效管理、 數據的準確運輸等功能的應用則是設計的關鍵環節。

在大多數情況下， Zigbee 無線傳輸系統是物聯網技術內部網絡設計中使用頻率最高的系統手段，是一種低速短距離傳輸的無線網上協議， 具有重要意義。 一方面， Zigbee 無線傳輸系統具有高速工作頻率的自組網通信技術， 在內部網絡的版塊區域當中， 能夠實現節點查找， 并且在節點查找的基礎上， 能迅速地創建另一個具備新特征的Zigbee 網絡； 另一方面， Zigbee 無線傳輸系統的經濟成本相對較低， 且運作情況相對穩固， 能夠在智能化系統中有效地實現網絡動態化管理。

3.3.2 外部網絡設計

主要利用了相對科學、 先進的全球移動通信系統 （Global System for Mobile Communications， GSM）/通用分組無線服務 （General Packet Radio Service，GPRS） 技術。

首先， 在GSM/GPRS 技術的基礎上， 能夠對外部互聯網網絡和智能系統內部網絡形成一種重連，還可以對內部的各項電氣設施實行遠距離的操作和掌控， 有利于對電氣設施進行整體、 實時的監控以及掌握。

其次， 利用GSM/GPRS 技術， 在電氣設施出現問題或發生故障時， 可以根據系統所提供的數據信息， 迅速地對故障進行排查、 定位以及應急處理。

最后， 通過向網間連接器發信息的方式， 進行相應的紅外線布防、 撒防措施設置， 當內部人員活動不足時， 可以采用紅外線檢測措施進行布防； 當有內部人員活動參與時， 紅外線檢測措施便即刻停止運作。

3.3.3 網間連接器設計

主要應用于智能門禁中， 是將外部網絡與內部Zigbee 網絡進行有效地連接， 從而實現計算機系統或設備的網絡轉換。 在兩者連接過程中， 承擔服務器的職責， 對用戶執行的控制命令數據信息進行獲取， 對所獲取的數據信息進行重新整理、 分析， 并做出相應的判斷[5]。

4 結束語

現階段， 在經濟快速發展的背景下， 我國已經步入互聯網信息時代， “互聯網+” 已經融入人民群眾日常生活之中， 成為生活中不可或缺的一部分。物聯網作為互聯網、 傳統電信網等的信息承載體和新興技術體系， 是科技進步的重要體現。 物聯網技術的發展其實就是對互聯網技術的進一步創新與完善， 是對互聯網優點的延伸。

物聯網技術能夠有效地促進智能門禁系統的智能化水平， 在智能門禁系統中的應用為人民群眾帶來了便利。 因此， 要大力推動物聯網全面發展戰略， 對物聯網資源映射、 數據封裝， 硬件設計等技術進行科學合理的研究與開發， 進一步完善物聯網技術， 更好地服務人民群眾。