1.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述
物聯(lián)網(wǎng)的概念最初是在20世紀(jì)90年代提出來的，最初的設(shè)想是實(shí)現(xiàn)“物-物互聯(lián)”，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，獲取信息的方式已經(jīng)逐步從單一模式的人工生成向自動(dòng)獲取的模式發(fā)展。RFID技術(shù)、各類傳感器日益成為自動(dòng)獲取信息的主要手段，輔助人們實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的感知、測(cè)量和監(jiān)控周圍世界。互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用又使物聯(lián)網(wǎng)從最初的電子標(biāo)簽、傳感器等通過Internet互聯(lián)起來，逐漸發(fā)展成目前的設(shè)備多樣化、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多樣、感控結(jié)合、集成各種特定的智能處理模式，實(shí)現(xiàn)了物理世界和信息世界的交互融合。德國提出的“工業(yè)4.0”將信息互聯(lián)技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)制造相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械之間的數(shù)字互聯(lián)和信息交流，本身就可以看作是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸。
物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)實(shí)中的海量終端物體（RFID設(shè)備、傳感器和智能終端等）通過感知環(huán)境和互聯(lián)網(wǎng)連接起來，形成了一種新型的應(yīng)用范式，代表了現(xiàn)實(shí)的物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界的雙向融合。第一，通過傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)等將物理世界的數(shù)據(jù)信息化、數(shù)字化，使信息易于在網(wǎng)絡(luò)中傳輸、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用，然后通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳播和共享，最后應(yīng)用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)“從物到人”的應(yīng)用過程；第二，用戶或智能終端應(yīng)用軟件監(jiān)測(cè)和管理網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的信息，并通過網(wǎng)絡(luò)控制向可被識(shí)別的傳感器節(jié)點(diǎn)和可以控制的嵌入式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了“從人到物”的過程。
物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，圖1為物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)圖。感知層主要完成信息的采集、轉(zhuǎn)換、收集和執(zhí)行某些操作；網(wǎng)絡(luò)層包括了各種接入網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)將感知層獲取的信息可靠地傳輸給處理中心和用戶；應(yīng)用層有效利用感知和傳輸來的信息，進(jìn)行智能化的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程物理設(shè)備的管理、控制和應(yīng)用。
圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)圖
1.1 感知層關(guān)鍵技術(shù)
感知層可以細(xì)分為感知子層和通信子層：感知子層不具備通信的能力，僅僅通過傳感器、智能裝置、RFID可識(shí)別條碼、執(zhí)行器等實(shí)現(xiàn)物理世界信息的收集、識(shí)別和智能控制；通信子層可以通過通信模塊直接與異構(gòu)網(wǎng)關(guān)交換信息，也可以通過傳感網(wǎng)、工業(yè)總線、小型無線網(wǎng)絡(luò)等擴(kuò)展通信范圍，然后再與異構(gòu)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信息交換。
1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(WSN)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線電通信形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域里被監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息（如光強(qiáng)、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等），并通過嵌入式系統(tǒng)對(duì)采集的這些信息進(jìn)行分析處理后以無線的方式發(fā)送給觀察者。其結(jié)合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor node)和匯聚節(jié)點(diǎn)(sink node)兩類。傳感器節(jié)點(diǎn)在對(duì)所探測(cè)到的信息進(jìn)行初步處理之后，以多跳中繼的方式將其傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，然后通過衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等方式到達(dá)最終用戶所在的管理節(jié)點(diǎn)。
傳感器節(jié)點(diǎn)通常是一個(gè)微型的嵌入式系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和電源管理單元等四個(gè)部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。傳感器模塊主要由傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及其外圍電路組成，用于將采集的量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸?shù)教幚砥髂K進(jìn)行處理。處理器模塊主要提供傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)議棧的支持，并負(fù)責(zé)對(duì)收到的數(shù)據(jù)做相應(yīng)的處理，進(jìn)行緩存和轉(zhuǎn)發(fā)。無線通信模塊用于和其他節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和消息傳輸，目前常用的無線傳輸技術(shù)有ZigBee和WiFi技術(shù)。電源管理模塊主要用于電池電量的管理。
圖3 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成結(jié)構(gòu)圖
1.1.2 RFID(Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別)技術(shù)
RFID也稱電子標(biāo)簽，是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，是一種可通過無線射頻信號(hào)的方式在無需閱讀器與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸的情況下識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)信息的無線通信技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)中，RFID系統(tǒng)工作在感知層和網(wǎng)絡(luò)層，用于完成識(shí)別、傳輸、共享信息等功能。RFID工作在低頻、中高頻、超高頻和微波四個(gè)不同的頻段：125-134.2kHz 的低頻頻段具有透水、有機(jī)組織和木材的特性；13.56MHz的中高頻頻段采用電感耦合方式，適合近距離應(yīng)用；860-928MHz的超高頻頻段和2.45-5.8GHz的微波頻段適合視距傳輸?shù)男枰?/div>
一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)包含RFID讀寫器、RFID電子標(biāo)簽和數(shù)據(jù)信息應(yīng)用中心，可以實(shí)現(xiàn)在光學(xué)不可見、無直接接觸、無人工干預(yù)情況下識(shí)別物體、讀寫相關(guān)信息以及將相關(guān)信息發(fā)送到數(shù)據(jù)中心共享等功能。RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 RFID系統(tǒng)組成
RFID系統(tǒng)三部分共同協(xié)作完成RFID系統(tǒng)中一次信息的傳輸、交換和管理。首先，RFID 讀寫器通過射頻模塊中的讀寫器天線將無線電載波信號(hào)發(fā)射出去，在RFID讀寫器周圍形成一個(gè)有效識(shí)別范圍，當(dāng)RFID標(biāo)簽(無源RFID標(biāo)簽)進(jìn)入RFID讀寫器的識(shí)別范圍內(nèi)時(shí)，RFID標(biāo)簽被激活，通過RFID天線發(fā)出的電池波獲取能量，RFID標(biāo)簽通過 RFID標(biāo)簽內(nèi)的天線模塊將RFID標(biāo)簽信息發(fā)送出去；然后RFID讀寫器天線接收到這個(gè)射頻信號(hào)，進(jìn)行解碼并識(shí)別出有效信息，然后根據(jù)程序設(shè)定進(jìn)行處理；最后RFID讀寫器將經(jīng)過處理模塊處理的數(shù)據(jù)傳輸至RFID數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)，以用于用戶獲取信息。有源 RFID標(biāo)簽的工作原理與無源RFID標(biāo)簽有些不同。有源RFID標(biāo)簽可以主動(dòng)或者不主動(dòng)發(fā)送信息，當(dāng)有源RFID標(biāo)簽接收到RFID讀寫器發(fā)送的讀寫指令時(shí)，RFID標(biāo)簽才向RFID讀寫器發(fā)送存儲(chǔ)的標(biāo)識(shí)信息。
1.2 網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)是現(xiàn)有廣泛應(yīng)用的Internet和移動(dòng)通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)不僅需要遠(yuǎn)距離的通信，而且需要實(shí)現(xiàn)“物物相連”，綜合運(yùn)用成熟的遠(yuǎn)距離有線、無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、WiFi、2G/3G/4G移動(dòng)通信技術(shù)、IPv6技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了有線與無線通信相結(jié)合。
互聯(lián)網(wǎng)基于一些共同約定的通信協(xié)議，通過路由器與公共互聯(lián)網(wǎng)相連，以信息資源的交流為目的，采用目前流行的客戶機(jī)/服務(wù)器的工作模式，廣泛使用TCP/IP協(xié)議。接入互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，凡是使用TCP/IP協(xié)議的，都可以與互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。
在移動(dòng)通信網(wǎng)中，當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的有3G、WiFi和WiMAX。3G是第四代支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通信技術(shù)，綜合了蜂窩、集群、無繩、移動(dòng)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星通信等多種移動(dòng)通信系統(tǒng)的功能，同時(shí)兼容固定電信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供語音服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)；WiFi是由接入點(diǎn)AP(Access Point)和無線網(wǎng)卡組成的無線通信網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)各種便攜設(shè)備在局部區(qū)域內(nèi)的高速無線連接或接入局域網(wǎng)；WiMAX即全球互聯(lián)微波接入，也稱802.16無線城域網(wǎng)，是一種無線城域網(wǎng)接入技術(shù)，覆蓋范圍較廣，適合較遠(yuǎn)距離的無線傳輸。
1.3 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層軟件根據(jù)用戶需求進(jìn)行編寫，符合特定行業(yè)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和用戶特殊功能的物聯(lián)網(wǎng)直接應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的處理和人機(jī)界面交互，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的功能和行為的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層軟件一般可分為兩部分：運(yùn)行于服務(wù)器端的服務(wù)器軟件和運(yùn)行于客戶端的客戶端軟件，在TCP/IP協(xié)議體系中的TCP協(xié)議基礎(chǔ)上，當(dāng)客戶端和服務(wù)器都支持相同的HTTP協(xié)議時(shí)，依照HTTP協(xié)議可以簡(jiǎn)單靈活地實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間無連接、無狀態(tài)的通信。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)涉及操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)、云計(jì)算、軟件運(yùn)營服務(wù)模式、數(shù)據(jù)挖掘、中間件技術(shù)、人工智能等相關(guān)技術(shù)。
2. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在武器裝備全壽命周期健康管理中的應(yīng)用
隨著各種大型復(fù)雜武器系統(tǒng)性能的不斷提高及系統(tǒng)組成的復(fù)雜性不斷增加，各種信息技術(shù)和智能技術(shù)被廣泛應(yīng)用其中，使復(fù)雜裝備的可靠性、維修性、故障預(yù)測(cè)與診斷及維修保障等問題日見突出。目前，對(duì)大型武器系統(tǒng)的維護(hù)仍然以定期維護(hù)和預(yù)防性維修為主，采用多、勤、細(xì)來保障系統(tǒng)可靠性及正常任務(wù)的完成。傳統(tǒng)的維修保障模式是以耗費(fèi)大量人力、物力與財(cái)力為代價(jià)的，并且效率低下。隨著復(fù)雜武器裝備遂行任務(wù)的日益增多，新的基于狀態(tài)的視情維修（Condition Based Maintenance, CBM）開始得到研究與應(yīng)用，其后勤保障規(guī)模小、效率高及預(yù)知性好等優(yōu)勢(shì)開始顯露頭角，也就推動(dòng)了以CBM為基礎(chǔ)的故障預(yù)測(cè)與健康管理的研究與發(fā)展。
作為適應(yīng)21世紀(jì)高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的自主后勤保障系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，目前美國軍隊(duì)正積極研發(fā)對(duì)未來信息化后勤發(fā)揮關(guān)鍵作用的信息化后勤裝備及系統(tǒng)，將大量PHM技術(shù)應(yīng)用于武器裝備保障領(lǐng)域用于降低維修、使用和維護(hù)保障費(fèi)用，提高復(fù)雜裝備的可靠性和戰(zhàn)斗力，從而實(shí)現(xiàn)武器裝備的根本轉(zhuǎn)型，這里面就包含了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。因此如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改進(jìn)PHM系統(tǒng)，使得后勤指揮系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)了解所有的作戰(zhàn)后勤信息，準(zhǔn)確預(yù)見作戰(zhàn)部隊(duì)的各種后勤需求，是當(dāng)前我軍維修保障亟需解決的問題
2.1 武器裝備全壽命周期健康管理（PHM）系統(tǒng)
故障預(yù)測(cè)用于預(yù)先診斷部件或系統(tǒng)完成其功能的狀態(tài)，包括確定部件的殘余壽命或正常工作的時(shí)間長(zhǎng)度；狀態(tài)管理根據(jù)診斷、預(yù)測(cè)信息、可用資源和使用需求對(duì)維修活動(dòng)做出適當(dāng)決策的能力。PHM綜合考慮上述兩個(gè)方面功能，利用各種傳感器在線監(jiān)測(cè)、定期巡檢和離線檢測(cè)相結(jié)合的方法，廣泛獲取設(shè)備狀態(tài)信息，借助各種智能推理算法（物理模型、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)融合、模糊邏輯、專家診斷系統(tǒng)等）來評(píng)估設(shè)備本身的健康狀態(tài)；在系統(tǒng)發(fā)生故障之前，結(jié)合歷史工況信息、故障信息、試車信息等多種信息資源對(duì)其故障進(jìn)行預(yù)測(cè),并提供維修保障決策及實(shí)施計(jì)劃等以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的視情維修。
PHM是機(jī)內(nèi)測(cè)試和狀態(tài)監(jiān)測(cè)能力的拓展，是從設(shè)備級(jí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷到系統(tǒng)級(jí)綜合診斷與狀態(tài)管理的轉(zhuǎn)變，其目的是減少維修耗費(fèi)、增加戰(zhàn)斗完好率和實(shí)現(xiàn)自主式保障。其中引入故障預(yù)測(cè)來預(yù)知、識(shí)別和管理故障的發(fā)生。裝備故障預(yù)測(cè)與健康狀態(tài)管理解決方案是狀態(tài)監(jiān)控、健康評(píng)估、維修決策支持和規(guī)劃及控制的綜合學(xué)科，如圖5所示的復(fù)雜武器系統(tǒng)健康指標(biāo)體系。有效的故障預(yù)測(cè)與健康管理解決方案包含4個(gè)主要步驟:：（1）量度關(guān)鍵的系統(tǒng)使用參數(shù)；（2）確定反常狀態(tài)及預(yù)測(cè)初始故障；（3）確定達(dá)到最佳工作效果的維修活動(dòng)；（4）計(jì)劃與控制維修工作。
圖5 復(fù)雜武器系統(tǒng)健康指標(biāo)體系框圖
PHM系統(tǒng)組成主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容：
1）開放體系結(jié)構(gòu)（Open System Architecture for CBM,OSA-CBM）
OSA-CBM標(biāo)準(zhǔn)體系由美國海軍出資組建的工業(yè)研究小組進(jìn)行研究和驗(yàn)證，賓夕法尼亞州的應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室和機(jī)械信息管理開放系統(tǒng)聯(lián)盟等也為此做出了貢獻(xiàn)。目前，該體系結(jié)構(gòu)已在包括美軍海軍艦船、民用車輛、飛機(jī)以及其他工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得到驗(yàn)證，并被成功用于指導(dǎo)構(gòu)建實(shí)際應(yīng)用的PHM系統(tǒng)。
2）分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)
復(fù)雜裝備的地域分布廣，綜合保障要求高，實(shí)施多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元的綜合診斷與系統(tǒng)的健康管理是必不可少的。分布式網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)平臺(tái)為其實(shí)現(xiàn)提供了可行性途徑。PHM的體系結(jié)構(gòu)定義了分布式、松散型和異地協(xié)同工作的柔性網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。PHM網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)一般采用是基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的三層瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模型，建立三級(jí)系統(tǒng)模型:數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)、SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及Web服務(wù)器。在B/S結(jié)構(gòu)下，客戶端只需要安裝瀏覽器及相關(guān)的協(xié)議軟件，即可瀏覽器訪問服務(wù)器，軟件的開發(fā)、維護(hù)與升級(jí)只需在服務(wù)器端進(jìn)行，減少了系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)的周期與費(fèi)用。B/S模型結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理與用戶管理的更大的靈活性與開放性。
(3)模塊化功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：
PHM的開放式體系結(jié)構(gòu)和分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)決定其應(yīng)用系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)思想。模塊化軟件結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)功能的靈活添加和刪除，并提供軟件功能的后續(xù)開發(fā)環(huán)境。
2.2 武器裝備全壽命周期健康管理（PHM）系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐
物聯(lián)網(wǎng)在軍事上被譽(yù)為“武器裝備的生命線”，能夠?qū)⒏鞣N信息傳感設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡、射頻識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)信息交互網(wǎng)絡(luò)，非常適合提升PHM的綜合化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化的技術(shù)發(fā)展水平，可以與PHM系統(tǒng)無縫連接。
2.2.1 傳感器/RFID網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
傳感器/RFID網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)裝備智能信號(hào)采集的硬件設(shè)備，也是構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)的基本單元�；谖锫�(lián)網(wǎng)的PHM系統(tǒng)中的傳感器/RFID可呈星系狀分布，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。武器裝備綜合保障是由一個(gè)一個(gè)的相互獨(dú)立又相互聯(lián)系、內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同的子“基點(diǎn)”互聯(lián)融合而成，多個(gè)基點(diǎn)組成“節(jié)點(diǎn)”，基點(diǎn)可認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)立的小物聯(lián)網(wǎng)。所有的最小“基點(diǎn)”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)按物理結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行劃分，包括：電子細(xì)胞點(diǎn)、信息識(shí)別系、信息采集過濾、應(yīng)用系統(tǒng)等基本系統(tǒng)。
圖6 傳感器/RFID網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)
電子細(xì)胞點(diǎn)是武器裝備、軍需物資的最小的完整單元，嵌入電子標(biāo)簽和傳感器，形成一個(gè)可被物聯(lián)網(wǎng)感知的一個(gè)活的細(xì)胞信息點(diǎn)；信息識(shí)別系統(tǒng)是具有可變結(jié)構(gòu)的自組網(wǎng)系統(tǒng)，具有對(duì)電子細(xì)胞進(jìn)行信息識(shí)別，或接收電子細(xì)胞的主動(dòng)請(qǐng)求信息，同時(shí)可自動(dòng)切入枝干信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行信息交互處理分發(fā)，應(yīng)用系統(tǒng)是基于應(yīng)用層的系統(tǒng)應(yīng)用。以上四種基本系統(tǒng)相互作用融合成一個(gè)“基點(diǎn)”，而兩個(gè)“基點(diǎn)”互聯(lián)通信與內(nèi)部融合原理相同。
2.2.2 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)搭建
傳感網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與監(jiān)測(cè)管理是物聯(lián)網(wǎng)裝備智能信號(hào)采集與管理系統(tǒng)的核心機(jī)制之一。動(dòng)態(tài)地組織、配置、調(diào)節(jié)相關(guān)的傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以組成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)具體動(dòng)力裝備的智能傳感網(wǎng)絡(luò)，滿足不同監(jiān)測(cè)診斷的需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的有效傳輸。主要包括基于傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備監(jiān)測(cè)專用網(wǎng)的動(dòng)態(tài)組建技術(shù)和基于物聯(lián)網(wǎng)的多信息傳感單元的關(guān)聯(lián)管理技術(shù)兩方面內(nèi)容。使用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可通過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)中處理、傳輸和接收數(shù)據(jù)，應(yīng)用WEB服務(wù)器數(shù)據(jù)庫技術(shù)合理存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)；使用3G或4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，需要使用集成TD-SCDMA或TD-LTE制式的通信模塊進(jìn)行二次開發(fā)。
2.2.3 軟件框架設(shè)計(jì)
考慮武器設(shè)備在各技術(shù)領(lǐng)域的高度集成性、專業(yè)技術(shù)人員的有限性和非全面性及地域交通的限制性等，對(duì)設(shè)備進(jìn)行健康管理需要一個(gè)柔性的軟件框架。在柔性軟件框架中，系統(tǒng)可以通過傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取設(shè)備的狀態(tài)信息，這些狀態(tài)信息經(jīng)過信號(hào)處理與特征提取后，傳送到CBM工具包。系統(tǒng)可以利用CBM工具包中模型（如灰色預(yù)測(cè)模型、比例風(fēng)險(xiǎn)模型、卡爾曼濾波模型等）對(duì)設(shè)備進(jìn)行剩余壽命預(yù)測(cè)。此外，CBM工具包還可以與維修決策控制軟件進(jìn)行信息和功能的交互，對(duì)設(shè)備進(jìn)行健康評(píng)估和制定維修計(jì)劃。并且，信號(hào)處理與特征提取、CBM工具包以及維修決策控制軟件可以為指揮中心提供數(shù)據(jù)分析、故障診斷、健康評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)和維修決策等多種支持。該軟件系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能如圖7所示。
圖7 柔性軟件的主要功能模塊
1）數(shù)據(jù)分析功能。
設(shè)備狀態(tài)信息應(yīng)是多層次、多方面和動(dòng)態(tài)的，既可以是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息,也可以是定期檢測(cè)信息。該功能主要是對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、維修信息、維修資源信息和系統(tǒng)用戶信息等進(jìn)行采集、存儲(chǔ)或處理，進(jìn)行故障模式及影響分析（FMEA）的基礎(chǔ)信，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或定期檢測(cè)的設(shè)備狀態(tài)信息
2）故障診斷功能。
設(shè)備健康管理是隨著故障診斷技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的。如果設(shè)備的劣化不能及時(shí)、
準(zhǔn)確地診斷,也就無法進(jìn)行有效的狀態(tài)維修。設(shè)備故障診斷采用多種分析方法（如相關(guān)分析與功率譜分析、倍頻程分析、階比分析、時(shí)間序列分析、模態(tài)分析、時(shí)頻分析等）將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，查出故障點(diǎn)或劣化點(diǎn)。
3）健康評(píng)估功能。
該功能利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或離線檢測(cè)系統(tǒng)獲得的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以定期或不定期地對(duì)設(shè)備狀態(tài)做出評(píng)估，分析設(shè)備的性能衰退趨勢(shì)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)劣化征兆時(shí)，向相關(guān)的設(shè)備使用人員、維修人員或管理人員分級(jí)報(bào)警。設(shè)備管理人員可以根據(jù)設(shè)備健康評(píng)估和分級(jí)報(bào)警結(jié)果及時(shí)進(jìn)行維修決策。
4）壽命預(yù)測(cè)功能。
設(shè)備維修信息中心可以通過各種預(yù)測(cè)模型（如灰色預(yù)測(cè)模型、比例風(fēng)險(xiǎn)模型、卡爾曼濾波模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）預(yù)測(cè)設(shè)備或部件的剩余使用壽命，在設(shè)備嚴(yán)重停機(jī)事故發(fā)生之前，利用有效的預(yù)測(cè)功能可以保證有足夠的時(shí)間制訂和實(shí)施維修計(jì)劃。
5）維修決策功能。
該功能主要包括維修計(jì)劃制定、維修備件采購、維修任務(wù)調(diào)度、維修資源分配和維修策略優(yōu)化等。在維修計(jì)劃中，需要制定具體的預(yù)防及緊急維修計(jì)劃，并激發(fā)維修任務(wù)調(diào)度功能。此外,還需要合理調(diào)度各類維修資源,如維修人員、備品備件、維修資金、維修工具及維修時(shí)間等。維修決策優(yōu)化需要根據(jù)設(shè)備的重要性、可靠性、維修性、可監(jiān)測(cè)性、經(jīng)濟(jì)性和維修能力等對(duì)維修方式與維修類型、維修時(shí)機(jī)等進(jìn)行決策,。
3. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在陣地體系協(xié)同管理中的應(yīng)用
軍事陣地的綜合管理系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜的信息系統(tǒng)，涉及土木工程、通風(fēng)空調(diào)、發(fā)/供電、環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)備監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通信及信息管理、反偵察偽裝和安全警戒等多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用。陣地物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)感知、接入、組網(wǎng)等技術(shù)，其總體開發(fā)目標(biāo)是對(duì)人員出入、工程設(shè)備和陣地環(huán)境等進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、規(guī)范、可跟蹤、安全的資源管理，如圖8所示。
圖8 陣地綜合管理框圖
結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)分析，陣地協(xié)同管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分為傳感控制層、網(wǎng)絡(luò)通信層和應(yīng)用數(shù)據(jù)服務(wù)層3個(gè)層次，如圖9所示。傳感控制層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)末梢，完成對(duì)環(huán)境、人員和設(shè)備的感知、跟蹤與控制。網(wǎng)絡(luò)通信層進(jìn)行各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合和相關(guān)傳感數(shù)據(jù)的交換，完成數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)控制。應(yīng)用數(shù)據(jù)服務(wù)層完成人機(jī)交互和信息處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、融合和分析處理，提供服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)呈現(xiàn)。
圖9 陣地物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)圖
陣地物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同管理系統(tǒng)是以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用框架，把移動(dòng)/非移動(dòng)設(shè)備和人體貼上標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)跟蹤管理，完成對(duì)環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等的監(jiān)控。
1）陣地物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同管理系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
陣地各個(gè)小區(qū)域內(nèi)布置多個(gè)2.4GHz 的終端節(jié)點(diǎn)，每個(gè)大區(qū)域下又包含多個(gè)小區(qū)域，這些終端節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)局域網(wǎng)，在局域網(wǎng)中設(shè)定一個(gè)或多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)采用高性能微處理器，如 ARM7 系列控制器，有較大的內(nèi)存和足夠的能量，同時(shí)具有2.4GHz的CC2530 ZigBee無線收發(fā)模塊。其中匯聚節(jié)點(diǎn)是連接陣地感知層網(wǎng)絡(luò)和陣地外部公網(wǎng)的橋梁，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議之間的通信轉(zhuǎn)換。所大區(qū)域的匯聚節(jié)點(diǎn)共同組成陣地局域網(wǎng)，通過無線方式將采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)關(guān)直接連接到公共通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)陣地的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制等功能。
2）陣地物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同管理系統(tǒng)RFID系統(tǒng)的開發(fā)
通過基于RFID技術(shù)的管理系統(tǒng)可隨時(shí)隨地調(diào)取軍用裝備記錄，便于裝備的使用和管理；通過RFID讀寫器可讀取人員身上的標(biāo)簽，進(jìn)行身份識(shí)別，并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定位； 融合RFID技術(shù)的安防門禁系統(tǒng)可識(shí)別人員出入級(jí)別，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的有效管理，保證重要區(qū)域安全；利用 RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)人員和區(qū)域的管理，實(shí)現(xiàn)人員考勤、陣地人員出入、車輛進(jìn)出管理、受限區(qū)域管理、陣地安防管理等功能，如圖 10所示。
圖10 RFID技術(shù)在陣地物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同管理系統(tǒng)中的應(yīng)用
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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