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基于物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式智能網(wǎng)關(guān)的研究與實現(xiàn)

作者:李奇霏 馮異力時間:2014-09-25 09:25:30  來源:www.vortexsignal.com  閱讀次數(shù):1319次 ]

基于物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式智能網(wǎng)關(guān)的研究與實現(xiàn)

 

/李奇霏 馮異力

 

摘要:隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,激發(fā)了信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的浪潮,因此,物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)在人們的視野中。物聯(lián)網(wǎng)是在計算機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)這兩大信息產(chǎn)業(yè)之后的又一次突破,其通過各種先進(jìn)的技術(shù)將人與物之間起來聯(lián)系,促使其進(jìn)行信息交流和通信,簡而言之就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)則是聯(lián)系它們之間的主要橋梁,而且在整個物聯(lián)網(wǎng)體系當(dāng)中具有不可替代的作用。本文將對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行介紹、對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)硬件的設(shè)計以及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件的設(shè)計進(jìn)行研究,以此來幫助物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)在未來的路上進(jìn)一步發(fā)展。

 

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 嵌入式智能網(wǎng) 研究

 

事物之間是互相聯(lián)系的,世界經(jīng)濟(jì)不斷的融合,在這個大環(huán)境下,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等相比較而言,目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用更為廣泛,因此,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注,其不僅具有極其重要的價值,而且也具有廣闊的發(fā)展前景。

 

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的介紹

 

物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)主要分為三個方向:即感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。感知層就是通過人體的皮膚等,并借助傳感器設(shè)備去識別和采集信息;網(wǎng)絡(luò)層則是位于感知層與應(yīng)用層二者之間,主要是通過人體神經(jīng)系統(tǒng),協(xié)助對信息的處理,綜合功能較強(qiáng);應(yīng)用層處于頂層,能夠完成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)行融合,為不同行業(yè)提供各種服務(wù)。

 

在傳感設(shè)備數(shù)量不足的情況下,將單一的設(shè)備接入公共網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中就能夠發(fā)揮功效。但是這種方式對資源造成了一定的浪費(fèi),因此,將設(shè)備匯集到一起并統(tǒng)一發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)層,能夠在節(jié)約資源的同時,完成數(shù)據(jù)的傳送,所以,就要在感知層與網(wǎng)絡(luò)層之間加一個匯聚層,這樣能夠成為二者之間提供良好溝通的紐帶,促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的順利發(fā)展。

 

1.1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的分析

 

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),其作用不容忽視,具備感知網(wǎng)絡(luò)接入、互通不同網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程監(jiān)控三種能力。感知網(wǎng)絡(luò),感知網(wǎng)絡(luò)是由多個功能傳感器網(wǎng)絡(luò)組成,比如:攝像頭、讀卡器等,由于這些傳感器所獲得的信息不同,導(dǎo)致它們沒有固定的方式接入,目前主要有有線與無線的區(qū)別。就目前的情況來看,有線接入相對比無線接入速度慢,無線接入目前使用的藍(lán)牙、無線網(wǎng)絡(luò)都能夠進(jìn)行快速的傳送,特別是無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛的用于手機(jī)等設(shè)備中,應(yīng)用范圍十分廣闊,因此,隨著無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的越來越好,日后也必將能成為主要的接入方式。

 

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互通,由于傳感器的不同,感知的信息也不同,那么就造成了數(shù)據(jù)之間的分離,交流數(shù)據(jù)就會相對麻煩,因此,就要求設(shè)置一個協(xié)議網(wǎng)絡(luò)在中間發(fā)揮作用,目前比較常用的協(xié)議網(wǎng)絡(luò)主要是Mod bus協(xié)議網(wǎng)絡(luò),在許多領(lǐng)域都得到了有效的利用。

 

檢測控制管理,物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的檢測控制管理主要是對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)控和管理,首先是網(wǎng)關(guān)中的不同功能模塊,能夠進(jìn)行更加靈活的控制,實現(xiàn)操作簡單、人機(jī)友好;其次是對網(wǎng)絡(luò)連接的集中管理。因此,檢測控制管理不僅僅是對自身的監(jiān)控,還能夠?qū)碜酝鈦淼木W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和管理。

 

1.2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體設(shè)計策略

 

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)提供了運(yùn)行平臺,一種是傳統(tǒng)的 PC 平臺,另一種則是嵌入式平臺。由于近年來人們對系統(tǒng)的要求越來越高,嵌入式系統(tǒng)以其獨特的優(yōu)勢,內(nèi)核小、專用性強(qiáng)等優(yōu)勢,占據(jù)許多領(lǐng)域的主導(dǎo)地位,比如:交通、環(huán)境等領(lǐng)域。本文介紹對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計方案主要有六種,通過實驗證明, ARM+Linux具有一定的優(yōu)越性,兼容性強(qiáng),是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟硬件重要的發(fā)展的平臺。

 

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)硬件的設(shè)計

 

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行環(huán)境相對較差,但要求卻很高,要求其在降低成本和能源消耗的同時,加快處理速度。因此,AT9LSAM9260 作為硬件的重要平臺就成為了首選,其具有處理速度快,存儲量大,兼容性強(qiáng)等多個優(yōu)點能夠勝任物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對硬件的要求。物聯(lián)網(wǎng)的硬件需要對無線網(wǎng)絡(luò)的接入提供技術(shù)支持,以此來滿足足夠的存儲空間,例如:256M N and Flash 等。硬件的主控制器電路是整個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)當(dāng)中最重要的部件,對于整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等方面都具有非常重要的意義,因此,要注意主控制器電路涉及的嚴(yán)謹(jǐn)性;網(wǎng)絡(luò)接口電路主要有兩種接口模式,一個是 MII,另一個是 RMII,這兩種模式可以通過對應(yīng)硬件引腳配置來達(dá)到目的;串行接口電路,對于物聯(lián)網(wǎng)中的串口設(shè)計,主要選擇RS232 和 RS485 這兩種,這樣不僅僅能夠節(jié)約能源,而且還能夠完成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通,從而優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)的工作效率。當(dāng)然,這些電路設(shè)計是不夠的,對于微處理器來說,帶需要增加許多模塊,例如:內(nèi)儲存器等。

 

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件的設(shè)計

 

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)需要對通信接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理等,因此,要嚴(yán)格的對整個框架進(jìn)行分層。底層設(shè)備驅(qū)動層要收集數(shù)據(jù)信息,中間層則對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,然后將數(shù)據(jù)向各個接口傳送,這期間要加入一個監(jiān)控模塊對數(shù)據(jù)流動的過程進(jìn)行監(jiān)控和管理。除此之外,為了加強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性,設(shè)計時要加強(qiáng)各個模塊之間的靈活性, 最后在頂層設(shè)計一個人機(jī)交互界面,控制系統(tǒng)的運(yùn)行方向。目前多使用嵌入式系統(tǒng)開發(fā),為了優(yōu)化其工作效率,主要采取在 PC平臺上進(jìn)行代碼開發(fā)等,并進(jìn)行調(diào)試等。

 

結(jié)論

 

根據(jù)上文所述,通過對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行的深入研究發(fā)現(xiàn),實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)是必要的。在日后物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的發(fā)展過程中,其要求也會越來越高,雖然目前物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)必然會越來越完善。

 

參考文獻(xiàn) 

 

[1]肖巍,文大化.基于abase-Ⅲ嵌入式程序設(shè)計的研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版 ),2010,18(03):259-261.

 

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[3] 溫陽東,畢銳,周松林 基于 Internet的嵌入式分布式遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的設(shè)計[J].自動化與儀器儀表,2011,10(8):158-159.

 

[4]王睿智.基于TC35i的遠(yuǎn)程監(jiān)控報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,201314(01):265-267.

 

[5] 李佳旭 基于 ARM7 的嵌入式 AC/TCP-IP協(xié)議棧的研究與實現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué),200912(5):123-125.

 

作者簡介

 

李奇霏(1992-),男,河北省秦皇島市人。2011年就讀于北京科技大學(xué)計算機(jī)與通信工程學(xué)院,物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。研究方向為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、RFID 嵌入式。

 

作者單位

 

北京科技大學(xué) 北京市 100086

 

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