基于嵌入式Linux的物联网网关研究与实现

随着物联网发展速度日益加快,作为连接感知网络和传统通信网络的物联 网网关正在其中扮演着重要角色。然而,目前针对物联网网关的统一标准尚未制 定,物联网网关的设备类型干差万别。人们往往针对某一具体应用场景来研发特 定物联网网关设备,~旦应用场景发生变化,从上层应用协议到下层接口模块都 需要重新开发,大大增加工程成本,严重阻碍物联网的发展。 本文基于上述问题,同时结合嵌入式系统技术,设计并实现了~种基于嵌入 式Linux的物联网网关系统。该系统既可实现不同感知设备的接入,又可实现与多 种通信网络的数据交互,另外还具有CoAP/HTTP协议转换、短信收发、本地动态 曲线显示等扩展功能,可在多种实际场景中得到应用。 首先,本文论述了物联网网关的研究背景及研究现状,分析目前物联网网关 存在的问题,并针对此问题提出一种基于分层思想的物联网网关架构。该架构分 为三个层次:感知接入层、数据处理层和传输应用层。感知接入层可接入三类设 备:基于IEEE802.11协议的ARM节点,该设备可运行BATMAN路由协议;基于 IEEE802.15.4协议的传感器节点,该设备可运行RPL路由协议;RFID射频设备。 数据处理层用于对数据包的截获、分析和处理,可实现CoAP/HTTP协议转换功能 和采集信息本地存储功能。传输应用层用于对数据包的远程传输和应用处理,一 方面可实现以太网络和3G网络两种传输模式,并能根据网络变化状况进行传输模 式的动态切换,另一方面可实现短信收发功能,当监测环境发生剧烈变化时网关 可发送短信提醒用户,用户也可向网关发送查询短信以获取某个节点的实时监测 信息,另外还可实现本地动态曲线显示功能,使得环境监测信息能够在网关本地 显示屏中以动态曲线的形式显示。 然后,本文在搭建的硬件平台基础上,设计并实现了物联网网关软件模块的 功能,并对系统软件平台、802.11模块、802.15.4模块、RFID模块、数据包处理 模块、数据存储模块、CoAP/HTTP协议转换模块、网络切换模块、短信消息处理 模块和本地动态曲线显示模块的设计思想和技术实现进行了详细分析。 最后,本文搭建测试环境分别对物联网网关的各项功能进行了测试。测试结 果表明,本文开发的基于嵌入式Linux的物联网网关系统能够满足设计要求。

  • 2021-06-24
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基于OMNeT的农业物联网仿真平台设计研究

近年来,物联网技术逐渐深入到各个领域,针对不同的应用场景,传感器网络的架设需求有所不同。为解决不同性能要求的传感器网络的整体部署问题,通过在OMNeT++软件框架内进行建模,搭建了一种融合GPRS和WLAN网络协议的主从式异构网络的物联网仿真平台。在这种网络模型中,传感器网络的主节点同时作为局域网网关工作。通过仿真性能测试,研究网络延时、正确送达率与节点数量、报文长度等的关系,以实现在大规模搭建传感器网络前根据具体的网络性能和通信质量要求进行整体部署。 本文对农业物联网网络结构进行了设计研究和编程实现工作,主要工作内容和贡献包括: (1)本文研究了物联网总体架构,设计了一种广域网-传感器网络的分层网络架构,其中传感器网络使用主从节点模式。这种网络结构中,传感器网络主节点同时担任了局域网网关的角色。由主节点直接将数据通过广域网发送到服务器系统。 (2)实现融合传感器网络和GPRS/WLAN网络协议的远程覆盖,并且支持数据在经过主节点时能够在两种网络中进行垂直切换。通过不同场景和参数配置的仿真性能测试,实现对大规模传感器网络搭建时的整体部署需求。 (3)针对本文提出的物联网结构,以及大规模部署主从式传感器网络过程中负载、通信质量的问题,通过网络仿真软件OMNeT++进行了仿真性能测试。对主从式传感器网络节点和WCDMA/GRPS基站以及相关的协议在OMNeT++框架内进行了建模。仿真研究了网络延迟、吞吐率与节点数量、部署方式的关系曲线。

  • 2021-04-27
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