基于物联网的智能网关系统研究与实现

发布时间：2018-10-13 18:13

【摘要】：随着物联网技术的出现和计算机技术、网络通信技术、嵌入式技术的飞速发展，工业控制领域正发生着一场深刻的技术变革。功能简单、独立的本地数据监控系统正在被集成度高、可自组网实现协同工作的远程数据监控系统所取代，系统整体的资源利用率和安全性能均有所提高。物联网网关作为这种新型监控系统的核心，实现了无线传感网络和传统通信网络的融合，完成不同类型网络间的协议转换，为远程管理和监控底层设备提供了平台。本文主要论述了一种低功耗、支持多通信协议、可用于复杂工业环境下的物联网网关的设计和实现技术，并针对网关应用中遇到的路径规划问题设计了一个合理有效的解决方案。 本文首先综述了物联网、智能网关和无线传感网技术的概念及国内外的研究现状，调研分析了现阶段的物联网网关产品，结合实际应用的功能和性能需求，分析比较了多种通信方式、嵌入式核心微处理器和嵌入式操作系统的性能和特点，提出了基于嵌入式技术的物联网网关系统整体设计方案。 然后，对系统的硬件和软件设计展开论述。本智能网关系统分为网关平台、采集终端和监控中心三个子系统。设计中，以ARM微处理器Marvell PXA310和STM32L151为核心，搭建网关和采集终端的硬件平台。在此基础上进行系统软件设计，网关平台以嵌入式Linux操作系统为基础，构建设备驱动程序和上层应用处理程序。设备驱动程序对硬件设备的操作进行封装，提供给应用程序使用，，应用程序基于多线程机制实现对系统所有任务的调度和管理。监控中心提供嵌入式Web、Java Web和VC客户端三种数据监控管理平台。 之后，对网关系统应用中出现的路径规划问题进行了分析，结合最短路径算法仿真结果和网关网络实际特点，提出了基于两种网络参数和Bellman-Ford、Dijkstra、Floyd三种算法仿真数据拟合的路径优化方案，并在网关系统中实现上述设计方案，进行了方案验证。 最后，详细描述了网关系统的整体调试过程和运行结果，从而充分验证了基于物联网的智能网关系统设计方案和实现方法的可行性和正确性。 文中使用了大量的图片和表格对物联网网关系统的设计与实现过程进行说明，使得系统的整体架构和软硬件结构更加清晰。
[Abstract]:With the emergence of Internet of things and the rapid development of computer technology, network communication technology and embedded technology, a profound technological change is taking place in the field of industrial control. The independent local data monitoring system with simple function is being replaced by the remote data monitoring system which is highly integrated and can work collaboratively. The overall resource utilization and security performance of the system are improved. As the core of this new monitoring system, the Internet of things gateway realizes the fusion of wireless sensor network and traditional communication network, completes the protocol conversion between different types of networks, and provides a platform for remote management and monitoring of the underlying equipment. This paper mainly discusses a low power, multi-communication protocol, which can be used in the design and implementation of Internet of things gateway in complex industrial environment. A reasonable and effective solution to the path planning problem in gateway application is designed. In this paper, the concepts of Internet of things, Intelligent Gateway and Wireless Sensor Network (WSNs) are summarized. This paper analyzes and compares the performance and characteristics of various communication modes, embedded core microprocessor and embedded operating system, and puts forward the overall design scheme of Internet of things gateway system based on embedded technology. Then, the hardware and software design of the system are discussed. The intelligent gateway system is divided into three subsystems: gateway platform, acquisition terminal and monitoring center. In the design, the hardware platform of gateway and acquisition terminal is built with ARM microprocessor Marvell PXA310 and STM32L151 as the core. The gateway platform is based on the embedded Linux operating system to construct the device driver and the upper application processing program. The device driver encapsulates the operation of the hardware device and provides it to the application program. The application program realizes the scheduling and management of all tasks of the system based on the multithread mechanism. Monitoring center provides embedded Web,Java Web and VC client data monitoring and management platform. Then, the path planning problem in the application of gateway system is analyzed, which combines the simulation results of shortest path algorithm and the actual characteristics of gateway network. A path optimization scheme based on two kinds of network parameters and three algorithms of Bellman-Ford,Dijkstra,Floyd simulation data fitting is proposed, and the above design scheme is implemented in the gateway system, and the scheme is verified. Finally, the whole debugging process and running results of the gateway system are described in detail, which fully verifies the feasibility and correctness of the intelligent gateway system design scheme and implementation method based on the Internet of things. In this paper, a large number of pictures and tables are used to explain the design and implementation process of the Internet of things gateway system, which makes the overall architecture and software and hardware structure of the system more clear.
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP391.44;TN929.5

【共引文献】

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本文编号：2269497