物联网实训系统的云平台设计及关键技术研究

发布时间：2020-08-27 14:31

【摘要】：近几年,各大高校相继开设了物联网专业,特别注重对学生实践能力的培养,由此需要高效实用的物联网实训系统。基于学生人数急剧增加、师资力量不足、专用场地紧张的现实情况,集中式的传统实验培训方式已经不能满足实际需求。本团队设计了一套基于云平台技术的物联网实训系统.:学生使用的开发板、实验箱可以随时随地连接到云平台,实验过程和结果能够准确无误地记录到云端数据库中;学生不必在固定的时间和场地进行实验,解决了学校实验场地紧缺的难题,激发了学生自主学习的能力;老师可以在线跟踪学生的实验进展,与学生进行互动指导,使有限的教师资源得到了充分利用;管理者可对设备数据、故障等进行在线分析,对学生实验、教师指导进行准确考评,解决管理难题。本文设计了物联网实训系统中的云平台,满足了设备、学生、教师,管理者的应用需求。提出了分层的云平台系统架构,包括基础存储层、支撑服务层及应用赋能层。同时又划分出三大服务器集群:支撑前端网站功能实现的业务服务器集群,支撑各类开发板远程接入的设备服务器集群以及存储支撑服务器集群。本文对有状态集群内的数据同步方法进行了研究,设计了服务器节点缓存和集中式存储集群相互配合的机制。采用了基于散列表和双向链表的数据结构实现的缓存淘汰算法思想,计算出了合适的散列种子和负载因子值,节点中缓存查找只需要2ms。分析了集中式存储集群的数据最终一致性可能出现的问题,在其集群外增加了节点主动删除缓存及主动从主存中拉取信息的机制。并且利用存储集群的数据监听触发功能,配合服务器节点的缓存处理,共同实现了设备服务器集群内数据的一致性共享与同步。本文设计了多级流水线设备数据处理机制,在每个工作单元非阻塞执行的基础上,保证了全链路数据的非阻塞解析与写入。最终设备服务器在10万连接压测下平均响应时间只有9ms,单个数据任务执行单元处理速度为7500条/s。并且加入数据写入任务整形机制,防止数据库被大量任务冲垮。本文还对业务服务器软件进行了设计,为上层应用提供了各类赋能接口。并且通过各个支撑服务和通用功能的设计,保证了业务软件模块的可扩展性与稳定性。最后对整个系统进行了功能测试、性能测试及可靠性测试。各项测试结果均表明本文所设计的平台达到了设计目标。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.09;TN929.5;TP391.44
【图文】：

内网,系统整体,层次结构,传感器

２云平台整体设计逡逑２．邋１系统整体功能逡逑本团队设计的物联网实训系统层次结构全景如图２．１所示：逡逑ｅｈ？？逦］逡逑！邋！邋？邋＃邋！逡逑一——二：！＝二二二二二二二ｆ二二金二二二二」，逡逑ｍｍｍ逦＾％壚１逦］逡逑｜逦曑■容逦！逡逑！逦＾『逦ｉ逡逑ｉ逦ｍｍｍｉ逦ｆｉｉＭｉ榅逦｜逡逑１逦１逡逑邑■丨数据中心逡逑逦拿逦逡逑ｍｍ逦］逡逑１逦（Ｚ＾）逦！逡逑丨逦——逦１逡逑■邋ｍｑｔｔ逡逑ｍｍ逦—赢—逦］逡逑！逦Ｗ逦树丨逡逑＿邋ｒｎ－ＦＪ．逦ＧＰＲＳ逦逦逦ＮＢ－Ｒ）＾邋＾逡逑灥逡逑１逡逑ｒｍｍ逦；逡逑丨⑩逦S缅危戾稳危厘澹″义希体邋危垮危粒驽危辏礤吻纱絴」逡逑图２．１实训系统整体层次结构逡逑底层是各类传感器接入，然后边缘网络中的内网ＬｏＲａ节点可以去采集各个传感器

终端用户,产品,监控网,后台

Ｉ逦版栜现＿逡逑图２．２用户与产品关系逡逑本系统中，终端用户与产品的关系如图２．２所示。学生对接的是各类监控测试系统，教师逡逑对接的是教师管理后台，管理者对接的是运维管理后台。逡逑２．邋２各模块功能逡逑２．２．邋１应用模块逡逑应用层中，学生对接的监控测试系统分别是：微信控制监控网页、工业开发板监控网站逡逑与基于ＬｏＲａＷＡＮ的管理网站。逡逑微信监控网页如图２．３所示，主要功能是监控设备数据与留言交互等。逡逑６逡逑

硕士学位论文,电子科技大学,监控网,杭州

马微信监控网页工业开发板监控网站如图2滩所示，主要是监控数据、触发报警、视频监控以及位置信

【参考文献】