基于6LoWPAN的智慧城市数据采集系统研究与设计

发布时间：2017-12-18 08:22

  本文关键词：基于6LoWPAN的智慧城市数据采集系统研究与设计

  更多相关文章： 智慧城市 数据采集 6LoWPAN技术 网络融合 网关Hadoop框架

【摘要】：在全球城市建设向智慧化方向发展的趋势下,我国也加入了智慧城市建设浪潮中。通过分析智慧城市的系统架构特点以及国内外实践案例,并针对智慧城市建设中对城市数据的基础性需求,研究并实现一种基于6LoWPAN无线传感网络技术的智慧城市数据采集系统,实现对城市数据的采集、传输、存储与管理,主要完成以下四个内容。第一,设计并实现了智慧城市数据采集系统底层网络。对6LoWPAN、WiFi、Sub-GHz等无线网络技术的优缺点进行了分析对比,并结合城市数据采集系统大规模的特点,采用可IPv6寻址、网络容量大的6LoWPAN技术设计智慧城市数据采集系统底层网络。研究并实现了构成智慧城市数据采集系统底层网络的网络协调器、网络路由器、数据采集终端等部件。在硬件设计上,数据采集终端采用模块化设计,提高了硬件复用率;在软件设计上,通过C/S方式实现了数据采集系统现场感知层的高效数据采集与传输,在提高灵活性的同时,有效提高数据流量比。第二,研究并实现了6LoWPAN网络与互联网的融合。针对现有融合方法存在的问题,即基于应用层自定义协议实现网络融合的适应性差、基于网络层通过纯IPv6网络实现网络融合不具备实用性、基于NAT-PT实现网络融合在协议转换以及地址转换上所需的硬件资源开销较大、且会占用过多的IPv4地址等问题,研究了基于6to4隧道实现6LoWPAN网络与IPv4网络的融合方法,可有效减少对IPv4的占用。进而基于6to4隧道与Netfilter框架设计嵌入式网关,并对该嵌入式网关进行了性能测试。测试结果表明其小数据包平均转发时延为18.15ms,小于NAT-PT方式的转发时延(41.5~44.5ms),同时具有较小的丢包率。第三,设计并实现了具有数据采集管理、数据存储与管理、数据服务管理功能的智慧城市数据管理与服务平台。通过设计数据采集规则、数据采集驱动器、数据采集设备在线管理,实现多种数据采集与设备管理。并利用Hadoop分布式系统对数据强大的存储与处理能力,解决智慧城市数据采集系统的数据存储与管理问题。同时,基于数据模型封装数据服务,实现对数据应用端的安全、准确服务。第四,对部署的智慧城市数据采集子系统进行了测试,并通过数据应用端即城市路灯监测系统、大气环境监测预警系统对应用端数据服务验证,表明系统方案可行、易于系统维护和扩展。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP274.2

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