基于web的物联网环境下物体接入技术研究与实现

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近年来随着物联网相关技术不断更新完善,有越来越多的智能设备可以被接入到物联网中,物联网终端逐渐体现出多样性、异构性,面临接入协议不统一、系统分割等问题,因此研究复杂环境下物体统一接入问题十分关键。本文聚焦危化品流通这一现实需求和技术应用,设计了基于物联网物体接入方案的危化品流通监管系统,有效实现边缘端设备统一管控、提高系统的智能化程度、提高管理效率及精细化水平。主要工作如下:改进传统的物联网架构并设计了一个适用危险化学品的流通监管系统架构。结合了云计算、边缘计算等新型技术,提出了“云-网-边-端”为核心的四层物联网体系架构,提高了系统的灵活性、实时性。在四层架构的基础上,创新性的构建设计了危险化学品流通监管体系架构。在物联层提出物联边缘枢纽(IoT Edge Hub)概念,用以实现危险化学品领域边缘端设备的接入与管理功能。在平台层除了接收来自物联边缘枢纽的实时数据,还通过可配置的数据引接方式,接入政府、企业以及第三方平台数据,形成覆盖危险化学品流通各环节的“数据仓库”,并为上层应用提供数据按需整合、数据查询等服务。在应用层可面向不同用户,提供危化品追溯、事故预警、应急救援、视频监控等服务。在数据引进和应用访问部分,设置了相应的安全功能,增强了危险化学品流通信息的安全性。提出一个异构设备自适应接入管理模块设计。当处理异构设备接入时,与对应种类设备的消息交互之间可以维持松耦合的状态,进而实现对多种异构设备的统一自适应接入。设备接入模块主要功能设计包括协议适配,数据传输,连接状态管理。协议适配通过系统协议栈将四层以下报头解析或封装,实现对网关或设备采用的多种主流物联网协议的协议适配处理,转换为标准协议,从而支持多种形式的协议交互;数据传输通过TCP(传输控制协议)通道和UDP(用户数据报协议)通道两种通信方式,实现在设备和物联边缘枢纽之间建立双向数据传输链路;连接管理,通过维持与设备间的心跳保活信息实现对设备状态的实时管理,采用基于Java的Netty开源框架,利用其能够同时处理N个客户端连接和读写操作的优点,提高了链接管理机制效率,最终提高整个物联边缘枢纽系统的设备接入效率。设计了针对物联边缘枢纽与网关/设备之间的一套轻量级设备安全接入协议。面向终端管理数据和小数据量业务数据,本文设计了设备安全接入协议的报文结构组成,包括报文头、报文体内组成的部分的定义,并对协议安全进行了综合考虑,给出了基于此协议基础上的设备接入的完整流程与交互设计,形成了一整套软件开发工具包(SDK),通过该SDK,能帮助网关开发者快速的转换为标准安全接入协议,以实现设备与物联边缘枢纽进行数据交互。通过系统实现和验证表明,该协议充分支撑了危化品流通监管系统的物体接入与管理。
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