物联网网关中协议的分析与实现

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科学技术的发展与革新速度越来越快,从概念的提出到广泛应用,短短的二十几年间,物联网技术应用已经遍及生活的各个方面,给人们的生活带来巨大的变化和深远的影响。物联网相关领域的技术创新,关系到国家经济的发展、竞争实力的提升,因此各国都将物联网的产业发展策略上升到国家战略的高度。物联网网关作为物联网的核心设备,是连接感知网络和传统公共网络的枢纽,在物联网技术的发展中占据着至关重要的地位。同时,传感器网络的多样性、以及公共网络接入方式的多样化,决定了物联网网关研究开发的难度,目前对物联网网关的研究没有形成一个统一的标准。因此,对物联网网关技术的研究具有重要的现实意义。本文通过研究物联网网关的工作原理和协议构成,设计并实现一个能够与传感器网络节点进行信息传输,且能够远程访问并控制传感器网络节点的物联网网关,为进一步对物联网网关技术进行研究建立一个基础平台。为实现物联网网关,根据实际功能需求,提出软硬件的总体设计架构。在此基础上进行具体软硬件模块设计,硬件包括Cortex-A8微处理器的选择,网络接口模块设计和基于CC2530芯片的ZigBee模块电路的设计。在软件上,结合ZigBee无线传感网技术,充分分析ZigBee各层次的协议标准和技术,移植Z-Stack协议栈,设计开发ZigBee网络节点(包括协调器、路由器和终端节点),最终实现ZigBee树型网络的组建。另一方面,通过移植Linux操作系统,搭建Qt集成开发环境,安装Web Lighttpd服务器,进行网关应用程序的开发。为了实现网关与ZigBee模块的通信,采用串行通信模式,设计统一的数据帧格式。为更好地实现传感网中智能家居传感与控制信息的存储,设计SQLite数据库。并设计相应的Web访问平台,实现远程控制功能;在具体的智能家居应用程序设计中,采用多进程多线程的设计思想,实现对服务器数据处理模块和CGI应用程序模块的协调工作。论文利用搭建的软硬件环境对研制的物联网网关各个模块进行测试,包括ZigBee通信模块、网关通信接口模块、以及网关Web服务器模块,实验结果表明,该网关基本实现预期的功能要求,有较高的应用价值,能够为今后物联网网关的拓展研究提供实用的研究平台。
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