基于物聯網的嵌入式智能網關的研究與實現

基于物聯網的嵌入式智能網關的研究與實現

文/李奇霏　馮異力

摘要：隨著社會經濟和科學技術的迅速發展，激發了信息產業發展的浪潮，因此，物聯網出現在人們的視野中。物聯網是在計算機以及互聯網這兩大信息產業之后的又一次突破，其通過各種先進的技術將人與物之間起來聯系，促使其進行信息交流和通信，簡而言之就是物物相連的互聯網，物聯網網關則是聯系它們之間的主要橋梁，而且在整個物聯網體系當中具有不可替代的作用。本文將對物聯網網關進行介紹、對物聯網網關硬件的設計以及物聯網網關軟件的設計進行研究，以此來幫助物聯網網關技術在未來的路上進一步發展。

【關鍵詞】物聯網 嵌入式智能網 研究

事物之間是互相聯系的，世界經濟不斷的融合，在這個大環境下，物聯網應運而生。與互聯網技術等相比較而言，目前物聯網技術應用更為廣泛，因此，物聯網技術也得到了業界的廣泛關注，其不僅具有極其重要的價值，而且也具有廣闊的發展前景。

1 物聯網網關的介紹

物聯網的結構主要分為三個方向：即感知層、網絡層以及應用層。感知層就是通過人體的皮膚等，并借助傳感器設備去識別和采集信息；網絡層則是位于感知層與應用層二者之間，主要是通過人體神經系統，協助對信息的處理，綜合功能較強；應用層處于頂層，能夠完成物聯網技術與其他技術進行融合，為不同行業提供各種服務。

在傳感設備數量不足的情況下，將單一的設備接入公共網絡當中就能夠發揮功效。但是這種方式對資源造成了一定的浪費，因此，將設備匯集到一起并統一發送到網絡層，能夠在節約資源的同時，完成數據的傳送，所以，就要在感知層與網絡層之間加一個匯聚層，這樣能夠成為二者之間提供良好溝通的紐帶，促進物聯網網關的順利發展。

1.1 物聯網系統的分析

物聯網網關作為物聯網的基礎，其作用不容忽視，具備感知網絡接入、互通不同網絡、遠程監控三種能力。感知網絡，感知網絡是由多個功能傳感器網絡組成，比如：攝像頭、讀卡器等，由于這些傳感器所獲得的信息不同，導致它們沒有固定的方式接入，目前主要有有線與無線的區別。就目前的情況來看，有線接入相對比無線接入速度慢，無線接入目前使用的藍牙、無線網絡都能夠進行快速的傳送，特別是無線網絡已經廣泛的用于手機等設備中，應用范圍十分廣闊，因此，隨著無線網絡發展的越來越好，日后也必將能成為主要的接入方式。

異構網絡互通，由于傳感器的不同，感知的信息也不同，那么就造成了數據之間的分離，交流數據就會相對麻煩，因此，就要求設置一個協議網絡在中間發揮作用，目前比較常用的協議網絡主要是Mod bus協議網絡，在許多領域都得到了有效的利用。

檢測控制管理，物聯網當中的檢測控制管理主要是對數據信息進行監控和管理，首先是網關中的不同功能模塊，能夠進行更加靈活的控制，實現操作簡單、人機友好；其次是對網絡連接的集中管理。因此，檢測控制管理不僅僅是對自身的監控，還能夠對來自外來的網絡進行控制和管理。

1.2 物聯網系統的整體設計策略

隨著科學技術的不斷發展，為物聯網網關提供了運行平臺，一種是傳統的 PC 平臺，另一種則是嵌入式平臺。由于近年來人們對系統的要求越來越高，嵌入式系統以其獨特的優勢，內核小、專用性強等優勢，占據許多領域的主導地位，比如：交通、環境等領域。本文介紹對物聯網網關的設計方案主要有六種，通過實驗證明， ARM+Linux具有一定的優越性，兼容性強，是物聯網網關軟硬件重要的發展的平臺。

2 物聯網網關硬件的設計

物聯網網關的運行環境相對較差，但要求卻很高，要求其在降低成本和能源消耗的同時，加快處理速度。因此，AT9LSAM9260 作為硬件的重要平臺就成為了首選，其具有處理速度快，存儲量大，兼容性強等多個優點能夠勝任物聯網網關對硬件的要求。物聯網的硬件需要對無線網絡的接入提供技術支持，以此來滿足足夠的存儲空間，例如：256M N and Flash 等。硬件的主控制器電路是整個物聯網網關當中最重要的部件，對于整個系統的數據轉換等方面都具有非常重要的意義，因此，要注意主控制器電路涉及的嚴謹性；網絡接口電路主要有兩種接口模式，一個是 MII，另一個是 RMII，這兩種模式可以通過對應硬件引腳配置來達到目的；串行接口電路，對于物聯網中的串口設計，主要選擇RS232 和 RS485 這兩種，這樣不僅僅能夠節約能源，而且還能夠完成異構網絡的互通，從而優化物聯網的工作效率。當然，這些電路設計是不夠的，對于微處理器來說，帶需要增加許多模塊，例如：內儲存器等。

3 物聯網網關軟件的設計

物聯網網關需要對通信接口的數據進行采集、處理等，因此，要嚴格的對整個框架進行分層。底層設備驅動層要收集數據信息，中間層則對數據進行處理，然后將數據向各個接口傳送，這期間要加入一個監控模塊對數據流動的過程進行監控和管理。除此之外，為了加強系統的靈活性，設計時要加強各個模塊之間的靈活性， 最后在頂層設計一個人機交互界面，控制系統的運行方向。目前多使用嵌入式系統開發，為了優化其工作效率，主要采取在 PC平臺上進行代碼開發等，并進行調試等。

4 結論

根據上文所述，通過對物聯網網關進行的深入研究發現，實現無線網絡的嵌入式網關是必要的。在日后物聯網網關的發展過程中，其要求也會越來越高，雖然目前物聯網網關沒有一個統一的標準， 但是隨著科學技術的發展，物聯網網關必然會越來越完善。

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作者簡介

李奇霏（1992-），男，河北省秦皇島市人。2011年就讀于北京科技大學計算機與通信工程學院，物聯網工程專業。研究方向為物聯網應用、RFID 嵌入式。

作者單位

北京科技大學　北京市　100086