基于Z-stack協(xié)議棧的智能物聯(lián)綜合應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)方案

廣東青年職業(yè)學(xué)院 黃成麗

廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司 曹 達(dá)

基于Z-stack協(xié)議棧的智能物聯(lián)綜合應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)方案

廣東青年職業(yè)學(xué)院 黃成麗

廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司 曹 達(dá)

智能物聯(lián)是智能家居實(shí)施過(guò)程中必不可少的硬件及軟件支撐。本文所提出的智能物聯(lián)應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)方案解決了從感知層到應(yīng)用層各個(gè)層之間的軟件以及硬件的設(shè)計(jì)要求。實(shí)際的應(yīng)用效果表明該平臺(tái)不僅可以很好的采集上報(bào)底層數(shù)據(jù)，同時(shí)也可具有友好用戶(hù)體驗(yàn)。

智能物聯(lián)；感知；采集

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一般要完成傳感器數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的加工和處理這三項(xiàng)工作。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)可以分為如下三部分：傳感器硬件和接入互聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)關(guān)（負(fù)責(zé)將傳感器數(shù)據(jù)采集起來(lái)，發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器）；高性能的數(shù)據(jù)接入服務(wù)器和海量存儲(chǔ)；特定應(yīng)用，處理結(jié)果展現(xiàn)服務(wù)。要解決上述物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要有一個(gè)基于云計(jì)算與互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)加以支撐，而這個(gè)平臺(tái)的穩(wěn)定性、可靠性、易用性，對(duì)該物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的成功實(shí)施有關(guān)鍵性的作用。智能物聯(lián)為智能家居的實(shí)現(xiàn)提供了必要條件。如文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]均通過(guò) Zigbee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居設(shè)備的信息采集和控制。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文提出的智能物聯(lián)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案將智能物聯(lián)系統(tǒng)可以分為四個(gè)層次，各層之間的聯(lián)系符合無(wú)線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸流向，各層之間功能清新。各個(gè)層次所具備的功能如下：

（1）全面感知層

全面感知層負(fù)責(zé)對(duì)底層傳感數(shù)據(jù)的采集和上報(bào)，是整個(gè)智能物聯(lián)平臺(tái)的核心。因此在進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，硬件的選擇對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定以及采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性都有影響。

選用的主要硬件如下包括全系列無(wú)線智能硬件系列（ZXBeeE-du、ZXBeeLite、ZXBeePlus、ZXBeeMini、ZXBeePro）；多達(dá)10種無(wú)線核心板，CC2530 ZigBee模組、CC3200 Wi-Fi模組、CC2541藍(lán)牙模組、CC1110 433M模組、STM32W108 ZigBee/IPv6模組、HF-LPA Wi-Fi模組、HC05藍(lán)牙模組、ZM5168 ZigBee模組、SZ05 ZigBee模組、EMW3165 Wi-Fi模組；多達(dá)40+教學(xué)傳感器/執(zhí)行器，100+工業(yè)傳感器/執(zhí)行器，支持定制。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層把無(wú)線傳感網(wǎng)進(jìn)行了無(wú)限的拓展，把zigbee網(wǎng)絡(luò)中的傳輸數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)關(guān)上報(bào)到上層的ip數(shù)據(jù)網(wǎng)，使得用戶(hù)隨時(shí)隨地都可以對(duì)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控。

本文所提及的智能物聯(lián)平臺(tái)支持ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、RF433M、IPv6、電力載波、RS485/ModBus等無(wú)線/有線通信技術(shù)；采用易懂易學(xué)的JSON數(shù)據(jù)通信格式的ZXBee輕量級(jí)通信協(xié)議；多種智能M2M網(wǎng)關(guān)：ZCloud-GW-S4418、ZCloud-GW-9x25、ZCloud-GW-PC，集成Wi-Fi/3G/100M以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)接口，支持本地?cái)?shù)據(jù)推送及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心接入，采用AES加密認(rèn)證。

（3）數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心提供高性能工業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集群服務(wù)器，支持海量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的接入、分類(lèi)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)決策、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘；分布式大數(shù)據(jù)技術(shù)，具備數(shù)據(jù)的即時(shí)消息推送處理、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)挖掘等功能；云存儲(chǔ)采用多處備份，數(shù)據(jù)永久保存，數(shù)據(jù)丟失概率小于0.1%。

該層是基于B/S架構(gòu)的后臺(tái)分析管理系統(tǒng)，支持Web對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行管理和系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控。主要功能模塊包括消息推送、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、觸發(fā)邏輯、應(yīng)用數(shù)據(jù)、位置服務(wù)、短信通知、視頻傳輸?shù)取?/p>

（4）應(yīng)用服務(wù)

智能物聯(lián)開(kāi)放平臺(tái)應(yīng)用程序編程接口，提供SensorHAL層、Android庫(kù)、Web JavaScript庫(kù)等API二次開(kāi)發(fā)編程接口，具有互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需的采集、控制、傳輸、顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)分析、自動(dòng)輔助決策、手機(jī)/Web應(yīng)用等功能，可以基于該API上開(kāi)發(fā)一整套完整的互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)；同時(shí)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（即時(shí)消息）、歷史數(shù)據(jù)（表格/曲線）、視頻監(jiān)控（可操作云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、抓拍、錄像等）、自動(dòng)控制、短信/GPS等編程接口。

為了便于用戶(hù)的管理，本智能物聯(lián)平臺(tái)提供基于開(kāi)源的JSP框架的B/S應(yīng)用服務(wù)，支持用戶(hù)注冊(cè)及管理、后臺(tái)登錄管理等基本功能，支持項(xiàng)目屬性和前端頁(yè)面的修改，能夠根據(jù)項(xiàng)目需求定制各個(gè)行業(yè)應(yīng)用服務(wù)，比如：智能家居管理平臺(tái)、智能農(nóng)業(yè)管理平臺(tái)、智能家庭用電管理平臺(tái)、工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)家系統(tǒng)等等。應(yīng)用服務(wù)還提供Android應(yīng)用組態(tài)軟件，支持各種自定義設(shè)備，包括：傳感器、執(zhí)行器、攝像頭等的動(dòng)態(tài)添加、刪除和管理，無(wú)需編程即可完成不同應(yīng)用項(xiàng)目的構(gòu)建。

3 小結(jié)

智能物聯(lián)讓無(wú)線傳感網(wǎng)快速接入到互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)，支持手機(jī)和Web遠(yuǎn)程訪問(wèn)及控制；解決多用戶(hù)對(duì)單一設(shè)備訪問(wèn)的互斥，數(shù)據(jù)對(duì)多用戶(hù)的主動(dòng)消息推送等技術(shù)難題；提供免費(fèi)的物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，支持一年以上海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢(xún)、分析、獲取等。本文僅提出了一種可行的智能物聯(lián)綜合應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性良好，而該領(lǐng)域在物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)的將來(lái)將有更多的研究方向。

[1]俞文俊,凌志浩.一種物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的研究[J].自動(dòng)化儀表,2011,32(8):56-59.

[2]張毅,馬鈞元,楊校權(quán).基于 Cortex 和 Zig Bee 的智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù),2012,36(1):56-59.

黃成麗（1983—），女，湖北黃岡人，碩士，助教，主要研究領(lǐng)域?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、路由技術(shù)。