串口轉(zhuǎn)WiFi下的物聯(lián)網(wǎng)終端遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)方法研究

黃振江

摘要：本文為了克服在同一無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備控制存在的可移動性差，以及傳輸距離短等問題，提出了一種基于串口轉(zhuǎn)WiFi的物聯(lián)網(wǎng)終端遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)方案，在概述串口轉(zhuǎn)WiFi模式的基礎(chǔ)之上，圍繞基于串口轉(zhuǎn)WiFi的遠(yuǎn)程控制的實現(xiàn)方法做出了簡要分析，望能夠?qū)⒄孜锫?lián)網(wǎng)終端遠(yuǎn)程控制方案推廣應(yīng)用于包括工業(yè)控制以及智能家居等在內(nèi)的相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)程控制；串口；WiFi

中圖分類號：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0039-01

在物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備通信功能實現(xiàn)過程中，基于有線的通信方式相對固定，缺乏可移動性，而基于無線局域網(wǎng)的通信模式則對傳輸距離有較大限制，無論采用哪種方案，都無法同時滿足數(shù)據(jù)交互以及設(shè)備遠(yuǎn)程控制方面的要求[1]。而隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在遠(yuǎn)程智能控制上的實現(xiàn)更為可行。通過搭建串口轉(zhuǎn)WiFi模塊的方式，基于Socket通信模式下的透傳工作機(jī)制，可以使得傳統(tǒng)意義上的穿孔設(shè)備以無線傳輸?shù)姆绞浇尤刖W(wǎng)絡(luò)中，并由基于MQTT消息傳輸協(xié)議的服務(wù)器終端進(jìn)行接收，支持?jǐn)?shù)據(jù)信息收發(fā)功能的實現(xiàn)，一方面可以滿足數(shù)據(jù)交互以及遠(yuǎn)程控制的功能需求，另一方面可以的突破傳統(tǒng)終端設(shè)備在無線通信傳輸距離方面的限制。本文即圍繞串口轉(zhuǎn)WiFi下的物聯(lián)網(wǎng)終端遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)方案進(jìn)行研究與分析，望能夠引起業(yè)內(nèi)有關(guān)人員的重視。

1 串口轉(zhuǎn)WiFi模式概述

在物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備與其他設(shè)備網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線通信的過程中，可以根據(jù)相關(guān)參數(shù)推算客戶端使用者的一般情況。AP作為無線節(jié)點，此過程中WiFi實質(zhì)上是一個網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建者，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中處于中心節(jié)點，基于AP實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中通有數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能。STA也可以理解為存在于無線通信網(wǎng)絡(luò)中的終端（站點）。所構(gòu)建的整套物聯(lián)網(wǎng)終端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可通過Socket通信以及命令的操作指令。當(dāng)工作模式為Socket通信的情況下，基于串口轉(zhuǎn)WiFi的物聯(lián)網(wǎng)終端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以看到各種通信模式。在遠(yuǎn)程通信的過程當(dāng)中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程通信之前停，首先需要以無線路由器為核心構(gòu)建整套遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)的總控制中心，在WiFi模塊中，傳控設(shè)備可以將有關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一系列注冊數(shù)據(jù)信息，如用戶定義數(shù)據(jù)、ID參數(shù)以及MAC地址等在內(nèi)打包并實現(xiàn)Socket透傳通信，在路由器輔助下降數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)至外網(wǎng)服務(wù)器，并利用外網(wǎng)服務(wù)器與終端設(shè)備無線網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成一個完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在確保結(jié)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)之上，支持?jǐn)?shù)據(jù)信息交互以及設(shè)備遠(yuǎn)程控制功能的正常實現(xiàn)。

2 遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)方法

首次進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備配置時，經(jīng)由串口轉(zhuǎn)WiFi模塊構(gòu)建基于WiFi的網(wǎng)絡(luò)體系，該網(wǎng)絡(luò)體系可支持在AP以及服務(wù)器與終端設(shè)備之間構(gòu)建連接關(guān)系，從而支持對相關(guān)配置信息數(shù)據(jù)的寫入，以此種方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備上線的要求。用戶加入該局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)后，自動對終端設(shè)備信息參數(shù)進(jìn)行對齊，并獲取包括MAC地址、IP地址以及端口號字段內(nèi)的一系列參數(shù)信息，并進(jìn)行系統(tǒng)初始化處理。在此基礎(chǔ)之上，由系統(tǒng)自動配置設(shè)備服務(wù)器端口號、IP地址信息、服務(wù)集標(biāo)識SSID、密碼及加密方式、工作模式等相關(guān)參數(shù)信息，基于互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)終端設(shè)備相關(guān)信息在服務(wù)器系統(tǒng)中的聯(lián)網(wǎng)注冊，以支持兩者間的可靠連接[2]。

遠(yuǎn)程控制設(shè)備存在兩種工作模式，第一是客戶機(jī)模式，第二是服務(wù)器模式[3]。在服務(wù)器模式下，串口轉(zhuǎn)WiFi模塊聯(lián)網(wǎng)為被動模式，設(shè)備需要在數(shù)據(jù)交換前切換至等待狀態(tài)，當(dāng)客戶端發(fā)起連接邀請并為設(shè)備所接收后方可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。在客戶機(jī)模式下，串口轉(zhuǎn)WiFi聯(lián)網(wǎng)為主動模式，設(shè)備在數(shù)據(jù)交換前主動發(fā)出連接指令，在此基礎(chǔ)之上支持?jǐn)?shù)據(jù)交換的實現(xiàn)。同時，在服務(wù)器端上，可使用輕量級的、基于代理的“發(fā)布/訂閱”模式的MQTT消息傳輸協(xié)議，同時面向系統(tǒng)終端部署Apache Apollo，以支持相關(guān)功能的實現(xiàn)[4]。整套協(xié)議開放性高、小巧、可靠且簡潔，在不可靠連接、低帶寬、CPU內(nèi)存緊張的一系列移動終端以及嵌入式設(shè)備中得到了較為廣泛的應(yīng)用?；诖淼摹鞍l(fā)布/訂閱”模式的MQTT消息傳輸協(xié)議下，包括了MQTT客戶端以及MQTT消息代理這兩個模塊，客戶端可直接搭載基于代理的“發(fā)布/訂閱”模式的MQTT消息傳輸協(xié)議而實現(xiàn)消息代理與MQTT協(xié)議之間的交互連接。作為一種特殊的消息模式，基于代理的“發(fā)布/訂閱”模式的MQTT消息傳輸協(xié)議應(yīng)當(dāng)以代理服務(wù)器中的特定主體為中介，在消息發(fā)布者以及消息訂閱者之間構(gòu)成一個數(shù)據(jù)交互的臉型關(guān)系，無需在TCP協(xié)議支持下構(gòu)建真實意義上的通信連接關(guān)系。在基于代理的“發(fā)布/訂閱”模式的MQTT消息傳輸協(xié)議支持下，消息經(jīng)由消息發(fā)布者發(fā)出并進(jìn)入特定發(fā)送隊列[5]。同時，訂閱客戶可根據(jù)類別表達(dá)與描述的不同，選擇接受感興趣程度高的興趣，通過此種方式解除了應(yīng)用程序與功能相互之間存在的耦合關(guān)系，同時保障了服務(wù)器與客戶端之間消息接收的可靠、準(zhǔn)確。

3 結(jié)語

本文提出了一種基于串口轉(zhuǎn)WiFi的物聯(lián)網(wǎng)終端遠(yuǎn)程控制方案，并就整套遠(yuǎn)程控制方案的設(shè)計以及實現(xiàn)過程進(jìn)行分析與探討，在本方案實際應(yīng)用中，能夠突破通信傳輸線纜以及終端設(shè)備位置局限性的影響，具有良好的交互性以及可移動性，可支持設(shè)備遠(yuǎn)程控制以及數(shù)據(jù)傳輸功能的實現(xiàn)，也能夠為設(shè)備間的交互運(yùn)作提供一種較為方便與快捷的方法。以上所提出的物聯(lián)網(wǎng)終端遠(yuǎn)程控制方案有良好的可靠性，綜合成本低廉，在工業(yè)控制、智能家居等諸多領(lǐng)域中彰顯出了良好的通用性以及可拓展性特點。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：In order to overcome the problem of poor mobility and short transmission distance in the same wireless LAN network， a remote control implementation scheme based on serial port to WiFi is proposed. Based on the overview of the serial WiFi mode， the remote control based on the serial port to the WiFi is introduced. A brief analysis of the implementation method is made. It is hoped that the remote control scheme of the whole network terminal can be popularized and applied to the related fields， including industrial control and intelligent home.

Key words：Internet of things； remote control； serial port； WiFi