基于邊緣計(jì)算的智慧物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)病蟲識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊潔 李國強(qiáng) 馬競羽 雷雨果

摘 要：【目的】傳統(tǒng)云計(jì)算存在實(shí)時(shí)性不夠、帶寬不足、能耗較大、不利于數(shù)據(jù)安全與隱私等問題，應(yīng)用邊緣計(jì)算能有效解決上述問題。【方法】通過基于邊緣計(jì)算的智慧物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)病蟲識(shí)別系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，測試目標(biāo)應(yīng)用的數(shù)字化、集成化、信息化、可視化和智能化，減少云計(jì)算的計(jì)算壓力?！窘Y(jié)果】智慧物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)病蟲識(shí)別系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)離線后自動(dòng)重新登錄的功能、系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與上報(bào)功能、服務(wù)器數(shù)據(jù)顯示功能，從而減輕云計(jì)算中心的計(jì)算負(fù)擔(dān)?！窘Y(jié)論】研究結(jié)果將為使用邊緣計(jì)算的系統(tǒng)提供有力的支撐，能保證整個(gè)系統(tǒng)的智能性、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，并提高了計(jì)算能力和社會(huì)生產(chǎn)效率，為大規(guī)模推廣邊緣計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：邊緣計(jì)算；物聯(lián)網(wǎng)；低功耗廣域網(wǎng)；系統(tǒng)框架；邊緣決策

中圖分類號(hào)：TP274? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2024）04-0032-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.04.006

Design and Implementation of Intelligent Internet of Things

Agricultural Pets Recognition System Based on Edge Computing

YANG Jie1? ? LI Guoqiang2? ? MA Jingyu1? ? LEI Yuguo1

（1.Henan Academy of Science Applied Physics Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou 450008， China；2.Xinyang Ecological Environment Monitoring Center of Henan Province， Xinyang 464006， China）

Abstract： [Purposes] Research on edge computing applications can effectively avoid the traditional cloud computing problems such as real-time shortage， bandwidth shortage， high energy consumption and adverse to data security and privacy. [Methods] Through the development and application of intelligent Internet of things （IOT） agricultural pest identification system based on edge computing， the digitization， integration， informationization， visualization and intellectualization of target application are tested to reduce the computing pressure of cloud computing. [Findings] The intelligent Internet of things （IOT） agricultural pest identification system can realize the functions of automatically re-login after the nodes or gateways are off-line， the functions of system data collection and report， the functions of server data display to reduce the computing burden on the cloud computing center. [Conclusions] The results of the study will strongly support the use of edge computing system can ensure the intelligence， reliability， security and economy of the whole system， improve the computing capacity and the efficiency of social production， and then lays a foundation for the large-scale promotion of edge computing.

Keywords： edge computing; internet of things; low-power wide area network; system architecture; edge decision

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)的快速普及，萬物互聯(lián)的時(shí)代已經(jīng)到來。同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備數(shù)量的迅速增加，使得該類設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到了澤字節(jié)（ZB）級(jí)別，以云計(jì)算模型為核心的集中式大數(shù)據(jù)處理，其關(guān)鍵技術(shù)已不能高效處理邊緣設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的云計(jì)算有以下4個(gè)方面的不足：①實(shí)時(shí)性不夠。對(duì)互聯(lián)網(wǎng)來說，實(shí)時(shí)性是一個(gè)極其重要的要求，而傳統(tǒng)云計(jì)算模型先將數(shù)據(jù)上傳到云計(jì)算中心，再請求數(shù)據(jù)處理結(jié)果，這無疑會(huì)增大系統(tǒng)的時(shí)延；②帶寬不足。邊緣設(shè)備會(huì)實(shí)時(shí)不間斷產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，而將這些數(shù)據(jù)全部上傳至云計(jì)算中心，會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶寬造成巨大壓力。③能耗較大。數(shù)據(jù)中心消耗了極多的能源，且隨著請求處理的數(shù)據(jù)量越來越大，能耗將會(huì)成為限制云計(jì)算中心發(fā)展的瓶頸。④不利于數(shù)據(jù)安全與隱私。萬物互聯(lián)中的數(shù)據(jù)與用戶生活聯(lián)系極為緊密，如在用戶住處安裝的智能攝像頭，將視頻數(shù)據(jù)上傳到云端，會(huì)增加用戶隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

為解決上述問題，本研究將邊緣計(jì)算應(yīng)用于智慧物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)病蟲識(shí)別系統(tǒng)中，從而減輕云計(jì)算的壓力。

1 邊緣計(jì)算

1.1 邊緣計(jì)算國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，邊緣設(shè)備的規(guī)模及邊緣設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也在急劇增加。為了能更加高效地利用海量的邊緣數(shù)據(jù)，邊緣計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生［1］。

在國外，2014年，European Telecommunications Standards Institute（ETSI）成立移動(dòng)邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化工作組；2015年，由思科、戴爾、ARM等公司聯(lián)合成立OpenFog聯(lián)盟；2017年3月，ETSI將移動(dòng)邊緣計(jì)算行業(yè)規(guī)范工作組更名為多接入邊緣計(jì)算，對(duì)邊緣計(jì)算的應(yīng)用需求進(jìn)行深入的研究與探討；2018年，國際電信聯(lián)盟物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市研究組立項(xiàng)首個(gè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域邊緣計(jì)算項(xiàng)目“用于邊緣計(jì)算的 IOT 需求”［2］。2019 年，在世界移動(dòng)通信大會(huì)上，NVIDIA與微軟公司宣布針對(duì)邊緣計(jì)算進(jìn)行合作，旨在幫助各行各業(yè)能更好地應(yīng)對(duì)制造設(shè)施、互聯(lián)樓宇、城市基礎(chǔ)設(shè)施及其他領(lǐng)域中日益增長的數(shù)據(jù)洪流。

在國內(nèi)，對(duì)邊緣計(jì)算的研究還處于起步階段。2016年11月30日，在北京成立了邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，該聯(lián)盟由華為技術(shù)有限公司、中國信息通信研究院和ARM等聯(lián)合創(chuàng)立，其中，成員單位涵蓋能源電力、工業(yè)制造等不同領(lǐng)域的科研院校。邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在2016年、 2017年和2018年分別出版了國內(nèi)的《邊緣計(jì)算參考架構(gòu)》1.0版本、2.0版本和3.0版本［2-4］，梳理了邊緣計(jì)算的測試床，并提出了邊緣計(jì)算在工業(yè)制造、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)等行業(yè)應(yīng)用的解決方案。

1.2 邊緣計(jì)算概念

邊緣計(jì)算是網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)執(zhí)行計(jì)算的一種計(jì)算模式，其中，邊緣的上行數(shù)據(jù)表示萬物互聯(lián)服務(wù)，邊緣的下行數(shù)據(jù)表示云服務(wù)，而邊緣計(jì)算的邊緣是指從數(shù)據(jù)源到云計(jì)算中心路徑之間的任意計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源［5-7］。

邊緣計(jì)算模型如圖1所示，由邊緣計(jì)算模型可了解邊緣計(jì)算的實(shí)現(xiàn)流程與原理。云計(jì)算中心主要通過數(shù)據(jù)庫及邊緣設(shè)備來獲取數(shù)據(jù)，其中，邊緣設(shè)備可以是傳感器、手機(jī)等，邊緣設(shè)備既是數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者，又是數(shù)據(jù)的消費(fèi)者。因此，云計(jì)算中心和邊緣設(shè)備的數(shù)據(jù)請求是雙向的。邊緣設(shè)備具備一定的智能性，不僅能與云計(jì)算中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，且可執(zhí)行部分任務(wù)，主要包括數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和處理、隱私保護(hù)等。

2 基于邊緣計(jì)算的智慧物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)病蟲識(shí)別系統(tǒng)

基于邊緣計(jì)算的智慧物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)病蟲識(shí)別系統(tǒng)主要是為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)應(yīng)用的數(shù)字化、集成化、信息化、可視化和智能化［8］。在整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中，根據(jù)各個(gè)應(yīng)用模塊的功能，可將系統(tǒng)劃分為節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器三部分，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。

節(jié)點(diǎn)是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)精確測量、智能感知的基礎(chǔ)。節(jié)點(diǎn)主要是由微控制器模塊、傳感器、SD卡儲(chǔ)存模塊、LoRa模塊、電源模塊組成。其中，微控制器模塊是節(jié)點(diǎn)的核心模塊，主要負(fù)責(zé)初始化配置各外設(shè)模塊，并整合節(jié)點(diǎn)各外設(shè)模塊，完成對(duì)數(shù)據(jù)的讀取、儲(chǔ)存、簡單的分析處理和上報(bào)等功能；傳感器模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集［9］；SD卡存儲(chǔ)模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存；LoRa模塊主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的通信；電源模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)節(jié)點(diǎn)正常供電，配合微控制器實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)低功耗的功能。

網(wǎng)關(guān)作為節(jié)點(diǎn)與服務(wù)器之間的橋梁，是系統(tǒng)低功耗廣域網(wǎng)和以太網(wǎng)的重要樞紐，通過網(wǎng)關(guān)來完成不同協(xié)議的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關(guān)主要由微控制器模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊、網(wǎng)口模塊、LoRa模塊和電源模塊組成。其中，微控制器模塊是網(wǎng)關(guān)的核心模塊，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)各外設(shè)模塊的初始化配置，并協(xié)同網(wǎng)關(guān)的各個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理、上報(bào)和信息決策等功能；LoRa模塊主要負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)的無線通信；SD卡存儲(chǔ)模塊主要用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；網(wǎng)口模塊主要是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器的通信；電源模塊主要負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)的供電。

服務(wù)器主要由應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)庫、中間件服務(wù)組成。其中，應(yīng)用服務(wù)與網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)口模塊進(jìn)行通信，應(yīng)用服務(wù)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析與處理，包括區(qū)域管理、用戶管理、設(shè)備管理和數(shù)據(jù)管理這四個(gè)方面的相關(guān)功能。

根據(jù)系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器的基本功能，在此基礎(chǔ)上，參考圖2的邊緣計(jì)算3.0框架，以傳感器為現(xiàn)場層、節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)為邊緣層、服務(wù)器為云計(jì)算層，從而進(jìn)行邊緣計(jì)算的相關(guān)設(shè)計(jì)與部署，提升系統(tǒng)邊緣側(cè)的智能化。

2.1 節(jié)點(diǎn)的邊緣決策

節(jié)點(diǎn)的邊緣決策主要體現(xiàn)在網(wǎng)關(guān)離線的情況，當(dāng)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的通信可能因外界環(huán)境或網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)故障等，導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)接收不到來自節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失的情況。為了杜絕上述情況的發(fā)生，在節(jié)點(diǎn)檢測到無法與網(wǎng)關(guān)正常通信后，將數(shù)據(jù)臨時(shí)儲(chǔ)存在著節(jié)點(diǎn)SD卡內(nèi)部，在節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)重新恢復(fù)正常通信后，會(huì)檢查SD卡內(nèi)部是否存在著離線儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，若存在，則將離線儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)一起上報(bào)至網(wǎng)關(guān)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)的類型，將儲(chǔ)存方式分為兩種。對(duì)空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度等普通類型的數(shù)據(jù)，可直接存放在.txt文檔中；而圖像數(shù)據(jù)以JPEG格式存放在文件中。

2.2 網(wǎng)關(guān)的邊緣決策

網(wǎng)關(guān)邊緣決策主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是數(shù)據(jù)處理；二是離線數(shù)據(jù)決策（當(dāng)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器因某些情況不能正常通信時(shí)，如網(wǎng)關(guān)網(wǎng)線接觸不良等，網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器不能進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，網(wǎng)關(guān)需要將節(jié)點(diǎn)上報(bào)的數(shù)據(jù)臨時(shí)儲(chǔ)存在本地?cái)?shù)據(jù)庫中，直至服務(wù)器在線時(shí)才將離線數(shù)據(jù)重新上報(bào)）；三是網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信息決策和規(guī)則計(jì)算，并下發(fā)相應(yīng)的決策至節(jié)點(diǎn)（不論服務(wù)器是否處于離線狀態(tài)，網(wǎng)關(guān)都要能實(shí)現(xiàn)在本地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理等操作，正常執(zhí)行局域范圍內(nèi)的一些數(shù)據(jù)服務(wù)，保證本地業(yè)務(wù)的可靠運(yùn)行）。

2.2.1 數(shù)據(jù)處理。綜合考慮傳感器數(shù)據(jù)的缺失值、異常值和數(shù)據(jù)濾波的各種處理方式及該系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，對(duì)缺失值與異常值采用均值填補(bǔ)法進(jìn)行處理，對(duì)數(shù)據(jù)濾波采用中位值平均濾波。

2.2.2 離線數(shù)據(jù)決策。本研究設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)通過SQLAlchemy來建立數(shù)據(jù)庫，SQLAlchemy是一種對(duì)象關(guān)系映射（Object Relational Mapping，ORM）工具，ORM將數(shù)據(jù)庫中的表與面向?qū)ο笳Z言中的類建立了一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而構(gòu)建一個(gè)很強(qiáng)大的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫框架。因此，可通過操作類或類實(shí)例來完成操作數(shù)據(jù)庫中的表或表中的每一條記錄，使得數(shù)據(jù)庫的訪問更加高效［10］。

2.2.3 信息決策和規(guī)則計(jì)算。節(jié)點(diǎn)上報(bào)至網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)要先經(jīng)過數(shù)據(jù)分析與清洗，接著網(wǎng)關(guān)使用規(guī)則模型等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的分析，得出決策指令，并下發(fā)至節(jié)點(diǎn)。本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過嵌入式規(guī)則引擎進(jìn)行信息決策和規(guī)則計(jì)算。規(guī)則引擎是一種由推理引擎發(fā)展而來的、嵌入在應(yīng)用程序中的組件，可以將復(fù)雜、冗余的業(yè)務(wù)規(guī)則同整個(gè)支撐系統(tǒng)分離開，便于系統(tǒng)的功能開發(fā)及架構(gòu)的可復(fù)用移植［11］。

網(wǎng)關(guān)的規(guī)則引擎采用TCA模型，由觸發(fā)器（Trigger）、執(zhí)行條件（Condition）、執(zhí)行動(dòng)作（Action）三個(gè)部分組成，TCA模型如圖3所示。

觸發(fā)條件時(shí)將產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)動(dòng)作，其中，觸發(fā)條件可以是數(shù)據(jù)或時(shí)間等，且各個(gè)觸發(fā)條件的關(guān)系設(shè)定為“或”（Or）關(guān)系；執(zhí)行條件是對(duì)規(guī)則的觸發(fā)條件再一次進(jìn)行篩選，且各個(gè)執(zhí)行條件的關(guān)系設(shè)定為“與”（And）關(guān)系；執(zhí)行動(dòng)作是指滿足觸發(fā)器與執(zhí)行條件前提下執(zhí)行定義的動(dòng)作，該動(dòng)作可以是指令或結(jié)論輸出等，執(zhí)行動(dòng)作是TCA模型中規(guī)則的結(jié)果。

針對(duì)本研究設(shè)計(jì)的智慧物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)上報(bào)至網(wǎng)關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)先進(jìn)入觸發(fā)器，通過觸發(fā)器的觸發(fā)條件后，進(jìn)入執(zhí)行條件再一次進(jìn)行判斷。若滿足執(zhí)行條件，則直接執(zhí)行相應(yīng)的決策動(dòng)作，反之，則不執(zhí)行。規(guī)則引擎中的TCA模型通過減少條件判斷邏輯的復(fù)雜性，使得規(guī)則邏輯的執(zhí)行力更強(qiáng)。通過邊緣網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)則判斷及信息決策，可提高邊緣網(wǎng)關(guān)的智能化水平，同時(shí)，減小云計(jì)算中心的計(jì)算壓力。

3 測試結(jié)果

系統(tǒng)整體功能及性能測試主要檢測節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器整體是否能正常穩(wěn)定工作，同時(shí)，涉及對(duì)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器之間通信協(xié)議的驗(yàn)證，具體測試分為節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)注冊登錄測試、數(shù)據(jù)采集與上報(bào)測試、數(shù)據(jù)處理與信息決策測試、服務(wù)器數(shù)據(jù)顯示測試、系統(tǒng)性能測試等。

3.1 網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)注冊登錄測試

網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)注冊登錄測試步驟和結(jié)果見表1。

由表1可知，網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)設(shè)備的注冊與登錄功能運(yùn)行正常，并能實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)離線后自動(dòng)重新登錄的功能。

3.2 數(shù)據(jù)采集與上報(bào)測試

對(duì)測試節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)上報(bào)功能進(jìn)行測試，測試步驟和結(jié)果見表2。

由表2可知，節(jié)點(diǎn)能正確采集傳感器數(shù)據(jù)，且節(jié)點(diǎn)一個(gè)RS-485接口掛載空氣溫濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器等，可實(shí)現(xiàn)一主多從的工作模式。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)能正常上報(bào)至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)也能將數(shù)據(jù)上報(bào)至服務(wù)器。綜上所述，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與上報(bào)功能正常。

3.3 數(shù)據(jù)處理與信息決策測試

數(shù)據(jù)處理與信息決策是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)智能性的重要體現(xiàn)，測試主要涉及網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)的清洗與濾波、節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的離線數(shù)據(jù)處理決策、網(wǎng)關(guān)信息決策與規(guī)則計(jì)算。測試步驟和結(jié)果見表3。

由表3可知，對(duì)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)的清洗以及濾波、節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的離線數(shù)據(jù)處理決策、網(wǎng)關(guān)信息決策與規(guī)則計(jì)算的測試均通過，通過在系統(tǒng)邊緣側(cè)實(shí)現(xiàn)這些功能，可減輕云計(jì)算中心的計(jì)算負(fù)擔(dān)。

3.4 服務(wù)器數(shù)據(jù)顯示測試

測試節(jié)點(diǎn)將采集到的空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤溫濕度、土壤PH值和植物葉片圖像數(shù)據(jù)上報(bào)至服務(wù)器，并通過服務(wù)器的數(shù)據(jù)展示界面來直觀地顯示傳感器采集到的數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)的展示界面分為普通傳感器數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)兩種，如圖4、圖5所示。由傳感器數(shù)據(jù)的展示界面可知，服務(wù)器數(shù)據(jù)顯示功能測試通過。

3.5 系統(tǒng)性能測試

上述測試主要是對(duì)整體系統(tǒng)的功能進(jìn)行測試，接著進(jìn)行系統(tǒng)性能測試，性能測試主要包括數(shù)據(jù)處理時(shí)間測試、系統(tǒng)壓力測試兩部分。系統(tǒng)性能測試的具體步驟和結(jié)果見表4。

由表4可知，網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)分析和處理時(shí)間約為30 ms，網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)分析和處理時(shí)間較快。

由系統(tǒng)壓力測試結(jié)果可知，在節(jié)點(diǎn)上報(bào)周期為5 s，且采用主動(dòng)上報(bào)模式的前提下，當(dāng)單個(gè)網(wǎng)關(guān)掛載節(jié)點(diǎn)數(shù)量超過10個(gè)，網(wǎng)關(guān)可能會(huì)出現(xiàn)丟失部分節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況，這是因?yàn)槎鄠€(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)同時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)至網(wǎng)關(guān)，而網(wǎng)關(guān)只能處理一個(gè)節(jié)點(diǎn)上報(bào)的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)丟失其他節(jié)點(diǎn)上報(bào)的數(shù)據(jù)。為了使單個(gè)網(wǎng)關(guān)能容納盡可能多的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，且不丟失節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，可適當(dāng)增加節(jié)點(diǎn)上報(bào)周期的時(shí)間，或在每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置固定數(shù)據(jù)上報(bào)周期的基礎(chǔ)上加上一個(gè)較小隨機(jī)時(shí)間，從而在一定程度上避免網(wǎng)關(guān)丟失節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的可能性。

4 結(jié)語

本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有廣覆蓋、低功耗、低成本、大接入等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用遠(yuǎn)距離與低功耗不可兼得的問題，并利用邊緣計(jì)算模型部署系統(tǒng)邊緣側(cè)的網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模無線傳感器的數(shù)據(jù)獲取、處理、存儲(chǔ)和信息決策等功能，能更加高效地處理系統(tǒng)邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)，從而提升系統(tǒng)的智能性。

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