新一代物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)研究

　　引言

　　隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，成本的不斷降低，多源感知系統(tǒng)將顯著改變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及用戶與便攜式電子產(chǎn)品之間的界面。引導這種發(fā)展趨勢的原始設備制造商已明確指出希望借助這些傳感器在實現(xiàn)用戶對信息隨時隨地動態(tài)感知的設想。這些現(xiàn)代傳感器提供了設計工程師所需要的感知能力，改變了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及人機交互方式。

　　主要研究基于中興智能手機平臺的新一代物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。旨在用于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和驗證，為中興通汛研發(fā)新一代智能手機產(chǎn)品提供參考依據(jù)。通過中興智能手機與整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的通信，可以實現(xiàn)手機導航，移動訂閱，環(huán)境監(jiān)控，標簽識別，目標感知與定位等功能。研究成果的產(chǎn)品將進一步拓展手機的功能，可廣泛應用在工商業(yè)，家居生活等多領(lǐng)域。

　　1 總體方案

　　本項目是未來4G手機的概念平臺，手機作為移動互聯(lián)網(wǎng)與無線傳感網(wǎng)的應用網(wǎng)關(guān)使用，在設備接入控制與數(shù)據(jù)文互中需要使用大量的接入?yún)f(xié)議與數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通過對協(xié)議建模與仿真實驗，文中提出了多協(xié)議融合的技術(shù)方案，以便于智能手機平臺可在多種場合發(fā)揮作用。

　　本系統(tǒng)由智能移動信息匯集終端和中興智能手機組成。通過無線網(wǎng)絡，系統(tǒng)可實時采集與傳輸多源數(shù)據(jù)。手機可根據(jù)需要對多源數(shù)據(jù)進行采集與控制，使周圍的無線傳感器能與手機進行動態(tài)數(shù)據(jù)交換。

　　本設計結(jié)合無線傳感器技術(shù)和嵌入式軟硬件技術(shù)，采用RFID Reader、尢線傳感器終端模塊、Wi-Fi模塊、WAPI模塊、ZigBee模塊、GPS模塊以外部擴展方式，確保利用中興智能手機平臺對周圍無線傳感器模塊的實時采集。本研究采用高精度電壓參考芯片為系統(tǒng)信號采集了系統(tǒng)提供參考電壓基準，系統(tǒng)通過ZigBee模塊完成現(xiàn)場溫度、濕度等信息的感知;并采用藍牙Bluetooth(IEEE 802.15)模塊實現(xiàn)評估板多源信息到中興智能手機的無線傳輸。系統(tǒng)的主要支撐技術(shù)有嵌入式技術(shù)、無線局域組網(wǎng)技術(shù)、多協(xié)議處理、人機交互界面、RFID等，實現(xiàn)了以智能移動平臺終端為核心的自動化、信息化的多功能信息感知應用系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)架構(gòu)

　　本系統(tǒng)的主要支撐技術(shù)有：嵌入式技術(shù)、無線局域組網(wǎng)技術(shù)、多協(xié)議處理、人機交互界面、RFID等，實現(xiàn)了以智能移動平臺終端為核心的自動化、信息化的多功能信息感知應用系統(tǒng)。其系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示，該網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)也是未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個雛形。

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　　在圖1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，手機作為一個重要終端，通過藍牙設備到達網(wǎng)關(guān)設備，然后由網(wǎng)關(guān)設備對ZigBee網(wǎng)絡、電子標簽、3G網(wǎng)絡、Wi-Fi/WAPI網(wǎng)絡、北斗網(wǎng)絡等網(wǎng)絡和設備之間進行完美的網(wǎng)絡融合和技術(shù)革新，充分體現(xiàn)了現(xiàn)實物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理這一物聯(lián)理念。

　　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)分為軟件開發(fā)和硬件開發(fā)兩部分。

　　硬件模塊目前主要包括ARM9-S3C2440開發(fā)板、BC4RS 232串口藍牙適配器、RC500非接觸式IC卡開發(fā)板、ZigBee模塊、M2M模塊、智能藍牙手機。開發(fā)板上的核心是ARM處理器，處理器中有裁剪的Linux系統(tǒng)和相應的C語言程序，由于控制整個系統(tǒng)的設備運轉(zhuǎn)以及處理各子網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)。SDRAM和FLASH與S3C2440相連，用作緩存和存儲程序。分布在處理器周圍的藍牙無線傳輸接口，可通過虛擬串口通過藍牙技術(shù)與中興智能手機進行通信。ZigBee模塊用于接收ARM處理器的指令，發(fā)送到ZigBee網(wǎng)絡，同時可以接收ZigBee網(wǎng)絡返回的消息。RFID接口模塊的作用類似于ZigBee的接口模塊，同樣用于接收處理器的指令和RFID網(wǎng)絡返回的消息，并發(fā)送給另外一端。中興Mu301通過USB接口與M2M模塊連接。手機端通過J2ME開發(fā)的JAVA虛擬機上的應用程序利用藍牙的虛擬串口通信協(xié)議與開發(fā)板上的藍牙模塊接口傳遞消息。

　　嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)過程一般都采用"宿主機/目標板"開發(fā)模式，即利用宿主機(PC機)上豐富的軟硬件資源及良好的開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具來開發(fā)目標板上的軟件，然后通過交叉編譯環(huán)境生成目標代碼和可執(zhí)行文件，通過串口/USB/以太網(wǎng)等方式下載到目標板上，利用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序運行，實時分析，最后，將程序下載固化到目標機上，完成整個開發(fā)過程。在軟件設計上，為結(jié)合ARM硬件環(huán)境及ADS軟件開發(fā)環(huán)境所設計的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程圖。整個開發(fā)過程基本包括以下幾個步驟：

　　(1)源代碼編寫：編寫源C/C++及匯編程序;

　　(2)程序編譯：通過專用編譯器編譯程序;

　　(3)軟件仿真調(diào)試：在SDK中仿真軟件運行情況;

　　(4)程序下載：通過JTAG、USB、UART方式下載到目標板上;

　　(5)軟硬件測試、調(diào)試：通過JTAG等方式聯(lián)合調(diào)試程序;

　　(6)下載固化：程序無誤，下載到產(chǎn)品上生產(chǎn)。