自動切換無線網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)終端平臺 - 全文

　無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大大改變了人們的生產(chǎn)、生活方式，也促進了使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，任何人(Anyone)、任何時間(Anytime)、任何地點(Anywhere)接入互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)實，使所有采集到的數(shù)據(jù)幾乎可以實時地進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。本文介紹一種使用了無線網(wǎng)絡(luò)自動切換技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)終端平臺的基本功能、軟件系統(tǒng)組成、硬件組成，重點介紹了它可發(fā)在WLAN與無線互聯(lián)網(wǎng)兩種上網(wǎng)方式中智能地進行自動切換的方式，達到了在保證通信速率的同時，實現(xiàn)節(jié)能和節(jié)省使用成本的目的。

　　1 引言

　　在信息時代，面對日益激烈的競爭和瞬息萬變的市場，市場反應(yīng)速度決定著企業(yè)的命運，只有能夠迅速應(yīng)對市場者，才能成為市場逐鹿的佼佼者。企業(yè)競爭力由原來的“規(guī)模制約”轉(zhuǎn)向了“速度制約”，市場競爭本質(zhì)由大吃小轉(zhuǎn)向快吃慢，也就是由規(guī)模競爭向速度競爭轉(zhuǎn)移?？?，成為了主旋律，而“快”的關(guān)鍵就是信息來源快速、實時、準確，決策過程果斷、及時。要達到這一目的，更需要借助現(xiàn)代化的管理工具、現(xiàn)代化的技術(shù)，使管理者和決策者無論身處何處，都能隨時掌握各種突發(fā)情況，隨時隨地可以進行“現(xiàn)場辦公”，才能真正體現(xiàn)這個“快”字，才能在這個“快者為王”的時代迅速應(yīng)對市場變化，贏得先機。

　　可以自動切換無線網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)終端平臺，正是采用了現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，身份識別技術(shù)等，使你在任何時候、任何地點都可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取所需要的信息，從而能進行及時進行審批、處理、決策，用一個“快”字為企業(yè)贏得先機。

　　2 系統(tǒng)組成和功能

　　基本構(gòu)成為四個部分：物聯(lián)網(wǎng)終端平臺;終端操作系統(tǒng)和外設(shè)驅(qū)動軟件系統(tǒng);移動終端應(yīng)用程序軟件系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng)終端平臺軟件二次開發(fā)支持系統(tǒng)。

　　可以自動切換無線網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)終端平臺的系統(tǒng)功能表現(xiàn)在五個方面;第一，是身份和狀態(tài)識別功能(一維條碼或二維條碼);第二，是無線網(wǎng)絡(luò)功能(WIFI、GPRS或3G);第三，是給用戶進行二次開發(fā)的軟件模擬運行環(huán)境;第四，是為用戶開發(fā)(或由用戶自行開發(fā))的辦公軟件系統(tǒng);第五，是為客戶開發(fā)的服務(wù)器軟件系統(tǒng)。

　　3 硬件模塊框圖

　　物聯(lián)網(wǎng)終端平臺的終端硬件系統(tǒng)全部采用模塊化設(shè)計，這樣便于設(shè)計、生產(chǎn)、維修以及按客戶要求進行模塊化定制，共分為15個模塊，如圖一所示。各部分的功能及特點如下：

　　3.1 ARM硬件平臺：核心處理器。使用靈活，適應(yīng)性強，可靠性高，功耗低，處理速度快?？墒褂么笕萘康腄DRII型RAM和MLC型FLASH;

　　3.2 WIFI和GPRS模塊(注：文中或圖中所述GPRS是指除WIFI之外采用無線方式接入互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)統(tǒng)稱，包括GPRS、3G、4G或其他無線網(wǎng)絡(luò)。下同))：接入無線網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng))。通信速率高，保密性強;

　　3.3 激光掃描模塊：掃描一維(或二維)條碼。掃描速度快(100次/秒)，不怕強光干擾，識讀22種條碼 (可加裝RF模塊，識讀RF ID);

　　3.4 攝相頭模塊：拍攝200萬相素的彩色相片或進行攝像;

　　3.5 GPS模塊：接收GPS信息，可以將有關(guān)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街付ǚ?wù)器，也可以傳遞給本機運行的地理圖形軟件;

　　3.6 RFID模塊：可以根據(jù)客戶要求安裝不同的RFDI識讀模塊，包括低頻RFID(125KHz)，高頻RFID(13.56MHz)，超高頻RFID(900MHz);

　　3.7 FLASH、RAM及SD卡：外部存儲器。使用DDRII和MLC型FLASH，數(shù)據(jù)存儲容量大，成本低。SD卡用于擴展存儲空間;

　　3.8 加密模塊：對軟件進行加密。不僅進行正確性檢查，還可進行軟件完整性檢查;

　　3.9 音頻處理模塊：集中處理GPRS通話時的麥克風音頻、耳機聽筒音頻，同時也處理在采用WI-FI對講功能時的麥克風音頻和喇叭音頻。

　　3.10 電源模塊：包含電池、充放電保護、電量計量、電壓變換、外部電源接五個部分

圖一：物聯(lián)網(wǎng)終端平臺硬件組成框圖

　　4 無線網(wǎng)絡(luò)的切換方式及原理

　　目前無線接入互聯(lián)網(wǎng)的方式有兩種主要形式：一種是采用WLAN無線局域網(wǎng)的AP(即WIFI)方式接入;另一種是采用無線互聯(lián)網(wǎng)即GPRS的方式接入。這兩種方式中，前者多用于在室內(nèi)(企業(yè)內(nèi)部)，后者多用于室外。

　　一般情況下，無線局域網(wǎng)和無線互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在不同的場合，無線局域網(wǎng)用于短距離網(wǎng)絡(luò)連接，通過單位的服務(wù)器連接到互聯(lián)網(wǎng)，費用較低甚至免費;而無線互聯(lián)網(wǎng)則通過移動通信公司的基站接入互聯(lián)網(wǎng)，在無線基站信號覆蓋的范圍內(nèi)都可以接入互聯(lián)網(wǎng)，但費用較高。兩者的定性區(qū)別如下表一所示。

　　表一：無線互聯(lián)兩種接入方式比較

RFID

　　但人們在使用過程中，如果想達到高速、可靠、功耗低、費用低的目的時，就不得不經(jīng)常進行人工網(wǎng)絡(luò)切換：在進入有WIFI的區(qū)域時打開WIFI連接、關(guān)閉GPRS(或3G或4G)連接;在室外工作或無WIFI信號的地方打開GPRS(或3G或4G)連接，關(guān)閉WIFI連接。這給需要時刻保持網(wǎng)絡(luò)暢通的商務(wù)人士帶來困擾：要么接受高費用，要么時刻進行人工切換。有沒有方法解決這一問題呢，答案是肯定的。如圖二所示。

　　在用戶使用過程中，同時對兩種網(wǎng)絡(luò)信號進行檢測，優(yōu)先通過無線局域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)，只有在沒用局域網(wǎng)信號的情況下，才通過無線互聯(lián)網(wǎng)信號上網(wǎng)，從而在保證用戶使用無線方式進行上網(wǎng)的情況下，較好地節(jié)省上網(wǎng)費用。并且，用戶進入室內(nèi)時，由于無線互聯(lián)網(wǎng)的信號較弱，設(shè)備需要較大功率才能獲得較好的通信效果，這就需要消耗較多電池能量，而室內(nèi)恰好是局域網(wǎng)信號較好的時候，這時就不需要太多的能量消耗就能獲得較好的通信效果，因此，采用自動切換的方式，既可能有較好的通信效果，又有很好的節(jié)能效果。

　　其硬件框圖如下圖二所示。

　　圖二：硬件控制原理框圖

　　在上圖中，中央處理器(CPU)同時連接有WIFI通信模塊和GPRS通信模塊，并且分別通過通信接口1和通信接口2與二者進行通信。同樣，二者都有獨立的供電電源，且分別受到電源控制1和電源控制2的控制。

　　開機時，CPU先通過電源控制2關(guān)閉GPRS電源，通過電源控制1打開WIFI電源，并通過通信接口1讀取WIFI模塊的信號強度情況并給出授權(quán)網(wǎng)張的相關(guān)信息，如果信號強度足夠且是授權(quán)局域網(wǎng)信號，則CPU通過WIFI局域網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)。否則，就關(guān)閉WIFI電源，打開GPRS電源，通過通信接口2與GPRS模塊通信，給出相關(guān)授權(quán)信息，并讀出信號強度情況，

　　如果此時，GPRS模塊也無信號，則關(guān)閉GPRS電源，且經(jīng)一個設(shè)置的時間間隔后再次打開WIFI電源進行另一個循環(huán)檢測。

　　另外，即使用戶已經(jīng)在使用GPRS上網(wǎng)，CPU也會在一個設(shè)定的時間間隔內(nèi)打開WIFI電源，對WIFI信號和授權(quán)情況進行檢測，在判斷有WIFI信號且是授權(quán)網(wǎng)絡(luò)后，就切換到WIFI網(wǎng)絡(luò)進行鏈接，否則仍然使用GPRS網(wǎng)絡(luò)進行上網(wǎng)。

　　5 無線網(wǎng)絡(luò)切換的流程圖及產(chǎn)生的效果

　　基本控制流程圖如下圖三所示，其中，定時器1用于在沒有無線網(wǎng)絡(luò)信號時對兩種網(wǎng)絡(luò)進行檢測的時間間隔，定時器2用于在使用GPRS網(wǎng)絡(luò)時對WIFI網(wǎng)絡(luò)信號進行檢測的時間間隔。

圖三：無線網(wǎng)切換控制流程圖

　　這種自動進行網(wǎng)絡(luò)切換方式的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　5.1 使用時更智能：優(yōu)先使用WLAN無線局域網(wǎng)(即WIFI，下同)，在WLAN無線局域網(wǎng)信號足夠強時，即使有無線互聯(lián)網(wǎng)信號也不會切換;

　　5.2 節(jié)省使用費用：在使用無線互聯(lián)網(wǎng)時，也采用定時間器2對WLAN信號進行檢測，如果WLAN信號足夠強，則自動切換到WLAN無線局域網(wǎng);

　　5.3 網(wǎng)絡(luò)切換完全由本地機器自動完成，不需要第三信號強度值，也無需核心網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令;

　　5.4 處理了在既無WLAN無線局域網(wǎng)信號也無無線互聯(lián)網(wǎng)信號時的情況，即采用定時器一來檢測無線信號;

　　5.5 更節(jié)能，對兩種通信模塊的電源進行控制，需要時才打開有關(guān)電源，不需要時則關(guān)閉電源，節(jié)能更明顯;

　　5.6 對無線互聯(lián)網(wǎng)和WLAN無線局域網(wǎng)的授權(quán)情況進行了判斷，如未授予權(quán)接入，則保持當前連接不進行切換。