物联网网关控制与数据采集系统设计开题报告

拟选题目

物联网网关控制与数据采集系统设计

选题依据及研究意义

在当今的信息领域，存在着大量的人与物、物与物之间的信息交换，这使信息与通信领域逐渐呈现出了一种新的模式——那就是物联网。随着物联网的发展与深化，其最终目的是通过各式各样的传感器组建的节点，将所有事物联系起来，实现人与人、人与物、物与物之间随时的信息交换。对于物联网而言，要实现以上的无障碍的信息交流，往往需要大量的感知类节点组成传感网络，这些传感器类型十分广泛，使用协议各不相同，若想采用传统模式，将各个节点直接连入网络，无论是从网络技术还是功耗要求都是不现实的，因此需要一种新型的网元设备，能够使这些终端设备无缝的链接到网络中，这种设备就是物联网网关。

物联网网关作为一个新兴的名词，在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色，它将成为连接无线传感网络与传感通信网络的一个纽带，完成无线传感网络、传统通信网络以及其他不同类型网络之间的协议转换，实现局域和广域的数据互联。此外物联网网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的信息，实现远程控制。物联网网关设备是将多种接入手段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求， 实现与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色， 可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联，将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。

本题实现的智能物联网网关设计，它能借助多种网络将小范围内的传感器节点汇聚的信息接入互联网络中，实现传感器节点采集数据在本地和远程的监控及管理。此外该系统还可以实现双向通信，具备终端设备管理功能，用户可以通过网关设备管理底层的感知节点，实现远程控制。将从以下三个任务来实现整体的设计，首先，收集传感器节点的数据，实现无线传感网络数据的采集和存储。其次，实现数据协议的双向转换，将无线传感器数据发送到物联网云平台，或者将收集到的物联网云平台数据转换成无线数据，实现控制。最后将转换后的数据快速有效的发送到公共网络。

文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评价）

物联网网关作为一个新兴的名词，在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色，它将成为连接无线传感网络与传感通信网络的一个纽带，完成无线传感网络、传统通信网络以及其他不同类型网络之间的协议转换，实现局域和广域的数据互联。物联网网关设备是将多种接入手段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求， 实现与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色， 可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联，将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。

在我参考的文献«物联网网关在公共领域中的作用»、«物联网网关系统设计»两个书中，作者对近年来的物联网网关技术以及成果应用做了详细的分析，无论是高校、企业还是研究所，有关物联网网关的技术研究和应用都可谓是如火如荼，随着研究的深入以及技术的进步，国内已经有一些物联网网关的相关产品问世，比如北京昆仑海岸出品的KL-H1100，上行联网方式为3G或者有线，下行接口为USB2.0或ZigBee，它可以实现ZigBee网络到互联网的数据转换，但是作为家庭应用的无线传感网络容易受到墙壁等障碍物的阻挡，所以作为家庭应用有局限性.以及叶凡科技出品的紫藤207物联网智能网关，上行为有线，下行接口为CAN、AD、GPIO、DA、RS458等，此款产品类似于带网络接口的数据采集卡，只实现了不同接口到网络接口透明数据的转换，局限性在于没有考虑到传感网内各节点间的组网形式。还有N901WNG物联网智能网关等等。

所以本课题旨在实现一款能满足低功耗要求的，应用于复杂环境的多通信方式的温度实时采集监控网管系统。首先了解物联网网关的相关知识，就现有的技术发展进行调研、分析、总结进而设计出自己的智能网关系统。此系统主要完成三个任务，首先，是无线传感网络的数据采集和存储；其次，执行数据的协议的双向转换；最后将协议转换后的数据发送到公共网络。此外该系统还应该有相应的管理和控制能力。在我的设计中，智能网关整体由三个子系统组成，分别是网关子系统、底层传感子系统、数据存储子系统。网关子系统是智能网关的控制中心，是实现网关功能的核心部分，数据协议转换、数据的双向传输、无线传感网络管理、数据存储和嵌入式web服务器等功能。在实际的设计中采用Linux作为上层应用程序，并且有登陆界面，以适应实际的需求。

研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等）

一、 基本思路

此系统主要完成三个任务，首先，是无线传感网络的数据采集和存储；其次，执行数据的协议的双向转换；最后将协议转换后的数据发送到公共网络。此外该系统还应该有相应的管理和控制能力。在我的设计中，智能网关整体由三个子系统组成，分别是网关子系统、温度采集子系统、监控服务器子系统。

本课题是基于嵌入式和linux的物联网网关设计，包括系统需求分析和系统功能设计等，通过学习、规划、设计将本次的毕设分为底层、中层、上层三个模块，分别是底层温度湿度传感器、中层Linux内核驱动、上层的应用层。

在上层的软件设计中还采用了面向对象的研究方法，面向对象技术中最重要的概念就是对象，它是基于问题对象的自底向上的一种系统开发方法。在开发过程中，分析和设计阶段独立于程序设计语言。最主要的特点是对象为基础，对象是分析问题和解决问题的核心。面向对象的方法便于帮助分析者、设计者和用户清楚表达抽象概念。

基本设计思路:

1、按照实验设计的要求以及过程，首先进行需求分析。

2、根据需求分析，建立需求的整体构架，并完成数据流图将系统模块化，根据系统的功能，确定各个模块功能，现整体的软硬件功能设计。

3、详细设计。对各个模块进行详细的设计，确定各个模块内部的具体流程。

4、熟悉开发平台对各个模块按先后顺序进行编码以及测试。

二、研究方式、方法

本课题是基于Linux的物联网网关控制系统，使用Linux进行底层平台的搭建和上层的客户端设计，包括系统需求分析和系统功能设计等，通过学习，软件工程、Linux底层驱动，嵌入式开发等知识，将学到的知识实际运用到本课题中。通过最简单也是最基础的方式，扎扎实实的完成本次设计。实现时使用Linux进行上层的客户端软件的开发。而底层的平台是friendlyARM6410,通过Linux编写底层驱动,通过温度传感器收集，收集传感器节点的数据，实现无线传感网络数据的采集和存储。实现数据协议的双向转换，最后将无线传感器数据发送到物联网云平台。

为了更直观的表现系统的架构以及组成，根据对网关的整体设计，物联网网关的整体架构图如下：

（1）物联网网关整体架构图

为了将毕业设计项目能够转换成实际项目，将设计项目的具体功能抽象处理。硬件结构图以及软件结构图如下:

(2)硬件结构图

（3）软件结构图

上层应用具体模块解释说明：

l 登陆/退出智能网管系统

此模块是为用户设计的登陆以及退出，用户可以点击进入登陆该系统，需要输入账户以及密码，确保系统的安全，并且方便用户使用。

l 系统配置

用户可以在这个选项中选择配置最大的系统连接数，以及添加管理员账户，添加用户账户。

l 开启网关服务

用户可以选择开启网关服务，此时系统会连接，在测试软件中输入发送的数据可以在系统中接收到数据的长度，并且保存到数据库。

l 查看数据库

用户可以对数据库数据进行查看，数据库会保存所有的数据，还可以对数据库的内容进行删除。

主要参阅文献

[1] 苑隆寅.物联网网关数据处理研究[J]. 电子技术与工程，2015，25（6）17.

[2] 李剑锋.物联网网关在公共领域中的作用[J]. 电脑编程技巧与维护，2015.

[3] 葛宁宁,李晋.物联网数据采集中间件模型的设计与实现[J]. 电子科技，2015,28（1）：103-105.

[4] 谭云松，韩建军. 一种面向服务的物联网中间件模型[J]. 计算机科学，2011,38（10A）：1-3.

[5] 葛宁宁,李晋. 物联网数据采集中间件模型的设计与实现[J]. 电子科技，2015,28（1）：103-105.

[6] 刘文珂. 嵌入式处理器与嵌入式软件研究[J].电子工程师，2011,27（11）

[7] 罗俊海，周应宾，邓霄博. 物联网网关系统设计[J].电信科学，

2011,17（002）

[8] 雷小俊. 基于嵌入式技术的家庭网关的研究与实现[D]. 大连理工大学，2005,12（4）

[9] 邱世华.Linux操作系统之奥秘[M].北京：电子工业出版社，2008

其它说明

指导教师是否同意开题

签名:

年    月    日

教研室教学负责人签署

签名:

年    月   日

说明：

1、开题报告工作从第七学期学生确定毕业设计（论文）题目后开始，在教师指导下，学生通过调研、收资后，于第八学期第四周前完成。

2、纸张填写不够可另加附页。