廣東青年職業(yè)學院 黃成麗

廣州海格通信集團股份有限公司 曹 達

基于Z-stack協(xié)議棧的智能物聯(lián)綜合應用平臺系統(tǒng)方案

廣東青年職業(yè)學院 黃成麗

廣州海格通信集團股份有限公司 曹 達

智能物聯(lián)是智能家居實施過程中必不可少的硬件及軟件支撐。本文所提出的智能物聯(lián)應用平臺系統(tǒng)方案解決了從感知層到應用層各個層之間的軟件以及硬件的設計要求。實際的應用效果表明該平臺不僅可以很好的采集上報底層數(shù)據(jù)，同時也可具有友好用戶體驗。

智能物聯(lián)；感知；采集

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)應用一般要完成傳感器數(shù)據(jù)的采集、存儲和數(shù)據(jù)的加工和處理這三項工作。系統(tǒng)架構(gòu)設計可以分為如下三部分：傳感器硬件和接入互聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)關(guān)（負責將傳感器數(shù)據(jù)采集起來，發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)服務器）；高性能的數(shù)據(jù)接入服務器和海量存儲；特定應用，處理結(jié)果展現(xiàn)服務。要解決上述物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的設計，需要有一個基于云計算與互聯(lián)網(wǎng)的平臺加以支撐，而這個平臺的穩(wěn)定性、可靠性、易用性，對該物聯(lián)網(wǎng)項目的成功實施有關(guān)鍵性的作用。智能物聯(lián)為智能家居的實現(xiàn)提供了必要條件。如文獻[1]和文獻[2]均通過 Zigbee 無線網(wǎng)絡實現(xiàn)了對家居設備的信息采集和控制。

2 系統(tǒng)設計方案

本文提出的智能物聯(lián)平臺設計方案將智能物聯(lián)系統(tǒng)可以分為四個層次，各層之間的聯(lián)系符合無線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸流向，各層之間功能清新。各個層次所具備的功能如下：

（1）全面感知層

全面感知層負責對底層傳感數(shù)據(jù)的采集和上報，是整個智能物聯(lián)平臺的核心。因此在進系統(tǒng)設計時，硬件的選擇對于系統(tǒng)穩(wěn)定以及采集數(shù)據(jù)的準確性都有影響。

選用的主要硬件如下包括全系列無線智能硬件系列（ZXBeeE-du、ZXBeeLite、ZXBeePlus、ZXBeeMini、ZXBeePro）；多達10種無線核心板，CC2530 ZigBee模組、CC3200 Wi-Fi模組、CC2541藍牙模組、CC1110 433M模組、STM32W108 ZigBee/IPv6模組、HF-LPA Wi-Fi模組、HC05藍牙模組、ZM5168 ZigBee模組、SZ05 ZigBee模組、EMW3165 Wi-Fi模組；多達40+教學傳感器/執(zhí)行器，100+工業(yè)傳感器/執(zhí)行器，支持定制。

（2）網(wǎng)絡傳輸層

網(wǎng)絡傳輸層把無線傳感網(wǎng)進行了無限的拓展，把zigbee網(wǎng)絡中的傳輸數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)上報到上層的ip數(shù)據(jù)網(wǎng)，使得用戶隨時隨地都可以對當前的網(wǎng)絡進行監(jiān)控。

本文所提及的智能物聯(lián)平臺支持ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、RF433M、IPv6、電力載波、RS485/ModBus等無線/有線通信技術(shù)；采用易懂易學的JSON數(shù)據(jù)通信格式的ZXBee輕量級通信協(xié)議；多種智能M2M網(wǎng)關(guān)：ZCloud-GW-S4418、ZCloud-GW-9x25、ZCloud-GW-PC，集成Wi-Fi/3G/100M以太網(wǎng)等網(wǎng)絡接口，支持本地數(shù)據(jù)推送及遠程數(shù)據(jù)中心接入，采用AES加密認證。

（3）數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心提供高性能工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集群服務器，支持海量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的接入、分類存儲、數(shù)據(jù)決策、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘；分布式大數(shù)據(jù)技術(shù)，具備數(shù)據(jù)的即時消息推送處理、數(shù)據(jù)倉庫存儲與數(shù)據(jù)挖掘等功能；云存儲采用多處備份，數(shù)據(jù)永久保存，數(shù)據(jù)丟失概率小于0.1%。

該層是基于B/S架構(gòu)的后臺分析管理系統(tǒng)，支持Web對數(shù)據(jù)中心進行管理和系統(tǒng)運營監(jiān)控。主要功能模塊包括消息推送、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、觸發(fā)邏輯、應用數(shù)據(jù)、位置服務、短信通知、視頻傳輸?shù)取?/p>

（4）應用服務

智能物聯(lián)開放平臺應用程序編程接口，提供SensorHAL層、Android庫、Web JavaScript庫等API二次開發(fā)編程接口，具有互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)應用所需的采集、控制、傳輸、顯示、數(shù)據(jù)庫訪問、數(shù)據(jù)分析、自動輔助決策、手機/Web應用等功能，可以基于該API上開發(fā)一整套完整的互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)；同時提供實時數(shù)據(jù)（即時消息）、歷史數(shù)據(jù)（表格/曲線）、視頻監(jiān)控（可操作云臺轉(zhuǎn)動、抓拍、錄像等）、自動控制、短信/GPS等編程接口。

為了便于用戶的管理，本智能物聯(lián)平臺提供基于開源的JSP框架的B/S應用服務，支持用戶注冊及管理、后臺登錄管理等基本功能，支持項目屬性和前端頁面的修改，能夠根據(jù)項目需求定制各個行業(yè)應用服務，比如：智能家居管理平臺、智能農(nóng)業(yè)管理平臺、智能家庭用電管理平臺、工業(yè)自動化專家系統(tǒng)等等。應用服務還提供Android應用組態(tài)軟件，支持各種自定義設備，包括：傳感器、執(zhí)行器、攝像頭等的動態(tài)添加、刪除和管理，無需編程即可完成不同應用項目的構(gòu)建。

3 小結(jié)

智能物聯(lián)讓無線傳感網(wǎng)快速接入到互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)，支持手機和Web遠程訪問及控制；解決多用戶對單一設備訪問的互斥，數(shù)據(jù)對多用戶的主動消息推送等技術(shù)難題；提供免費的物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲服務，支持一年以上海量數(shù)據(jù)存儲、查詢、分析、獲取等。本文僅提出了一種可行的智能物聯(lián)綜合應用系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性良好，而該領(lǐng)域在物聯(lián)網(wǎng)進入千家萬戶的將來將有更多的研究方向。

[1]俞文俊,凌志浩.一種物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的研究[J].自動化儀表,2011,32(8):56-59.

[2]張毅,馬鈞元,楊校權(quán).基于 Cortex 和 Zig Bee 的智能家居網(wǎng)關(guān)設計與實現(xiàn)[J].電視技術(shù),2012,36(1):56-59.

黃成麗（1983—），女，湖北黃岡人，碩士，助教，主要研究領(lǐng)域為無線傳感器網(wǎng)絡、路由技術(shù)。