引言

物聯(lián)網在2010年以來受到各方面的追捧，從國家政策到地方政府專項規(guī)劃，再到企業(yè)，都投入了極大的精力和極高的熱情。在物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展的起步階段，由于缺乏統(tǒng)一規(guī)范和一致性的標準化引領，各行業(yè)在數(shù)據信息系統(tǒng)和行業(yè)數(shù)據網絡建設中都遇到了障礙，也走了不少彎路。這主要存在以下幾個問題：

傳感器接口不統(tǒng)一造成設備入網的極大困難

工業(yè)領域的一些行業(yè)安裝了大批的儀器儀表和傳感器探頭，多達上千類別和品種(品牌)，然而，這些種類繁多的設備都是由不同的制造商生產的，每一種設備的數(shù)據接口和數(shù)據輸出格式都是由制造商自行確定的，而且各不相同，從而造成數(shù)據不能被系統(tǒng)識別和辨認，也無法將諸多設備一致性接入到統(tǒng)一的傳輸網絡中。

數(shù)據通信協(xié)議眾多且不規(guī)范，造成設備的二次安裝,成本巨大

安裝在許多行業(yè)內的儀器儀表和傳感器設備雖然數(shù)量眾多，但都沒有一個統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據通信模式，也沒有遵從規(guī)范的數(shù)據通信協(xié)議，因而引發(fā)了建網工程成本的大幅度上升,每次現(xiàn)場安裝都是一次小型集成，高額的成本代價使整個工程得不償失。

分割式、重復式建設造成了新的信息孤島

地方各級管理在地域上都有自己的管理范圍，形成了各地管理都在著力搭建本地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測網絡，出現(xiàn)了不同的省網、市網或縣網。這種分頭建網、重復建網的方式所產生的弊端是，一方面造成資源浪費，另一方面由于網與網之間互不兼容，不能做到互通互聯(lián)和數(shù)據共享，進而又產生許多新的封閉型的信息孤島；也不能實現(xiàn)資源利用的最大化。

因此，本文提出面向物聯(lián)網感知層提供物聯(lián)網數(shù)據的一站式處理服務模式，使數(shù)以萬計的各類數(shù)據感知終端能夠高效率、低成本、一致性地輕松接入物聯(lián)網網絡；對海量數(shù)據實現(xiàn)全面資源化、智能化管理；實現(xiàn)物聯(lián)網傳感節(jié)點異構數(shù)據的實時集成、支持多種接口通訊協(xié)議、統(tǒng)一標準數(shù)據格式輸出，對網關功能模塊進行組件化處理，對數(shù)據配置策略進行靈活性處理的物聯(lián)網數(shù)據處理網關系統(tǒng)。

1系統(tǒng)總體設計

為了提供物聯(lián)網數(shù)據一站式處理服務，支持最廣泛的接入，使網關具備可管理和靈活的部署能力，本文把物聯(lián)網數(shù)據處理網關設計分為傳感器接入網關設備、感知數(shù)據處理中間件、網關配置應用軟件三部分。圖1所示是物聯(lián)網數(shù)據處理網關的功能結構圖。

圖1物聯(lián)網數(shù)據處理網關功能結構圖

圖1中，傳感器接入網關設備負責處理各種傳感器設備的接入、驅動管理、設備管理；感知數(shù)據處理中間件負責數(shù)據采集、設備管理、數(shù)據處理、數(shù)據存儲、規(guī)則管理和制定,實現(xiàn)數(shù)據格式轉換、通訊協(xié)議轉換、數(shù)據安全策略等功能;網關配置應用軟件負責網關現(xiàn)場管理配置工具、遠程配置管理工具、傳感器數(shù)據智能分析報告界面，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的檢測狀態(tài)、配置數(shù)據、配置策略、配置設備的管理、數(shù)據錯誤處理策略配置、數(shù)據本地訪問配置以及傳感各項指標狀態(tài)、傳感器狀態(tài)、警報與定位的數(shù)據報告等。

2傳感器接入網關的硬件設計

物聯(lián)網數(shù)據處理系統(tǒng)平臺的硬件實體是傳感器接入網關設備。該設備器件采用工業(yè)級，低功耗設計；具備USB、Uart、SPI、I2C等傳感器硬件接口，并具備WIFI、ZigBee、Internet,TD-SCDMA等通訊接口接入能力。表1所列是物聯(lián)網數(shù)據處理網關的硬件組成及技術參數(shù)。

網關設備包含硬件接口、處理器、顯示設備、控制器、通訊模塊等，具體如圖2所示。

3系統(tǒng)軟件設計

3.1感知數(shù)據處理中間件

該中間件主要涉及感知數(shù)據處理相關的程序開發(fā)，是運行在網關設備上的程序；中間件包括設備管理、數(shù)據處理、數(shù)據存儲、規(guī)則管理和制定，實現(xiàn)數(shù)據格式轉換、通訊協(xié)議轉換、數(shù)據安全策略等功能。其具體的數(shù)據處理流程圖如圖3所示。

表1物聯(lián)網數(shù)據處理網關的硬件及技術參數(shù)

本數(shù)據處理中間件的數(shù)據流程分為以下7步：

步驟1:將傳感器產生的各種電氣信號經接口驅動處理轉換為原始數(shù)據；

步驟2:將原始數(shù)據在數(shù)據處理模塊中根據數(shù)據配置策略和錯誤處理策略，將正確的數(shù)據生成xml文件；

步驟3:把原始數(shù)據在數(shù)據處理模塊中復制一份副本,并將副本數(shù)據壓縮備份存儲在指定的本地數(shù)據庫中；

步驟4：對不符合配置策略的數(shù)據和錯誤數(shù)據經過錯誤診斷分析，對不能修正的數(shù)據根據錯誤控制策略決定是否報警及采取相應措施；

步驟5：對生成的xml在安全模塊中根據加密策略及算法生成加密文件；

步驟6:將加密文件在安全模塊中復制一份副本，并將副本數(shù)據壓縮備份存儲在指定的本地數(shù)據庫中；

步驟7:把數(shù)據加密形成文件通過通信模塊發(fā)送到遠程客戶端或者本地專用手持接收設備中供用戶使用。

3.2網關配置應用軟件

網關配置應用軟件包含網關現(xiàn)場管理配置工具、遠程配置管理工具、傳感器數(shù)據智能分析報告界面，可實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的檢測狀態(tài)、配置數(shù)據、配置策略、配置設備的管理、數(shù)據錯誤處理策略配置、數(shù)據本地訪問配置以及傳感各項指標狀態(tài)、傳感器狀態(tài)、警報與定位的數(shù)據報告等。圖4所示是本系統(tǒng)的網關配置管理流程圖。

進入配置管理界面時，首先要進行用戶身份驗證。用戶 身份驗證是對訪問者訪問權限的認定，不同訪問權限對應不 同的數(shù)據訪問量以及管理權限。完成用戶登錄后，進入主菜 單界面(即一級配置界面)。本界面主要分為5個主配置項, 分別為接口驅動配置、數(shù)據處理策略配置、數(shù)據錯誤處理策 略配置、設備控制管理配置和交互界面管理設置。

接口驅動配置主要是為外界傳感器和硬件接口提供驅動 的添加、卸載和配置參數(shù)等操作。“驅動參數(shù)設置”二級界 面下又分為設備對象化參數(shù)設定和設備驅動基本參數(shù)的三級 界面。在數(shù)據處理單元中可對數(shù)據進行分類?！霸O備驅動基本 參數(shù)”可根據不同設備和硬件接口類型進行詳細的參數(shù)設定。

數(shù)據處理策略配置主要是為用戶進行數(shù)據篩選、甄別錯 誤、整理數(shù)據和加密規(guī)則以及數(shù)據庫配置等操作提供參數(shù)配 置。二級界面分為數(shù)據庫存儲配置、數(shù)據處理策略、數(shù)據串 配置和安全配置策略。

數(shù)據錯誤處理策略配置主要定義了處理錯誤數(shù)據的機 制和策略。其二級界面包括錯誤診斷策略配置、數(shù)據修正策 略配置和報警策略配置。錯誤診斷項會分析數(shù)據串中各字節(jié) 數(shù)值，判斷其中出錯的部分，并在數(shù)據串中對錯誤標識符位 進行標注。錯誤修正項在錯誤診斷項完成后，可對錯誤字節(jié) 根據規(guī)則進行修正。報警選項可對不能修正的數(shù)據進行分析, 如果符合報警策略，則發(fā)出警報。

數(shù)據本地訪問配置主要針對人機交互界面的訪問方式配 置和訪問安全設置。二級界面分為訪問界面參數(shù)設置、訪問 數(shù)據參數(shù)設置和訪問安全設置。訪問界面參數(shù)主要包括界面 的布局、瀏覽方式和顯示本地時間設置等。訪問數(shù)據參數(shù)設 置主要包括可瀏覽數(shù)據項、數(shù)據顯示形式、數(shù)據排列形式和 查詢數(shù)據條件等。訪問安全設置又分為三個三級界面，包括 訪問權限設定，即登錄用戶訪問數(shù)據權限、登錄密碼設定和 訪問權限對應訪問數(shù)據項和控制項的配置；訪問設備ID的設 定，即每個可連接到本設備的訪問設備的ID值；設備自身故 障診斷就是通過此項使設備進行一次本身硬件設備的故障自 檢。

4結語

本文設計了一種物聯(lián)網數(shù)據處理網關系統(tǒng)，介紹了該系 統(tǒng)的軟硬件設計方法，提出了物聯(lián)網數(shù)據的一站式處理服務 模式。該模式可支持最廣泛的接入能力，而且網關具備可管 理和靈活的部署能力。實踐證明，本系統(tǒng)可對數(shù)據標識進行 全面資源化和智能化管理，有能力提供數(shù)據交換和數(shù)據商用 的一切支撐服務，可支撐行業(yè)管理行為和行業(yè)決策行為，使 管理能力和決策能力得到提高，從而有效提高工作效率和工 作質量，使物聯(lián)網行業(yè)應用集成水平上一個新臺階。

20211014_616841d3c6907__物聯(lián)網數(shù)據處理網關的設計