新一代物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)研究
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嵌入式系統開(kāi)發(fā)分為軟件開(kāi)發(fā)和硬件開(kāi)發(fā)兩部分。
硬件模塊目前主要包括ARM9-S3C2440開(kāi)發(fā)板、BC4RS 232串口藍牙適配器、RC500非接觸式IC卡開(kāi)發(fā)板、ZigBee模塊、M2M模塊、智能藍牙手機。開(kāi)發(fā)板上的核心是ARM處理器，處理器中有裁剪的Linux系統和相應的C語(yǔ)言程序，由于控制整個(gè)系統的設備運轉以及處理各子網(wǎng)絡(luò )的數據。SDRAM和FLASH與S3C2440相連，用作緩存和存儲程序。分布在處理器周?chē)乃{牙無(wú)線(xiàn)傳輸接口，可通過(guò)虛擬串口通過(guò)藍牙技術(shù)與中興智能手機進(jìn)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(luò )，同時(shí)可以接收Z(yǔ)igBee網(wǎng)絡(luò )返回的消息。RFID接口模塊的作用類(lèi)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(luò )返回的消息，并發(fā)送給另外一端。中興Mu301通過(guò)USB接口與M2M模塊連接。手機端通過(guò)J2ME開(kāi)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(kāi)發(fā)板上的藍牙模塊接口傳遞消息。
嵌入式系統在開(kāi)發(fā)過(guò)程一般都采用“宿主機／目標板”開(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境和調試工具來(lái)開(kāi)發(fā)目標板上的軟件，然后通過(guò)交叉編譯環(huán)境生成目標代碼和可執行文件，通過(guò)串口／USB／以太網(wǎng)等方式下載到目標板上，利用交叉調試器在監控程序運行，實(shí)時(shí)分析，最后，將程序下載固化到目標機上，完成整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程。在軟件設計上，為結合ARM硬件環(huán)境及ADS軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境所設計的嵌入式系統開(kāi)發(fā)流程圖。整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程基本包括以下幾個(gè)步驟：
(1)源代碼編寫(xiě)：編寫(xiě)源C／C++及匯編程序；
(2)程序編譯：通過(guò)專(zhuān)用編譯器編譯程序；
(3)軟件仿真調試：在SDK中仿真軟件運行情況；
(4)程序下載：通過(guò)JTAG、USB、UART方式下載到目標板上；
(5)軟硬件測試、調試：通過(guò)JTAG等方式聯(lián)合調試程序；
(6)下載固化：程序無(wú)誤，下載到產(chǎn)品上生產(chǎn)。
3 關(guān)鍵技術(shù)
本項目在設計與實(shí)現過(guò)程中，通常涉及以下一一些關(guān)鍵技術(shù)：
(1)本項目需要通過(guò)藍牙技術(shù)，來(lái)實(shí)現手機平臺和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的數據通信。研究手機平臺和網(wǎng)關(guān)模塊的通信機制，以及相關(guān)的協(xié)議的設計是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題；
(2)ZigBee協(xié)議棧在CC2430芯片上集成了Z-Stack的協(xié)議棧。因此，需要深入研究ARM Linux和ZigBee協(xié)議棧的深度結合機制；
(3)在本項目中，通過(guò)手機平臺讓用戶(hù)和ZigBee網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行交互，如何設計手機平臺和ZigBee協(xié)議的交互機制是一個(gè)研究重點(diǎn)；
(4)RFID模塊可以實(shí)現對射頻標簽的讀寫(xiě)的功能。因此要解決ARM Linux和RFID閱讀器的結合問(wèn)題，實(shí)現通過(guò)Linux平臺控制對RFID的讀寫(xiě)等操作；
(5)基于A(yíng)RM Linux和手機平臺，作為RFID信息過(guò)濾器和事件規則處理引擎的關(guān)鍵技術(shù)研究；
(6)研究ARM Linux和手機平臺，與中興TD-MU240模塊的集成機制；
(7)研究如何將應用于物聯(lián)網(wǎng)的藍牙技術(shù)與RFID安全認證技術(shù)有效結合。通過(guò)這項技術(shù)可以借助RFID快速安全建立藍牙連接；
(8)節能、可靠是無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)關(guān)注的兩個(gè)重點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )中節能可靠路由協(xié)議研究也是本項目的一個(gè)關(guān)鍵。本項目提出一些路由協(xié)議可以有效減少無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的能耗、并提高網(wǎng)絡(luò )的可靠性；
(9)針對無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的被動(dòng)故障檢測方法進(jìn)行研究。本項目采取基于匯聚節點(diǎn)被動(dòng)接收和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )相結合的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障診斷方法。
4 應用場(chǎng)景
本項目所研制的物聯(lián)網(wǎng)互操作平臺和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，具有靈敏度高、實(shí)用性好、模塊化等特點(diǎn)，該技術(shù)的成功將增強智能手機的自動(dòng)化程度，大幅度擴展無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用范圍，能在社會(huì )的各領(lǐng)域廣泛使用?；跓o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的物聯(lián)網(wǎng)應用，可節省大量布線(xiàn)，減少資源的浪費，從而為建設節約型社會(huì )做出積極貢獻。
基于物聯(lián)網(wǎng)的手機在我國還屬于方興末艾的新事物，智能化手機集成的多項功能、手機作為應用網(wǎng)關(guān)未來(lái)會(huì )成為社會(huì )發(fā)展的必然趨勢，具有廣闊的市場(chǎng)空間。據相關(guān)資料統計，未來(lái)5年中國的智能化小區將以30％的速度增長(cháng)，預計到2020年，我國大中城市中的60％住宅要實(shí)現智能化。因此，可以預見(jiàn)，該預研項目涉及的新的手機產(chǎn)品具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。目前所要實(shí)現的兩個(gè)示范性應用分別是校園安全系統和機場(chǎng)智能領(lǐng)取行李系統。
基于物聯(lián)網(wǎng)的校園安全演示系統，將先進(jìn)的射頻識別技術(shù)(RFID)，無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)(ZigBee)與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )結合，打造一個(gè)立體化的安全網(wǎng)絡(luò )管理系統。系統采用RFID技術(shù)實(shí)時(shí)讀取學(xué)生信息，在校門(mén)、教學(xué)樓等地布點(diǎn)通過(guò)ZigBee技術(shù)形成自組織的多跳網(wǎng)絡(luò )，再由匯聚節點(diǎn)上傳獲取的信息，管理人員可通過(guò)手持設備在校園中隨時(shí)隨地查詢(xún)管理。
基于物聯(lián)網(wǎng)的智能領(lǐng)取行李系統，是將射頻識別技術(shù)(RFID)、無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)(ZigBee)與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )相結合，以便智能、高效地解決旅客在機場(chǎng)領(lǐng)取行李可能出現的問(wèn)題。該系統憑借綁定在行李上的身份標簽和可以作為讀卡器的手機，乘客下了飛機之后可以很容易地在繁多的行李中找到屬于自己的行李。并且領(lǐng)取行李之后，系統會(huì )匹配每個(gè)旅客的行李信息，避免出現少拿，多拿或者拿錯行李的情況。
5 參與團隊介紹
本項目課題組長(cháng)期從事軟件中間件以及傳感／物聯(lián)網(wǎng)方面的研究，對傳感／物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了長(cháng)期研究，目前已完成或正在實(shí)施多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)的相關(guān)項目，包括自然科學(xué)基金和國家科技重大專(zhuān)項。撰寫(xiě)了多篇包括藍牙通信安全，RFID身份驗證，ZigBee網(wǎng)絡(luò )診斷等相關(guān)的專(zhuān)利，在IEEE Transaction、ACM Transaction等期刊和國際學(xué)術(shù)會(huì )議上發(fā)表了30多篇論文。目前還對移動(dòng)傳感／物聯(lián)網(wǎng)，移動(dòng)社會(huì )關(guān)系網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了大量研究工作。
在課題組實(shí)施的項目中，“基于中興手機平臺的新一代物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究”獲得了2011年中興通訊產(chǎn)學(xué)研合作論壇年會(huì )“2010年優(yōu)秀合作項目”，并到深圳大梅沙參加表彰會(huì )。通過(guò)本項目的合作，進(jìn)一步提升了本課題組師生的研究水平，這為本項目的成功實(shí)施提供了有力保證。
本文的課題組和美國Wayne State University、香港科技大學(xué)、香港理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、國防科技大學(xué)等研究者一直保持交流和合作。目前有4名教師，有30多名研究生在實(shí)驗室從事研發(fā)工作，團隊研發(fā)能力較強。
本研究通過(guò)中興手機與整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統的通信，可以實(shí)現手機導航，移動(dòng)訂閱，環(huán)境監控，標簽識別，目標感知與定位等功能。研究成果的產(chǎn)品將進(jìn)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。
6 結語(yǔ)
2011年3月25日，經(jīng)陜西省工信廳批復，陜西省物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式成立。陜西省物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的成立，是陜西省大力扶持物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的又一重要舉措，有利于整合資源優(yōu)勢，提升陜西省物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的知名度和競爭力。在陜西省物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗研究中心的積極努力下，西安電子科技大學(xué)成為聯(lián)盟成員單位之一，陜西省物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗研究中心常務(wù)副主任張小平任聯(lián)盟副秘書(shū)長(cháng)和副理事長(cháng)。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/160673.htm
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