物联网差异体系背景下设备调度平台的设计

发表时间:2019/1/10   来源:《建筑学研究前沿》2018年第31期   作者:吴晓锋
[导读] 在物联网差异体系背景下,设备的通信协议以及操作性能等方面都存在一定异构性,并且设备网络资源会有较大局限性,导致设备在传统物联网环境下,调度质量不佳,出现滞后性问题。

        摘要:在物联网差异体系背景下,设备的通信协议以及操作性能等方面都存在一定异构性,并且设备网络资源会有较大局限性,导致设备在传统物联网环境下,调度质量不佳,出现滞后性问题。基于此,本文结合物联网平台,进行物联网网关构架和设备接入设计,按照平台通信层、数据模型同步层、协议适配层以及感知接口层四层构架,设计物联网网关架构,对物联网差异化体系背景下的设备调度平台实现优化设计。
        关键词:物联网差异体系;设备调度平台;设计
       
       
        前言
        在物联网差异体系背景下,实现设备调度平台的优化设计,主要是结合协议适配层与感知接口层构建网关内部模块,并结合平台通信层和数据模型同步层构建网关设备对应接入模块,两模块实现顺畅通信并有机的接入设备,在node.js运行平台当中,能够接入多种设备,网关设备模型数据能够保持与设备数据的同步更新。本文通过此设计,充分优化物联网差异化体系背景下的设备调度平台,保证平台运行的更加稳定、可靠。
        1.物联网系统架构
        在物联网系统框架(图1)中,包括用户浏览器、物联网云平台以及IOT网关端这三个关键性组成部分,并且在三个部分建立彼此密切相连关系基础上,共同组成B/S/M架构系统。物联网云平台和对应IOT网关,在通信系统连接下,把IOT网关内部各方面设备数据,向云平台传输;云平台不仅具有突出的储存能力,其计算能力也非常强大,网关数据传入之后可以快速处理,同时向用户授权,确保用户可以利用浏览器对有关数据与信息进行访问,同时达到资源管理目的。借助自身强大的储存能力与计算能力,高效处理从网关传过来的数据,同时授权用户利用浏览器实现访问功能,并对物联网资源加以管理。在物联网差异体系背景下,此次设计将物联网的网关划分成四个层次,分别是平台通信层、感知接口层、数据模型同步层和协议转换层,确保网关可以和所有下属设备实现信息传输,并以此把设备有关数据和信息,向对应云平台当中上传[1]。
        所设计物联网系统当中,资源描述以及面向资源相关架构都是统一的,设备数据模型和网关数据模型属于核心资源。网关数据模型属于物理实体网管对应抽象化数据模型,以对物联网系统当中的物理实体网关进行属性描述,包括平台和物理两种网关数据模型,其中物理型网管数据模型是物联网网关中数据模型存储的子集,平台型网关数据模型是平台数据库中完整存储的网关数据模型;设备数据模型是在实际设备物体基础上,将其各方面参数抽象整理为数据模型,以此在物联网系统中对设备多项属性加以体现,主要分为平台和物理两种设备数据模型,其中平台型设备数据模型是将设备各方面平台数据,构成一个数据库,进而以设备数据模型体现出来,而在物联网网关当中,物理类型的设备数据模型,属于设备数据存储当中的重要子集之一。平台数据库当中完整存储的设备数据模型,物理型设备数据模型是物联网网关中设备数据存储的子集。网关设备模型通常是以JSON格式加以描述。在物联网差异体系背景下设计设备调度平台,核心要点是保证设备以及平台对应的网关数据模型内部各方面数据与信息,和物联网内部相关数据和信息属于同步更新状态,即网关内部物理类型数据模型,和平台数据模型当中各方面数据要保持实时相同。由于执行设备或者传感设备与网关当中对应物理设备数据模型属于同步更新,保持平台和物理数据模型之间的同步,即可达到物理设备和平台设备数据模型之间的同步目标。物联网平台中所有用户,都可以在网管数据模型支持下,利用Web服务有关平台,应用、处理、存储、管理并且接入对应的执行设备与传感设备。
        
        图1  物联网系统架构
        2.设计物联网网关四层构架
        实体设备需要借助物联网的网关,与物联网平台建立彼此连接关系。设备要上传数据,或者下发指令,需要利用物联网网关对有关数据进行格式处理,确保系统可以识别对应数据和信息,确保双向对接成功。网关设备根据相关要求进行认证之后,要从物联网网关中得到设备模型,满足数据传输要求。网关设备模型根据实际情况变化,实时更新自身参数的时候,物联网网关会在网关设备模型更新完成后,向物联网平台发送,对平台网关对应设备模型加以更新[2]。
        在物联网差异差异体系背景下,本文把物联网网关划分成四层构架形式,即平台通信层、数据模型同步层、协议适配层以及感知接口层。设计当中把数据模型同步层与平台通信层设计成一个模块,也就是网关内部模块。结合协议适配层以及系统当中的感知接口层,实现另一模块设计,获得网关设备对应的接入模块设计成一个模块,也就是网关设备接入模块。在TCP支持下,保证两个模块之间可以顺利通信。
        3.设计数据模型同步层与平台通信层
        这两层构成了网关内部模块,实现和平台之间的通信,同时对网关设备达到认证目的,建立系统化的网关设备模型,确保平台和网关两者对应设备模型之间各方面数据都能够同步更新。另外,所设计的这个模块还要对平台下发的各种相关指令予以接收,网关设备对应接入模块进行数据包的上传,也需由网关内部模块接收。网关内部模块在接受多样化下发指令的时候,要先将客户管建设在平台通信层当中,达到接受各种控制指令的要求,并借助TCP服务器,向网关设备对应接入模块当中下发指令,以此达到控制设备目标;在上传设备各方面数据包的时候,需要同步层通过对应服务器,接受有关数据包,并在技术支持下,对相关数据包加以解析处理。如果属于网关设备的认证消息,在网关设备与物联网平台进行第一次接入的时候,需要完成2次认证,确保各方面信息都完善,并且通过认证之后,方可进入到正常使用状态;若接受到了设备心跳请求相关要求,首先要检查并确定设备实际运行情况,若发现设备改变了运行状态,需要对网关设备模型作出同步更新指令,确保信息及时更新,并且要把更新之后获得的设备模型,上传到对应物联网平台当中,以对平台网关对应设备模型加以更新;如果消息属于设备更新信息,需要同步对网关设备模型加以更新,同时在更新之后,把最新获得的网关设备模型传送到物联网平台中,保证平台网关当中对应的设备模型可以同步更新[3]。
        4.设计感知接口层与协议适配层
        在物联网网关当中,最底层是感知接口层,该层要设置合适的硬件接口,针对不同设备还要配置与之相匹配的设备驱动,保证网关与相关设备能够顺利的进行信息传输。协议适配层需要根据差异化设备,进行差异化设备控制模块设计,以达到控制设备的目的,差异化设备控制模块,需要确保彼此之间完全没有耦合,以此促使之后操作当中能够便捷的增添设备。物联网网关当中各方面设备数据模型,需要对下发数据与控制指令具体格式进行统一处理。像基于modbus协议的温湿度传感器等这一类的通用设备,要利用出厂时固定的驱动程序,对设备控制模块加以设计,进而获取设备数据,同时依旧按照统一的物联网网关设备数据格式对设备数据实现封装,之后利用TCP客户端向网关内部模块发送数据包,确保所有以modbus协议为基础的设备都可实现即插即用[4]。如果设备属于用户自己开发,那么用户可以对设备驱动模式实现自设计,并按照上述统一数据格式封装设备数据,利用TCP客户端向网关内部模块发送数据。协议适配层和感知接口层原理图可见图2。
        
        图2    协议适配层和感知接口层原理图

        为了实现协议适配层和感知接口层,协议适配层根据物联网网关设备数据模型统一的数据格式,封装设备下发的控制指令和设备上传的模型数据,同时通过node.js当中包括的net模块,在协议适配层建立TCP客户端,对物联网平台所有下发设备操作质量加以接收,并向物联网平台发送网关下属对应设备数据。
        5.测试
        在物联网差异体系背景下设计设备调度平台之后,通过以modbus协议为基础的温度传感器,对网关设备向模块接入后是否可以正常工作进行测试。设备在还没有接入网关的时候,现在平台当中实现注册,获得平台对应网关ID、设备ID以及用户密钥。之后,感知接口层根据设备指令格式,达到控制设备的目的,同时获得设备数据。协议适配层实现封装设备数据,获得与物联网平台一致的数据格式。设备数据当中有设备心跳消息和设备更新消息,将对应数据包向网关内部模块当中发送,之后网关内部模块解析并处理所接收数据,对网关设备模式加以更新,同时将完成更新的新网关设备模型向物联网平台中上传,对平台的网关设备模型实现更新。经过测试,证明网关设备实现接入模块之后,能够正常工作,并能接入多数设备,准确的下发设备控制消息,上传设备数据消息。因此,本文基于物联网差异体系设计的设备调度平台,能够更加稳定、可靠的运行。
        6.结束语
        物联网的快速发展,在多个领域都实现了广泛应用,而物联网技术在实际应用中,需要加强关注设备硬件存在的异构性调度问题,构建统一管理体系,以实现高效调度设备目标。传统物联网环境下进行设备调度,调度质量不高,并且滞后性严重。为了在物联网差异体系背景下,优化设计设备调度平台,本文从四个层面构建物联网网关架构,保证多种设备可以顺畅接入,同步更新设备和网关设备的模型数据,达到高效调度目标。
       
        参考文献
        [1]夏晶.物联网差异体系结构下的设备调度平台设计与实现[J].现代电子技术,2016(24):141-141.
        [2]陈楚兵.物联网网关关键技术的研究和实现方案[J].移动信息,2016(4):00071-00071.
        [3]师晓利,詹保坡.物联网环境下的设备调度节能方法研究与仿真[J].计算机仿真,2016(4):312-312.
        [4]物联网环境下测量与控制系统的通信网络体系结构设计与实现[D].合肥工业大学,2016(3):85-85.

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