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基于嵌入式系统视角下的物联网

发布时间:2018-12-30 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    基于嵌入式系统视角下的物联网作者: 张举   在物联网中,嵌入式系统具有相当重要的作用,其也是物联网中的必不可少的技能组成局部。在物联网的研讨中,我们应该重视嵌入式系统的地位,并通过嵌入式系统来促进物联网的发展,从而实现人、机、物三者之间的信息交互。
  【关键词】嵌入式系统 物联网 研讨
  物联网(The Internetof things,IOT)通过智能感知、识别技能与普适计算,将所有物体融入互联网,实现各设备之间的信息交换。很多行业都应用到物联网,如智能农业、工业4.0、智慧交通、智能家居等等,在这些行业中,物联网发挥了重要的作用,极大促进了各行业的智能化和信息化,提高事务效率。目前,很多设备已经通过物联网连接到网络中,如PC、手机等多种设备。而这些设备不能直接接入到互联网,需要通过物联网网关连接。物联网网关具有很多功能,如协议转换、重新封装数据、防火墙、信息过滤等。嵌入式系统(Embedded system)属于一种专用的计算机系统,可以特定地执行相应的任务。也便是说,该系统主要是依照预先定义的任务进行完全执行。现主要联合个人经验,阐释在嵌入式系统视角下如何应用物联网。
  1 嵌入式系统简述
  1.1 嵌入式系统的结构
  嵌入式系统属于一种完全嵌入受控器件内部的系统,其可分为硬件、软件系统两个局部。嵌入式系统设备由计算机系统、系统执行设备两局部构成。其中计算机系统中包含了系统软件层、应用软件层、硬件层和硬件抽象层四个组成局部。硬件层系统和计算机系统相似,其具有良好的兼容性。但在功能上,硬件层系统储存量小、指令处理速度低。硬件抽象层也叫中间层,其可以将底层硬件和上层软件分开,变成有不同功能的独立的局部。因此,在进行开发时不受到硬件影响,使开发效率极大提高。硬件抽象层还具有初始化底层硬件设备、配置硬件设备的局部基本参数等等。软件层包括文件和操作两大主要系统,变成一个开发环境。应用软件层主要是提供应用接口,使用户能够直接进行编程应用软件,并抑制和应用整个系统。
  1.2 嵌入式系统与物联网中的关系
  在物联网中,嵌入式系统是连接物联网和互联网的物联关键局部。由于在互联网的设计中,并没有将其自然延伸到物联网,两者之间并无直接的关系,为了让互联网和物联网无缝连接,就需要使用嵌入式系统来实现。因此,在物联网中,嵌入式系统的存在具有物控、物感、人-物交互、物-物交互等特性。总的来说,物联网是当前新技能发展下而变成的信息技能而且是其信息技能中重要的构成局部,而嵌入式系统则是物联网中的技能组成局部。嵌入式系统的存在推进了物联网的发展,真正实现了人、机、物之间的无障碍交融。
  2 基于嵌入式系统视角下的物联网研讨
  2.1 嵌入式系统设计方法和操作系统分析
  常见的嵌入式系统设计方法有软硬件协同设计、软硬件独立设计两种。常常选取软硬件顺序独立设计的方法,也便是先设计硬件再进行设计软件。其中硬件设计语言常用的有Verilog HDL、VHDL等。软件设计常用的软件语言有C++、C、Java等。常见的嵌入式操作系统有WinCE、Linux、PalmOS等。嵌入式操作系统具有实时性、特定性、时间正确性、可裁剪性、支持网络功能、接口标准化等特点。在开发环境中,嵌入式操作系统发挥了极大的作用,体现其强大的开发功能,并得到人们的青睐和广泛应用。
  2.2 物联网网关的特点和设计需求分析
  物联网由感知层、网络层和应用层构成其基本的架构,感知层主要作用是对信息的识别和采集;网络层的作用主要是转发、处理网络信息、实现网络管理抑制等;应用层的作用是根据需求来实现各种功能,使行业可以根据其特点和需求实现信息化、智能化。由于物联网网关要实现物联网与互联网的无缝连接,进而使各种设备可以无缝接入互联网,真正实现人、机、物之间的无障碍沟通。因此,物联网网关在设计方面有较高的要求,具体有以下几点:
  (1)具备广泛感知网络以及无缝接入的能力。由于物联网网关要将互联网和物联网进行无缝连接,这就需要其具备广泛感知网络能力,才可以将两者连接起来。但传感器设备具有一定的局限性,这就需要在设计中考虑到各种传感器的特点。而传感器则属于通讯技能中的一种,常见的有蓝牙、Zigbee、Wi-Fi等等。这些通讯技能实际上都属于近程通讯,而且协议体系都有所不同,并没有设置统一的标准。这就需要物联网感知层可以对这些不同的网络具有广泛的感知和接入的能力。
  (3)具备较强的各类型数据转换能力。目前我国互联网选取的协议有TCP/IP、IPv6等。不同的无线接入设备、传感器也选取不同的网络传输协议。可见,我国互联网中的网络传输协议具有多样性的特点。因此,物联网网关必须要具备较强的各类型数据转换能力,才可以在不同的网络传输协议中实现协议的转换,使将数据转换成为同一种格式,并将数据传输到网络中。
  (3)具备良好的管理与抑制能力。目前我国互联网中的各大网络运营商都设置了专属的管理平台,也便是说其网络传输协议都有所不同。物联网最后要与这些网络平台连接,这就需要物联网自身可以具备良好的管理与抑制能力。例如实现对自身登录、故障、状态等方面的管理与抑制,对传感器网络的管理与抑制的等等。
  2.3 物联网网关的设计
  在传输网络方面,TCP/IP模型结构主要包括应用层、传输层、互联网层、网络接口层。其中应用层的作用是执行用户的应用程序,在这一过程中,主要通过不同的网络传输协议来实现信息的交换。传输层的作用主要是准确地把数据传递给进程,使端与端之间实现信息交换。传输层中所使用的协议为TCP和UDP。网络接口层的功能主要是面向物理接口使各种设备可以互联,另外其还可以面向模型上层接收数据。互联网层的作用主要是区分不同的网络,分组和转发数据。
  在传感层网络方面,选取的通讯方式主要有无线和有限两种,无线有Wi-Fi、Zigbee、红外线等等;常见的有线通讯方式是USB、RS232等等。传感层网络的构成主要有物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。以无线Wi-Fi为例,物理层的功能主要是开启、关闭无线收发,检测接收端的能量,测量信号强度和质量、自主选择信道频率等等。网络层的功能主要是分析信息、路由管理、网络平安管理等等。应用层的功能是平安管理、反应管理、功能定义、定义设备的网络连接等等。
  3 基于嵌入式系统视角下物联网应用设计
  嵌入式�_发板常用的有A20和树莓派开发板,以A20开发板为例进行设计。在物联网网关设计中,软件局部的设计使用C、PHP、MySQL等语言。硬件设计应用A20开发板、网线、串口、51单片机等。开发环境选取Linux操作系统,并按照Linux的开发环境进行设计。设计具体流程如表1。
  按照上述步骤完成事务后,测定数据库是否正常,便完成了物联网基本架构的设计。在此基础上,我们对整个架构再进行具体分析和细化,并进行针对性的设计,就能够完成嵌入式物联网设计。
  4 结束语
  嵌入式系统作为物联网中的重要技能组成局部,其对于物联网来说是不可缺少的。在当前传输协议类型众多的复杂的互联网环境中,要实现物联网与互联网的无缝连接,实现人、机、物的无障碍信息交互,就需要选取嵌入式系统对物联网网关进行设计,使各种接口都够和物联网连接。在设计中,设计人员需要根据不同软件的需求来进行设计,以满足各行各业对于物联网网关的需求。
  参考文献
  [1]李津,孙毅,刘琼俐.基于嵌入式系统的物联网智能移动终端的设计[J].中国新通讯,2015(24):120-121.
  [2]王绪海,姚晓峰.基于嵌入式系统的物联网网关的设计[J].信息通讯,2016(01):64-66.
  [3]邓二伟,黄冰.基于嵌入式系统的物联网研讨[J].电脑迷,2016(01):79-80.
  作者简介
  张举(1987-),男,山西省人,大学本科学历。研讨方向为嵌入式与物联网。
  作者单位
  山西农业大学信息学院 山西省晋中市 030800
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