新一代物聯(lián)網網關研究
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嵌入式系統(tǒng)開發(fā)分為軟件開發(fā)和硬件開發(fā)兩部分。
硬件模塊目前主要包括ARM9-S3C2440開發(fā)板、BC4RS 232串口藍牙適配器、RC500非接觸式IC卡開發(fā)板、ZigBee模塊、M2M模塊、智能藍牙手機。開發(fā)板上的核心是ARM處理器，處理器中有裁剪的Linux系統(tǒng)和相應的C語言程序，由于控制整個系統(tǒng)的設備運轉以及處理各子網絡的數據。SDRAM和FLASH與S3C2440相連，用作緩存和存儲程序。分布在處理器周圍的藍牙無線傳輸接口，可通過虛擬串口通過藍牙技術與中興智能手機進行通信。ZigBee模塊用于接收ARM處理器的指令，發(fā)送到ZigBee網絡，同時可以接收ZigBee網絡返回的消息。RFID接口模塊的作用類似于ZigBee的接口模塊，同樣用于接收處理器的指令和RFID網絡返回的消息，并發(fā)送給另外一端。中興Mu301通過USB接口與M2M模塊連接。手機端通過J2ME開發(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)議與開發(fā)板上的藍牙模塊接口傳遞消息。
嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)過程一般都采用“宿主機／目標板”開發(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發(fā)環(huán)境和調試工具來開發(fā)目標板上的軟件，然后通過交叉編譯環(huán)境生成目標代碼和可執(zhí)行文件，通過串口／USB／以太網等方式下載到目標板上，利用交叉調試器在監(jiān)控程序運行，實時分析，最后，將程序下載固化到目標機上，完成整個開發(fā)過程。在軟件設計上，為結合ARM硬件環(huán)境及ADS軟件開發(fā)環(huán)境所設計的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程圖。整個開發(fā)過程基本包括以下幾個步驟：
(1)源代碼編寫：編寫源C／C++及匯編程序；
(2)程序編譯：通過專用編譯器編譯程序；
(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JTAG、USB、UART方式下載到目標板上；
(5)軟硬件測試、調試：通過JTAG等方式聯(lián)合調試程序；
(6)下載固化：程序無誤，下載到產品上生產。
3 關鍵技術
本項目在設計與實現過程中，通常涉及以下一一些關鍵技術：
(1)本項目需要通過藍牙技術，來實現手機平臺和物聯(lián)網網關的數據通信。研究手機平臺和網關模塊的通信機制，以及相關的協(xié)議的設計是一個關鍵問題；
(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，通過手機平臺讓用戶和ZigBee網絡進行交互，如何設計手機平臺和ZigBee協(xié)議的交互機制是一個研究重點；
(4)RFID模塊可以實現對射頻標簽的讀寫的功能。因此要解決ARM Linux和RFID閱讀器的結合問題，實現通過Linux平臺控制對RFID的讀寫等操作；
(5)基于ARM Linux和手機平臺，作為RFID信息過濾器和事件規(guī)則處理引擎的關鍵技術研究；
(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)網的藍牙技術與RFID安全認證技術有效結合。通過這項技術可以借助RFID快速安全建立藍牙連接；
(8)節(jié)能、可靠是無線傳感網關注的兩個重點，物聯(lián)網無線傳感網絡中節(jié)能可靠路由協(xié)議研究也是本項目的一個關鍵。本項目提出一些路由協(xié)議可以有效減少無線傳感網絡的能耗、并提高網絡的可靠性；
(9)針對無線傳感網絡的被動故障檢測方法進行研究。本項目采取基于匯聚節(jié)點被動接收和BP神經網絡相結合的無線傳感器網絡故障診斷方法。
4 應用場景
本項目所研制的物聯(lián)網互操作平臺和動態(tài)網絡協(xié)議，具有靈敏度高、實用性好、模塊化等特點，該技術的成功將增強智能手機的自動化程度，大幅度擴展無線傳感器網絡的應用范圍，能在社會的各領域廣泛使用。基于無線傳感器網絡的物聯(lián)網應用，可節(jié)省大量布線，減少資源的浪費，從而為建設節(jié)約型社會做出積極貢獻。
基于物聯(lián)網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、手機作為應用網關未來會成為社會發(fā)展的必然趨勢，具有廣闊的市場空間。據相關資料統(tǒng)計，未來5年中國的智能化小區(qū)將以30％的速度增長，預計到2020年，我國大中城市中的60％住宅要實現智能化。因此，可以預見，該預研項目涉及的新的手機產品具有廣闊的產業(yè)化前景。目前所要實現的兩個示范性應用分別是校園安全系統(tǒng)和機場智能領取行李系統(tǒng)。
基于物聯(lián)網的校園安全演示系統(tǒng)，將先進的射頻識別技術(RFID)，無線傳感技術(ZigBee)與互聯(lián)網、移動網絡結合，打造一個立體化的安全網絡管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用RFID技術實時讀取學生信息，在校門、教學樓等地布點通過ZigBee技術形成自組織的多跳網絡，再由匯聚節(jié)點上傳獲取的信息，管理人員可通過手持設備在校園中隨時隨地查詢管理。
基于物聯(lián)網的智能領取行李系統(tǒng)，是將射頻識別技術(RFID)、無線傳感技術(ZigBee)與互聯(lián)網、移動網絡相結合，以便智能、高效地解決旅客在機場領取行李可能出現的問題。該系統(tǒng)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。并且領取行李之后，系統(tǒng)會匹配每個旅客的行李信息，避免出現少拿，多拿或者拿錯行李的情況。
5 參與團隊介紹
本項目課題組長期從事軟件中間件以及傳感／物聯(lián)網方面的研究，對傳感／物聯(lián)網進行了長期研究，目前已完成或正在實施多個物聯(lián)網、傳感網的相關項目，包括自然科學基金和國家科技重大專項。撰寫了多篇包括藍牙通信安全，RFID身份驗證，ZigBee網絡診斷等相關的專利，在IEEE Transaction、ACM Transaction等期刊和國際學術會議上發(fā)表了30多篇論文。目前還對移動傳感／物聯(lián)網，移動社會關系網絡進行了大量研究工作。
在課題組實施的項目中，“基于中興手機平臺的新一代物聯(lián)網關鍵技術研究”獲得了2011年中興通訊產學研合作論壇年會“2010年優(yōu)秀合作項目”，并到深圳大梅沙參加表彰會。通過本項目的合作，進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、香港理工大學、上海交通大學、西安交通大學、國防科技大學等研究者一直保持交流和合作。目前有4名教師，有30多名研究生在實驗室從事研發(fā)工作，團隊研發(fā)能力較強。
本研究通過中興手機與整個物聯(lián)網系統(tǒng)的通信，可以實現手機導航，移動訂閱，環(huán)境監(jiān)控，標簽識別，目標感知與定位等功能。研究成果的產品將進一步拓展手機的功能，可廣泛應用在工商業(yè)，家居生活等多領域。
6 結語
2011年3月25日，經陜西省工信廳批復，陜西省物聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟正式成立。陜西省物聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟的成立，是陜西省大力扶持物聯(lián)網產業(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)網產業(yè)的知名度和競爭力。在陜西省物聯(lián)網實驗研究中心的積極努力下，西安電子科技大學成為聯(lián)盟成員單位之一，陜西省物聯(lián)網實驗研究中心常務副主任張小平任聯(lián)盟副秘書長和副理事長。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/160673.htm
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