智慧城市物联网主要技术路线

传感网络设备及协议

(1)物联网无线节点硬件设计：无线节点硬件包括：微处理器模块、无线通信模块和电源模块。微处理器模块主要用于运行网络协议及对射频芯片等外围器件进行控制;无线通信模块主要为各节点提供无线通信的能力，实现数字信号与无线电信号的转换;电源模块主要用于为整个系统提供和管理能源。

(2)物联网无线节点软件设计：无线节点的软件结构为基于TinyOS操作系统的层次结构，主要分为协议栈部分和硬件抽象层。无线网络节点使用了CC2420射频芯片实现了节点间的无线通信，同时由于射频芯片是无线网络节点中最耗能的部分，所以它的驱动程序设计的好坏不仅直接关系到整个无线网络节点通信能力的好坏，而且还会关系到节点生命周期的长短。在传感节点 EEPROM 所存储的数据中，最主要所占空间也最大的是路由表和邻居表。路由表主要保存目标地址以及对应的下一跳地址等信息，邻居表中主要保存 64 位扩展地址、网络地址、链路质量(LQI)和相互间关系等信息。基础数据的采集通过无线传感器节点把监测点的物理量信号转化为数字信号，它是通过各种传感器与微控制器来实现的。

多协议融合网关软硬件设计

(1)融合网关软件设计：各集成系统的软件设计以嵌入式Linux操作系统平台，采取模块化编程，将需要实现的以太网或现场总线协议，按照其功能进行划分为不同模块。系统选择使用共享内存方式在各个进程间传递配置表信息和需要共享的数据。最底层为硬件设备，即多总线融合的通讯网关硬件，再往上为内核空间，内核空间通过驱动程序控制网关各功能部件。在此基础上，驱动程序就可以方便地规范控制系统的各路接口。在内核驱动程序的上层是设备文件，Linux通过设备文件管理各个驱动及硬件，通常一种实际硬件设备对应一个设备文件。设备文件统一由Linux的虚拟文件系统管理，通过Linux的系统调用接口与用户空间程序进行交互。内核空间之上就是用户空间，用户空间中底层主要是TCP/IP协议栈和其它各种通信协议程序。这些协议程序既可以是RS485的高层协议(Modbus、Profibus等)、CAN 的应用层协议(Canopen、Devicenet)和基于以太网的各种高层协议，也可以是基于RS232、RS485、CAN和以太网的用户自定义协议程序。各种协议程序都对应一块共享内存，通过各共享内存被用户应用程序接口函数统一管理。最上层就是用户应用程序，用户应用程序通过API函数管理各协议程序，数据处理模块主要进行将网关从无线传感网络和以太网获取的数据包进行提取有效负载和重新封装等相关处理。在数据处理部分需要同时处理上行数据(data 和 event)和下行数据(command)，因此在数据处理部分，我们采用多线程的方式进行实现，这样可同时对上行数据和下行数据进行处理。

(2)融合网关硬件设计：多协议融合网关作为无线传感网络与有线以太网数据传输的纽带，主要用于收集无线传感网络数据，并支持各种主流现场总线，对这些数据进行加工处理，并通过 TCP/IP 协议转发到以太网中。由于网关需要处理大量的数据，同时还需要支持 USB 通信和TCP/IP 协议，所以相对于物联网无线传感节点，它需要的 CPU 处理能力更强，内存空间更大。采用 ARM 架构的嵌入式硬件平台，针对网关设备的应用需求，它需要有中央处理器模块、存储器模块，并且还需要为网络通信提供网络接口，以及为系统各种监控现场总线提供UART 串口、USB等接口。

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