基于Z-stack協議棧的智能物聯綜合應用平臺系統方案

廣東青年職業學院 黃成麗

廣州海格通信集團股份有限公司 曹 達

基于Z-stack協議棧的智能物聯綜合應用平臺系統方案

廣東青年職業學院 黃成麗

廣州海格通信集團股份有限公司 曹 達

智能物聯是智能家居實施過程中必不可少的硬件及軟件支撐。本文所提出的智能物聯應用平臺系統方案解決了從感知層到應用層各個層之間的軟件以及硬件的設計要求。實際的應用效果表明該平臺不僅可以很好的采集上報底層數據，同時也可具有友好用戶體驗。

智能物聯；感知；采集

1 引言

物聯網應用一般要完成傳感器數據的采集、存儲和數據的加工和處理這三項工作。系統架構設計可以分為如下三部分：傳感器硬件和接入互聯網的通信網關（負責將傳感器數據采集起來，發送到互聯網服務器）；高性能的數據接入服務器和海量存儲；特定應用，處理結果展現服務。要解決上述物聯網系統架構的設計，需要有一個基于云計算與互聯網的平臺加以支撐，而這個平臺的穩定性、可靠性、易用性，對該物聯網項目的成功實施有關鍵性的作用。智能物聯為智能家居的實現提供了必要條件。如文獻[1]和文獻[2]均通過 Zigbee 無線網絡實現了對家居設備的信息采集和控制。

2 系統設計方案

本文提出的智能物聯平臺設計方案將智能物聯系統可以分為四個層次，各層之間的聯系符合無線傳感網的數據傳輸流向，各層之間功能清新。各個層次所具備的功能如下：

（1）全面感知層

全面感知層負責對底層傳感數據的采集和上報，是整個智能物聯平臺的核心。因此在進系統設計時，硬件的選擇對于系統穩定以及采集數據的準確性都有影響。

選用的主要硬件如下包括全系列無線智能硬件系列（ZXBeeE-du、ZXBeeLite、ZXBeePlus、ZXBeeMini、ZXBeePro）；多達10種無線核心板，CC2530 ZigBee模組、CC3200 Wi-Fi模組、CC2541藍牙模組、CC1110 433M模組、STM32W108 ZigBee/IPv6模組、HF-LPA Wi-Fi模組、HC05藍牙模組、ZM5168 ZigBee模組、SZ05 ZigBee模組、EMW3165 Wi-Fi模組；多達40+教學傳感器/執行器，100+工業傳感器/執行器，支持定制。

（2）網絡傳輸層

網絡傳輸層把無線傳感網進行了無限的拓展，把zigbee網絡中的傳輸數據通過網關上報到上層的ip數據網，使得用戶隨時隨地都可以對當前的網絡進行監控。

本文所提及的智能物聯平臺支持ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、RF433M、IPv6、電力載波、RS485/ModBus等無線/有線通信技術；采用易懂易學的JSON數據通信格式的ZXBee輕量級通信協議；多種智能M2M網關：ZCloud-GW-S4418、ZCloud-GW-9x25、ZCloud-GW-PC，集成Wi-Fi/3G/100M以太網等網絡接口，支持本地數據推送及遠程數據中心接入，采用AES加密認證。

（3）數據中心

數據中心提供高性能工業級物聯網數據集群服務器，支持海量物聯網數據的接入、分類存儲、數據決策、數據分析及數據挖掘；分布式大數據技術，具備數據的即時消息推送處理、數據倉庫存儲與數據挖掘等功能；云存儲采用多處備份，數據永久保存，數據丟失概率小于0.1%。

該層是基于B/S架構的后臺分析管理系統，支持Web對數據中心進行管理和系統運營監控。主要功能模塊包括消息推送、數據存儲、數據分析、觸發邏輯、應用數據、位置服務、短信通知、視頻傳輸等。

（4）應用服務

智能物聯開放平臺應用程序編程接口，提供SensorHAL層、Android庫、Web JavaScript庫等API二次開發編程接口，具有互聯網/物聯網應用所需的采集、控制、傳輸、顯示、數據庫訪問、數據分析、自動輔助決策、手機/Web應用等功能，可以基于該API上開發一整套完整的互聯網/物聯網應用系統；同時提供實時數據（即時消息）、歷史數據（表格/曲線）、視頻監控（可操作云臺轉動、抓拍、錄像等）、自動控制、短信/GPS等編程接口。

為了便于用戶的管理，本智能物聯平臺提供基于開源的JSP框架的B/S應用服務，支持用戶注冊及管理、后臺登錄管理等基本功能，支持項目屬性和前端頁面的修改，能夠根據項目需求定制各個行業應用服務，比如：智能家居管理平臺、智能農業管理平臺、智能家庭用電管理平臺、工業自動化專家系統等等。應用服務還提供Android應用組態軟件，支持各種自定義設備，包括：傳感器、執行器、攝像頭等的動態添加、刪除和管理，無需編程即可完成不同應用項目的構建。

3 小結

智能物聯讓無線傳感網快速接入到互聯網和電信網，支持手機和Web遠程訪問及控制；解決多用戶對單一設備訪問的互斥，數據對多用戶的主動消息推送等技術難題；提供免費的物聯網大數據存儲服務，支持一年以上海量數據存儲、查詢、分析、獲取等。本文僅提出了一種可行的智能物聯綜合應用系統，系統的穩定性、可靠性良好，而該領域在物聯網進入千家萬戶的將來將有更多的研究方向。

[1]俞文俊,凌志浩.一種物聯網智能家居系統的研究[J].自動化儀表,2011,32(8):56-59.

[2]張毅,馬鈞元,楊校權.基于 Cortex 和 Zig Bee 的智能家居網關設計與實現[J].電視技術,2012,36(1):56-59.

黃成麗（1983—），女，湖北黃岡人，碩士，助教，主要研究領域為無線傳感器網絡、路由技術。