摘要：簡介了物聯網網關的應用背景，提出了網關的總體方案，列舉了其中關鍵枝術，給出了應用案例，介紹了研究團隊。
　　
　　引言
　　
　　隨著傳感器技術的不斷發展成熟，成本的不斷降低，多源感知系統將顯著改變數據采集系統以及用戶與便攜式電子產品之間的界面。引導這種發展趨勢的原始設備制造商已明確指出希望借助這些傳感器在實現用戶對信息隨時隨地動態感知的設想。這些現代傳感器提供了設計工程師所需要的感知能力，改變了數據采集系統以及人機交互方式。
　　
　　本研究為西安電子科技大學承擔的中興通訊公司的項目，主要研究基于中興智能手機平臺的新一代物聯網的關鍵技術。旨在用于物聯網關鍵技術的研發和驗證，為中興通汛研發新一代智能手機產品提供參考依據。通過中興智能手機與整個物聯網系統的通信，可以實現手機導航，移動訂閱，環境監控，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，家居生活等多領域。
　　
　　1、總體方案
　　
　　本項目是未來4G手機的概念平臺，手機作為移動互聯網與無線傳感網的應用網關使用，在設備接入控制與數據文互中需要使用大量的接入協議與數據傳輸協議，通過對協議建模與仿真實驗，文中提出了多協議融合的技術方案，以便于智能手機平臺可在多種場合發揮作用。
　　
　　本系統由智能移動信息匯集終端和中興智能手機組成。通過無線網絡，系統可實時采集與傳輸多源數據。手機可根據需要對多源數據進行采集與控制，使周圍的無線傳感器能與手機進行動態數據交換。
　　
　　本設計結合無線傳感器技術和嵌入式軟硬件技術，采用RFIDReader、尢線傳感器終端模塊、Wi-Fi模塊、WAPI模塊、ZigBee模塊、GPS模塊以外部擴展方式，確保利用中興智能手機平臺對周圍無線傳感器模塊的實時采集。本研究采用高精度電壓參考芯片為系統信號采集了系統提供參考電壓基準，系統通過ZigBee模塊完成現場溫度、濕度等信息的感知；并采用藍牙Bluetooth（IEEE802．15）模塊實現評估板多源信息到中興智能手機的無線傳輸。系統的主要支撐技術有嵌入式技術、無線局域組網技術、多協議處理、人機交互界面、RFID等，實現了以智能移動平臺終端為核心的自動化、信息化的多功能信息感知應用系統。
　　
　　2、系統架構
　　
　　本系統的主要支撐技術有：嵌入式技術、無線局域組網技術、多協議處理、人機交互界面、RFID等，實現了以智能移動平臺終端為核心的自動化、信息化的多功能信息感知應用系統。其系統網絡結構如圖1所示，該網絡結構也是未來物聯網發展的一個雛形。　　
　　在圖1的系統結構中，手機作為一個重要終端，通過藍牙設備到達網關設備，然后由網關設備對ZigBee網絡、電子標簽、3G網絡、Wi-Fi／WAPI網絡、北斗網絡等網絡和設備之間進行的網絡融合和技術革新，充分體現了現實物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理這一物聯理念。
　　
　　嵌入式系統開發分為軟件開發和硬件開發兩部分。
　　
　　硬件模塊目前主要包括ARM9-S3C2440開發板、BC4RS232串口藍牙適配器、RC500非接觸式IC卡開發板、ZigBee模塊、M2M模塊、智能藍牙手機。開發板上的核心是ARM處理器，處理器中有裁剪的Linux系統和相應的C語言程序，由于控制整個系統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開發的JAVA虛擬機上的應用程序利用藍牙的虛擬串口通信協議與開發板上的藍牙模塊接口傳遞消息。
　　
　　嵌入式系統在開發過程一般都采用“宿主機／目標板”開發模式，即利用宿主機（PC機）上豐富的軟硬件資源及良好的開發環境和調試工具來開發目標板上的軟件，然后通過交叉編譯環境生成目標代碼和可執行文件，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控程序運行，實時分析，zui后，將程序下載固化到目標機上，完成整個開發過程。在軟件設計上，為結合ARM硬件環境及ADS軟件開發環境所設計的嵌入式系統開發流程圖。整個開發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，以及相關的協議的設計是一個關鍵問題；
　　
　　（2）ZigBee協議棧在CC2430芯片上集成了Z-Stack的協議棧。因此，需要深入研究ARMLinux和ZigBee協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ARMLinux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ARMLinux和手機平臺，作為RFID信息過濾器和事件規則處理引擎的關鍵技術研究；
　　
　　（6）研究ARMLinux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）節能、可靠是無線傳感網關注的兩個重點，物聯網無線傳感網絡中節能可靠路由協議研究也是本項目的一個關鍵。本項目提出一些路由協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網互操作平臺和動態網絡協議，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網應用，可節省大量布線，減少資源的浪費，從而為建設節約型社會做出積極貢獻。
　　
　　基于物聯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展的必然趨勢，具有廣闊的市場空間。據相關資料統計，未來5年中國的智能化小區將以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和機場智能領取行李系統。
　　
　　基于物聯網的校園安全演示系統，將*的射頻識別技術（RFID），無線傳感技術（ZigBee）與互聯網、移動網絡結合，打造一個立體化的安全網絡管理系統。系統采用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。
　　
　　基于物聯網的智能領取行李系統，是將射頻識別技術（RFID）、無線傳感技術（ZigBee）與互聯網、移動網絡相結合，以便智能、地解決旅客在機場領取行李可能出現的問題。該系統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／物聯網方面的研究，對傳感／物聯網進行了長期研究，目前已完成或正在實施多個物聯網、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，在IEEETransaction、ACMTransaction等期刊和學術會議上發表了30多篇論文。目前還對移動傳感／物聯網，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WayneStateUniversity、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工作，團隊研發能力較強。
　　
　　本研究通過中興手機與整個物聯網系統的通信，可以實現手機導航，移動訂閱，環境監控，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，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，陜西省物聯網產業聯盟正式成立。陜西省物聯網產業聯盟的成立，是陜西省大力扶持物聯網產業的又一重要舉措，有利于整合資源優勢，提升陜西省物聯網產業的度和競爭力。在陜西省物聯網實驗研究中心的積極努力下，西安電子科技大學成為聯盟成員單位之一，陜西省物聯網實驗研究中心常務副主任張小平任聯盟副秘書長和副理事長。