物联网传感数据汇集平台研究

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3.0 高德中 2024-11-19 8 4 1.7MB 61 页 15积分

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摘要

在物联网中，现实世界的物理信息被传感设备采集后，发送给数据中心进行

处理，经过各种网络传输，在客户端提供给用户。物理数据种类的多样性，导致

了传感设备的多样性，这又增强了传感设备采集数据格式的异构性，从而加大了

物联网中传感数据汇集的难度。本文针对物联网中传感数据异构性的问题，做出

如下研究：

（1）本文通过对各类物理设备接入和响应操作功能特征的抽象提取，设计出

抽

象的逻辑网关，分为服务模块和命令模块两部分；服务模块负责对设备XML配置

文件的读取和转发，以及提供设备状态信息获取和转发的接口；命令模块负责读

取和转发命令参数和获取远程控制命令。解决了网络中设备管理难以统一的问题。

（2）采用XML配置文件管理模式。当设备接入网络时，一方面简化了服务端对

设备固定信息和控制参数的读取；另一方面对本地数据库的配置文件管理策略，

保证了代码的可重用性和数据存储模块的独立性。

（3）研究了物联网的多种异构数据源的特性，在物联网架构中，提出了一种

传

感数据汇集系统 PDCS（the Perception Data Collection System）来收集和传输传感

数据，从而实现了“感知”过程，屏蔽了数据的异构性，进而简化了程序开发。

（4）实现了基于 Android 操作系统的物联网远程监控客户端，使用户可以

随时随地查看监控环境的数据信息并能够进行远程控制操作。

（5）详细阐述了门禁系统中一种RFID读卡器应用PDCS机制的主要过程，并给

出实验结果和分析。

关键字：物联网传感器异构数据远程控制 PDCS

ABSTRACT

Internet of things,the physical information of the real world by sensing devices is

sended to the data center for processing through a variety of network trasmisson, availb-

le to the user on the client.The diversity of the types of physical data,resulting in a dive-

rsity of sensing devices,enhances the data format heterogeneity by sensing devices coll-

ectted,so the difficulty of sensor data collection in the Internet of Things is increased.In

this paper, to the problem of heterogeneity of the sensor data in the Internet of things,

make the following research:

(1) In this paper, various types of physical devices to access and respond to operating

features of the abstraction, design abstract logical gateway, the service module and

command module is divided into two parts; service module is responsible for reading

and forwarding device XML configuration file, as well as to provide device status

information access and forwarding interface; The command module is responsible for

reading and forwarding the command parameters and access remote control commands

to solve the difficult unified network device management.(2)Give a mode of the XML

configuration file management devices accessing. When having an access network

equipment, on the one hand, greatly simplifies the service-si-

de reading information and control parameters of the fixed equipment;on the other ha-

nd,the configuration file management strategy of local database ensure the independen-

ce of data storage module and the reusabllity of the code.(3)After researching a variety

of heterogeneous data sources in IoT, proposes PDCS (the Perception Data Collection

System) to collect and transmit sensor data, in order to achieve a "perception", shielding

the heterogeneity of the data, to simplify program development.(4)Achieve an app of

Android operating system-based that allows users to anytime and anywhere to monitor

environmental data and remote control.(5) Expound how to use the PDCS for the access

control system of a RFID reader application in detail, and conclude experimental results

and analysis.

Key words: IOT, sensor, heterogeneous data, remote control, PDCS

目  录
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪 论.....................................................................................................................1
§1.1 课题研究背景
§1.1.1 物联网技术的发展
§1.1.2 物联网的体系结构与技术框架
§1.1.3 物联网中数据的异构性
§1.1.4 物联网中 Android
§1.2 物联网的研究现状
§1.3 研究思路及意义
§1.3.1 研究思路
§1.3.3 研究意义
§1.4 文章结构 6
第二章 物联网中的异构数据源......................................................................................8
§2.1 无线传感器网络
§2.1.1 基于 Crossbow
§2.1.2 基于 SICT
§2.2 RFID 感应数据源
§2.2.1 ACS 系统功能
§2.2.2 ACS 系统主要的通信协议
§2.3 视频数据源
§2.3.1 视频系统
§2.3.2 系统配置
§2.4 本章小结 23
第三章 PDCS 架构.........................................................................................................24
§3.1 PDCS 工作原理
§3.1.1 相关概念
§3.1.2 相关定义
§3.1.3 PDCS 功能
§3.2 PDCS 系统架构
§3.2.1 逻辑网关
§3.2.2 生命周期管理
§3.2.3 接入协议
§3.2.4 配置文件管理
§3.2.5 可扩展接口

§3.3 本章小结 31
第四章 系统平台的详细设计与实现............................................................................32
§4.1 配置文件管理的具体实现
§4.2 工具类的关键实现
§4.2.1 XML 解析器的关键实现
§4.2.2 对象反射器的关键实现
§4.2.3 Id 生成器的实现
§4.3 平台实现的关键
§4.3.1 逻辑网关 LGW
§4.3.2 可扩展接口
§4.4 本章小结 40
第五章 移动客户端的查询与控制................................................................................41
§5.1 移动客户端的总体设计
§5.2 主要功能的详细设计与实现
§5.2.1 服务端 42
§5.2.2 手机客户端
§5.3 手机客户端的实验结果
第六章 具体实验与结果分析........................................................................................48
§6.1 ACS 应用 PDCS
§6.1.1 指令帧的生成函数
§6.1.2 UTP 通信
§6.1.3 工具类 ACSSngUtil
§6.1.4 发送指令函数与返回指令帧解析
§6.1.5 可扩展接口
§6.1.6 可扩展接口
§6.2 实验结果及分析
§6.2.1 实验结果
§6.2.2 结果分析
§6.3 本章小结 60
第七章 总结与展望........................................................................................................61
参考文献.........................................................................................................................62

物联网传感数据汇集平台研究

第一章绪论

§1.1 课题研究背景

§1.1.1 物联网技术的发展

物联网[1]是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet

of things”，缩写为IoT。顾名思义，“物联网（IoT）就是物物相连的互联网”，

是指IoT 的核心和基础是在互联网基础上的延伸，并扩展到了任何物品与物品

之间，进行信息交换和通信。因此，IoT 的定义是按约定的协议，通过射频识

别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，把任

何物品与互联网相连接，并进行信息交换和通信，来实现对物品的智能化识别、

定位、监控和管理的一种网络。

和传统的互联网相比，IoT 有其鲜明的特征[1]。首先，它是各种感知技术的

广泛应用。IoT 上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，

不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有

实时性，周期性并不断更新数据。其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。

IoT 技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网

融合，将物体的信息实时准确地传递出去。IoT 中的传感器定时采集的信息，

数量之庞大，会形成海量信息，而这些数据需要进行网络传输，要想保障数据

的正确性和及时性，系统必须适应各种异构网络和协议。另外，IoT 自身还具

有智能处理能力，能够对物体实施智能控制。IoT 将利用云计算、模式识别等

各种智能技术，不断扩充其应用领域。

可以认为，IoT是指将各种信息传感设备及系统,如传感器网络(WSN)、射频

标签阅读装置、条码与二维码设备、全球定位系统和其它基于物到物通信模式

(M2M)的短距无线自组织网络,通过各种接入网与互联网结合起来形成的一个巨

大智能网络。物联网不但可以实现人与物的沟通和对话,而且还可以实现物与物

之间的连接与交互。

§1.1.2 物联网的体系结构与技术框架

参考文献

IoT 具备三个特征[2][3]：第一，全面感知—利用RFID、传感器、二维码等随

时随地获取物体的信息；第二，可靠传递—物体的信息通过各种融合后的网络，

实时准确地传递出去；第三，智能处理—利用云计算、模糊识别等各种智能计

算机技术，将海量数据和信息进行分析和处理，并对物体实施智能化的控制，

物联网的技术体系架构如图1.1 所示[3]。

图1.1 物联网的技术体系架构图

物联网的体系结构被公认为三层：底层是用来感知数据的感知层，第二层

是数据传输的网络层，最上层则是内容应用层[3]。

（1）感知层[2]：包括二维码标签和识读器、摄像头、GPS、传感器、中端、传

感器网络等，主要是识别、检测、采集现实世界中发生的事件和数据，包括各

类物理量、标识、音频、视频数据。通过传感器、RFID、多媒体信息采集、二

维码和实时定位等技术，将采集到的这些数据转化成计算机等虚拟世界能处理

的数字信息。

（2）网络层[3]：感知层将采集到的数据发送到网络层，网络层接收数据、分析

并处理这些数据，然后发送到应用层。因此，网络按功能可以分为数据接入层

和数据处理层。数据接入层，是各种通信网络包括有线和无线节点或者固定网

络与移动网络等，与互联网的融合网络，在物联网中属于相对成熟的部分。主

要是通过各种网络技术将采集到的数据信息整合后提供给处理层进行分析处理。

数据处理层，负责将接入层的数据进行分析、处理，从而将现实世界的物理量

转化成虚拟数据。

（3）应用层：是将物联网与行业专业技术无限融合，从而实现各种行业的智能

化。主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层[2]。其中应用支撑平台子层用

于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。应用服

务子层包括交通、医疗、家居、物流、电力等行业的智能应用。

（4）公共技术：与上面三层都有关系但不属于任何一层，包括标识与解析、安

全技术、网络管理和服务质量（QoS）管理。

物联网传感数据汇集平台研究

§1.1.3 物联网中数据的异构性

物联网中的数据源于感知层，而感知层的数据是通过无线传感网

(WSN)、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等多种形式采集到的，因

此IoT 的数据包括各类物理量、标识、音频、视频等数据。WSN 中各种各样的

传感器设备按照种类、用途和生产厂商等因素的不同，其采集的数据结构也各

不相同；在 RFID 系统中包括 RFID 标签、RFID 读写器和 RFID 中间件，其中就

RFID 读写器就包括公交读卡器，门禁 IC 卡等多种形式；M2M 系统中更是包含

品种繁多的计算设备。这些数据的格式也没有统一标准，从数据的基本格式来

分，有数值型、字符型等表达形式，科学文本格式以及 XML 格式等；从数据

的结构来分，有结构化数据（如标准的数据记录）和非结构化数据（如视频、

音频等多媒体数据）；从数据的语义上分，有采集底层的原始数据，也有经过

聚合后的高层概括性数据。数据的多态性、感知模型的异构性导致了数据的异

构性[4][5]。IoT 的应用模式和架构互不相同，缺乏可批量应用的系统方法，这是

数据异构性的根本原因[5]。显然，系统的功能越复杂，传感器节点、RFID 标签、

M2M 计算设备的种类越多，其异构性问题会越明显。这种异构性加剧了数据处

理和系统开发的难度[5]。

§1.1.4 物联网中 Android 操作系统

要更好的感受到物联网带来的便捷，移动智能终端发展无疑是最有力的保

证。因为移动智能终端体积小、重量轻便于用户随身携带和随时随地地享受网

络带来的快速与便捷。随着手机功能日趋强大，智能手机应用软件已成为用户

直接操作和应用的主体，美观实用、操作便捷的用户界面会为应用软件带来巨

大的市场前景。

Android[6]是Google

公司在2007 年宣布的基于 Linux 平台的开源手机操作系

统，该平台由应用层、应用框架层、组件库和虚拟机层以及 Linux 内核层 4部

分组成[7]：（1）应用层,是使用 Java 语言编写运行在虚拟机上的程序。（2）应

用框架层，是进行 Android 开发的基础，开发人员可以使用该层提供的 API 框

架来开发自己的应用。（3）系统运行层，这一部分是应用框架层的支撑。包含

的部分功能为：媒体函数库、Surface Manager 、WebKit 、SGL 、OpenGL

ES、FreeType、媒体框架、SQLite、Libc。（4）Linux 内核层，采用了 Linux2.6

版的内核，在软件层和硬件层建立了一个抽象层，使应用程序开发人员无需关

心硬件细节，手机开发商也只需要为自己的硬件编写驱动程序。

Android 操作系统的应用已经遍布医疗[8]、车载[9]、GPS[10]，数字电视[11]、

电子支付[12]等多种领域。移动智能终端的高速发展为物联网的开发提供了更广

阔的发展空间。

§1.2 物联网的研究现状

目前，各国纷纷出台信息化战略，针对各自国情大力发展物联网，并取得

了很大进展，在农业、医疗、交通和物流等领域都有深入的研究和应用 [13~17]。

欧盟、日本等，均投入资金开展研究，以期发掘并促进优势产业的发展。而韩

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摘要：

摘要在物联网中，现实世界的物理信息被传感设备采集后，发送给数据中心进行处理，经过各种网络传输，在客户端提供给用户。物理数据种类的多样性，导致了传感设备的多样性，这又增强了传感设备采集数据格式的异构性，从而加大了物联网中传感数据汇集的难度。本文针对物联网中传感数据异构性的问题，做出如下研究：（1）本文通过对各类物理设备接入和响应操作功能特征的抽象提取，设计出抽象的逻辑网关，分为服务模块和命令模块两部分；服务模块负责对设备XML配置文件的读取和转发，以及提供设备状态信息获取和转发的接口；命令模块负责读取和转发命令参数和获取远程控制命令。解决了网络中设备管理难以统一的问题。（2）采用XML配置文件管...

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