基于物联网的嵌入式智能网关的研究与实现

李奇霏　冯异力

摘 要

随着社会经济和科学技术的迅速发展，激发了信息产业发展的浪潮，因此，物联网出现在人们的视野中。物联网是在计算机以及互联网这两大信息产业之后的又一次突破，其通过各种先进的技术将人与物之间起来联系，促使其进行信息交流和通信，简而言之就是物物相连的互联网，物联网网关则是联系它们之间的主要桥梁，而且在整个物联网体系当中具有不可替代的作用。本文将对物联网网关进行介绍、对物联网网关硬件的设计以及物联网网关软件的设计进行研究，以此来帮助物联网网关技术在未来的路上进一步发展。

【关键词】物联网 嵌入式智能网 研究

事物之间是互相联系的，世界经济不断的融合，在这个大环境下，物联网应运而生。与互联网技术等相比较而言，目前物联网技术应用更为广泛，因此，物联网技术也得到了业界的广泛关注，其不仅具有极其重要的价值，而且也具有广阔的发展前景。

1 物联网网关的介绍

物联网的结构主要分为三个方向：即感知层、网络层以及应用层。感知层就是通过人体的皮肤等，并借助传感器设备去识别和采集信息；网络层则是位于感知层与应用层二者之间，主要是通过人体神经系统，协助对信息的处理，综合功能较强；应用层处于顶层，能够完成物联网技术与其他技术进行融合，为不同行业提供各种服务。

在传感设备数量不足的情况下，将单一的设备接入公共网络当中就能够发挥功效。但是这种方式对资源造成了一定的浪费，因此，将设备汇集到一起并统一发送到网络层，能够在节约资源的同时，完成数据的传送，所以，就要在感知层与网络层之间加一个汇聚层，这样能够成为二者之间提供良好沟通的纽带，促进物联网网关的顺利发展。

1.1 物联网系统的分析

物联网网关作为物联网的基础，其作用不容忽视，具备感知网络接入、互通不同网络、远程监控三种能力。

感知网络，感知网络是由多个功能传感器网络组成，比如：摄像头、读卡器等，由于这些传感器所获得的信息不同，导致它们没有固定的方式接入，目前主要有有线与无线的区别。就目前的情况来看，有线接入相对比无线接入速度慢，无线接入目前使用的蓝牙、无线网络都能够进行快速的传送，特别是无线网络已经广泛的用于手机等设备中，应用范围十分广阔，因此，随着无线网络发展的越来越好，日后也必将能成为主要的接入方式。

异构网络互通，由于传感器的不同，感知的信息也不同，那么就造成了数据之间的分离，交流数据就会相对麻烦，因此，就要求设置一个协议网络在中间发挥作用，目前比较常用的协议网络主要是Mod bus协议网络，在许多领域都得到了有效的利用。

检测控制管理，物联网当中的检测控制管理主要是对数据信息进行监控和管理，首先是网关中的不同功能模块，能够进行更加灵活的控制，实现操作简单、人机友好；其次是对网络连接的集中管理。因此，检测控制管理不仅仅是对自身的监控，还能够对来自外来的网络进行控制和管理。

1.2 物联网系统的整体设计策略

随着科学技术的不断发展，为物联网网关提供了运行平台，一种是传统的PC平台，另一种则是嵌入式平台。由于近年来人们对系统的要求越来越高，嵌入式系统以其独特的优势，内核小、专用性强等优势，占据许多领域的主导地位，比如：交通、环境等领域。本文介绍对物联网网关的设计方案主要有六种，通过实验证明，ARM+Linux具有一定的优越性，兼容性强，是物联网网关软硬件重要的发展的平台。

2 物联网网关硬件的设计

物联网网关的运行环境相对较差，但要求却很高，要求其在降低成本和能源消耗的同时，加快处理速度。因此，AT9LSAM9260作为硬件的重要平台就成为了首选，其具有处理速度快，存储量大，兼容性强等多个优点能够胜任物联网网关对硬件的要求。

物联网的硬件需要对无线网络的接入提供技术支持，以此来满足足够的存储空间，例如：256M N and Flash等。硬件的主控制器电路是整个物联网网关当中最重要的部件，对于整个系统的数据转换等方面都具有非常重要的意义，因此，要注意主控制器电路涉及的严谨性；网络接口电路主要有两种接口模式，一个是MII，另一个是RMII，这两种模式可以通过对应硬件引脚配置来达到目的；串行接口电路，对于物联网中的串口设计，主要选择RS232和RS485这两种，这样不仅仅能够节约能源，而且还能够完成异构网络的互通，从而优化物联网的工作效率。当然，这些电路设计是不够的，对于微处理器来说，带需要增加许多模块，例如：内储存器等。

3 物联网网关软件的设计

物联网网关需要对通信接口的数据进行采集、处理等，因此，要严格的对整个框架进行分层。底层设备驱动层要收集数据信息，中间层则对数据进行处理，然后将数据向各个接口传送，这期间要加入一个监控模块对数据流动的过程进行监控和管理。除此之外，为了加强系统的灵活性，设计时要加强各个模块之间的灵活性，最后在顶层设计一个人机交互界面，控制系统的运行方向。目前多使用嵌入式系统开发，为了优化其工作效率，主要采取在PC平台上进行代码开发等，并进行调试等。

4 结论

根据上文所述，通过对物联网网关进行的深入研究发现，实现无线网络的嵌入式网关是必要的。在日后物联网网关的发展过程中，其要求也会越来越高，虽然目前物联网网关没有一个统一的标准，但是随着科学技术的发展，物联网网关必然会越来越完善。

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作者简介

李奇霏（1992-），男，河北省秦皇岛市人。2011年就读于北京科技大学计算机与通信工程学院，物联网工程专业。研究方向为物联网应用、RFID嵌入式。

作者单位

北京科技大学 北京市 100086