基于6LoWPAN的餐厅智能呼叫系统设计

程 航， 程 晨

(安徽国际商务职业学院 信息工程学院， 安徽 合肥 231131)

在餐饮等服务场所，用餐高峰服务人员相对不足，呼叫服务对于顾客来说是刚性需求。传统的呼叫器一般基于ZigBee或者蓝牙、WiFi技术，不仅功能单一，而且不能反馈呼叫后前台反映，顾客无法确知前台已响应服务请求，且没有扩展功能，不能满足互联网时代用户的要求。本文设计的智能呼叫系统，集成大屏智能呼叫终端、6LoWPAN边界路由器、手机APP等，可以提供稳定的网络支撑，及时响应用户的呼叫请求，商家可以随时高效地通过手机在呼叫终端上投放各类广告，实现广告精准营销，引导商圈连锁消费。

1 系统总体设计

智能呼叫系统要实现餐厅客户和服务员之间的有效远程交互，客户在智能呼叫终端上按下相应按键，服务员在手机或平板的APP上可以清晰的看到是哪桌的客人需要什么类型的服务，并及时响应确认，客户在呼叫终端侧的屏幕上也可以看到服务员已经响应请求。另外一方面，商家通过手机APP随时在呼叫终端上发布或更新广告，循环播放的广告信息可以第一时间进入到客户的视线。

1.1 系统拓扑

若干个智能呼叫终端搭载6LoWPAN模块，组成低功耗无线个域网，通过边界路由器连接到服务器和互联网[1]。呼叫节点之间由6LoWPAN技术形成自组网，实现节点之间的信息传递和转发，服务器和手机终端之间是TCP/IP通信，边界路由器作为系统的核心单元，连接无线个域网和互联网，并完成协议转换。如图1所示。

图1 智能呼叫系统拓扑图

1.2 6LoWPAN网络

物联网节点传统的无线组网技术一般有WiFi、蓝牙、ZigBee，WiFi技术成熟[2]，但难以满足物联网低功耗的要求；蓝牙功耗低，点对点通信优势明显，但组网能力弱；ZigBee兼顾了低功耗和组网的要求，是目前应用较为广泛的无线自组网技术，但ZigBee组网复杂，IP复用性差，主要表现在ZigBee必须通过一个边界路由器设备才能连接上互联网，互联网对端设备要想和ZigBee网络中的节点通信必须得知道末端节点的地址，还必须知道边界路由器的地址，对等的ZigBee节点也得知道相应的信息，这样边界路由器是不透明的，边界路由器需要处理这样的转发关系，互联网对端设备也要处理这样的通信关系，逻辑非常复杂，开发、诊断、部署都很困难[3]。

6LoWPAN协议基于IP架构，在MAC层和网络层之间增加6LoWPAN适配层，通过对报文的分片、重组、压缩以及路由转发，使物联网低速无线网络上的节点可以在IP层上进行有效传输，实现物联网和互联网的无缝对接[4]。互联网设备可以和6LoWPAN末端节点实现端到端的通信，中间的各级路由器对通信的双方来说是完全透明的[5]。四种无线组网技术各项性能比较如图2所示。

图2 6LoWPAN和WiFi、蓝牙、ZigBee技术的性能比较

2 硬件设计

2.1 边界路由器

6LoWPAN边界路由器作为6LoWPAN无线网络和IPV6网络连接的桥梁，需要对两种协议报文进行处理、转发和路由，因此硬件上应具备相应的协议处理和执行能力[6]。本文设计的6LoWPAN边界路由器硬件结构如图3所示。

图3 6LoWPAN边界路由器硬件结构图

6LoWPAN边界路由器的硬件分成主模块和6LoWPAN接入模块，其中主模块的CPU芯片选用联发科MT7260A，这是一款高性能的MIPS 24Kc CPU内核，主频可达580 MHz，带有64 KB I-Cache 缓存和32 KB D-Cache缓存，可支持完整的TCP/IP网络协议，满足网络通信的需求。6LoWPAN接入模块以CC2640作为主控芯片，在IEEE802.15.4标准上提供6LoWPAN网络的接入。

2.2 智能呼叫终端

呼叫终端的硬件结构如图4所示，主要由终端显示控制模块和6LoWPAN接入模块组成。终端显示控制模块采用ARM9处理器，搭载7英寸LED显示屏，实现图片、动画等形式广告的展示和用户呼叫信息的反馈显示。6LoWPAN接入模块完成和边界路由器及其他节点之间的无线通信，并提供用户按键呼叫功能。两模块之间通过串口连接。

图4 智能呼叫终端硬件结构图

3 软件设计

3.1 边界路由协议转换

边界路由器中主模块采用具有高度扩展性和强大网络组件的OpenWRT操作系统，6LoWPAN接入模块的软件设计主要基于Contiki操作系统来实现。两个模块分别实现IPV6和6LoWPAN协议栈，协议转换时，需要对IPV6的数据包在适配层进行分片、重组和数据包头部压缩，满足IEEE802.15.4帧长度的要求。

边界路由器的软件结构如图5所示，两个模块之间通过串口实现物理连接，软件上通过SLIP协议，对IP数据包进行封装来完成链路层的通信，最终实现边界路由协议转换功能。

图5 边界路由器软件结构

3.2 APP程序开发

当用户使用桌面呼叫终端发起呼叫请求时，用户不知道商家是否收到请求并及时响应，所以需要增加可视化的呼叫反馈机制来提高呼叫服务的效率。如图6所示，用户发起呼叫request时，商家的APP上会收到信息并点击服务响应，此时返回一个呼叫response在桌面终端的显示屏上，用户就知道自己的服务请求已经被响应。

图6 呼叫响应机制

通过商家APP程序还可以将手机中的广告图片随时随地发送到桌面终端进行投放，支持文字、静态图片、动态图片等多种格式，更换方便、快捷。

4 性能测试

首先测试边界路由器和6LoWPAN节点之间的连通性，从图7中可以看到边界路由器(地址尾号6784)下面的两个节点(地址尾号7887和039f)都已经上线，图8是通过wireshark抓包软件获取到边界路由和其中一个节点之间基于802.15.4协议的交互报文，说明边界路由器和节点之间的通信功能实现。

图7 边界路由器下6LoWPAN节点上线

图8 边界路由器和节点交互报文

商家应用程序开发了基于Android操作系统的APP，商家的手机或平板终端通过WiFi连接到边界路由器，和6LoWPAN节点之间进行通信，实现如图9所示的呼叫响应功能和图10所示的广告发布功能。

图9 APP响应桌面呼叫终端

图10 通过APP向桌面呼叫终端发布广告

5 结束语

本文设计的基于6LoWPAN的餐厅智能呼叫系统，能有效解决传统呼叫器的痛点问题，提高了用户和商家之间的有效沟通，同时还能实现广告的随时随地投放。设计中所用的6LoWPAN技术同样可用于低功耗无线传感网的其他应用领域。下一步计划将设计中的6LoWPAN节点数增加，优化组网，达到商用的要求。