物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)

何清平　馮錦澎　陳瀅

摘要：設(shè)計(jì)以傳感節(jié)點(diǎn)和Android智能物聯(lián)平臺(tái)構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了“課程體系—關(guān)鍵技術(shù)—物聯(lián)應(yīng)用”的協(xié)同，支持無線傳感網(wǎng)操作系統(tǒng)、6LoWPAN等傳感網(wǎng)新技術(shù)的研究，對(duì)今后高校物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、專業(yè)建設(shè)、課程體系建設(shè)有很好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；無線傳感網(wǎng)；射頻識(shí)別；安卓

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）13-2930-03

Research and Realization on Experimental Platform for Internet of Things

HE Qing-ping， FENG Jin-peng， CHEN Ying

（School of Physics and Electronic Engineering，Guangzhou University， Guangzhou 510006， China）

Abstract： Experimental platform for Internet of Things composed of Sensor nodes and Android Intelligence things connection platform，implements a collaboration between curriculum system， key technologies and IoT applications，supports the new technologies study on sensor network such as WSN OS and 6LoWPAN， provides a good guidance on construction of IoT lab， Specialty and curriculum system.

Key words： Internet of Things； Wireless Sensor Network； Radio Frequency Identification； Android

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。從美國(guó)的“智慧地球”、日本的“i-Japan”、韓國(guó)的“U-Korea”、歐洲的“i2010”，到我國(guó)提出的“感知中國(guó)”，物聯(lián)網(wǎng)已成為世界各國(guó)未來信息化的戰(zhàn)略[1]。據(jù)Forrester 預(yù)測(cè)，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)帶來的產(chǎn)業(yè)價(jià)值比互聯(lián)網(wǎng)大30倍[2]，將會(huì)形成下一個(gè)萬億美元的產(chǎn)業(yè)。目前，物聯(lián)網(wǎng)已寫入我國(guó)的“十二五”規(guī)劃中戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。

為應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)人才奇缺問題，搶占物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的先機(jī)，自2010年起，教育部相繼批準(zhǔn)多間高校設(shè)立“物聯(lián)網(wǎng)工程”、“傳感網(wǎng)技術(shù)”和“智能電網(wǎng)”等物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是一個(gè)多學(xué)科多技術(shù)交叉融合、工程實(shí)踐性強(qiáng)、直接面向行業(yè)應(yīng)用的綜合性新學(xué)科群，面臨著“師資、教材、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”三缺位的辦學(xué)難題。而物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)是探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)、師資培養(yǎng)、課程建設(shè)及專業(yè)學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)，是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵所在。

1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需求分析

1.1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)[3，4，5]（IoT，Internet of Things）是運(yùn)用傳感器、射頻識(shí)別（RFID）、GPS、二維碼、嵌入式等感知處理技術(shù)獲取任何需要的各種信息，借助可能的網(wǎng)絡(luò)（如Wi-Fi無線局域網(wǎng)、GPRS/3G移動(dòng)通信網(wǎng)）接入互聯(lián)網(wǎng)的方式和標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)世界上任意事物之間的互聯(lián)互通，完成信息共享、定位追蹤、智能識(shí)別、智能監(jiān)測(cè)、智能控制等功能的泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)、智能交通、綠色農(nóng)業(yè)、智能家居、工業(yè)監(jiān)控、公共安全、城市管理、智能醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于物聯(lián)網(wǎng)以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)全面感知、可靠傳遞、智能處理的三大核心功能，因此物聯(lián)網(wǎng)普遍采用三層次的體系結(jié)構(gòu)表示：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，各層次所涉及技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。在感知層，由傳感器、RFID、二維碼、條形碼、IC卡、智能標(biāo)簽等技術(shù)構(gòu)成；在網(wǎng)絡(luò)層，由ZigBee/6LowPAN無線組網(wǎng)、Wi-Fi、GPRS/3G、 IPv4/IPv6、智能網(wǎng)關(guān)等互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)構(gòu)成；在應(yīng)用層，由Web2.0/Web3.0、云計(jì)算、云服務(wù)、智能終端等技術(shù)構(gòu)成。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的重要性

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是以計(jì)算機(jī)、電子信息、通信及自動(dòng)化控制等多個(gè)學(xué)科為專業(yè)基礎(chǔ)，涵蓋傳感器、計(jì)算機(jī)、射頻識(shí)別、互聯(lián)網(wǎng)、通信、云計(jì)算、信息安全等多種技術(shù)，是一個(gè)知識(shí)領(lǐng)域覆蓋面廣、多技術(shù)高度集成、多學(xué)科交叉融合、綜合應(yīng)用廣泛的新興學(xué)科群。多學(xué)科、多技術(shù)聚合的特點(diǎn)，使得物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)科建設(shè)面臨專業(yè)設(shè)置、師資培養(yǎng)、教材建設(shè)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)等諸多困難：一是專業(yè)設(shè)置跨越多個(gè)學(xué)科，工程實(shí)踐性強(qiáng)，授課師資難以保證；二是綜合性知識(shí)多，技術(shù)架構(gòu)復(fù)雜，實(shí)踐實(shí)驗(yàn)性內(nèi)容多，而現(xiàn)成的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教材少，課程設(shè)置和教師授課缺乏參考依據(jù)；三是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)技術(shù)復(fù)雜、綜合實(shí)踐強(qiáng)，幾乎沒有現(xiàn)成實(shí)驗(yàn)教材可用的情況下，急需解決如何開展實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的問題。由于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特點(diǎn)要求授課教師必須積累豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而完成授課模式、教材編寫、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、應(yīng)用研究等人才培養(yǎng)工作，而物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)及產(chǎn)業(yè)都處于起步階段，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)是教師結(jié)合專業(yè)教學(xué)與科研的核心平臺(tái)，是教師積累物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、開展物聯(lián)網(wǎng)示范性項(xiàng)目研究的關(guān)鍵設(shè)施。

2 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)是以應(yīng)用為導(dǎo)向、多學(xué)科多技術(shù)聚合學(xué)科群，涉及傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、及它們之間的相互融合，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)首先要理清所涉及的關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)系。通過深入分析物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可采取“注重體系結(jié)構(gòu)，突出關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)注新興技術(shù)”的思路來設(shè)計(jì)。

首先，從技術(shù)角度把物聯(lián)網(wǎng)3層次體系結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)劃分為三個(gè)部分：傳感網(wǎng)、網(wǎng)關(guān)、終端，便于學(xué)習(xí)者容易把握物聯(lián)網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，也便于學(xué)習(xí)者分步分層次掌握物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)；其次，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)個(gè)模塊的關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)深入研究，有所側(cè)重，在應(yīng)用中關(guān)注其它新技術(shù)。在無線傳感網(wǎng)側(cè)重于ZigBee的無線自組網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)關(guān)注以6LowPAN為代表的可與互聯(lián)網(wǎng)無縫連接的IP化無線自組網(wǎng)新技術(shù)；網(wǎng)關(guān)部分側(cè)重于GPRS/3G移動(dòng)網(wǎng)關(guān)、Wi-Fi網(wǎng)關(guān)等接入互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)，并關(guān)注對(duì)IPv6等新技術(shù)的支持；終端部分側(cè)重于Android智能移動(dòng)終端的應(yīng)用，同時(shí)關(guān)注云服務(wù)及WebOS新技術(shù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)既要滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐創(chuàng)新、示范研發(fā)的功能，也要適應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)課程在授課過程中的獨(dú)立性，又要突出物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)的層次性，并覆蓋涉及的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)便于學(xué)生和教師構(gòu)建各類應(yīng)用，保證課程體系、關(guān)鍵技術(shù)、軟硬件架構(gòu)的一致性，滿足各類實(shí)驗(yàn)實(shí)踐以及物聯(lián)應(yīng)用研究的需求。因此，首先把物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分為兩個(gè)部分獨(dú)立設(shè)計(jì)：各類傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、Android嵌入式智能物聯(lián)平臺(tái)設(shè)計(jì)，兩個(gè)部分可通過豐富的通信接口相互連接，實(shí)現(xiàn)“課程體系—關(guān)鍵技術(shù)—物聯(lián)應(yīng)用”的協(xié)同。

圖2 各類傳感節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成

2.2.1 各類傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)

傳感節(jié)點(diǎn)由各種不同功能的傳感器、處理器、各類通信接口構(gòu)成。本設(shè)計(jì)以ARM Cortex-M3系列處理器STM32F1xx為處理核心、ZigBee/Wi-Fi/Bluetooth/IPv6/RFID等無線通信接口構(gòu)成溫濕度、火焰、煙霧、RFID等各類傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。同類別的傳感節(jié)點(diǎn)間可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單組網(wǎng)，使傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與課程內(nèi)容緊密對(duì)應(yīng)：RFID節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)《RFID原理與應(yīng)用》、《EPC與RFID技術(shù)》；ZigBee/Bluetooth/Wi-Fi/IPv6節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)《無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》、《ZigBee無線傳感網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》、《基于IPv6傳感網(wǎng)設(shè)計(jì)》、《Cortex-M3處理器應(yīng)用》、《傳感器原理與應(yīng)用》等課程。本設(shè)計(jì)以市場(chǎng)主流的、性能優(yōu)越的Cortex-M3系列處理器為核心，可輕松處理各類傳感器信號(hào)和控制各類節(jié)點(diǎn)通信，從而保證在軟硬件設(shè)計(jì)的一致性，實(shí)現(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化，便于學(xué)校根據(jù)課程體系來選擇不同的傳感節(jié)點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，方便開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2.2.2 Android智能物聯(lián)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

Android智能物聯(lián)平臺(tái)是由多協(xié)議互聯(lián)接入的網(wǎng)關(guān)和Android終端通過嵌入式技術(shù)嵌合構(gòu)成。本設(shè)計(jì)以ARM Cortex-A8系列處理器SSPV210為核心，并提供IPv6、ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、GPRS/3G等無線傳感通信接口、Ethernet以太網(wǎng)接口、USB/Video/UART/LCD等標(biāo)準(zhǔn)接口，支持Linux/Android操作系統(tǒng)應(yīng)用，如圖3所示。因此，本設(shè)計(jì)既可實(shí)現(xiàn)多協(xié)議互聯(lián)的嵌入式網(wǎng)關(guān)或用作Android智能移動(dòng)終端，也可接入互聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)器/云端連接，構(gòu)建移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，并可開設(shè)豐富的實(shí)驗(yàn)課程，包括《ARM嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》、《嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)》、《Anroid應(yīng)用編程》、《無線組網(wǎng)技術(shù)》、《中間件技術(shù)》、《云計(jì)算技術(shù)》。此外，由于提供了豐富的傳感節(jié)點(diǎn)通信接口，可根據(jù)需求使用不同的傳感節(jié)點(diǎn)構(gòu)建各類創(chuàng)新實(shí)踐應(yīng)用或進(jìn)行示范項(xiàng)目研究，如基于Bluetooth節(jié)點(diǎn)可研究當(dāng)前業(yè)界最熱門的的智能穿戴應(yīng)用，基于ZigBee/Wi-Fi節(jié)點(diǎn)可研究智能家居、智能交通、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用，基于GPRS/3G節(jié)點(diǎn)可研究遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能安防等應(yīng)用，基于RFID節(jié)點(diǎn)可研究智能物流等應(yīng)用，靈活支持開展課程實(shí)驗(yàn)和各類應(yīng)用研究。

圖3 Android智能物聯(lián)平臺(tái)

2.2.3 無線傳感網(wǎng)操作系統(tǒng)

無線傳感網(wǎng)是多個(gè)具有感知、通信和計(jì)算能力的小型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自組織而成的新型網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)感知層的核心單元。為適應(yīng)無線傳感網(wǎng)應(yīng)用的復(fù)雜化、實(shí)時(shí)性、聯(lián)網(wǎng)等要求，降低軟件開發(fā)難度，從而引入支持低功耗、IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)、多任務(wù)、TCP/IP聯(lián)網(wǎng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，常見的有TinyOS、Contiki等。TinyOS[6，7]是UC Berkeley采用NesC編寫的一種非搶占式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的開源操作系統(tǒng)。它基于組件化的架構(gòu)、事件驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行模式，適應(yīng)了高并發(fā)事件處理，減少了主動(dòng)耗能。但其采用先到先服務(wù)的靜態(tài)調(diào)度策略，導(dǎo)致較嚴(yán)重的系統(tǒng)短任務(wù)或?qū)崟r(shí)性較強(qiáng)的任務(wù)無法優(yōu)先執(zhí)行，實(shí)時(shí)性響應(yīng)不足[8，9]。目前，TinyOS聯(lián)盟為其提供了完整的開發(fā)平臺(tái)，TinyOS可運(yùn)行于Telos、Mica、IRIS、Imote2等多種硬件平臺(tái)。Contiki[10，11，12]是由瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所、Adam Dunkels等人用C語言編寫的一種可選搶占式多任務(wù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的開源的操作系統(tǒng)。它包括一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)的多任務(wù)調(diào)度內(nèi)核、提供IPv4/IPv6協(xié)議棧（uIP）、低功耗的無線通訊棧Rime，具有可移植性高、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，可為硬件資源受限的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供多任務(wù)和內(nèi)建TCP/IP支持，目前已被成功運(yùn)行于多種硬件平臺(tái)，如ARM、AVR、MSP430、CC2430、CC2530、STM32W108、X86等。

傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)以ARM Cortex-M3系列處理器、cc2530、cc2540為核心，支持TinyOS、Contiki等無線傳感操作系統(tǒng)的應(yīng)用研究。

2.2.4 6LoWPAN無線傳感網(wǎng)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)如何接入互聯(lián)網(wǎng)是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵要素。ZigBee等支持IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)低功耗傳感組網(wǎng)協(xié)議，僅考慮網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的通信，無法實(shí)現(xiàn)與TCP/IP協(xié)議直接連接，IPv6因其具有海量地址空間、良好的移動(dòng)性支持、地址自動(dòng)配置等特點(diǎn)，已逐漸取代IPv4成為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。IETF組織通過將IPv6引入以IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)形成6LoWPAN協(xié)議[12，13]，可為每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配獨(dú)立的IP地址，并已成功運(yùn)行于低功耗無線、電力線載波、WiFi和以太網(wǎng)等通信場(chǎng)合，有望從根本上解決物聯(lián)網(wǎng)感知層傳感器節(jié)點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)的問題，實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的IP化互聯(lián)，真正實(shí)現(xiàn)端到端的控制與通信。而本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可研究基于Contiki、TinyOS等無線操作系統(tǒng)基的6LoWPAN傳感網(wǎng)絡(luò)，以及6LoWPAN傳感網(wǎng)與Internet通信等重要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究課題。

3 總結(jié)

本文在深入理解物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及其技術(shù)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，以“注重體系結(jié)構(gòu)，突出關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)注新興技術(shù)”思路，設(shè)計(jì)了由STM32F1xx為處理核心的各類傳感器節(jié)點(diǎn)和SSPV210為核心的Android嵌入式智能物聯(lián)平臺(tái)組成的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支持無線傳感操作系統(tǒng)、6LoWPAN等無線傳感網(wǎng)新技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了“課程體系—關(guān)鍵技術(shù)—物聯(lián)應(yīng)用”的協(xié)同，以“傳感節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)化（硬件化）—互聯(lián)接入平臺(tái)化（軟硬件接口）—終端應(yīng)用軟件化”的平臺(tái)模式，為感知與控制、傳輸與網(wǎng)絡(luò)、軟件與服務(wù)等物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向提供靈活的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與行業(yè)應(yīng)用支持，對(duì)今后高校物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、專業(yè)建設(shè)、課程體系建設(shè)有很好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李研，吳淼，呂延杰，趙蔚.國(guó)外物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展情況及對(duì)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的啟示[A].兩化融合與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)通信學(xué)會(huì)通信管理委員會(huì)，2010.4：12-16.

[2] 洪黎明.”兩化”融合將成物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主要?jiǎng)恿N].人民郵電報(bào)，2010.3.6，第7版.

[3] 劉亮.基于3G的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[D].大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.12：1-4.

[4] 雷震洲.解讀智慧地球 [A].兩化融合與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)通信學(xué)會(huì)通信管理委員會(huì)，2010.4：1-4.

[5] 廣州飛瑞敖公司.物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)案例應(yīng)用[DB/OL].http：//success.rfidworld.com.cn/2013_09/6b6faa3434f2c42d.html，2013.9.25.

[6] 胡純意.基于TinyOS的無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.6：8-14.

[7] 李麗娜，石高濤，廖明宏.傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS 關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005.12，21（6）：724-727.

[8] 王志強(qiáng)，劉建明，李宏周，彭智勇.基于TinyOS的非搶占雙環(huán)周期協(xié)同調(diào)度策略[J]. 桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014.2，34（1）：37-41.

[9] 吳小娜，王 漫.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS綜述[J]. 計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2011（2）：114-116.

[10] 冀宇鑫，楊冬，秦雅娟，鄭濤，武尚青.基于WSNs平臺(tái)的Contiki通用移植方法研究[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22（11）：134-137.

[11] 盛李立.基于Contiki操作系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.5：23-25.

[12] 余國(guó)平.基于Contiki的IPv6自組織傳感網(wǎng)絡(luò)研究與設(shè)計(jì)[D].武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.5：26-27.

[13] 朱曉榮 李鳳國(guó).基于Contiki的6LoWPAN適配層的研究與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信技術(shù)，2013（3）：66-70.

2.2.4 6LoWPAN無線傳感網(wǎng)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)如何接入互聯(lián)網(wǎng)是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵要素。ZigBee等支持IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)低功耗傳感組網(wǎng)協(xié)議，僅考慮網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的通信，無法實(shí)現(xiàn)與TCP/IP協(xié)議直接連接，IPv6因其具有海量地址空間、良好的移動(dòng)性支持、地址自動(dòng)配置等特點(diǎn)，已逐漸取代IPv4成為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。IETF組織通過將IPv6引入以IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)形成6LoWPAN協(xié)議[12，13]，可為每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配獨(dú)立的IP地址，并已成功運(yùn)行于低功耗無線、電力線載波、WiFi和以太網(wǎng)等通信場(chǎng)合，有望從根本上解決物聯(lián)網(wǎng)感知層傳感器節(jié)點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)的問題，實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的IP化互聯(lián)，真正實(shí)現(xiàn)端到端的控制與通信。而本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可研究基于Contiki、TinyOS等無線操作系統(tǒng)基的6LoWPAN傳感網(wǎng)絡(luò)，以及6LoWPAN傳感網(wǎng)與Internet通信等重要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究課題。

3 總結(jié)

本文在深入理解物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及其技術(shù)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，以“注重體系結(jié)構(gòu)，突出關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)注新興技術(shù)”思路，設(shè)計(jì)了由STM32F1xx為處理核心的各類傳感器節(jié)點(diǎn)和SSPV210為核心的Android嵌入式智能物聯(lián)平臺(tái)組成的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支持無線傳感操作系統(tǒng)、6LoWPAN等無線傳感網(wǎng)新技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了“課程體系—關(guān)鍵技術(shù)—物聯(lián)應(yīng)用”的協(xié)同，以“傳感節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)化（硬件化）—互聯(lián)接入平臺(tái)化（軟硬件接口）—終端應(yīng)用軟件化”的平臺(tái)模式，為感知與控制、傳輸與網(wǎng)絡(luò)、軟件與服務(wù)等物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向提供靈活的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與行業(yè)應(yīng)用支持，對(duì)今后高校物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、專業(yè)建設(shè)、課程體系建設(shè)有很好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李研，吳淼，呂延杰，趙蔚.國(guó)外物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展情況及對(duì)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的啟示[A].兩化融合與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)通信學(xué)會(huì)通信管理委員會(huì)，2010.4：12-16.

[2] 洪黎明.”兩化”融合將成物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主要?jiǎng)恿N].人民郵電報(bào)，2010.3.6，第7版.

[3] 劉亮.基于3G的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[D].大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.12：1-4.

[4] 雷震洲.解讀智慧地球 [A].兩化融合與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)通信學(xué)會(huì)通信管理委員會(huì)，2010.4：1-4.

[5] 廣州飛瑞敖公司.物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)案例應(yīng)用[DB/OL].http：//success.rfidworld.com.cn/2013_09/6b6faa3434f2c42d.html，2013.9.25.

[6] 胡純意.基于TinyOS的無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.6：8-14.

[7] 李麗娜，石高濤，廖明宏.傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS 關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005.12，21（6）：724-727.

[8] 王志強(qiáng)，劉建明，李宏周，彭智勇.基于TinyOS的非搶占雙環(huán)周期協(xié)同調(diào)度策略[J]. 桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014.2，34（1）：37-41.

[9] 吳小娜，王 漫.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS綜述[J]. 計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2011（2）：114-116.

[10] 冀宇鑫，楊冬，秦雅娟，鄭濤，武尚青.基于WSNs平臺(tái)的Contiki通用移植方法研究[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22（11）：134-137.

[11] 盛李立.基于Contiki操作系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.5：23-25.

[12] 余國(guó)平.基于Contiki的IPv6自組織傳感網(wǎng)絡(luò)研究與設(shè)計(jì)[D].武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.5：26-27.

[13] 朱曉榮 李鳳國(guó).基于Contiki的6LoWPAN適配層的研究與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信技術(shù)，2013（3）：66-70.

2.2.4 6LoWPAN無線傳感網(wǎng)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)如何接入互聯(lián)網(wǎng)是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵要素。ZigBee等支持IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)低功耗傳感組網(wǎng)協(xié)議，僅考慮網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的通信，無法實(shí)現(xiàn)與TCP/IP協(xié)議直接連接，IPv6因其具有海量地址空間、良好的移動(dòng)性支持、地址自動(dòng)配置等特點(diǎn)，已逐漸取代IPv4成為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。IETF組織通過將IPv6引入以IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)形成6LoWPAN協(xié)議[12，13]，可為每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配獨(dú)立的IP地址，并已成功運(yùn)行于低功耗無線、電力線載波、WiFi和以太網(wǎng)等通信場(chǎng)合，有望從根本上解決物聯(lián)網(wǎng)感知層傳感器節(jié)點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)的問題，實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的IP化互聯(lián)，真正實(shí)現(xiàn)端到端的控制與通信。而本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可研究基于Contiki、TinyOS等無線操作系統(tǒng)基的6LoWPAN傳感網(wǎng)絡(luò)，以及6LoWPAN傳感網(wǎng)與Internet通信等重要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究課題。

3 總結(jié)

本文在深入理解物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及其技術(shù)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，以“注重體系結(jié)構(gòu)，突出關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)注新興技術(shù)”思路，設(shè)計(jì)了由STM32F1xx為處理核心的各類傳感器節(jié)點(diǎn)和SSPV210為核心的Android嵌入式智能物聯(lián)平臺(tái)組成的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支持無線傳感操作系統(tǒng)、6LoWPAN等無線傳感網(wǎng)新技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了“課程體系—關(guān)鍵技術(shù)—物聯(lián)應(yīng)用”的協(xié)同，以“傳感節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)化（硬件化）—互聯(lián)接入平臺(tái)化（軟硬件接口）—終端應(yīng)用軟件化”的平臺(tái)模式，為感知與控制、傳輸與網(wǎng)絡(luò)、軟件與服務(wù)等物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向提供靈活的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與行業(yè)應(yīng)用支持，對(duì)今后高校物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、專業(yè)建設(shè)、課程體系建設(shè)有很好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李研，吳淼，呂延杰，趙蔚.國(guó)外物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展情況及對(duì)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的啟示[A].兩化融合與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)通信學(xué)會(huì)通信管理委員會(huì)，2010.4：12-16.

[2] 洪黎明.”兩化”融合將成物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主要?jiǎng)恿N].人民郵電報(bào)，2010.3.6，第7版.

[3] 劉亮.基于3G的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[D].大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.12：1-4.

[4] 雷震洲.解讀智慧地球 [A].兩化融合與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)通信學(xué)會(huì)通信管理委員會(huì)，2010.4：1-4.

[5] 廣州飛瑞敖公司.物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)案例應(yīng)用[DB/OL].http：//success.rfidworld.com.cn/2013_09/6b6faa3434f2c42d.html，2013.9.25.

[6] 胡純意.基于TinyOS的無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.6：8-14.

[7] 李麗娜，石高濤，廖明宏.傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS 關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005.12，21（6）：724-727.

[8] 王志強(qiáng)，劉建明，李宏周，彭智勇.基于TinyOS的非搶占雙環(huán)周期協(xié)同調(diào)度策略[J]. 桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014.2，34（1）：37-41.

[9] 吳小娜，王 漫.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS綜述[J]. 計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2011（2）：114-116.

[10] 冀宇鑫，楊冬，秦雅娟，鄭濤，武尚青.基于WSNs平臺(tái)的Contiki通用移植方法研究[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22（11）：134-137.

[11] 盛李立.基于Contiki操作系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.5：23-25.

[12] 余國(guó)平.基于Contiki的IPv6自組織傳感網(wǎng)絡(luò)研究與設(shè)計(jì)[D].武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.5：26-27.

[13] 朱曉榮 李鳳國(guó).基于Contiki的6LoWPAN適配層的研究與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信技術(shù)，2013（3）：66-70.