基于6LoWPAN的餐廳智能呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程 航， 程 晨

(安徽國際商務(wù)職業(yè)學(xué)院 信息工程學(xué)院， 安徽 合肥 231131)

在餐飲等服務(wù)場所，用餐高峰服務(wù)人員相對(duì)不足，呼叫服務(wù)對(duì)于顧客來說是剛性需求。傳統(tǒng)的呼叫器一般基于ZigBee或者藍(lán)牙、WiFi技術(shù)，不僅功能單一，而且不能反饋呼叫后前臺(tái)反映，顧客無法確知前臺(tái)已響應(yīng)服務(wù)請求，且沒有擴(kuò)展功能，不能滿足互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代用戶的要求。本文設(shè)計(jì)的智能呼叫系統(tǒng)，集成大屏智能呼叫終端、6LoWPAN邊界路由器、手機(jī)APP等，可以提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)支撐，及時(shí)響應(yīng)用戶的呼叫請求，商家可以隨時(shí)高效地通過手機(jī)在呼叫終端上投放各類廣告，實(shí)現(xiàn)廣告精準(zhǔn)營銷，引導(dǎo)商圈連鎖消費(fèi)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能呼叫系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)餐廳客戶和服務(wù)員之間的有效遠(yuǎn)程交互，客戶在智能呼叫終端上按下相應(yīng)按鍵，服務(wù)員在手機(jī)或平板的APP上可以清晰的看到是哪桌的客人需要什么類型的服務(wù)，并及時(shí)響應(yīng)確認(rèn)，客戶在呼叫終端側(cè)的屏幕上也可以看到服務(wù)員已經(jīng)響應(yīng)請求。另外一方面，商家通過手機(jī)APP隨時(shí)在呼叫終端上發(fā)布或更新廣告，循環(huán)播放的廣告信息可以第一時(shí)間進(jìn)入到客戶的視線。

1.1 系統(tǒng)拓?fù)?/h3>

若干個(gè)智能呼叫終端搭載6LoWPAN模塊，組成低功耗無線個(gè)域網(wǎng)，通過邊界路由器連接到服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)[1]。呼叫節(jié)點(diǎn)之間由6LoWPAN技術(shù)形成自組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的信息傳遞和轉(zhuǎn)發(fā)，服務(wù)器和手機(jī)終端之間是TCP/IP通信，邊界路由器作為系統(tǒng)的核心單元，連接無線個(gè)域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，并完成協(xié)議轉(zhuǎn)換。如圖1所示。

圖1 智能呼叫系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.2 6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)

物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)傳統(tǒng)的無線組網(wǎng)技術(shù)一般有WiFi、藍(lán)牙、ZigBee，WiFi技術(shù)成熟[2]，但難以滿足物聯(lián)網(wǎng)低功耗的要求；藍(lán)牙功耗低，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信優(yōu)勢明顯，但組網(wǎng)能力弱；ZigBee兼顧了低功耗和組網(wǎng)的要求，是目前應(yīng)用較為廣泛的無線自組網(wǎng)技術(shù)，但ZigBee組網(wǎng)復(fù)雜，IP復(fù)用性差，主要表現(xiàn)在ZigBee必須通過一個(gè)邊界路由器設(shè)備才能連接上互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)端設(shè)備要想和ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通信必須得知道末端節(jié)點(diǎn)的地址，還必須知道邊界路由器的地址，對(duì)等的ZigBee節(jié)點(diǎn)也得知道相應(yīng)的信息，這樣邊界路由器是不透明的，邊界路由器需要處理這樣的轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)端設(shè)備也要處理這樣的通信關(guān)系，邏輯非常復(fù)雜，開發(fā)、診斷、部署都很困難[3]。

6LoWPAN協(xié)議基于IP架構(gòu)，在MAC層和網(wǎng)絡(luò)層之間增加6LoWPAN適配層，通過對(duì)報(bào)文的分片、重組、壓縮以及路由轉(zhuǎn)發(fā)，使物聯(lián)網(wǎng)低速無線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可以在IP層上進(jìn)行有效傳輸，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的無縫對(duì)接[4]。互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以和6LoWPAN末端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)端到端的通信，中間的各級(jí)路由器對(duì)通信的雙方來說是完全透明的[5]。四種無線組網(wǎng)技術(shù)各項(xiàng)性能比較如圖2所示。

圖2 6LoWPAN和WiFi、藍(lán)牙、ZigBee技術(shù)的性能比較

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 邊界路由器

6LoWPAN邊界路由器作為6LoWPAN無線網(wǎng)絡(luò)和IPV6網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，需要對(duì)兩種協(xié)議報(bào)文進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)發(fā)和路由，因此硬件上應(yīng)具備相應(yīng)的協(xié)議處理和執(zhí)行能力[6]。本文設(shè)計(jì)的6LoWPAN邊界路由器硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 6LoWPAN邊界路由器硬件結(jié)構(gòu)圖

6LoWPAN邊界路由器的硬件分成主模塊和6LoWPAN接入模塊，其中主模塊的CPU芯片選用聯(lián)發(fā)科MT7260A，這是一款高性能的MIPS 24Kc CPU內(nèi)核，主頻可達(dá)580 MHz，帶有64 KB I-Cache 緩存和32 KB D-Cache緩存，可支持完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，滿足網(wǎng)絡(luò)通信的需求。6LoWPAN接入模塊以CC2640作為主控芯片，在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)上提供6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)的接入。

2.2 智能呼叫終端

呼叫終端的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由終端顯示控制模塊和6LoWPAN接入模塊組成。終端顯示控制模塊采用ARM9處理器，搭載7英寸LED顯示屏，實(shí)現(xiàn)圖片、動(dòng)畫等形式廣告的展示和用戶呼叫信息的反饋顯示。6LoWPAN接入模塊完成和邊界路由器及其他節(jié)點(diǎn)之間的無線通信，并提供用戶按鍵呼叫功能。兩模塊之間通過串口連接。

圖4 智能呼叫終端硬件結(jié)構(gòu)圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 邊界路由協(xié)議轉(zhuǎn)換

邊界路由器中主模塊采用具有高度擴(kuò)展性和強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)組件的OpenWRT操作系統(tǒng)，6LoWPAN接入模塊的軟件設(shè)計(jì)主要基于Contiki操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)模塊分別實(shí)現(xiàn)IPV6和6LoWPAN協(xié)議棧，協(xié)議轉(zhuǎn)換時(shí)，需要對(duì)IPV6的數(shù)據(jù)包在適配層進(jìn)行分片、重組和數(shù)據(jù)包頭部壓縮，滿足IEEE802.15.4幀長度的要求。

邊界路由器的軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示，兩個(gè)模塊之間通過串口實(shí)現(xiàn)物理連接，軟件上通過SLIP協(xié)議，對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝來完成鏈路層的通信，最終實(shí)現(xiàn)邊界路由協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。

圖5 邊界路由器軟件結(jié)構(gòu)

3.2 APP程序開發(fā)

當(dāng)用戶使用桌面呼叫終端發(fā)起呼叫請求時(shí)，用戶不知道商家是否收到請求并及時(shí)響應(yīng)，所以需要增加可視化的呼叫反饋機(jī)制來提高呼叫服務(wù)的效率。如圖6所示，用戶發(fā)起呼叫request時(shí)，商家的APP上會(huì)收到信息并點(diǎn)擊服務(wù)響應(yīng)，此時(shí)返回一個(gè)呼叫response在桌面終端的顯示屏上，用戶就知道自己的服務(wù)請求已經(jīng)被響應(yīng)。

圖6 呼叫響應(yīng)機(jī)制

通過商家APP程序還可以將手機(jī)中的廣告圖片隨時(shí)隨地發(fā)送到桌面終端進(jìn)行投放，支持文字、靜態(tài)圖片、動(dòng)態(tài)圖片等多種格式，更換方便、快捷。

4 性能測試

首先測試邊界路由器和6LoWPAN節(jié)點(diǎn)之間的連通性，從圖7中可以看到邊界路由器(地址尾號(hào)6784)下面的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(地址尾號(hào)7887和039f)都已經(jīng)上線，圖8是通過wireshark抓包軟件獲取到邊界路由和其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間基于802.15.4協(xié)議的交互報(bào)文，說明邊界路由器和節(jié)點(diǎn)之間的通信功能實(shí)現(xiàn)。

圖7 邊界路由器下6LoWPAN節(jié)點(diǎn)上線

圖8 邊界路由器和節(jié)點(diǎn)交互報(bào)文

商家應(yīng)用程序開發(fā)了基于Android操作系統(tǒng)的APP，商家的手機(jī)或平板終端通過WiFi連接到邊界路由器，和6LoWPAN節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)如圖9所示的呼叫響應(yīng)功能和圖10所示的廣告發(fā)布功能。

圖9 APP響應(yīng)桌面呼叫終端

圖10 通過APP向桌面呼叫終端發(fā)布廣告

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的基于6LoWPAN的餐廳智能呼叫系統(tǒng)，能有效解決傳統(tǒng)呼叫器的痛點(diǎn)問題，提高了用戶和商家之間的有效溝通，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)廣告的隨時(shí)隨地投放。設(shè)計(jì)中所用的6LoWPAN技術(shù)同樣可用于低功耗無線傳感網(wǎng)的其他應(yīng)用領(lǐng)域。下一步計(jì)劃將設(shè)計(jì)中的6LoWPAN節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，優(yōu)化組網(wǎng)，達(dá)到商用的要求。