应用于物联网的多种解决方案

          产品名称:物联网

    物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义,物联网就是“物与物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间,进行信息交换和通信。因此,物联网的定义是: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,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

    物联网是一个动态的全球网络基础设施,它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力,其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口,并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道,构成未来互联网。

    物联网体系结构

    产品或者设备通过各种各样的传感器、射频识别(RFID)技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等采集到自然界的数据,例如声、光、热(温、湿度)、电(电压、电流)、力学、化学、生物、位置等,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人,所有的物品与网络的连接,方便识别、管理和控制。通过前端处理(一般是一个带有AD等模拟或专用接口的单片机)对采样的数据进行一些简单的处理之后,通过网络传送到其他地方,接收端可能是电脑,也可能是另一个产品或设备,将收到的数据作进一步处理,根据需要提供给显示屏显示,或者控制其他设备作进一步的动作。

    和传统的互联网相比,物联网有其鲜明的特征。首先,它是各种感知技术的广泛应用。物联网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,按一定的频率周期性的采集环境信息,不断更新数据。其次,它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网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。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输,由于其数量及其庞大,形成了海量信息,在传输过程中,为了保障数据的正确性和及时性,必须适应各种异构网络和协议。还有,物联网不仅仅提供了传感器的连接,其本身也具有智能处理的能力,能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合,利用云计算、模式识别等各种智能技术,扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据,以适应不同用户的不同需求,发现新的应用领域和应用模式。

    作为采集原始数据的部分,一般是根据具体应用选择相应的单片机处理即可,通常没有固定的模式或方案可以全部解决的。

    作为物联网应用的关键部分是网络通讯。如果近距离,可以选择使用433KHz、915 KHz等低于1M的常用频率,有效距离可以在500米至数公里之间可靠实现近距离无线物联网。如果采用2.4GHz的频率,一般只能应用在500米之内的场合,但传输的速率可以较高。

    另外,当环境允许布线时,则可以采用RS485、CAN总线等组成有线的物联网。

物联网体系结构应用

    物联网更广泛的网络连接则需要求接入互联网,这样通过已经存在的网络将分布在世界各地的产品及设备都连接起来,在产品上得到更广泛的应用。

    产品或者设备连接到互联网通常有3种形式,第一种是使用以太网RJ45接口,通过交换机、路由器接入互联网;第二种是使用WIFI无线技术,通过无线路由器接入互联网;第三种是通过GSM、CDMA等已经广泛使用的手机网络接入互联网。

   第一种使用RJ45接口的硬件成本相对较低,但是需要布线,而且产品与交换机的距离需要在100米之内,超出范围也可以使用加接交换机的方法来解决。因为RJ45网络已经在广泛使用,网线、接口、交换机等都可以使用廉价的成熟产品,所以综合成本最低,这种接口方式可以使用我们的IP72D实现物联网。

   第二种是使用WIFI接口,其实与第一种的区别只是接入路由的方式不同,是使用2.4G的WIFI无线节点接入到无线路由器的。这种方式要求产品与无线路由器在几十米之内,但可以简化产品与路由器之间的布线,这种方式比第一种方式贵很多。

   第三种方式是使用GSM或CDMA手机网络接入互联网,优点是完全不需要布线,直接使用现成的手机网络随时使用,但每个产品或设备都需要安装SIM卡,每个SIM卡除了卡的成本之外,每个月还需要向网络运营商交纳相应的月租及通讯费用,所以成本是比较昂贵的。这种接口方式可以使用我们生产的IP72G来实现物联网的连接。

   从硬件层面来看,一般都是使用上述三种方式接入互联网。用户可以根据各自的实际情况选择其中一种实现物联网的接口部分。

   从软件层面来看,一般使用TCP/IP协议进行通讯,比较常用的是使用服务器/客户端即C/S方式,所有的产品或设备都与公共的服务器通讯,产品与客户端通过登录到服务器获得其他客户端的IP地址,或者告诉服务器自己所在的IP地址。这样在服务器的帮助下实现产品或客户端的通讯。C/S通讯方式的最大缺点是用户需要建立自己的服务器,而且服务器需要24小时不间断地通电工作,还需要一个静态的IP地址,这种方式实现起来难度较大,但通讯效率较高,比较节省通讯流量。

   物联网的通讯,除了产品或设备之中需要网络通讯模块之外,一般在电脑上也需要有相应的通讯组件。

   在通讯方式上,我们推荐使用电子邮件的方式进行,电子邮件可以使用现有的电子邮件的服务器,公共的邮件服务器解决了企业需要自行架设服务器的困难,将服务器的环节交给专门的服务器企业,同时因为邮件的传输协议非常成熟,通讯时出现的失误比较少,因此可以作为首选的通讯方式。不过这种方式较突出的缺点是通讯存在一定的延时,产品需要定时到邮件服务器检查是否有新邮件,这个间隔时间不能太短,一般最少是几十秒,甚至是几十分钟,特别是采用GSM的GPRS是按流量收费的,如果间隔时间较短则通讯的流量会增加,这样无形之中提高了通讯的成本。

   采用电子邮件的通讯方式一般是所有的产品或设备都使用相同的邮箱进行收发,这样就不需要使用较多的邮箱地址,给使用者带来较大的麻烦。在所有的产品或设备都使用相同的电子邮箱时,一般是采用SUBJECT使用特殊的字符串标记,例如每个产品都有一个编号,在SUBJECT之中指定编号,只有相同编号的产品在收到邮件时才作处理,其余的产品收到邮件后直接丢弃即可,如果使用相同的邮箱,还需要接收完邮件后在邮件服务器上保留邮件,这样才能保证其他设备也可以接收到这封邮件。

   IP72G就是采用最多在邮件服务器上保留32封邮件的功能,在接收邮件时,如果发现邮件总数超过32封,则先删掉旧的邮件,只保留最新的32封邮件,这样既可以令到邮件服务器上不保留太多过时邮件,也不需要人工进行管理邮件,让每个接收邮件的产品自行管理邮件,这样处理后就可以应用在物联网之中了。因为物联网最大的特点之一就是不需要人工参与,而是让物与物的联接自行进行。

   在使用电子邮件通讯的物联网应用之中,一般采用SUBJECT作为设备通讯的门锁,任何邮件必须要与产品或设备所预设的特征相同,这样才能实现通讯。在正文内容之中可以自行定义一些指令,在产品的发送邮件之中传输需要发送的信息,之后等待接收新的邮件。根据邮件上的指令进行相应的动作,这样就可以在物与物之间建立起通讯了。

    在一些应用之中,也可以使用SMS短信进行通讯,但因为每次发送短信都会产生费用,因此使用的成本相对较高。使用短信的方式主要优点是可以直接与手机通讯。有时候信号不好或其他原因导致GPRS通讯出现暂时的中断,这时采用SMS短信就可以更好地发挥作用了。

    

物联网在部分行业的典型应用

   电脑端的邮件发送及接收可以使用现在的邮件客户端软件,但是如果需要让电脑自动与产品或设备通讯则需要使用自行编写的软件程序才可以实现。这样,用户可能需要编写较复杂的SMTP及POP3邮件协议,这些协议及EML文件的结构相当复杂。这样,使用邮件开发软件时将碰到较大的困难,为此,我们将所有的SMTP、POP3协议及EML文件解析等封装到MultiDeviceBus.dll动态库之中,只使用简单的几个函数就可以完成上述的工作了。应用MultiDeviceBus.dll动态库可以轻松开发出物联网的客户端软件。

   MultiDeviceBus.dll动态库只使用几个函数,没有使用Windows的消息或其他特别的机制,用户可以在任何语言环境之中简单使用动态库。

   MultiDeviceBus.dll动态库与用户程序的沟通采用用户程序主动调用函数的方式,当用户程序需要传送数据到动态库时,输入相应的参数直接调用MMDB_Tools,动态库会根据参数执行相应的动作。当动态库有数据要传送给用户程序时,只能等待用户调用,并没有主动传送的机制。所以提供MMDB_AutoMessage函数给用户程序定时调用,这个函数需要用户传入相关的缓冲指针。调用时返回为1时,表示动态库没有任何要返回的数据,这时用户程序不需要做任何处理,当调用返回为0时,则用户传入的缓冲之中会有相应的数据,根据返回的参数做相应的处理。

   MultiDeviceBus.dll动态库主要包括以下3个函数,分别是
   DWORD MMDB_Startup(BYTE, HWND, MDBSTARTUP*, char*);
   WORD MMDB_AutoMessage(WORD, BYTE*, BYTE*);
   DWORD MMDB_Tools(BYTE, DWORD, DWORD*, DWORD*, DWORD*, DWORD*);
   其中MMDB_Startup只是在调入动态库调用一次即可,用于动态库的初始化。

   其中MMDB_AutoMessage为读取动态库返回的参数,建议用户程序打开一个50毫秒左右的时间计数器,在时间计数器处定时调用MMDB_AutoMessage函数,虽然动态库内置有大容量的FIFO作为数据缓冲,但还是希望用户程序尽量将数据取中。因此,每隔50毫秒调用时也需要运行多次,一般建议为16次,只要还有数据需要用户程序读取,用户程序就可以继续读取直到读取完成或者够16次之后退出,等待下一个50毫秒时间到再调用,这样既保证及时读到动态库的返回信息,也不会因为做得太长时间导致用户使用时感觉到延迟。

   其中MMDB_Tools函数为邮件的发送、接收及解析,第1个参数传入cMDB_TOOLS_MAIL_SMTP表示使用SMTP协议发送电子邮件,cMDB_TOOLS_MAIL_POP3表示使用POP3协议接收电子邮件,cMDB_TOOLS_MAIL_FILE表示使用解析*.eml文件,将内容以正常的字符串格式输出

   #define cMDB_TOOLS_MAIL_SMTP 0xa1
   #define cMDB_TOOLS_MAIL_POP3 0xa2
   #define cMDB_TOOLS_MAIL_FILE 0xa3

   当用户软件需要发送邮件时,只需要填入一些必须的参数,例如邮箱地址、用户名、密码、SUBJECT(主题)、正文内容等参数,直接调用MMDB_Tools函数即可实现邮件的发送。


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