扩展教学基于Zigbee

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智慧商超移动端应用开发模块四：智慧商超应用软件开发拓展技能点：基于Zigbee_GPRS物联网网关系统的设计与实现拓展技能点：基于Zigbee_GPRS物联网网关系统的设计与实现学习目的

针对现有温、湿度控制系统中铺设线缆的高复杂度和高成本,提出了1种新的基于ZigBee技术组建无线传感器网络系统的方案,用于监控当前空气的温、湿度值,实现温、湿度恒定控制的功能。知识点知识点一：相关工作知识点二：物联网网关系统设计与实现知识点三：物联网网关性能测试拓展技能点：基于Zigbee_GPRS物联网网关系统的设计与实现知识点一：相关工作

国内外在物联网网关系统的标准和实现设计上己经有一些相关工作.针对WSN与电信网结合的应用，国内外电信运营商己经开展了相关业务，进行了积极的探索.例如中国移动在今年发布了物联网TD-SCDMA模块，是针对物联网业务设计的、满足工业级需求的、软硬件接口标准化的模块产品.中国电信也发布了针对WSN终端管理的MDMP协议，并开展了农业、智能家居等示范应用.国外的标准化组织中，ETSIM2MTC和3UPP以及IEEE802.15都有相关的标准制定，ETSIM2MTC的主要研究目标是从端到端的全景角度研究机器对机器通信，并与ETSI内NUN的研究及3UPP己有的研究进行协同工作.ETSIM2MTC目前首先进行的是M2M相关定义及M2M行业应用实例，以此为基础，同步进行业务需求和体系架构标准工作。拓展技能点：基于Zigbee_GPRS物联网网关系统的设计与实现知识点二：物联网网关系统设计与实现

典型的物联网应用体系架构主要分为3层，由下到上依次为感知层、传送层和应用层.物联网网关位于中间的传送层.

1)感知层

感知层主要解决物理世界数据的获取问题.进一步讲，可划分为数据采集设备与传感网络两部分。数据采集设备包括RFID标签、各种传感器、摄像头等.而传感网络，则是由许多在空间上分布的传感节点等数据采集设备组成的一种无线自组织网络，这些设备协作地监控不同位置的物理或环境状况.具体来说，感知层首先通过各种传感器、摄像头等设备采集物理世界的数据，然后在传感器网络中通过RFID、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据.感知层是物联网发展和应用的基础，其关键技术包括检测技术(如RFID标签等)、短距离无线通信技术等。

拓展技能点：基于Zigbee_GPRS物联网网关系统的设计与实现

2)传输层

传输层主要解决感知层所获得的数据在一定范围内，通常是长距离的传输问题.它是在现有通信网和互联网的基础上建立起来的，综合利用现有的移动通信网、国际互联网，使用2U/3U、有线宽带、Wi-Fi等通信技术，实现感知网与通信网的结合，从而实现数据的远距离传输.传输层的关键技术包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等.3)应用层

应用层主要解决信息数据的处理与服务提供的问题.传送层传输而来的数据在这一层里进入各类信息系统进行处理，并通过各种设备为各类用户提供丰富的服务.应用层是物联网发展的目的，软件开发、智能控制技术将会为企业、政府或家庭个人提供丰富多彩的物联网应用，各种行业和庭应用的开发也将会大大推动物联网的普及.

需要注意的是，应用层与传输层、传输层与感知层之间，不是简单地单向的数据传递，而是相互的、可控制的，所传递的信息类型也是多变的。拓展技能点：基于Zigbee_GPRS物联网网关系统的设计与实现知识点二：物联网网关系统设计与实现

物联网网关位于无线传感器网络和互联网/电信网络之间，主要完成数据转发、协议转换和管理控制等功能，也可以集成安全和计费等功能.网关支持无线传感器网络内部数据协同和汇聚，支持以TCP/IP接入、2U/3U接入、DSI二接入、光接入或者其他接入方式，从而桥接传感器网络与互联网。1)数据转发

作为互联网与传感网络之间的桥梁，物联网网关最基础的功能即数据转发，物联网网关应能够正确接收传感网终端、互联网终端发送的收据，并正确地向上述两者发送数据.2)协议转换

传感器网网络采用IEEE802.15.4/Zigbee协议进行通信，而互联网网络采用TCP/IP协议进行通信.物联网网关向下通过Zigbee协议与传感器节点进行数据通信，向上通过2U/3U,DSI二等接入方式接入电信网络与上层平台进行交互.因此，物联网网关应实现在接收到传感器数据后，对传感器数据进行协议转换，将重封装后的传感器数据上报.3)管理控制

物联网网关除了接收传感网络上传的数据外，还应该能够对传感器节点的进行部分管理与控制功能.如物联网网关接收应用命令，并将命令进行处理后(协议转换等)下达给传感器节点，从而实现物联网网关之上的平台通过物联网网关对下层传感器网络的管理与控制。拓展技能点：基于Zigbee_GPRS物联网网关系统的设计与实现知识点二：物联网网关系统设计与实现知识点三：物联网网关性能测试拓展技能点：基于Zigbee_GPRS物联网网关系统的设计与实现物联网网关的丢包测试

物联网网关丢包的原因主要有几下几种可能:1)传感网节点之间数据传输过程中丢包;2)网关从串口读取、ink节点数据时丢包;3)网关通过以太网交互、UPRS交互发送数据包时丢包.

由于传感网的不稳定性，第1种可能性丢包时有发生，网关的丢包测试暂不将其列入讨论范围.第3种可能性，通过在物联网网关以太网交互模块与UPRS交互模块的程序中，插入测试桩，统计发送字节数与待发送字节数是否一致.若不一致则记入日志，通过长期运行物联网网关并统计物联网网关运行日志，并无发现丢包情况.

对第2种可能性进行测试，由于传感结点发送的数据包中有序列号字段，因此可以通过统计接收到的数据包的序列号来查看是否有丢包情况.

实际测试中，共部署了10个传感节点用于发送数据，包括、ink，发送周期为5s.管理平台每收集2000个数据包进行一次丢包统计，共进行了10次.

横坐标值依次代表10次实验，每次实验接收数据2000条.纵坐标代表丢包数，单位为个.可看出，第1,2,4,7,8,9次实验丢包数为1个，第3,5,6,10次实验丢包数为2个.综合计算，10次实验的平均丢包率为0.6%0，低于(‘(’5A标准规定的最大丢包率1%o，符合标准。拓展技能点：基于Zigbee_GPRS物联网网关系统的设计与实现