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物联网传感网络平台 行业动态-凯发k8娱乐


作者:转自物联网技术   |   发布时间:2019-03-12   |   点击数:135

摘要:文中介绍了物联网传感网络平台的功能结构、功能实现方式以及典型组网方式。物联网传感平台通过传感域的传感信息在传感网络层物理实体上运行实现传感通信功能,通过两种组网方式实现物联网对象智能物体与物联网运营商之间有效、准确、实时、安全的信息传输。

关键词:物联网;传感网络平台;组网;物联网智能网关

中国分类号:tp393     文献标识码:a       文章编号:2095-1302201812-0083-04

o引言

物联网是物与物之间信息交互而形成的网,是物联网对象、物联网运营商及物联网用户三者有机结合而形成的有机整体,体现的是对象与用户之间服务与被服务的关系。

物联网中作为“对象”的智能物体可实现对信源信息(可以是对象自身信息,也可以是对象以外的信息)的感知,并通过物联网运行体系的运行将感知信息传输给物联网用户,为用户提供感知服务;物联网用户也可以通过物联网运行体系将控制指令发送给物联网对象,再由对象执行控制,为用户提供控制服务。物联网中,传感网络平台是实现物与物之间信息可靠、准确、及时、安全传输的关键环节,其功能结构和组网方式对整个物联网的可靠有效运行发挥着至关重要的作用。

1传感网络平台的功能结构及功能

    物联网运行体系包括信息体系、物理体系和功能体系,如图1所示。

   1)信息体系为五域信息结构,包括对象域、传感域、管理域、服务域和用户域,表达物联网的信息构成及其运行方式;

   2)物理体系为五层物理结构,包括对象层、传感网络层、管理层、服务层和用户层,是物联网的信息载体,为物联网信息的运行和功能实现提供物理实体支撑;

   3)功能体系为五平台结构,包括对象平台、传感网络平台、管理平台、服务平台和用户平台。

信息体系在物理体系上运行,形成功能体系。1-2

1.1传感网络平台的功能结构

传感网络平台是物联网运行体系中对象平台与管理平台之间信息交互的桥梁,对应物联网信息体系结构中的传感域和物理体系结构中的传感网络层。传感层是感知传感信息和控制传感信息的集合,传感网络层是物联网智能传感器通信模块、本地通信网络、物联网智能网关、远程通信网络、运营商通信服务器等物理实体的集合。传感域中的信息在传感网络层中的物理实体上运行,实现传感网络平台在对象平台和管理平台之间的双向通信功能、通信协议转换功能、数据管理功能等,其功能结构如图2所示。

1.2传感网络平台的功能

传感网络平台的主要功能是实现对象平台与管理平台之间的相互通信,同时还具有相应的通信协议转换功能和数据管理功能。

1.2.1传感通信功能

传感通信功能是传感网络平台的主要功能,分为本地通信和远程通信。其中,本地通信指物联网智能传感器通信模块与物联网智能网关之间的双向通信。本地通信受通信距离限制,根据具体采用的不同通信技术和方式,通信距离通常可以从几厘米到几千米,甚至更远的距离;远程通信指物联网智能网关与运营商通信服务器之间的双向通信。由于运营商通信服务器可以根据需要布设在远程通信网络能够覆盖的任何角落,因此与物联网智能网关之间的通信距离几乎不受限制。

1.2.2数据管理功能

传感网络平台具有数据管理功能,可对来自对象平台或管理平台的信息进行解析、存储、分类、加密等预处理,不仅能够保证对象平台与管理平台之间通信的可靠、准确、及时、安全,也可分担管理平台和对象平台的数据容量。   

1.2.3通信协议转换功能

物联网中对象平台的智能传感器和运营商管理平台实现双向通信的前提是二者的通信协议一致。传感网络平台可实现对象平台和运营商管理平台之间通信协议的转换,保证两个平台间信息的可靠传输。例如,物联网智慧燃气系统中,对象平台中不同厂家、不同型号、装有不同通信模块的智能燃气表的通信协议可能不一致,而传感网络平台的物联网智能网关具有通信协议转换功能,可将所有燃气表的通信协议转换为与燃气公司管理平台管理服务器统一的通信协议,也可以将燃气公司管理平台下发的控制指令转化为各燃气表能够识别的协议模式,有效保证了物联网系统的兼容性。

传感网络平台同时涉及本地通信和远程通信,本地通信和远程通信所采用的通信方式与通信协议不同。传感网络平台必须有相应的本地通信和远程通信的协议转换功能,信息上行过程中能够将本地通信数据格式转换为可识别的远程通信数据格式,而信息下行过程中能够将远程通信数据格式转换为可识别的本地通信数据格式,实现本地通信网络与远程通信网络的融合。

2传感网络平台的功能实现

功能是物联网的外在表现,是物联网用户需求实现的最直接体现。物联网的功能实现离不开信息和物理的结合,信息在对应物理实体上运行表现出相应的功能。传感网络平台作为物联网功能体系结构中的关键环节,其功能的实现离不开相应信息的运行和物理实体的支撑。

2.1传感网络平台的信息运行方式

在物联网信息体系结构中,传感域包含感知信息传感系统和控制信息传感系统,统称为传感网络管理系统,可为传感网络平台功能的实现提供有效的信息运行方式,如图3所示。

传感网络平台的信息运行主要在网络管理系统的综合管理下进行。信息上行过程中,对象域上传的感知信息通过感知信息传感系统进行解析、分类、转化等处理,并以感知传感信息的形式继续向管理域上传或者直接转发至控制信息传感系统,从而完成感知信息在传感域中的运行;信息下行过程中,通过感知信息传感系统接收控制管理信息或感知传感信息,并进行相应的解析、分类、转化等处理,再以控制传感信息的形式下发至对象域,从而完成控制信息在传感域中的运行。

2.2传感网络平台的物理实体支撑

传感域为传感网络平台的功能实现提供了有效的信息运行方式,而传感网络层则为传感网络平台的功能实现提供可靠的物理实体支撑,其物理实体构成及连接关系如图4所示。

传感网络层的物理实体主要包括物联网智能传感器通信模块、本地通信网络、物联网智能网关、远程通信网络以及运营商通信服务器,共同为传感网络平台的功能实现提供物理实体支撑。

物联网智能传感器通信模块安装在对象层物联网智能传感器中,方便物联网智能传感器对外通信。物联网智能传感器通信模块能够接收物联网智能传感器感知单元所获取的感知信息,并传输给物联网智能网关,同时也能够接收物联网智能网关下发的控制指令,并传输给对象层的物联网智能传感器控制单元。

本地通信网络是物联网智能传感器通信模块与物联网智能网关之间组成的通信网络,可采用不同的通信技术,如有线通信(m-bus, rs 485, plc等)、近距离无线通信技术(zigbee 蓝牙,wifi,红外线等)以及低功耗广域网(low power wide area network, lpwan,典型的有lora, nb-iot, sigfox等)无线通信技术等,实现智能传感器通信模块与物联网智能网关之间的双向通信。

物联网智能网关是物联网运行体系中传感网络层的核心设备,不仅具有通信功能,还可实现传感网络平台的数据管理、通信协议转换等。物联网智能网关具有南向接口和北向接口,南向接口与智能传感器通信模块通过本地通信网络连接,北向接口则与运营商通信服务器通过远程通信网络连接。物联网智能网关能够接收物联网智能传感器通信模块上传的感知信息,并传输给运营商通信服务器,同时也能够接收运营商通信服务器下发的控制指令并传输给物联网智能传感器通信模块。

远程通信网络是物联网智能网关与运营商通信服务器间的通信网络,典型的有移动通信网络(如2g, 3g, 4g等)、互联网、卫星通信网络等。

运营商通信服务器用以实现物联网智能网关与管理层运营商管理服务器的通信,能够接收物联网智能网关上传的感知信息并传输给运营商管理服务器,也能够接收运营商管理服务器下发的控制指令并传输给物联网智能网关。

3传感网络平台的组网方式

传感网络平台组建网络的方式称为组网方式,是指传感网络平台各物理实体的选择及其排列方式。在实际组网过程中,根据具体需要,传感网络平台的组网方式分为如下两种:

   1)物联网智能网关位于智能传感器外部,一个网关连接多个智能传感器:

   1)物联网智能网关位于智能传感器内部,一个网关连接一个智能传感器。

    传感网络平台组网方式如图5所示。

    组网方式一:物联网智能网关位于智能传感器外部,一个网关连接多个智能传感器:

    组网方式二:物联网智能网关位于智能传感器内部,一个网关连接一个智能传感器。

组网方式一中,智能传感器的感知单元和控制单元通过智能传感器通信模块与物联网智能网关进行无线连接,物联网智能网关可直接接入互联网或通过移动通信网络接入互联网,实现与运营商通信服务器之间的连接。物联网智能网关作为中心传感节点,能够同时接入多个智能传感器,实现多个智能传感器的集中通信和管理。

组网方式二中,物联网智能网关位于智能传感器内部,与智能传感器通信模块集成,具有智能传感器对外通信及相应的信息处理功能。这种组网方式可实现物联网智能网关与物联网智能传感器之间一对一的关系,即一个网关连接一个智能传感器。

传感网络平台组网方式的科学合理性和先进性是影响传感网络平台传感通信功能的重要因素,直接决定物联网中的对象平台与管理平台之间是否能够可靠、高效地双向通信。传感网络平台的组网方式因领域或行业具体需求的不同而不同。例如,家用能源物联网智慧管理系统传感网络平台采用的组网方式为星型无线组网方式,如图6所示。物联网智能网关位于物联网智能能源表外部,一个物联网智能网关可以同时接人多个同一类型或不同类型的物联网智能能源表。例如,一个网关可同时连接多个物联网智能水表、智能燃气表、智能电表及智能热量表,也可以同时连接水、电、气、热等多个不同的物联网智能能源表,这些物联网能源表可以属于同一厂商或不同厂商。物联网智能网关是实现各物联网智能能源表写能源管理商双向通信的核心设备,应具有广泛兼容接入能力、一定的接入容量和数据处理能力,不同行业或不同厂商的物联网智能能源表上传的感知信息经物联网智能网关进行协议转换、解析、分类等一系列处理后,通过远程通信网络传输给能源管理商管理平台。

    家用能源物联网智慧管理系统传感网络平台中的物联网智能网关内置rf通信模块和gprs通信模块。

   1rf通信模块用于物联网智能能源表与物联网智能网关之间的本地通信,能够接收、识别物联网智能能源表rf通信模块上传的感知信息,并将控制信息下发至表端rf通信模块;

    2gprs模块用于物联网智能网关与能源管理商之间的远程双向通信。在远程通信方面,物联网智能网关主要通过gprs通信网络接入互联网,但随着物联网智能网关以及4g5g等移动通信网络的发展,未来的物联网智能网关产品将会通过4g5g等网络接入互联网,或者直接接人互联网,在物联网智能网关与运营商之间实现更加高效、快捷、大数据量的远程通信。

4结语

物联网通过智能物体将人们从各种繁琐的劳动中逐步解放出来,使人们成为用户而享受到舒适、便捷、高效的服务,物联网的发展必将推动人类社会向智能化、智慧化的时代迈进。

物联网传感网络平台能够实现对象终端与管理商、用户之间有效、准确、实时、安全的信息交互。通过对物联网传感网络平台的功能结构、信息运行方式、物理实体支撑以及组网方式的介绍,为人们正确认识物联网和开发物联网产品提供参考。

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