基于ARM的物联网服务网关的设计与实现

物联网是新一代信息技术和新技术革命的重要组成部分,是促进信息产业整合和信息管理技术变革的开端和基石。基础通信网与无线传感器网络的融合,给传统的像智能家居这样的区域监控带来了新的产业机会,通过它可以将监控区域中的设备通过无线方式有机组织起来,从而实现一个全面感知与完整管理的系统。致力于操作简便、用户友好、人的解放以及智能交互等为核心的创新理念是未来物联网发展的灵魂。 本文系统地讨论了物联网服务网关这一项基于物联网应用的关键技术,重点实现了网关的硬件及软件系统层,并制定适用于家庭自动化的设计方案,为应用开发提供一个嵌入式平台环境。为了实现智能家居系统中的远程及近程控制,从物联网的概念出发,设计了一个低功耗、低成本的物联网服务网关,将基于Zigbee协议的无线传感器网络与基于TCP/IP办议的Internet相连接,从而实现互联网的扩展和延伸。在硬件设计上,完全按照嵌入式板级硬件设计流程,采用ARM Context-M3内核的STM32F107VC微处理器为主控制芯片,通过可靠的串行通信实现与传感网协调器的通信,外接一个网卡PHY芯片实现与Internet的连接。通过WEB远程登陆到ARM网关服务器,实现对无线传感网的监控。在软件设计上,引入嵌入式操作系统uCOS-II对系统资源进行管理和调度,并用嵌入式通信协议栈LwIP来实现TCP/IP的基本功能,利用层次化、模块化的软件设计方法增加系统应用的灵活度。代码实现上,采用自底向上完成各层次程序的代码编写,以提高系统开发速度,也使程序具有更好的层次感。为了实现嵌入式WEB服务器端、近程控制终端与WSN协调器三者之间的数据同步,设计了一套通信控制应用程序。 进行了软硬件的联合调试,并利用简单的串行交互程序模拟主控模块与协调器的通信,通过动态交互网页实现了远程WEB监控服务,从而验证了服务网关设计方案的可行性。