从零开始设计环保监测物联网系统(二)

IOT网关，接收sensor数据的总入口，主要是日志，安全防护，流控，协议转换等功能，

图1 IOT网关

之前有提到IOT网关是基于python的twisted框架实现的，初期的时候该IOT网关主要实现的功能是 数据接收和转换功能 和 安全防护 。

数据接收和转换功能 ，这里很简单，拟定好数据交互格式后，IOT网关按照约定好的格式进行解析，然后转发给后端服务进行进一步的处理

安全防护 ，设备的区分主要是依靠烧录到硬件的SN号来实现，SN号包含的信息比较多，如生产批次，设备型号等，受制于厂商我安全防护不能做的非常完善，同时sensor与IOT网关的交互不能非常复杂。安全防护这一块理论上是设备接入要一型一密或者一机一密，协议上还应该启用tls/ssl安全通信协议。

图2 鉴权

安全防护要做ssl这类的安全通信协议的话，要考虑设备厂商实现通信模块能力，设备功耗，设备性能（低端设备cpu性能可能比较差，可考虑对称加密形式），IOT网关也需要引入相应模块。

另外认证从性能方面考虑，后期在设备比较多的情况下，可以加入redis等内存型key-value数据库，缓存设备信息，提高鉴权模块性能。

实践中，我们的sensor基本都是依靠电池供电，因此我们的IOT网关基本是面向短链接（后期我们有监测设备，依靠外部电源直接供电，为长连接），因此在每次发起连接我们都要进行一次鉴权，鉴权通过后，设备方可上传传感器监测数据和设备自身状态。

图3 数据交互流程

这一块的调试工作长达半年左右，才基本稳定下来，主要集中在设备商处除了硬件稳定性，还有在调试中发现传输的字符串乱码（c语言处理问题），沾包（厂商开发人员tcp协议不熟），优化传输效率，关闭cork或者 Nagle 算法（传输包很小）。

因为IOT网关不能主动断连接，理论 *** 作中，IOT网关应该和sensor有心跳协议，保证连接的有效性。设备商在数据流程交互完成后，竟然没有close 连接，直接休眠，导致网关所在服务器的连接的文件描述符一直没有正常释放，后面为了预防这种现象，我开启了 *** 作系统层面的keepalve定时器，回收失效连接（系统默认时间是2小时左右，我缩短了失效时间），理论上来说应该是应用层面去实现心跳协议。

整个IOT网关的设计，是无状态，可伸缩的，单网关在普通型ecs上可轻松达到数百tps。

物联网说白了也就是物与物连接起来的网络。

用处就很明显了，人类之前使用工具，必须要有接触。比如你想开灯吧，必须要走到开关面前 *** 作它，而有了物联网，你就只需要念出一句咒语“亮”（指令）或者挥舞你的“魔法棒”（控制系统），就会有听懂你话的智能家居去帮你完成你的想法。

什么才算物联网，其实分三步。

比如，你想让张三帮你拿个东西，如果张三就在你附近，你可能会直接叫他，如果他离你很远你也可以给他打电话发消息“张三，帮我拿杯水”。

而这里把张三换成任何一个物体，那么这就是物联网。首先要给这个世界上所有的物体赋予身份——这个人叫张三、身份z号xxxxxxxxx，

换到物联网上，就是给每个人与物体设定标识，这就是第一步。

接下来，你要识别张三吧，不能叫张三端水，变成了叫千里之外的李四吧，所以这第二步，就是识别设备，完成对物体属性的读取。

第三步，就是建立通信网络，你要能给张三发送指令——拿杯水，而张三也要回应你的指令——端回水。

首次公开发行是指企业首次通过证券交易所向投资者增发股票，为企业发展筹集资金的过程。与一级市场相对应的是，大部分公募由投行集团承销，进入市场。银行以一定的折扣价从发行人那里购买自己的账户，然后以约定的价格出售。公募的准备成本较高，私募可以在一定程度上部分避免这种成本。这一现象始于20世纪90年代末的美国，当时美国正经历网络泡沫。

创始人将以独立资本成立公司，并希望在牛市期间通过首次公开募股(IPO)筹集资金。因为投资者认为这些公司有机会成为微软的第二家，所以股价通常会在上市初期上涨。感知层是物联网整体架构的基础，是物理世界与信息世界融合的重要组成部分。在感知层，我们可以通过传感器感知物体本身及其周围的信息，使物体也具备“说话和释放信息”的能力，如声音传感器、压力传感器、光强传感器等。

感知层负责为物联网收集和获取信息。网络层在整个物联网架构中起着连接作用。它负责向上层传输感知信息，向下层传输命令。网络层感知层收集的信息传输到物联网云平台，同时也负责将物联网云平台发出的指令传输到应用层，起到纽带的作用。网络层主要通过物联网、互联网和移动通信网络传输海量信息。许多创始人一夜之间成为百万富翁。得益于股票期权，员工也获得了可观的收入。

在美国，大多数通过首次公开募股筹集的股票在纳斯达克市场交易。许多亚洲国家的公司将通过类似的方法筹集资金来发展业务。该平台是物联网整体架构的核心，主要解决如何存储、检索和使用数据，以及数据安全和隐私保护等问题。平台管理层负责通过大数据、云计算等技术有效整合利用感知层收集的信息，为人们应用到特定领域提供科学有效的指导。

一、物联网技术
微软创始人BillGates1995年首先提出了“物联网”的概念。理论上讲，它可以将世界任意地点的任何物品按约定协议通过互联网连接起来，构成一张比Inter－net还要庞大的复杂网络，以更加方便、快捷而全面地进行信息交换、实时通讯和资源共享。物联网采用了射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，极大实现了信息化时代所必需的智能识别定位、跟踪监控和管理调控。作为一项潜力巨大蒸蒸日上的新兴朝阳产业，物联网越来越受到重视。
基于ZigBee（一种低速短距离传输的无线网络协定）无线技术的无线路灯控制系统在济南国际园林花卉博览园盛大点亮，物联网技术在高铁领域实现突破并在苏州成功投入使用，智能交通系统在各个地方方兴未艾渐成燎原之势……在与人们息息相关的生活各领域都可以见到物联网的影子。潍坊市一直把物联网产业放在优先发展、加快发展的重要地位作为重点来发展的新兴产业，近年来在射频识别（RFID）技术、微电子机械系统（MEMS）技术、红外蓝牙传感器等物联网关键技术研发以及嵌入式芯片（SOC）和系统集成应用方面取得了一定的突破。
2010年3月，潍坊物联网研究院成立，标志着全市物联网经济已经迅速启动；2011年8月，潍坊高新技术产业开发区成功申报为山东省首批5家物联网产业基地之一；2013年1月，基于物联网技术的道路智能监控管理系统在潍坊市寒亭区成功应用。“十二五”期间，潍坊将推动物联网技术在基础设施、商贸物流、交通管理等各领域的应用，进一步把物联网产业做大做强，将其打造成潍坊的招牌产业。
二、物联网在村村通工程中的应用
（一）村村通工程安全监控。村村通面向广大农村地区，地理、地质、地形情况错综复杂，特别是山地偏远地区不稳定因素千差万别，安全事故甚至是重大特大事故时有发生。单凭人力对公路进行巡查监管，费时、费力、效率低，上传下达层层滞后逐级放大导致信息闭塞，难以及时对突发状况进行处置。基于常规安全监管的种种弊端，湖南省率先提出了基于物联网技术的公路工程建设安全智能监管系统。它利用RFID技术，对重点区域的人员、机械、护具等施工安全敏感信息进行自动采集、跟踪、预警与处理。在ASPNET技术环境下，实现了利用PC、PDA等各种终端对施工现场进行周期性的安全检查，对各分项工程得分进行统计并确定动态安全状况。
基于互联网可将安全数据实时传输至监控中心，中心及时对安全事故做出处置，对安全隐患及早发现并做出预警，从而在湖南尤其是湘西大山深处面对恶劣的地质和天气条件大大降低了各种安全事故的发生。而潍坊市地理位置优越，基础设施完备，对物联网相关技术的研究应用起步较早，可在更加广阔的领域建设安全智能监管系统，将日常监控、科学预警、应急处置、历史汇总等集成为一个统一高效的平台，更好地应对村村通公路建设中的各种问题。
（二）智能交通与信息平台建设。据不完全统计，截至2012年10月，潍坊全市机动车保有量超过275万辆，其中货车和农用运输车辆占有很大比重。村村通的实施，方便了山村通往外面的世界，大大缩短了城乡之间的距离，无公害的瓜果蔬菜、农副土特产品借助日益壮大的物流越来越多地出现在城市的市场、超市和酒店，广大农民也因此得到更大实惠。可一个不可避免的事实是，信息建设跟不上村村通、物流的飞速发展，经常出现交通拥堵现象，效率低下。
如何构建智能交通，降低运输空载率，减少公路拥堵，发掘村村通在帮扶农民增收致富中的作用，各地都在进行有益的探索，其中物联网技术不失为一种快捷有效的方法。通过RFID标签实现车载农副土特产品自动识别，借助GPS系统对车辆位置进行有效跟踪，经由Internet数据管理中心进行实时调度已成为被实践检验的成功做法。管理智能化、物流可视化、信息透明化是推动公路运输信息化建设发展新的切入点。潍坊市已着手建设农副土特产品网络营销中心，并与道路运输实时监控、路政路况信息发布、突发状况应急处置等实现互联共享，建成智能交通与信息平台，及时向公众提供信息服务。
（三）公路养护。修路容易养路难，有的村村通公路缺乏养护，十年九大修，补丁连成片，本来的民心工程却招来怨声连连，严重损害了村村通在人民群众中的形象。究其原因，传统养护模式的落后、养护队伍的缺失都是极其重要的因素。关于养护模式的改革，太原市建成了独具特色的乡村公路日常养护和工程养护模式。
前者由城乡结合清洁、乡镇日常管理和季节强化养护优势互补，后者结合具体情况开展了交通管理部门直接参与、乡村组织实施交通管理部门进行补助及乡村自治实施等三种实践活动，收到了较好的效果。潍坊市在这方面也有试点，昌邑城乡环卫一体化已经入围国家级试点项目，可逐步渗透到村村通公路养护各个环节，发挥城乡一体共同养护的合力。另外，应加大对村村通公路超限超载车辆的治理力度，设置限高限宽设施，防止超重车辆进入农村公路，保护村村通建设成果，提高农村公路服务水平。
三、结语
物联网是对互联网技术的发展和延伸，在各行各业已有很多成功的案例。鉴于村村通主要面向信息建设相对落后的农村及偏远地区，物联网想要在其中发挥重要作用还不太现实。当前，可在基础相对较好的农村发达地区逐步开展物联网环境下的村村通工程试点，不断积累经验，有计划、有步骤地逐级展开，最终利用物联网实现村村通的有效监管调控，成为助推农村更快更好发展的利器。
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