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。

课程名称
使用教材
备注
物联网产业与技术导论
《物联网：技术、应用、标准与商业模式》，电子工业出版社，等教材。
在学完高等数学，物理，化学，通信原理，数字电路，计算机原理，程序设计原理等课程后开设本课程，全面了解物联网之RFID、M2M、传感网、两化融合等技术与应用。
C语言程序设计
《C语言程序设计》，清华大学出版社，等教材。
物联网涉及底层编程，C语言为必修课，同时需要了解OSGi，OPC，Silverlight等技术标准
Java程序设计
《Java语言程序设计教程》，机械工业出版社，等教材。
物联网应用层，服务器端集成技术，开放Java技术也是必修课，同时需要了解Eclipse,SWT, Flash, HTML5,SaaS等技术
无线传感网络概论
《无线传感器网络理论、技术与实现》,国防工业出版社，《短距离无线通讯入门与实战》北京航空航天大学出版社，等教材。
学习各种无线RF通讯技术与标准，Zigbee, 蓝牙，WiFi，GPRS,CDMA，3G, 4G, 5G，Mote等等
TCP/IP网络与协议
《TCP/IP网络与协议》，清华大学出版社，等教材。
TCP/IP以及OSI网络分层协议标准是所有有线和无线网络协议的基础，Socket编程技术也是基础技能，为必修课
嵌入式系统
《嵌入式系统技术教程》，人民邮电出版社等教材。
嵌入式系统是物联网感知层和通讯层重要技术，了解TinyOS等，为必修课
传感器技术概论
《传感器技术》，中国计量出版社，等教材。
物联网专业学生需要对传感器技术与发展，尤其是在应用中如何选用有所了解，但不一定需要了解传感器的设计与生产，对相关的材料科学，生物技术等有深入了解
RFID技术概论
《射频识别（RFID）技术原理与应用》，机械工业出版社，等教材。
RFID作为物联网主要技术之一，需要了解，它本身（与智能卡技术融合）可以是一个细分专业或行业，也可以是研究生专业选题方向。
工业信息化及现场总线技术
《现场总线技术及应用教程》，机械工业出版社，等教材。
工业信息化也是物联网主要应用领域，需要了解，它本身也可以是一个细分专业或行业，也可作为研究生专业选题方向。
M2M技术概论
《M2M: The Wireless Revolution》，TSTC Publishing，等教材。
本书是美国“Texas State Techinical College”推出的M2M专业教材，在美国首次提出了M2M专业教学大纲，M2M也是物联网主要领域，需要了解，建议直接用英文授课。
物联网软件、标准、与中间件技术
《中间件技术原理与应用》，清华大学出版社，《物联网：技术、应用、标准与商业模式》，电子工业出版社，等教材。
物联网产业发展的关键在于应用，软件是灵魂，中间件是产业化的基石，需要学习和了解，尤其是对毕业后有志于走向工业和企业界的学生。

博图cmptp模块是一种用于通信协议开发的模块，主要用于构建协议栈和通信接口。该模块可以帮助开发人员快速开发出符合标准的通信协议，并提供了一些常用的通信接口函数，方便开发人员进行数据传输和处理。
要使用博图cmptp模块，需要进行如下步骤：
1 下载和安装博图cmptp模块。可以从博图官网下载cmptp模块的安装包，并按照安装说明进行安装。
2 创建协议栈。使用cmptp模块提供的API函数，可以创建符合标准的通信协议栈。协议栈是一组按照特定顺序排列的协议层，用于实现通信协议的不同功能。在创建协议栈时，需要定义协议层的类型、参数和顺序等信息。
3 实现通信接口。使用cmptp模块提供的API函数，可以实现不同的通信接口，包括串口、网络、USB等。通信接口用于进行数据传输和处理，并提供了一些常用的通信接口函数，如发送数据、接收数据、打开连接、关闭连接等。
4 调试和测试。在完成协议栈和通信接口的开发后，需要进行调试和测试，以确保协议栈和通信接口的可靠性和稳定性。可以使用cmptp模块提供的调试工具和测试工具，对协议栈和通信接口进行测试和验证。
需要注意的是，博图cmptp模块是一种专业的通信协议开发工具，需要一定的专业知识和技能才能熟练使用。在使用该模块进行开发时，建议先了解相关的通信协议标准和开发流程，以确保开发效率和开发质量。

WiFi模块的使用其实需要了解实际的应用方案，工程师都支持WiFi模块大致的分为三大类，USB WiFi模块、AP/Router WiFi模块、UART WiFi模块，若平台需要通过这些接口USB，PCIE，SDIO进行通讯，则选择做从设备的USB WiFi模块；若是想将4G信号转换为WiFi信号，则选择AP/Router WiFi模块；若是想做时下热门的物联网应用，则可以优先考虑UART WiFi模块；因为不知道您这边具体是做一个什么应用，所以，小编就以时下热门的物联网应用智能插座方案举个例子：

智能插座方案主要以串口WiFi模块为基础,实现无线数传、控制等功能。方案包括：1) 硬件参考设计；2)云平台服务；3)iOS,Android APP设计服务；4)嵌入式软件服务；5)WiFi模块WG219/WG229/LCS6260/WG231。

智能插座方案说明：手机APP通过路由器连接WiFi，控制内置串口WiFi模块的WiFi智能插座，实现不同的功能，比如可以定时，延时，自动报警；通电、断电以及usb充电，网络远控，电量统计，节能省电……等 *** 作；在WiFi辐射范围外，也可以通过云端来实现控制，希望能够帮助到您。

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