基于物联网的多模式网关研究与设计

摘要

随着物联网技术的发展，物联网技术已经广泛应用于智能家居、智慧城市、智能交通等系统，大大地方便了人们的生活，因此，许多科研机构和公司也投入了大量的财力和物力进行深入的研究。物联网网关作为物联网应用中的中间件，充当连接虚拟与现实的桥梁。物联网网关作为物联网系统中的关键环节，其重要性不言而喻。
　　当前的物联网网关只能针对特定的应用场景，可替代性差，不利于二次开发。而且，现有网关的通信协议单一，无法对不同协议的数据进行综合处理，不同网关之间无法相互通信。这些局限性大大阻碍了物联网的发展，使得物联网无法满足更广泛的需求。为了解决上述问题，本文设计了一种多模式的网关结构，并在网关上添加了数据处理功能。该网关集成了四种不同的无线通信协议，可以调用不同的协议栈和传感节点通信，解决了不同协议之间无法通信的问题。
　　为了减少网关系统数据处理时间，提高数据异常检测率，提出了多模异常检测算法模型，该模型利用一维滑窗、多维滑窗和进化博弈论等算法完成了异常数据的检测。对网关系统的硬件平台进行设计，使其能够支持四种无线通信协议的综合接入。针对该多模网关的硬件平台，进行多模网关的软件设计，在传感节点中进行Contiki操作系统的移植，在网关系统中进行Linux操作系统的移植，利用操作系统中的TUN/TAP虚拟网络设备向协议栈中注入数据，完成slip数据向IP数据的格式转换，实现无线网络和有线网络的连通。设计的多模网关系统可支持IPv6、ZigBee、WIFI和蓝牙的综合入网，可实现异构网络之间的协议转换。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 物联网的研究背景及意义

1．2 物联网网关的研究现状

1．2．1 物联网网关的国外研究现状

1．2．2 物联网网关的国内研究现状

1．3 主要研究内容

第2章 物联网网关的理论基础

2．1 物联网网关概述

2．2 多模物联网网关的技术分析

2．2．1 嵌入式系统技术

2．2．2 IPv6通信技术

2．2．3 ZigBee通信技术

2．2．4 蓝牙4．0 通信技术

2．2．5 WIFI通信技术

2．3 网关设备的工作原理

2．3．1 TUN／TAP虚拟网络设备工作原理

2．3．2 Tunslip6服务实现原理

2．4 网关设备的系统架构

2．5 本章小结

第3章 多模数据异常检测

3．1 数据检测的原理

3．2 多维数据的异常检测模型

3．3 多维数据的异常检测算法

3．3．1 多维滑动窗口的异常检测算法

3．3．2 基于进化博弈论的异常检测算法

3．4 多维数据检测的指标与结果分析

3．5 本章小结

第4章 物联网网关系统的硬件设计

4．1 网关系统硬件结构设计

4．2 无线节点的硬件模块设计

4．3 核心板硬件模块设计

4．4 无线接口硬件模块设计

4．5 电源电路硬件模块设计

4．6 串口电路模块设计

4．7 网卡硬件模块设计

4．8 本章小结

第5章 物联网网关系统的软件设计

5．1 嵌入式操作系统的移植

5．1．1 Contiki操作系统的移植

5．1．2 Linux操作系统的移植

5．2 无线节点的软件设计

5．3 网关系统的软件设计

5．4 协议转换程序设计

5．5 网络通信的软件设计

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术成果

致谢