基于云服务的物联网嵌入式开发平台研究与设计

摘要

物联网开发已经成为近几年炙手可热的话题，而物联网中嵌入式模块的开发也占据了相当大的比重。无论是传统的嵌入式开发平台，还是现有的研究成果，大部分都是基于单机的IDE软件安装，运用PC机的串口助手进行调试，没有运用到网络带来的便捷性。想要减少开发环境带来的普遍麻烦，降低开发成本，便捷地调试系统，构建功能完善的在线开发、编译、调试系统显得十分必要。 传统物联网开发框架中，用户通过PC配置开发环境，实现嵌入式设备的开发，有几点弊端：第一，配置PC环境成为开发过程中的瓶颈；第二，设备开发需要硬件连接，安装串口助手等，条件苛刻；第三，设备维护需要另外开发服务器端应用，成本较高。如果将开发维护工序迁移到云服务端统一处理，可以提升工程效率。 云服务具有计算资源丰富，接入容易，部署迅速，易扩展的特性。因此，设计基于云服务的嵌入式开发平台，将是解决上述问题的优良方法。针对传统的物联网开发模式中的不完善和工序的复杂性，本文接入了商业云服务平台——阿里云，设计了一套物联网嵌入式开发平台。利用云服务成熟强大的网络资源，使设备接入更高效，用户管理更便捷。 根据提升工程开发效率的目标，本文设计了基于云服务的SHMIIC物联网开发平台，主要把系统分为三个部分：云服务的人机交互系统；云编译升级系统，以及云服务集群优化策略。 云服务的人机交互系统解决了传统模式中，配置开发环境的不便利性。基于B/S架构，完成了用户和服务端的交互的Web开发工具。由于云服务的引入，部署上产生了便利，使得设计不需要关心服务器环境，安全性等问题，可以侧重于完成服务端应用。本文详细设计了设备，用户，命令，消息的数据库存储结构，交互应用的业务逻辑以及人机交互UI界面。 云编译升级系统解决了设备维护中，接线烧写代码的繁琐步骤，提升了维护和二次开发的效率。本文详细介绍了编译升级系统的软硬件架构。其中软件部分主要通过在Linux云服务器上搭建GCC编译工具链，编译用户自己的代码，配合嵌入式端软硬件设计，完成设备升级。整体完成了基于云编译服务和WiFi模块的设备远程升级方案。 在云服务集群性能优化中，需要解决云服务系统在用户量大的情况下，出现响应速度慢甚至瘫痪的问题。针对高并发场景，本文分析了经典负载均衡算法，通过比较，选取优化了其中一种算法WRR，提升系统性能。接着，引入了一致性哈希算法，作为实际生产中系统扩展的策略。 最后，利用SHMIIC开发平台，对一个物联网项目进行开发，验证。引入实际场景中的医用输液监控系统，通过本开发平台进行开发，完成实际场景下的功能和性能测试，验证了系统的可用性和有效性。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文研究内容与论文结构

第二章 基于云服务平台的系统总体设计

2.1 与传统物联网开发模式的对比

2.2 系统架构设计

2.3 系统技术选型

2.4 本章小结

第三章 面向云服务器的人机交互系统设计

3.1 云服务端的数据库设计

3.2 云服务业务逻辑层设计

3.3 云服务用户UI

3.4 本章小结

第四章 云编译升级系统

4.1 云编译工具链

4.2 嵌入式端主控模块功能设计

4.3 嵌入式端WiFi模块功能设计

4.4 本章小结

第五章 云服务器集群性能优化策略

5.1 云服务器集群改进自适应动态负载均衡算法

5.2 云服务器集群中的存储动态扩容策略

5.3 本章小结

第六章 针对应用场景的系统测试

6.1 系统功能测试

6.2 系统性能测试

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 课题展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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