智能家居系统中云平台和智能网关的设计

摘要

智能家居通过互联网、物联网和云计算技术使人们的生活更加智能化，能够时刻掌握家庭智能化设备的最新动态。云平台服务器和智能网关是智能家居中的核心，其肩负着家居感知层数据的收集、传输、处理、分析和用户对智能化设备的管理的重任，当前越来越成为人们关注的重点。
　　本文从智能家居实际需求出发，结合当前的发展技术，提出了可动态按需调整的小型云平台服务器集群设计方案，设计了基于动态心跳的通信机制。对业务节点和负载均衡的设计、数据库节点中数据表的分表设计进行了详细论述，同时也给出了监控管理中心、Web后台管理节点、分析处理节点的设计方案。
　　云平台中的底层数据收发是决定系统性能的关键，智能家居的数据传输具有低时延、高并发的特点。本文提出了多阶段事件驱动的开发模型，并在此基础上实现低时延高并发的数据收发机制。采用分阶段事件驱动的反应式线程池模型，将复杂的应用程序实现流程通过逐级分解，拆分成多个阶段，而后对各个阶段按照不同的需求和功能进行分别设计，避免“木桶效应”的出现；并通过缓存队列的形式，实现各个阶段之间的数据传输。最终，使数据收发有个更低的时延，更高并发。
　　常见的均衡机制往往参考参数少、分配静态，本文提出了基于多参数动态调度的负载均衡机制。采用更全面的性能参数和动态反馈的业务参数，得到节点负载情况，并判断和上期同时间段请求量，得到单个节点的合理分配数，进而通过双缓存队列切换的方式进行负载调度安排，更好的平均整个系统的负载量。
　　本文设计的云平台服务器集群系统在智能照明系统中得到实际应用，并实现了产业化。本文基于智能照明系统对设计的云平台进行了功能测试、性能测试和稳定性测试，各项测试结果均表明能很好的满足预期要求，满足实际需求。

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1 引言

1.1研究背景及意义

1.2智能家居的发展现状

1.3云计算技术的发展

1.4本文研究内容与创新点

1.5文章结构安排

2 云平台服务器的整体设计

2.1方案分析

2.2集群整体设计

2.3业务节点设计

2.4负载均衡节点设计

2.5数据库节点设计

2.6其他节点设计

2.7本章小结

3 基于多阶段事件驱动的低时延数据收发机制

3.1通用开发模型分析

3.2多级阶段事件驱动思想

3.3数据收发系统的设计

3.4数据收发模块的实现

3.5结果分析

3.6本章小结

4 基于多参数动态调度的负载均衡机制

4.1调度算法分析

4.2机制原理

4.3具体实现

4.4结果分析

4.5本章小结

5 智能网关的设计

5.1方案分析

5.2硬件电路设计

5.3自定义程序的设计

5.4本章小结

6 系统测试

6.1功能测试

6.2性能测试

6.3稳定性测试

7 总结与展望

7.1论文总结

7.2下一步工作展望

致谢

参考文献

附录