摘要：近些年来，我国的物联网发展与世界范围内的其他国家逐渐达到了相同的水平，技术研发事业的不断突破以及标准体系的建立与完善，进一步推动了物联网在我国的发展与应用。目前应用最为广泛的就是物联网M2M，对于确保物联网终端应用的正常运行来说，具有重要意义。为此，本文将基于物联网平台发展现状，建立一套完善的物联网通信服务平台保障系统，可以有效地对终端进行告警管理，帮助用户在应用终端过程中更加精准地掌握通信状态，为厂家提供更加高效的终端运维，降低系统掉线率，全面提升终端通信服务保障能力。
关键词：物联网；
通信服务平台；
保障系统；
设计与实现
一、引言
现阶段，在科技水平迅猛发展的背景下，信息化时代为我们带来了更多的技术与可能。在以下内容中，设计开发了基于物联网的通信服务平台保障系统，该系统最大的创新性就是完成了建立一套完整的、具有一定开放性框架的物联网通信服务保障系统，并能够合理地应用，提出了基于通信协议模板的一种协议转换方式，并且可再扩展，且具有一定的可配置性。最后，该系统验证实现了基于互联网的一些典型应用场景以及电信运营商的不同应用需求，该物联网的网络关系具有十分稳定的新功能、较强的扩展性、较强的通用性并且十分有利于开发与维护。
二、物联网平台发展现状分析
物联网技术与物联网平台是共同发展与完善的，物联网平台在整体系统当中属于关键组成部分，主要是结合用户需求挑选正确的通信协议与网络技术，在平台上连接硬件设备，完成硬件和软件之间的对接。其发展的本质意义就是借助于不同通信协议和底层设备，传输与处理数据，并结合收集到的各种数据完成全方位的可视化分析、聚合应用服务等，除此之外，也能够为硬件设备与物联网用户提供更加安全的身份认证。现如今我国主要包括三大运营商，分别为电信、联通、移动和一些互联网行业当中的龙头企业，他们一同促进物联网平台的高效化建设。各自陆续推出了能够应用在不同场景当中的物联网平台，比如电信、华为和天翼联合打造的一种能够实现多场景应用的窄带物联网等。同时，也十分注重采取有效方案解决平台应用过程中的核心问题，该方案即终端-平台-应用，降低平台的接入门槛，提高平台接入效率，帮助用户完成更加快速且稳定的平台对接。中国联通同时也在相关会议当中表示，在平台能力建设方面，联通已经掌握了更强的服務能力，并且致力于为用户打造一个接入便利、统一管理、成本可控、服务高效的全新服务模式。阿里云物联网的开发则为开发人员搭建了一个具有更加强大的功能且更具有安全保障的全新数据通道，通过全球范围内的多节点共同部署，能够促使海量设备全部实现低延时、高安全性的接入，更有利于终端到云端的高效双向通信。腾讯设计的QQ物联以主要用户群体为基础，完成了设备、用户和服务之间的联动，目前已经在智能车载、家居以及各类可穿戴设备当中得到了广泛运用。从国外角度来看，主流物联网系统包括亚马逊设计的AWS IoT平台，能够为用户们提供信息采集、信息计算、信息分析、持久化以及部署等全方位的服务，提供一个可供数十亿设备共同接入与转发消息的平台，但是该平台目前仅支持单体的设备接入，而不支持系统设备的整体接入，并且在应用过程中具有较高成本。除此之外，还包括Google Cloud物联网平台、IBM Waston物联网平台、Oracle物联网平台等，本文不多论述。
从国内外的物联网发展现状来看，不难发现一体化的服务模式正在逐步建立与完善，同时相关企业数量也在与日激增，越来越多的物联网平台，为用户们提供了更加多样化的选择，但是在企业当中，物联网平台依旧为绝大部分采取交互式、开放式的设计方式，因此在后期维护与升级过程中往往存在较大问题，并且离不开固定的设备厂商，主流平台大部分是以热门领域为基础开发的，因此在平台设计与应用过程中依旧存在一定的局限性，需要我们进一步分析与研究，要求促进其更好地完善。
三、系统总体架构
该系统的设计以WMMP协议为基础，设计一个物联网应用系统整体体系架构，在这一体系架构当中，主要选择了3层结构系统层次模型，提高物联网应用效果，层次模型由上至下包括感知层、传输层、应用层。如图1所示。
（一）感知层
这一层的主要作用就是解决获取物理环境下的数据信息问题。结合感知数据的具体来源，能够将其进一步细化为数据采集设备和无线传感器网络这两部分。首先，第一部分当中的数据采集设备主要包括不同类型的功能传感器、RFID射频标签以及网络摄像头等等；
第二部分当中的无线传感器网络主要是由多个在特定范围内分布的传感器节点构成，并且这些节点更多的用途为数据采集，形成一个高效的Ad hoc网络环境。通过这些不同类型传感器设备的同步运行与工作，对工作地点的环境状况与监控物理等关键信息进行采集。从狭义上来看，感知层就是首先借助于不同类型的传感器设备、用于对视频图像进行采集的摄像头等关键设备，获取环境当中存在的各类数据信息，而后再利用无线传感器当中的ZigBee、WiFi、RFID射频标签、HomeRF、蓝牙等距离较短的无线通信技术，进行更加高效化的数据传输。
（二）传输层
传输层主要应用于对底层感知层当中获取到的丰富感知数据信息进行处理，并实现高效化的远程传输，解决其中存在的各种通信问题。传输层是以移动通信网络与互联网为基础构建起的针对感知数据进行远程传输的一个关键层次，其中综合利用了国际互联网、WiFi、移动通信网络、GSM/3G、以及有线宽带等常见的通信技术手段，能够完成感知网络和通信网络之间的无缝衔接。由此可见，传输层在该系统当中属于实现远程数据通信的重要基础，其中的关键技术主要可分为远程有线数据通信技术与远程无线数据通信技术两种。
（三）应用层
应用层的设计主要就是为了有效解决来自感知层当中的数据问题，对其进行高效的分析处理以及提供优化服务。应用层主要就是为了接收与处理在传输层当中产生与传送得到了丰富数据信息，在应用层当中，集成了以数据处理为工作出发点的不同类型信息处理系统，同时借助于多种智能化设备，为不同类型的用户提供具有更加丰富功能的应用服务。应用层当中的多功能软件以及智能化控制技术，将为政府部门、家庭个人以及企事业单位提供更加丰富的物联网平台应用。
四、系统硬件设计
充分结合嵌入式技术和自动化控制技术，采用嵌入式Intel Atom双核N2600为主要处理器，研究设计一个性能较高、成本较低的先进物联网网络关口，其中核心为Intel Atom双核N2600这种处理器，同时附带相关的外围通信网络模块，从而构成一个完善的系统硬件平台。这一物联网网络关口的硬件架构当中的可以包括多种多样的功能模块，共同组成了整体系统架构。具体的功能模块可分为以下几个：嵌入式的微处理器功能模块、USART接口功能模块、无线收发功能模块、USB接口功能模块、网络接口功能模块。这些功能模块的特征就是运用当前的移动通信网络，选择内嵌式协议芯片，即中国移动研发的WMMP协议芯片。通过这种硬件系统的应用，能够更好地满足建设物联网网络关口过程中的高性能、完善功能、低功耗、低成本等关键性需求，这一网络关口对于促进社会信息化与社会网络化的整体性进程发展以及我国国民经济的快速增长都具有十分关键的助力作用。
五、系统软件设计
（一）物联网接入服务器功能性设计
功能性设计就是以基本框架为基础促进物联网数据接入服务的更好实现，有效处理物联网当中的各种数据，功能型设计通常可以划分为设计传输协议格式、设计设备认证管理、设计数据包编码和解码、设计数据上下行处理以及设计定时任务管理等。物联网接入服务器数据流图如图2所示。服务器和物联网设备在运行期间的传输载体主要为TCP/IP协议，借助于自定义的协议报完成高效的信息交互，建立连接channel之后，每一个channel都能够解码数据报，完成高效化的数据处理，主要包括数据处理的持久化、数据异常返回、垃圾数据屏蔽、数据编码出站等，定时任务针对服务器当中的不活跃会话进行定期清理，确保能够始终维持服务器稳定性。①自定义的数据传输格式。在以TCP/IP协议为基础的传输格式当中，主要目的就是为满足服务器当中的安全性与通信等需求，服务器和物联网设备必须基于TCP/IP协议完成通信，同时也能够过滤到许多非必要类型的数据包，节省大量的服务器资源。②数据包解码和编码。数据包是以自定义的数据传输格式为基础完成解码和编码应用层的，解码主要就是结合具体的数据传输格式来校验数据包当中的类型和内容，快速过滤不合法的一些数据包。编码是结合数据传输协议完成下行数据的编码。③设备的认证管理。主要包括设备登录入网与注册，登记各种物联网设备，借助于设备认证管理，提高管理规范性，同时也能够有效避免外来设备攻击服务器系统，确保服务器的整体运行安全。④上下行数据处理。上行的数据处理主要就是处理数据包当中的内容，包括对Json字符串的解析，获取物联网当中各种设备检查的状态、环境参数和数据持久化。下行数据则是借助于服务器对会话主动与被动进行维护以及维持物联网设备通信，主要包括应答数据包以及策略数据的下发。⑤日志管理。主要对设备数据当中的上行信息与下行信息进行记录，服务器运行记录，借助于日志记录进行全方面的查询与分析，及时了解服务器当前的运行状态，对安全隐患进行防范。⑥定时进行任务管理。定时任务通常是借助于设定定时的任务内容，从而有效提高系统服务器的整体运行效率，确保服务器的稳定性与安全性，定时处理活跃度相对较低的设备，主要包括定时的发送心跳包以及会话清除等，从而有效节省大量的服务器资源。
（二）网关系统软件结构
物联网当中的终端网络关口位于传输层和感知层两层之间，主要负责感知节点和上层管理平台之间的数据交互。物联网网络关口系统在完成电启动之后，首先针对应用程序进行初始化操作。为了实现多样化的物联网网络关口终端和生层M2M物联网平台高效交互方式，选择两种和物联网M2M平台的高效通信方式，也就是GPRS通信方式以及TCP通信方式这两种。其中GPRS通信方式主要借助于AT指令的发送，从而促使GPRS模块被启动，设定具体的串口通信速率，建立起完善的WMMP-T连接准备信息数据通信。而TCP通信方式则是借助于对配置信息的完整读取，建立起完善的WMMP-T连接。
（三）网关多协议转换
为进一步提升网关多协议在转换过程中的灵活性，从而促进不同类型通信协议报文之间的相互转换，为此本文设计一个基于协议的驱动模块，这一模块是转换多协议网络关口的重要基础。选择面向对象这种构建方法，设计具体的协议驱动文件，协议帧属于一个对象父节点，主要组成有起始域、地址域、数据域、控制域、结束域、校验域以及数据长度等多个不同对象子节点。每一个对象子节点同样也能够作为对象存在，都具备相关的属性与属性值。所以数据帧能够借助于对象以及具体的属性开展更加完整的描述，也就是对象属性的基本内容即为采集数据帧与内容的重要载体，其中包括采集数据的全部信息。对象属于采集数据的重要载体，对象属性包括了采集信息的关键性内容。
（四）网关系统工作流程
物联网网络关口在完成初始化过后，开始对网络进行监听，同時等候发生的外部中断事件，而后借助于判断具体响应类型完成转发相关数据信息的整套动作。如果接收到GPRS或者以太网当中的数据，判断能否直接下达指令到物联网M2M平台，如果能够则应当再次解析判断具体命令，如果该指令属于获取物联网网络关口一侧数据信息的指令，则需要调用物联网网络关口当前的交互模块，并将信息发送到M2M物联网平台当中；
反之，如果这一指令属于为感知网络下达的一种感知节点指令，则需要完成协议解析指令之后，调用串口当中的读写模块将具体指令发送到对应感知节点当中。如果借助于物联网网络关口能够获取到充足的感知数据，则针对感知数据完成协议解析之后，需要调用物联网网络关口当中的交互模块，再次将信息发送到M2M物联网平台当中。
六、结束语
综上所述，在物联网通信服务平台保障系统设计和实现过程中，依旧存在较多问题，比如部分系统功能没有达到预期要求，因此应当进行再次的系统性能优化。为此，要求相关工作人员与企业在应用物联网系统过程中，必须及时发现其中存在的问题，并采取有效措施加以应对，提高系统服务能力。
作者单位：贺英 华楚智能科技（湖南）有限公司
参 考 文 献
[1]陈伟玲.物联网通信服务平台保障系统的设计与实现[D].华南理工大学，2015.
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