面向智能门锁的物联网中间件的设计与实现

这是一篇关于物联网,中间件,高并发,MQTT,CoAP,传输协议对比的论文, 主要内容为随着第三次信息产业浪潮的到来,物联网跃然出现在我们生活中的方方面面,而随着温家宝总理提出的“感知中国”的概念,物联网已经变成热点话题,引起了全国人民的关注。不同于传统的互联网,物联网把各式各样琳琅满目的物品接入到了网络中。根据Gartner的统计,2017年物联网设备的数量已经超过了全球人口的数量,这意味着,在这个从互联网到物联网时代的转折中,万物物联正处在即将爆发的时刻。经过数十年的发展,传统的互联网已经形成了行业内通用的规范,而物联网还没有形成领域内认可的标准。如果向传统的互联网行业那样把海量的多源异构的数据交给后台服务器去处理,对硬件配置的要求将会十分夸张,而且也不利于服务器业务的横向纵向扩展。为了解决这个问题,缓解后台服务器的压力,物联网中间件的概念应运而生。本文以物联网中间件为切入点,探讨了如何设计一个功能完善、适应多种传输协议并且可以满足生产环境的单台服务器百万级别并发设备连接的中间件,并以此为基础,根据实际项目需要设计了一套物联网智能门锁系统。首先,本文介绍了中间件这一概念,以及它在项目架构中的位置,并引出物联网中间件的主要功能,即处理多源异构数据。接着探讨了行业内没有统一的传输协议标准这一话题,比较并分析了项目中需要用到的MQTT协议和CoAP协议的特点,设计对比仿真实验测试了它们的性能,并为在哪些领域使用这些协议提出了建议。其次,根据物联网中间件设计的主要需求,通过单台服务器百万级别的并发连接实验测试了 Nodejs实现高性能物联网中间件的可行性。在此基础上设计了以微服务为架构的智能门锁中间件系统,提供包含微服架构的服务发现、服务注册、服务升级等基本功能,同时还包括MQTT、CoAP传输协议数据处理、系统日志等模块,此外,为缓解海量数据对中间件的压力,使用Kafka集群作为物联网中间件与后端服务器信息交互的“桥梁”。最后,设计并实现了智能门锁系统的前端管理页面、移动端app以及后端服务器,使用数据库MongoDB的分片功能来持久化海量数据,并且与实现了与单台百万级并发连接的智能门锁中间件的对接。

基于CoAP协议的农业环境监控系统的研究与实现

这是一篇关于CoAP,NB-IoT,STM32,环境监控,LSTM,预测模型的论文, 主要内容为近年来随着国家大力实施乡村振兴战略,农业发展的重要性变得越发突出。为了开展数字乡村建设并与乡村振兴战略相接,国内正在大力推广智慧农业,发展以数据为关键要素的农业生产性服务业。目前农业环境监控系统缺乏统一的标准,并且存在着通信距离短、投资成本高、部署困难、安全性低等问题。因此,开发一套智能农业环境监控系统具有非常重要的应用价值。本文针对温室大棚的管理需求以及农作物的生长环境,研究并实现了基于CoAP协议的农业环境监控系统,系统主要由采集终端、CoAP服务器、环境监控平台以及微信小程序四部分组成。采集终端以STM32L431RCT6作为主控芯片,利用SIM7020C无线通信模组将传感器采集的信息发送到CoAP服务器,CoAP服务器基于Node-CoAP框架进行设计开发,实现了对数据的解析和存储;环境监控平台采用B/S架构模式,基于Spring Boot与Vue框架进行开发;移动端微信小程序采用MINA框架进行开发,实现了环境参数的展示、设备的管理以及远程配置等功能。同时基于LSTM神经网络针对温室大棚内环境的变化,建立了农业环境预测模型,实现了对农业环境的预测。最后,对环境监控系统的各项功能进行测试,主要包括NB-IoT入网测试、CoAP服务器接收数据测试、环境监控平台及微信小程序测试。测试结果表明,设计的农业环境监控系统符合预期的目标,对智慧农业的发展具有较高的实用价值。

面向智能门锁的物联网中间件的设计与实现

这是一篇关于物联网,中间件,高并发,MQTT,CoAP,传输协议对比的论文, 主要内容为随着第三次信息产业浪潮的到来,物联网跃然出现在我们生活中的方方面面,而随着温家宝总理提出的“感知中国”的概念,物联网已经变成热点话题,引起了全国人民的关注。不同于传统的互联网,物联网把各式各样琳琅满目的物品接入到了网络中。根据Gartner的统计,2017年物联网设备的数量已经超过了全球人口的数量,这意味着,在这个从互联网到物联网时代的转折中,万物物联正处在即将爆发的时刻。经过数十年的发展,传统的互联网已经形成了行业内通用的规范,而物联网还没有形成领域内认可的标准。如果向传统的互联网行业那样把海量的多源异构的数据交给后台服务器去处理,对硬件配置的要求将会十分夸张,而且也不利于服务器业务的横向纵向扩展。为了解决这个问题,缓解后台服务器的压力,物联网中间件的概念应运而生。本文以物联网中间件为切入点,探讨了如何设计一个功能完善、适应多种传输协议并且可以满足生产环境的单台服务器百万级别并发设备连接的中间件,并以此为基础,根据实际项目需要设计了一套物联网智能门锁系统。首先,本文介绍了中间件这一概念,以及它在项目架构中的位置,并引出物联网中间件的主要功能,即处理多源异构数据。接着探讨了行业内没有统一的传输协议标准这一话题,比较并分析了项目中需要用到的MQTT协议和CoAP协议的特点,设计对比仿真实验测试了它们的性能,并为在哪些领域使用这些协议提出了建议。其次,根据物联网中间件设计的主要需求,通过单台服务器百万级别的并发连接实验测试了 Nodejs实现高性能物联网中间件的可行性。在此基础上设计了以微服务为架构的智能门锁中间件系统,提供包含微服架构的服务发现、服务注册、服务升级等基本功能,同时还包括MQTT、CoAP传输协议数据处理、系统日志等模块,此外,为缓解海量数据对中间件的压力,使用Kafka集群作为物联网中间件与后端服务器信息交互的“桥梁”。最后,设计并实现了智能门锁系统的前端管理页面、移动端app以及后端服务器,使用数据库MongoDB的分片功能来持久化海量数据,并且与实现了与单台百万级并发连接的智能门锁中间件的对接。

基于CoAP协议的农业环境监控系统的研究与实现

这是一篇关于CoAP,NB-IoT,STM32,环境监控,LSTM,预测模型的论文, 主要内容为近年来随着国家大力实施乡村振兴战略,农业发展的重要性变得越发突出。为了开展数字乡村建设并与乡村振兴战略相接,国内正在大力推广智慧农业,发展以数据为关键要素的农业生产性服务业。目前农业环境监控系统缺乏统一的标准,并且存在着通信距离短、投资成本高、部署困难、安全性低等问题。因此,开发一套智能农业环境监控系统具有非常重要的应用价值。本文针对温室大棚的管理需求以及农作物的生长环境,研究并实现了基于CoAP协议的农业环境监控系统,系统主要由采集终端、CoAP服务器、环境监控平台以及微信小程序四部分组成。采集终端以STM32L431RCT6作为主控芯片,利用SIM7020C无线通信模组将传感器采集的信息发送到CoAP服务器,CoAP服务器基于Node-CoAP框架进行设计开发,实现了对数据的解析和存储;环境监控平台采用B/S架构模式,基于Spring Boot与Vue框架进行开发;移动端微信小程序采用MINA框架进行开发,实现了环境参数的展示、设备的管理以及远程配置等功能。同时基于LSTM神经网络针对温室大棚内环境的变化,建立了农业环境预测模型,实现了对农业环境的预测。最后,对环境监控系统的各项功能进行测试,主要包括NB-IoT入网测试、CoAP服务器接收数据测试、环境监控平台及微信小程序测试。测试结果表明,设计的农业环境监控系统符合预期的目标,对智慧农业的发展具有较高的实用价值。

养老院中央监护系统的研究与设计

这是一篇关于CoAP,监护仪,HTTP的论文, 主要内容为随着社会的老龄化的到来,老年人口越来越多,随着而来的老人健康护理,医疗救助和日常生理健康的实时监控的需求也不断增加。老年人口的增加和养老方式的改变,未来会有越来越多的老年人会进入养老院进行养老,于是在养老机构部署中央监护系统,对一些特别是患有心血管方面的疾病的老人进行实时监护是非常必要的。现有的中央监护系统还是基于传统的,单一的监护方式。主要的组成方式是通过有线的网络通信方式,采用TCP协议、HTTP协议或一些私有的协议进行终端设备的数据传输。而在后台服务器上,通常是使用一个普通的PC机,在其上部署自己开发的客户端软件或其他方式的私有系统,进行数据的展示和控制。因为协议的过于庞大和复杂,终端设备和服务器之间通信协议的数据交互比较繁琐,对终端设备的存储空间和运算处理能力要求较高,所以采用这种通信方式的终端设备的功耗较大,特别是使用电池供电时,终端设备的持续工作时间短。针对HTTP和TCP协议对于无法在一些资源有限,要求低功耗的设备运行的特点,在IPv6协议的基础上,IETF的CoRE工作组制定了CoAP协议。CoAP协议是基于UDP传输协议的,面向应用层的网络协议栈。相比HTTP和TCP协议来说,CoAP协议对资源的需求更小,传输效率更高,让在一些受限设备上实现与IPv6协议的异构融合成为可行,也能满足物联网日益增长的IP分配需求,另外CoAP跟HTTP协议都是基于REST架构,两者之间可以非常方便进行转换。考虑到目前还没有一款中央监护系统采用CoAP协议作为系统的通信协议,根据CoAP协议的特点和优越性,本文设计了一个养老院的中央监护系统,我们采用CoAP协议来作为整个系统的通信协议,终端采集设备通过RF芯片将数据上传到嵌入式local服务器端,嵌入式local服务器端收到数据后,将数据存入本地数据库中,并更新HTML文件里的对应采集数据,根据CoAP协议,并向手机用户提供网页数据服务。中央监护系统无需进行PC服务器的部署。手机用户无需开发私有的客户端,只需在手机上装上支持CoAP协议的插件,通过Web浏览器就可以很方便的进行终端采集设备的采集数据的查看。跟现有的、主流的基于HTTP协议或TCP协议作为通信协议的中央监护系统相比,采用CoAP协议的中央监护系统通信效率更高,终端采集设备功耗更低,持续工作时间更长。

基于NB-IoT的老年人智能看护系统研究

这是一篇关于智能看护,NB-IoT,物联网平台,CoAP,MVC的论文, 主要内容为我国正迈入老龄化阶段,独居老人日益增多,老年人看护成为社会关注的一个重要问题,建立老年人智能看护系统具有实际应用价值与社会效益。在老年人智能看护领域目前比较成熟的远程无线监护方案有GPRS/GSM远程通信方式以及Zigbee/Wifi短距离通信结合有线网络通信方式。GPRS无线通信方式的主要缺点是功耗较高,且随着我国5G技术的快速发展,面临退网的风险;Zigbee/Wifi技术虽然终端节点灵活,但是需要结合其他通信技术才能实现远程监护。另外,上述技术方案都需要自建本地或远程监护服务器才能保存监护数据。针对上述问题,本系统基于NB-IoT技术与云平台,设计了的老年人智能看护系统。系统可实时采集老年人室内环境参数、火灾信息、行为信息,并将其上传至云平台进行存储,若检测出异常数据,则发出预警信息。论文主要工作有以下几点:(1)完成了系统架构设计,设计NB-IoT智能看护终端硬件和软件功能程序。终端节点可以实时采集室内环境数据(温湿度、烟雾浓度等)和检测老年人居住室内火灾情况以及采集老年人行为动作信息,同时通过传感器数据设定阈值,实现燃气泄漏检测、人体入侵检测;运用数据融合技术,实现火灾检测功能;分析老年人行为信息判断老年人是否跌倒,并采用NB-IoT无线传输技术将数据定时上传到物联网平台,具有远距离传输、实用性强等特点。(2)基于华为Ocean Connect平台,构建了NB-IoT智能网关,通过定义Profile文件和开发部署编解码插件,实现了数据转换功能,为系统终端和应用端提供了通信桥梁,同时采用Co AP协议作为硬件终端与物联网平台之间的通信协议,进一步降低了硬件终端功耗。(3)基于MVC设计模式,利用Servlet、JSP、Java Bean进行服务器端开发,使用HTML、Java Script、CSS进行客户端页面开发。实现了报警通知、传感器节点管理等功能。通过实验验证了火灾检测算法和跌倒检测算法的有效性,测试结果与预期相符;通过对终端节点、云平台及智能看护平台中各功能模块的测试,验证了老年人智能看护系统功能的可行性与数据传输的稳定性,为系统的实际应用推广提供了参考。

基于CoAP协议的农业环境监控系统的研究与实现

这是一篇关于CoAP,NB-IoT,STM32,环境监控,LSTM,预测模型的论文, 主要内容为近年来随着国家大力实施乡村振兴战略,农业发展的重要性变得越发突出。为了开展数字乡村建设并与乡村振兴战略相接,国内正在大力推广智慧农业,发展以数据为关键要素的农业生产性服务业。目前农业环境监控系统缺乏统一的标准,并且存在着通信距离短、投资成本高、部署困难、安全性低等问题。因此,开发一套智能农业环境监控系统具有非常重要的应用价值。本文针对温室大棚的管理需求以及农作物的生长环境,研究并实现了基于CoAP协议的农业环境监控系统,系统主要由采集终端、CoAP服务器、环境监控平台以及微信小程序四部分组成。采集终端以STM32L431RCT6作为主控芯片,利用SIM7020C无线通信模组将传感器采集的信息发送到CoAP服务器,CoAP服务器基于Node-CoAP框架进行设计开发,实现了对数据的解析和存储;环境监控平台采用B/S架构模式,基于Spring Boot与Vue框架进行开发;移动端微信小程序采用MINA框架进行开发,实现了环境参数的展示、设备的管理以及远程配置等功能。同时基于LSTM神经网络针对温室大棚内环境的变化,建立了农业环境预测模型,实现了对农业环境的预测。最后,对环境监控系统的各项功能进行测试,主要包括NB-IoT入网测试、CoAP服务器接收数据测试、环境监控平台及微信小程序测试。测试结果表明,设计的农业环境监控系统符合预期的目标,对智慧农业的发展具有较高的实用价值。

养老院中央监护系统的研究与设计

这是一篇关于CoAP,监护仪,HTTP的论文, 主要内容为随着社会的老龄化的到来,老年人口越来越多,随着而来的老人健康护理,医疗救助和日常生理健康的实时监控的需求也不断增加。老年人口的增加和养老方式的改变,未来会有越来越多的老年人会进入养老院进行养老,于是在养老机构部署中央监护系统,对一些特别是患有心血管方面的疾病的老人进行实时监护是非常必要的。现有的中央监护系统还是基于传统的,单一的监护方式。主要的组成方式是通过有线的网络通信方式,采用TCP协议、HTTP协议或一些私有的协议进行终端设备的数据传输。而在后台服务器上,通常是使用一个普通的PC机,在其上部署自己开发的客户端软件或其他方式的私有系统,进行数据的展示和控制。因为协议的过于庞大和复杂,终端设备和服务器之间通信协议的数据交互比较繁琐,对终端设备的存储空间和运算处理能力要求较高,所以采用这种通信方式的终端设备的功耗较大,特别是使用电池供电时,终端设备的持续工作时间短。针对HTTP和TCP协议对于无法在一些资源有限,要求低功耗的设备运行的特点,在IPv6协议的基础上,IETF的CoRE工作组制定了CoAP协议。CoAP协议是基于UDP传输协议的,面向应用层的网络协议栈。相比HTTP和TCP协议来说,CoAP协议对资源的需求更小,传输效率更高,让在一些受限设备上实现与IPv6协议的异构融合成为可行,也能满足物联网日益增长的IP分配需求,另外CoAP跟HTTP协议都是基于REST架构,两者之间可以非常方便进行转换。考虑到目前还没有一款中央监护系统采用CoAP协议作为系统的通信协议,根据CoAP协议的特点和优越性,本文设计了一个养老院的中央监护系统,我们采用CoAP协议来作为整个系统的通信协议,终端采集设备通过RF芯片将数据上传到嵌入式local服务器端,嵌入式local服务器端收到数据后,将数据存入本地数据库中,并更新HTML文件里的对应采集数据,根据CoAP协议,并向手机用户提供网页数据服务。中央监护系统无需进行PC服务器的部署。手机用户无需开发私有的客户端,只需在手机上装上支持CoAP协议的插件,通过Web浏览器就可以很方便的进行终端采集设备的采集数据的查看。跟现有的、主流的基于HTTP协议或TCP协议作为通信协议的中央监护系统相比,采用CoAP协议的中央监护系统通信效率更高,终端采集设备功耗更低,持续工作时间更长。

基于CoAP协议的农业环境监控系统的研究与实现

这是一篇关于CoAP,NB-IoT,STM32,环境监控,LSTM,预测模型的论文, 主要内容为近年来随着国家大力实施乡村振兴战略,农业发展的重要性变得越发突出。为了开展数字乡村建设并与乡村振兴战略相接,国内正在大力推广智慧农业,发展以数据为关键要素的农业生产性服务业。目前农业环境监控系统缺乏统一的标准,并且存在着通信距离短、投资成本高、部署困难、安全性低等问题。因此,开发一套智能农业环境监控系统具有非常重要的应用价值。本文针对温室大棚的管理需求以及农作物的生长环境,研究并实现了基于CoAP协议的农业环境监控系统,系统主要由采集终端、CoAP服务器、环境监控平台以及微信小程序四部分组成。采集终端以STM32L431RCT6作为主控芯片,利用SIM7020C无线通信模组将传感器采集的信息发送到CoAP服务器,CoAP服务器基于Node-CoAP框架进行设计开发,实现了对数据的解析和存储;环境监控平台采用B/S架构模式,基于Spring Boot与Vue框架进行开发;移动端微信小程序采用MINA框架进行开发,实现了环境参数的展示、设备的管理以及远程配置等功能。同时基于LSTM神经网络针对温室大棚内环境的变化,建立了农业环境预测模型,实现了对农业环境的预测。最后,对环境监控系统的各项功能进行测试,主要包括NB-IoT入网测试、CoAP服务器接收数据测试、环境监控平台及微信小程序测试。测试结果表明,设计的农业环境监控系统符合预期的目标,对智慧农业的发展具有较高的实用价值。

基于CoAP协议的农业环境监控系统的研究与实现

这是一篇关于CoAP,NB-IoT,STM32,环境监控,LSTM,预测模型的论文, 主要内容为近年来随着国家大力实施乡村振兴战略,农业发展的重要性变得越发突出。为了开展数字乡村建设并与乡村振兴战略相接,国内正在大力推广智慧农业,发展以数据为关键要素的农业生产性服务业。目前农业环境监控系统缺乏统一的标准,并且存在着通信距离短、投资成本高、部署困难、安全性低等问题。因此,开发一套智能农业环境监控系统具有非常重要的应用价值。本文针对温室大棚的管理需求以及农作物的生长环境,研究并实现了基于CoAP协议的农业环境监控系统,系统主要由采集终端、CoAP服务器、环境监控平台以及微信小程序四部分组成。采集终端以STM32L431RCT6作为主控芯片,利用SIM7020C无线通信模组将传感器采集的信息发送到CoAP服务器,CoAP服务器基于Node-CoAP框架进行设计开发,实现了对数据的解析和存储;环境监控平台采用B/S架构模式,基于Spring Boot与Vue框架进行开发;移动端微信小程序采用MINA框架进行开发,实现了环境参数的展示、设备的管理以及远程配置等功能。同时基于LSTM神经网络针对温室大棚内环境的变化,建立了农业环境预测模型,实现了对农业环境的预测。最后,对环境监控系统的各项功能进行测试,主要包括NB-IoT入网测试、CoAP服务器接收数据测试、环境监控平台及微信小程序测试。测试结果表明,设计的农业环境监控系统符合预期的目标,对智慧农业的发展具有较高的实用价值。

体育中考物联网系统感知层及安全保护机制的设计与实现

这是一篇关于体育中考,感知层,安全机制,CoAP,HMAC的论文, 主要内容为2020年教育部发布《关于深化体教融合促进青少年健康发展的意见》,将体育科目纳入高中资格考试范围。在体育教育改革的背景下,2020年云南省发布“中考体育100分”,中考体育分值与文化课相同,代表体育中考应和传统考试一样形成标准化、规范化、严格性的考试模式。将体测设备通过物联网接入到云平台中,可快速实现体测数据的采集、传输到数据共享。但由于体育中考的特殊性,大量体测设备的接入,必须确保合法体测设备的接入认证及防止非法设备接入,同时在体测数据公开的前提下确保体测数据的准确性和真实性以供考生家长随时查看。感知层中体测设备资源受限,传统数据加密方案及应用层协议也不适用。针对上述问题,本文提出了一种体育中考物联网安全系统,结合感知层节点资源受限的特点,基于Co AP(Constrained Application Protocol)应用层协议,设计了安全保护机制,包括握手环节、身份认证、密钥交换和数据校验。该安全保护机制通过将体测设备唯一ID进行数字签名建立身份认证机制,采用HMAC(Hash-based Message Authentication Code)算法对体测数据计算摘要值校验数据完整性和真实性,并通过非对称加密算法实现HMAC的密钥交换。以跳绳项目为例,设计了跳绳成绩采集物联网安全系统,以自主设计的跳绳成绩采集设备作为Co AP服务器采集跳绳次数并建立数据资源供Co AP客户端获取相关资源。本文主要工作有:1)提出了一种体育中考物联网安全系统,依据体育中考应用场景特点并结合Co AP协议特点设计了安全保护机制;2)以跳绳项目为例,提出跳绳成绩采集物联网系统并设计了跳绳成绩采集设备,包括硬件电路设计、程序编写、软硬件调试等;3)在跳绳成绩采集设备中实现跳绳数据采集、安全机制及Co AP服务器并验证了系统稳定性;4)对安全保护机制进行了测试与分析,结果表明机制安全有效,占用资源低,适用于实际体育中考场景。本文主要创新点有:提出了一种针对体育中考场景的安全保护机制,实现设备接入认证及体测数据防篡改,数据校验中将每次数据数字签名转换为单次密钥交换,建立“二次”身份认证并提高计算效率,经测试,在相同时间内,采用HMAC算法校验次数是数字签名的2320倍;在资源受限的体测设备中实现了整套安全机制,并以体测设备作为Co AP服务器,实现感知层设备自我管理。