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物联网差异体系结构下的设备调度平台设计与实现

更新时间：2019-12-17 18:58:14 大小：2M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

物联网差异体系结构下的设备操作性能和通信协议等方面存在异构性，网络资源受限，使得传统物联网下设备调度方法的调度质量降低，存在较高的滞后性。设计物联网网关系统架构，实现物联网差异体系结构下设备的无缝连接和即插即用，增强设备调度质量。网关通过输入端融合模式的无线通信方法，实现不同类型设备的无缝连接。设计网关的主管理模块、缓存管理模块以及调度模块控制网关的调度，确保在资源有限的物联网差异体系结构中，对设备进行合理调度管理。实验结果表明，当调度平台的网关达到4000并发数时，平台进入稳定阶段后各设备平均调度等待时间为4.5 s，平台可保持稳定运行状态。

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2016 ᴗ 12 15 ᶭ  
ڢ
 39 Ӈ 
ڢ
 24 
؞
 
Dec. 2016  
现代电子技术  
Modern Electronics Technique  
Vol. 39 No. 24  
141  
doi：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2016.24.034  
潴惋湓劲甙浅灬巅墅炊咧榷关哼啵昔泉榷尘痦檗炼  
夏
晶
（黄冈职业技术学院 电子信息学院，湖北 黄冈 438002）  
摘
要：物联网差异体系结构下的设备操作性能和通信协议等方面存在异构性，网络资源受限，使得传统物联网下设  
备调度方法的调度质量降低，存在较高的滞后性。设计物联网网关系统架构，实现物联网差异体系结构下设备的无缝连接  
和即插即用，增强设备调度质量。网关通过输入端融合模式的无线通信方法，实现不同类型设备的无缝连接。设计网关的  
主管理模块、缓存管理模块以及调度模块控制网关的调度，确保在资源有限的物联网差异体系结构中，对设备进行合理调度  
管理。实验结果表明，当调度平台的网关达到 4 000 并发数时，平台进入稳定阶段后各设备平均调度等待时间为 4.5 s，平台  
可保持稳定运行状态。  
关键词：物联网；差异体系结构；设备调度；主管理模块  
中图分类号：TN915⁃34；TP31  
文献标识码：A  
文章编号：1004⁃373X（2016）24⁃0141⁃04  
Design and implementation of equipment scheduling platform under Internet of Things  
differencXeIAarJicnhg itecture  
（Electronic Information School，Huanggang Polytechnic College，Huanggang 438002，China）  
Abstract：There is isomerism in the aspects of equipment operation performance and communication protocol under the  
IOT difference architecture，so the network resources are limited，which makes the scheduling quality of traditional equipment  
scheduling method reduced in the Internet of Things，and high hysteretic nature occurred. The architecture of IOT gateway sys⁃  
tem was designed，and the seamless connection and plug and play of equipments under the IOT difference architecture were realized，  
which enhanced the equipment scheduling quality. The seamless connection of different types of equipments was realized by the  
wireless communication method of gateway with input end fusion mode. The main management module，cache management  
module and scheduling module were designed to control the gateway scheduling，and ensure the reasonable scheduling manage⁃  
ment of equipments in the IOT difference architecture with limited resources. The experimental results show that the average  
scheduling waiting time of each equipment is 4.5 s and the platform can keep the stable operation condition when the gateway of  
the scheduling platform reaches up to 4 000 concurrency，and the platform enters into the stable stage.  
Keywords：Internet of Things；difference architecture；equipment scheduling；main management module  
网络资源受限，使得传统设备调度方法的设备调度质量  
降低，存在较高的滞后性[4⁃6]。相关研究也提出了一定的  
方法。  
0
引
言
随着物联网技术的发展，其中的设备硬件异构性调  
度问题受关注的程度不断提升，需要实现统一的管理体  
系，完成设备的高效调度[1⁃3]。当前的物联网具有智能性  
和可扩展性，在人们的生产和生活中拥有广泛的价值。  
物联网对设备的处理能力具有较高的要求，要求不同处  
理能力的设备采用不同的手段驱动。物联网差异体系  
结构下的设备操作性能和通信协议等方面存在异构性，  
文献[7]采用信息分析技术，检测物联网中的设备，  
实现联网设备的有效调度，同时提高设备间的协同性，  
但是该方法的耗能较高。文献[8]提出了基于物联网和  
云计算的设备调度系统，可实时反馈设备信息，该方法  
的调度效率较低。文献[9]通过设备管理技术将 RFID 与  
物联网融合，采用传感器节点采集被监测设备的信息，  
用户通过网络采集设备信息，实现设备的远程调度，该  
方法适用于小范围物联网设备管理，局限性较高。文  
献[10]分析了依据物联网和 3G 技术的智能设备调度方  
收稿日期：2016⁃04⁃02  
基金项目：国家自然科学基金（12834186）  
万方数据  
现代电子技术  
142  
2016 ᴗ 
ڢ
 39 Ӈ  
法，但是该方法无法完全满足特定应用场景下的设备调  
度需求，并且容易受到载荷和能耗等因素的干扰，使得  
设备调度质量大大降低。  
网关融合模式如图 2 所示。  
面对传统调度方法存在的各种问题，设计物联网网  
关系统架构时，需要实现物联网差异体系结构下设备的  
无缝连接和即插即用，增强设备调度质量。网关通过输  
入端实现设备的有线输出和无线输出，完成设备同传感  
器的无缝连接。采用网关的主管理模块、缓存管理模块  
以及调度模块控制网关的调度，确保在资源有限的物联  
网差异体系结构中，对设备进行合理调度管理。  
图 2 网关融合模式设计  
无线融合适配器（WFA）能够确保传感器工作在  
433 MHz，915 MHz 以及 2.4 GHz 频段下，扩宽了物联网  
运行的范围。WFA 同 COM 以及 USB 等规范的有线 I/O  
协同运行，实现不同类型设备同物联网的无缝连接，确  
保物联网差异体系结构下设备的顺利通信。  
1
设备调度平台设计与实现  
针对物联网差异体系结构下的设备多样性以及网  
1.3 缓存管理与调度模块的设计  
关独立特征，提出支持即插即用的物联网网关架构，通  
过网关技术对设备进行无缝管理。网关通过主管理、缓  
存管理、调度管理以及安全监测实现设备的高效调度。  
1.1 调度网关整体架构的设计  
物联网环境下可能有大量的设备要求连接到终  
端。因此，设备类型通信协议和业务模型具有多样性。  
设计了设备缓存管理模块对设备的能耗进行合理控制，  
提高网关运行效率，确保网络中设备的顺利运行。其中  
的缓存是当前网关中的某项存储部件：  
物联网差异体系结构下的设备集成过程中，要求设  
备在任意时刻任意地点具有即插即用性。因此，需要设  
计物联网网关系统架构，实现设备的即插即用。网关总  
体架构如图 1 所示。网关通过输入端的融合模式无线  
通信方法，实现设备的有线输出和无线输出，完成设备  
同传感器的无缝连接。网关的主要软件架构是网关主  
控制和安全监测。网关主控制通过网关主管理模块、缓  
存管理模块以及调度管理模块对网关功能进行控制。  
安全监测对网关的安全以及运行过程进行监控。输出  
端通过规范的通信端口将设备同物联网相连。  
设 置 n 个 对 象 ，其 中 的 驱 动 程 序 可 描 述 成  
D ={d (c ,r ,w (t)) i = 1,2,⋯,n} ，c 为调度设备需消耗的内  
|
i
i
i
i
i
存大小，ri∈(0,1] 为设备的优先级权重，wi(t) 为网关在  
t 时刻的期望工作状态。缓存管理模块通过有效的调度  
过程 si(t) 满足 wi(t) 的工作状态，详细的调度过程设计如  
图 3 所示。  
图 1 网关总体架构设计  
图 3 缓存管理模块对 wi(t) 和 si(t) 波形  
进行调度的过程设计  
1.2 网关融合无缝接入设备的设计  
若 t1 时刻，设备对象 di 传递出向内存加载的申请，  
在 t1 时刻 wi(t) 波形从 0 变换成 1，设备驱动程序的下载  
过程需要耗费时间，si(t) 无法迅速从 0 变为 1，因此设备  
调度时间存在一定的滞后，滞后时间为 t2 - t1 。 t1 ~ t2 时  
间内还未产生设备调度行为，直至下载完成。分析图 3  
可得，如果设备达到期望的工作状态，则传递数据，但是  
该段时间中的设备驱动程序还未下载完，如果不进行 I/O  
缓冲，此时设备传递的数据将被抛弃。因为网关存储资  
在网关的整体架构中，不同类型设备同网关间的通  
信占据重要地位。设备通信方式以及协议具有多样性，  
在物联网差异体系结构下的设备调度平台中，设备的种  
类各异、通信协议和数据传递格式存在较大的差异，迫  
使网关提升兼容性，确保设备能够同物联网进行无缝接  
入。因此，设计了融合模式的无线通信方法，该方法可  
在物联网差异体系结构中的有限 I/O 资源下增强网关  
的可用性，确保不同类型设备的无缝接入。设备通信的  
万方数据  

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