面向物联网监测系统通信服务模型设计

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1、面向物联网监测系统通信服务模型设计摘要：针对物联网监测系统的通信特点并结合实际物联网项目，提出了面向物联网监测系统的一种可扩展通信服务模型，该模型对服务端与监测终端间的信息传输协议进行了通用性设计，设计的通信数据传输结构在合理消耗资源的基础之上支持髙并发数据通信，并实现多客户端的统一通信管理。关键字：物联网；通信服务；协议设计；连接池中图分类号：TP391.44文献标识码：ADOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2013.08.026本文著录格式：［1］庞强，许可•面向物联网监测系统的通

2、信服务模型设计［J］.软件,2013,34(8)：82-870引言物联网就是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，以有线或无线的方式把任何物品与互联网连接起来，以计算、存储等处理方式构成所关心事物静态与动态的信息的知识网络，用以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络［1］。目前已经广泛应用于智能家庭、远程医疗、工业自动化、环境监测、军事应用、智能电网等领域。随着近些年物联网技术的蓬勃发展，越来越多的物联网技术被投入到实际使用中。利用物联网技术进

3、行监测是一种新型有效的安全监管方法。对于大型监控对象而言，往往需要成千上万个监控传感器并发的上报数据，而且往往涉及到高速采集频率，从而造成高速大数据流的并发实时传输，监控系统的通信服务的设计就成了整个系统至关重要的模块，可以说通信服务模块的性能很大程度上决定了监控系统的整体性能，也关系着物联网监控系统的高实时性要求。目前，物联网领域的研究工作主要集中于感知层、物联网标识技术、物联网大数据挖掘等的研究，对传输层的通信效率方面和协议设计研究较少。本文拟研究面向物联网监测系统的通信服务效率问题。1物联网监测系统概

4、述物联网通常可以概括为三层域［2］：a）感知层，通常是基于物理、化学、生物等技术的传感器采集所需的各种数据（如温度、湿度等）；b）传输层，其主要传输方式分为有线和无线两种；c）应用层，对釆集上来的数据进行智能分类、查询处理及决策支持等。物联网监测系统通信服务是物联网传输层重要的一部分。对于物联网监测系统而言，其基本结构可以描述如图1：1.1物联网监测系统通信特点物联网监测系统通信服务具备的特点：（1）通信对象是远程终端（传感器），通信具有自动化控制特点，通信服务端通过设置各种命令，终端自动完成相应操作和控制

5、。(2)监测安全性起见，信息传递需要基于一定的数据协议进行传输。(2)通信高并发以读数据为中心，很多物联网监测系统通信适合采取长连接。1.2物联网监测系统通信服务的关键问题物联网监测系统感知层与传输层通信为典型的多对一结构。当系统的规模不断增长后，传输层就成为系统的通信中心，传输层通讯服务器的通信服务好坏将直接影响系统的性能。因此一个良好的通信模型需要解决以下几个关键问题：(1)数据通信协议设计。物联网监测系统服务器端和远程采集单元通过一定的数据传输协议，实现采集控制、数据的传输、设备状态查询、通信管理等，

6、因此一个合理有效的数据通信协议是系统通信服务的基础。(2)大量采集终端并发上传采集数据，且往往伴随着高速数据流。(3)多对一的通信管理。多对一通信管理是通信服务的一个重要环节，由网络的复杂性带来的诸如连接中断、数据丢失、时间不同步等问题将对系统的稳定性提出了考验，如何有效的管理多远程采集终端的通信也是物联网监测系统的关键问题。2通信服务模型设计由上文分析可知，一个性能良好的物联网监测系统通信服务模型必须要解决以上几个关键问题才能应对大规模物联网终端通信的功能需求及性能需求，满足物联网应用的需要。针对以上问题

7、，本文拟从通信协议设计、数据传输、通信管理三方面构建通信服务模型。1.1通信协议设计基于可扩展性考虑，通信服务模型设计了一种可扩展的自定义通信协议格式。按照物联网监测系统的一般性需求，我们将协议分为查询、设置、维护等三类消息，其中查询类包括数据采集，时间查询等消息；设置类包括时间同步，IP端口设置，通道修改等消息；维护类包括设备登陆，心跳包维持，重传等消息。(1)消息头格式，消息头中的信息用于对消息数据的标识和扩展(2)数据传输消息格式示例，通信服务端根据消息类型的不同统一对数据消息进行解析和封装2.2数据

8、传输模块设计考虑物联网监测系统适用于长链接这一特点，并结合目前性能优良的通信10模型，设计的基于连接对象池及线程池的通信服务数据传输模块能够合理的利用系统资源，并能够支持大规模采集终端通信，基本满足物联网监测系统在通信服务的效率需要。图2和图3分别指出了数据传输模块的连接和数据处理流程算法：2.2.1非阻塞socket连接池传统的阻塞式通信通常是每个线程对应一个连接•有n个客户端总共就要有n个服务线程加一个监听线