高智能化的物联网枢纽--物联网网关

水产养殖物联网系统架构和功能

随着物联网技术迅速发展，基于物联网的设施渔业信息化已经成为设施渔业生产向集约、高产、高效、优质方向发展的重要推动力。设计中的水产养殖物联网架构如图所示。物联网利用ZigBee无线网络技术组成无线传感器网络，感知养殖场的水质情况，例如温度、溶解氧浓度、PH值等，将这些数据实时发送至物联网网关。网关将养殖场的环境数据利用3G模块(或GPRS模块)发送至控制中心的服务器，服务器利用专家系统依据水产品的生长模型结合人工智能技术向网关发送控制指令，网关依控制指令利用控制箱驱动电机采取动作调节养殖场的水产品的生长环境，从而利于水产品生长。物联网网关留有摄像头接口，能够根据用户需求将生产现场的图片或者视频发至控制中心服务器，服务器上部署软件并接入Internet网络，用户可以利用个人电脑或者手机登录到服务器，查询养殖水域内外环境数据、浏览生产现场图片、观看现场视频，还可以远程控制各种生产设备。当养殖场环境异常时，除了服务器中的专家系统发出指令驱动电机调节环境(如增氧机增加溶解氧)，控制中心的告警箱也能够发出声光告警，服务器向相关人员发出告警短信。控制中心内的显示器(或者大屏幕)上能够显示各个传感器的工作状态、读数、现场图片等信息。因此，物联网技术能够实现设施渔业养殖的动态实时监管、数据统计分析、科学决策、预警及风险控制、专家咨询等生产过程的科学化、数字化。

水产养殖物联网网关设计从水产养殖物联网架构可以看出网关是物联网核心设备。网关的设计包括两部分：硬件设计和软件设计。

网关硬件设计网关中的处理器采用ARM Cortex-A8。该处理器的主频可以达到1GHz以上，处理能力很强。网关配置512MB DDR3内存以及4GB NAND Flash，运行Adroid2.3系统。根据物联网的组网要求，网关具备10/100M以太网接口、内置无线WiFi模块、用于连接3G/GPRS模块的USB接口以及用于连接传感网协调器的串行口。为了获取视频或者图像，网关具备模拟视频接口。网关还带有液晶显示屏以及HDMI接口，HDMI接口可以接高清大屏幕。

网关软件设计根据网关的功能，网关的软件包括：接入配置管理模块、ZigBee传感网通信及控制模块、协议转换模块、图像处理模块、显示模块、故障处理模块。接入配置管理模块用于对多种接入方式的配置和管理，这些接入方式包括有线以太网接入、无线局域网接入、3G/GPRS无线接入。ZigBee传感网通信及控制模块通过串行口与ZigBee协调器通信，获取传感网的数据，控制传感网的网络运行。协议转换模块解决传感网与后台服务器之间的通信协议转换，保证传感网数据能够正确发往服务器，服务器发来的指令能够能被正确发往传感网并可靠执行。图像处理模块能够获取摄像头传来的图像，并压缩编码，一方面在本地进行存储，另一方面发向服务器。显示模块将各种信息送向液晶屏和HDMI高清大屏幕。故障处理模块则将传感网以及网关设备本身的各种故障进行记录并发送告警信息。

除智慧农业外，高智能化物联网网关还将广泛应用于智慧城市、智能电网、智慧医疗、智能交通等各行各业。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色。