一种支持边缘计算的智能物联网网关设计与实现

物联网作为感知物理世界的重要手段,在智慧城市建设中得到了广泛的应用.火灾是城市生活中常见的灾害,因此,建设全面,安全且有效的消防物联网对构建平安社会具有重要意义.随着智慧城市建设的不断深化,用于消防的物联网规模越加庞大,网络拓扑愈加复杂,联网设备种类更加丰富,当前基于云计算架构的消防物联网已逐渐不能满足消防安全的需求.本文根据某城市安全信息化解决方案提供商的需求,设计实现了一种面向消防设施监控的,具有边缘计算功能的智能物联网网关.主要工作和特色如下: 首先,以传统的消防物联网架构为基础,并参考了国内边缘计算产业联盟提出的边缘计算参考架构,设计了智慧消防物联网边缘计算架构.在此基础上,结合监控消防设施的需求,设计了由智能物联网网关,信息采集节点和信息监控中心构成的系统总体实现方案.搭建了智能物联网网关和信息采集节点的硬件平台.其中,为智能物联网网关平台选用了Jetson Nano作为平台控制器,配备了WiFi通信模块,LoRa通信模块,4G通信模块;将信息采集节点根据采集数据的性质分成了两类感知节点,且分别将STM32F103Z8T6和ESP32作为两类节点的核心控制器.在软件设计方面,为智能物联网网关平台选用了Linux作为操作系统,设计了LoRa通信和UDP传输的数据帧格式,实现了各节点同智能物联网网关平台之间的稳定数据传输,实现了将LoRa协议,UDP协议数据转换为TCP/IP数据传输至远程服务器端;为信息采集节点设计了在4类不同环境下的数据采集和传输控制程序;此外,基于Web服务器和数据库实现了信息监控中心的数据可视化.最后,针对检测消防通道是否被占用的需求,考虑到室外自然光线变化对检测算法精度的影响,设计了亮暗图像分类器,引入了Zero-DCE自适应低光图像增强器,在与改进后的YOLOv4-tiny目标检测算法结合后,实现了对室外消防通道被车辆占用的检测. 经测试,系统各项设计指标均已实现,满足了用户的功能需求.智能物联网网关不仅实现了不同传输协议间的数据转换,而且实现了对消防通道被车辆占用的智能检测.

一种支持边缘计算的智能物联网网关设计与实现

物联网作为感知物理世界的重要手段,在智慧城市建设中得到了广泛的应用.火灾是城市生活中常见的灾害,因此,建设全面,安全且有效的消防物联网对构建平安社会具有重要意义.随着智慧城市建设的不断深化,用于消防的物联网规模越加庞大,网络拓扑愈加复杂,联网设备种类更加丰富,当前基于云计算架构的消防物联网已逐渐不能满足消防安全的需求.本文根据某城市安全信息化解决方案提供商的需求,设计实现了一种面向消防设施监控的,具有边缘计算功能的智能物联网网关.主要工作和特色如下: 首先,以传统的消防物联网架构为基础,并参考了国内边缘计算产业联盟提出的边缘计算参考架构,设计了智慧消防物联网边缘计算架构.在此基础上,结合监控消防设施的需求,设计了由智能物联网网关,信息采集节点和信息监控中心构成的系统总体实现方案.搭建了智能物联网网关和信息采集节点的硬件平台.其中,为智能物联网网关平台选用了Jetson Nano作为平台控制器,配备了WiFi通信模块,LoRa通信模块,4G通信模块;将信息采集节点根据采集数据的性质分成了两类感知节点,且分别将STM32F103Z8T6和ESP32作为两类节点的核心控制器.在软件设计方面,为智能物联网网关平台选用了Linux作为操作系统,设计了LoRa通信和UDP传输的数据帧格式,实现了各节点同智能物联网网关平台之间的稳定数据传输,实现了将LoRa协议,UDP协议数据转换为TCP/IP数据传输至远程服务器端;为信息采集节点设计了在4类不同环境下的数据采集和传输控制程序;此外,基于Web服务器和数据库实现了信息监控中心的数据可视化.最后,针对检测消防通道是否被占用的需求,考虑到室外自然光线变化对检测算法精度的影响,设计了亮暗图像分类器,引入了Zero-DCE自适应低光图像增强器,在与改进后的YOLOv4-tiny目标检测算法结合后,实现了对室外消防通道被车辆占用的检测. 经测试,系统各项设计指标均已实现,满足了用户的功能需求.智能物联网网关不仅实现了不同传输协议间的数据转换,而且实现了对消防通道被车辆占用的智能检测.