發(fā)布時(shí)間：2020-03-30 13:45

【摘要】：隨著“工業(yè)4.0”時(shí)代的到來(lái),各行各業(yè)都利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行改革,人們的生產(chǎn)、生活逐步走向智能化,隨之,由于應(yīng)用的復(fù)雜化嵌入式設(shè)備的性能要求逐步提升,其數(shù)量也急劇增加。這些設(shè)備數(shù)量龐大,將會(huì)消耗大量的電能,從而導(dǎo)致氣候變暖和環(huán)境污染等問(wèn)題變得越來(lái)越突出。如今,全世界正在大力推動(dòng)“低碳減排”。因此,本文對(duì)將會(huì)被廣泛使用的多協(xié)議邊緣網(wǎng)關(guān)的協(xié)議層級(jí)的能耗情況進(jìn)行研究。在智能家居行業(yè)中,由于還未形成統(tǒng)一的規(guī)范,各生產(chǎn)廠商可能采用不同的通信協(xié)議,設(shè)備之間的互聯(lián)互通存在困難,因此可以連接多種異構(gòu)設(shè)備的網(wǎng)關(guān)成為重要節(jié)點(diǎn)之一。同時(shí),由于云計(jì)算技術(shù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理存在不足,邊緣計(jì)算技術(shù)逐步發(fā)展,網(wǎng)關(guān)將成為智能家居系統(tǒng)中重要的邊緣節(jié)點(diǎn)。本文針對(duì)網(wǎng)關(guān)在主控制器使用軟件和硬件協(xié)議棧芯片對(duì)協(xié)議進(jìn)行解析兩種方式的協(xié)議層級(jí)的能量消耗進(jìn)行建模分析。本文首先對(duì)能耗分析的研究背景和意義進(jìn)行了介紹,分析了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)嵌入式設(shè)備的能耗研究情況。緊接著,對(duì)邊緣計(jì)算技術(shù)及其架構(gòu)、應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,并提出了新的邊緣物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu),包括:邊緣節(jié)點(diǎn)、邊緣服務(wù)器、云中心、智能應(yīng)用。然后,針對(duì)軟件協(xié)議解析方式,先利用符號(hào)執(zhí)行對(duì)程序進(jìn)行分析,將不可達(dá)路徑剔除,然后將源碼編譯為指令集,從單條指令能耗、指令間能耗、其它能耗三個(gè)方面分析智能家居網(wǎng)關(guān)協(xié)議級(jí)的能耗,構(gòu)建能耗分析模型,并在STM32F103實(shí)驗(yàn)板上對(duì)Modbus/TCP與Modbus/RTU兩種協(xié)議互轉(zhuǎn),通過(guò)比較三種方法的分析結(jié)果檢測(cè)了模型的可行性和精確度。針對(duì)硬件協(xié)議解析方式,設(shè)計(jì)基于硬件協(xié)議芯片的多協(xié)議邊緣網(wǎng)關(guān),實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)、Wi-Fi、ZigBee、CAN協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換,采集該網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換不同類(lèi)型協(xié)議、不同數(shù)據(jù)包數(shù)量和大小時(shí)協(xié)議層級(jí)的能量消耗,利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練能耗預(yù)測(cè)模型,并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。本文所提出的模型能夠?qū)吘壩锫?lián)網(wǎng)環(huán)境下智能家居系統(tǒng)中的多協(xié)議邊緣網(wǎng)關(guān)軟硬件協(xié)議解析兩種方式的能量消耗情況進(jìn)行分析,且模型具有較高的準(zhǔn)確度,能夠?yàn)槎鄥f(xié)議邊緣網(wǎng)關(guān)的低功耗設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
【圖文】：

不足展，計(jì)算機(jī)需要處理大規(guī)模的速地對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，構(gòu)之下，基于 IP 網(wǎng)絡(luò)的虛擬化 Communications Technology，算、效用計(jì)算等技術(shù)的特點(diǎn)，、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和數(shù)據(jù)、軟件、計(jì)算、存儲(chǔ)等。國(guó)內(nèi)n、Google、阿里巴巴、百度等供云服務(wù)。

用戶體驗(yàn)[29]�！钡搅� 2017 年 ETSI 將移動(dòng)邊緣計(jì)算更名為多接cess Edge Computing，MEC)，專(zhuān)注于在接入網(wǎng)(移動(dòng)設(shè)備或其計(jì)算，從而使計(jì)算盡可能接近用戶而又不在終端設(shè)備中[30]。計(jì)算一方面可以對(duì)終端的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，從而減小從終數(shù)據(jù)量，節(jié)省帶寬，并且可以保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)安全和隱私；另緣服務(wù)器對(duì)用戶的請(qǐng)求直接進(jìn)行處理，提高應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)間，心在用戶連接數(shù)量方面的壓力。邊緣計(jì)算是對(duì)云計(jì)算的補(bǔ)充，計(jì)算處理模型的不足，二者相互結(jié)合可以更好地為應(yīng)用程序提物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)網(wǎng)將各種“物”相互連接起來(lái)，任何“物”都能進(jìn)行諸如獲取用信息之類(lèi)的操作，使得物理世界與數(shù)字世界能夠相互融合。知信息、傳輸信息、并進(jìn)行分析處理的能力，這三種能力也分，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，，整個(gè)架構(gòu)圖如圖 2.2 所示。應(yīng)用層智能農(nóng)場(chǎng)智能家居智能交通智慧城市自動(dòng)駕駛智慧醫(yī)療
【學(xué)位授予單位】：四川師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TU855;TP391.44;TN915.05

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本文編號(hào)：2607622