發(fā)布時(shí)間：2020-12-11 18:08

　　智慧燈桿正逐漸成為促進(jìn)智慧城市快速發(fā)展的最佳載體之一,其通過(guò)部署“端、管、云”的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)為現(xiàn)代社會(huì)提供智能服務(wù)。集多功能為一體的智慧燈桿的感知層包含多而不同的智能模塊、傳感節(jié)點(diǎn),網(wǎng)關(guān)可通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換等手段實(shí)現(xiàn)感知層與云平臺(tái)的交互。但目前以云平臺(tái)為中心的智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,網(wǎng)關(guān)僅完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)分析、計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)管理工作均交由云平臺(tái),必然會(huì)造成計(jì)算資源過(guò)于中心化、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延嚴(yán)重、網(wǎng)絡(luò)易擁塞等不足之處。和云計(jì)算為互補(bǔ)協(xié)同關(guān)系的邊緣計(jì)算,通過(guò)在邊緣側(cè)構(gòu)建具有智能計(jì)算、數(shù)據(jù)管理等能力的平臺(tái),可彌補(bǔ)上述存在的缺陷。但邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)常常會(huì)出現(xiàn)基礎(chǔ)資源層單一、虛擬化層缺失及邊緣虛擬功能缺失的問(wèn)題,對(duì)極大化利用硬件資源、提高系統(tǒng)的靈活性以及完成功能業(yè)務(wù)隔離還存在不足。因此,本研究在縱向項(xiàng)目的支持下,研發(fā)了一個(gè)以智慧燈桿為載體的邊緣智能網(wǎng)關(guān),其通過(guò)硬件虛擬化的方式實(shí)現(xiàn)功能業(yè)務(wù)隔離,支持多協(xié)議轉(zhuǎn)換、管理及本地邊緣計(jì)算,可在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)完成檢測(cè)、計(jì)算、決策等實(shí)時(shí)處理運(yùn)算工作。本地計(jì)算為根據(jù)多種實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)決策出合適的燈光參數(shù),包括亮度和色溫值。亮度調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)比較成熟,但對(duì)路燈的色溫調(diào)節(jié)還處... 

【文章來(lái)源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：105 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

常規(guī)智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系Fig.2-1AConventionalIoTTechnologyArchitectureofSmartLightPole國(guó)內(nèi)華為、中移物聯(lián)等業(yè)界領(lǐng)頭羊也將傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系簡(jiǎn)化成“云、管、

智慧燈桿承載的邊緣智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)19考慮分布式邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的計(jì)算、存儲(chǔ)資源彈性擴(kuò)展，因此，采用如圖2-4所示的三層部署模型[18]。智能資產(chǎn)在本地處理多種或多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)匯聚到智能網(wǎng)關(guān)；智能網(wǎng)關(guān)提供總線(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、智能資產(chǎn)接入等網(wǎng)絡(luò)功能，還將在本地完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、小規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邊緣輕量計(jì)算等功能，并完成實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)在本地的實(shí)時(shí)決策、實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化操作；非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關(guān)聚合后，送到云端平臺(tái)及各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)處理，再經(jīng)由云端應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)布面向各類(lèi)用戶(hù)的智能服務(wù)。圖2-4云、邊協(xié)同的任務(wù)部署模型Fig.2-4TheTaskDeploymentModelofCloud&EdgeCollaboration2）邊緣智能網(wǎng)關(guān)功能框架設(shè)計(jì)本文的邊緣智能網(wǎng)關(guān)將提供網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)等資源，不僅具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特點(diǎn)，還同時(shí)兼顧了三類(lèi)開(kāi)發(fā)框架的共存：智能網(wǎng)關(guān)框架，可支持多種網(wǎng)絡(luò)接口、總線(xiàn)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，建立并管理在邊緣�?cè)的本地系統(tǒng)互聯(lián)，具有本地計(jì)算和存儲(chǔ)能力，能與云端系統(tǒng)協(xié)同；輕量計(jì)算系統(tǒng)框架，在資源受限條件下，注重滿(mǎn)足感知終端對(duì)低功耗的要求；實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)框架，滿(mǎn)足應(yīng)用實(shí)時(shí)性要求，將實(shí)時(shí)性要求高的任務(wù)在本地完成。因此，所形成的邊緣智能網(wǎng)關(guān)實(shí)際將會(huì)融智能網(wǎng)關(guān)、感知終端、嵌入式控制器為一體，具有總線(xiàn)協(xié)議適配、實(shí)時(shí)聯(lián)接、策略執(zhí)行、資源管理等功能，成為整個(gè)智慧燈桿物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心樞紐和智慧泛在的綜合體。本文研究的邊緣智能網(wǎng)關(guān)功能框架按圖2-5所示進(jìn)行分層，包括：基礎(chǔ)資源層、虛擬化層、邊緣虛擬服務(wù)層。

嵌入式平臺(tái)虛擬化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)27HardwareSchedulerInterruptManagementMemoryManagementHostOSKernel…UserSpaceKernelGuestOS1UserSpaceKernelGuestOSN…VMMHostOSUserSpaceApplicationApplication…圖3-2Type-2型Hypervisor的虛擬化結(jié)構(gòu)模型圖Fig.3-2VirtualizationStructureModelDiagramofType-2Hypervisor常見(jiàn)的虛擬化方式又可分為完全虛擬化（PureVirtualization）和半虛擬化（Para-Virtualization）。完全虛擬化要求硬件架構(gòu)支持可虛擬化，當(dāng)trap陷入Hypervisor后，敏感指令的執(zhí)行由Hypervisor模擬，這種技術(shù)也被稱(chēng)為T(mén)rap-and-Emulate。如圖3-3所示，當(dāng)某個(gè)GuestOS（左邊淺綠色方框內(nèi)表示）想要去訪(fǎng)問(wèn)物理外設(shè)（特權(quán)資源），會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Trap喚醒Hypervisor（右邊淺藍(lán)圖3-3Trap-and-Emulate示意圖Fig.3-3DiagramofTrap-and-Emulate色方框內(nèi)表示），每一個(gè)紅色箭頭都表示一個(gè)Trap，由Hypervisor模擬這個(gè)訪(fǎng)問(wèn)后，返回到GuestOS下一條指令并繼續(xù)執(zhí)行。采用這種Trap-and-Emulate，每一條特權(quán)指令都需要轉(zhuǎn)換成很多條指令去仿真，所以全虛擬化技術(shù)開(kāi)銷(xiāo)非常大，對(duì)系統(tǒng)性能影響很大，其優(yōu)點(diǎn)是不用修改GuestOS，具有很好的兼容性，可支持不同版本的OS。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于邊緣計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J]. 殳雪城,范平清.  電子器件. 2019(06)
[2]從5G基站建設(shè)的角度探討智慧桿的標(biāo)準(zhǔn)化[J]. 田宗奇,齊飛,劉保玉.  照明工程學(xué)報(bào). 2019(05)
[3]“5G+智慧燈桿”在智慧城市中的應(yīng)用探討[J]. 方景,殷濤,王坦,陶濤,李雪峰,李文超.  照明工程學(xué)報(bào). 2019(04)
[4]城市道路智慧照明物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)[J]. 劉友泉,章旭敏,高俊海,馮銀,周遜盛.  照明工程學(xué)報(bào). 2019(04)
[5]面向智慧路燈系統(tǒng)的線(xiàn)性邊緣計(jì)算算法[J]. 姜玉稀,何孝亮,李閃.  照明工程學(xué)報(bào). 2019(04)
[6]基于云邊融合室外智慧燈聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 金展,管彩霞,李文宜,沈海平.  照明工程學(xué)報(bào). 2019(04)
[7]智慧燈桿的技術(shù)痛點(diǎn)與應(yīng)對(duì)措施[J]. 吳春海.  照明工程學(xué)報(bào). 2019(04)
[8]多功能智慧燈桿系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]. 肖輝,李文超,朱應(yīng)昶,李代雄,方景,高杰.  照明工程學(xué)報(bào). 2019(04)
[9]邊緣計(jì)算綜述:應(yīng)用、現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)[J]. 丁春濤,曹建農(nóng),楊磊,王尚廣.  中興通訊技術(shù). 2019(03)
[10]嵌入式虛擬化技術(shù)研究綜述[J]. 肖偉民,鄧浩江,孫鵬.  網(wǎng)絡(luò)新媒體技術(shù). 2019(02)

碩士論文
[1]LoRa技術(shù)及其在智慧路燈中的應(yīng)用研究[D]. 陳南松.湘潭大學(xué) 2019
[2]基于NB-IoT的智慧路燈網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 王成龍.重慶郵電大學(xué) 2019
[3]基于環(huán)境及道路狀態(tài)的智慧照明控制策略研究[D]. 譚童.重慶郵電大學(xué) 2019
[4]采用全虛擬化技術(shù)的多嵌入式操作系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 劉維飛.電子科技大學(xué) 2017



本文編號(hào)：2910994