智慧燈桿正逐漸成為促進智慧城市快速發(fā)展的最佳載體之一,其通過部署“端、管、云”的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)為現(xiàn)代社會提供智能服務(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,網(wǎng)關(guān)可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換等手段實現(xiàn)感知層與云平臺的交互。但目前以云平臺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、計算以及網(wǎng)絡(luò)管理工作均交由云平臺,必然會造成計算資源過于中心化、數(shù)據(jù)傳輸時延嚴(yán)重、網(wǎng)絡(luò)易擁塞等不足之處。和云計算為互補協(xié)同關(guān)系的邊緣計算,通過在邊緣側(cè)構(gòu)建具有智能計算、數(shù)據(jù)管理等能力的平臺,可彌補上述存在的缺陷。但邊緣計算節(jié)點常常會出現(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題,對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,本研究在縱向項目的支持下,研發(fā)了一個以智慧燈桿為載體的邊緣智能網(wǎng)關(guān),其通過硬件虛擬化的方式實現(xiàn)功能業(yè)務(wù)隔離,支持多協(xié)議轉(zhuǎn)換、管理及本地邊緣計算,可在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)完成檢測、計算、決策等實時處理運算工作。本地計算為根據(jù)多種實時環(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,但對路燈的色溫調(diào)節(jié)還處... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：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)體系簡化成“云、管、

智慧燈桿承載的邊緣智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計19考慮分布式邊緣計算節(jié)點之間的計算、存儲資源彈性擴展，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，還將在本地完成實時數(shù)據(jù)分析、小規(guī)模數(shù)據(jù)存儲、邊緣輕量計算等功能，并完成實時業(yè)務(wù)在本地的實時決策、實時控制和實時優(yōu)化操作；非實時數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關(guān)聚合后，送到云端平臺及各類應(yīng)用系統(tǒng)處理，再經(jīng)由云端應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)布面向各類用戶的智能服務(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)計本文的邊緣智能網(wǎng)關(guān)將提供網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等資源，不僅具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特點，還同時兼顧了三類開發(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)，具有本地計算和存儲能力，能與云端系統(tǒng)協(xié)同；輕量計算系統(tǒng)框架，在資源受限條件下，注重滿足感知終端對低功耗的要求；實時計算系統(tǒng)框架，滿足應(yīng)用實時性要求，將實時性要求高的任務(wù)在本地完成。因此，所形成的邊緣智能網(wǎng)關(guān)實際將會融智能網(wǎng)關(guān)、感知終端、嵌入式控制器為一體，具有總線協(xié)議適配、實時聯(lián)接、策略執(zhí)行、資源管理等功能，成為整個智慧燈桿物聯(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。

嵌入式平臺虛擬化的設(shè)計與實現(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)也被稱為Trap-and-Emulate。如圖3-3所示，當(dāng)某個GuestOS（左邊淺綠色方框內(nèi)表示）想要去訪問物理外設(shè)（特權(quán)資源），會產(chǎn)生一個Trap喚醒Hypervisor（右邊淺藍圖3-3Trap-and-Emulate示意圖Fig.3-3DiagramofTrap-and-Emulate色方框內(nèi)表示），每一個紅色箭頭都表示一個Trap，由Hypervisor模擬這個訪問后，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)開銷非常大，對系統(tǒng)性能影響很大，其優(yōu)點是不用修改GuestOS，具有很好的兼容性，可支持不同版本的OS。

【參考文獻】：
期刊論文
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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)計與實現(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)的研究與實現(xiàn)[D]. 劉維飛.電子科技大學(xué) 2017



本文編號：2910994