Platform as a service gateway for the Fog of Things

Internet of Things (IoT), one of the key research topics in recent years, together with concepts from Fog Computing, brings rapid advancements in Smart City, Monitoring Systems, industrial control, transportation and other fields. These applications require a reconfigurable sensor architecture that can span multiple scenarios, devices and use cases that allow storage, networking and computational resources to be efficiently used on the edge of the network. There are a number of platforms and gateway architectures that have been proposed to manage these components and enable application deployment. These approaches lack horizontal integration between multiple providers as well as higher order functionalities like load balancing and clustering. This is partly due to the strongly coupled nature of the deployed applications, a lack of abstraction of device communication layers as well as a lock-in for communication protocols. This limitation is a major obstacle for the development of a protocol agnostic application environment that allows for single application to be migrated and to work with multiple peripheral devices with varying protocols from different local gateways. This research looks at existing platforms and their shortcomings as well as proposes a messaging based modular gateway platform that enables clustering of gateways and the abstraction of peripheral communication protocol details. These novelties allow applications to send and receive messages regardless of their deployment location and destination device protocol, creating a more uniform development environment. Furthermore, it results in a more streamlined application development and testing while providing more efficient use of the gateway’s resources. Our evaluation of a prototype for the system shows the need for the migration of resources and the QoS advantages of such a system. The examined use case scenarios show that clustering proves to be an advantage in certain use cases as well as presenting the deployment of a larger testing and control environment through the platform.     

基于MQTT的数据加密传输算法

提出了一种改进MQTT协议的数据传输加密算法MQTT-EA （MQTT Encryption Algorithms）.该算法中,物联网设备端与服务器端随机生成自己的私钥,然后相互通知对方自己的私钥并通过算法组合成最终的会话主密钥,通过DES加密、解密,传输安全数据.模拟了敌手A、B对数据传输过程进行攻击,验证了在会话密钥生成算法没有泄露的前提下MQTT-EA是安全的.     

移动终端的设施农业物联网环境监控系统设计

通过使用物联网(IOT)传输协议—消息队列遥测传输(MQTT)协议,将前端硬件、服务器端及移动端连接在一起,完成对设施农业环境的远程实时监控.在系统中,前端硬件以STM32微处理器为核心,由传感器模块、设备控制模块、GPRS模块和电源模块组成,实现数据的采集和传输;服务器端有数据接收、存储、分析的能力,并担任MQTT消息协议中消息生产者和消息管理者的角色;移动终端软件则以Android操作系统为基础开发了应用软件,用户在装有Android系统的移动终端上安装该应用软件,即可查看实时环境情况,发送控制设备指令等.经过测试,整个系统运行稳定、使用简单、实时性高,用户能有效地对设施农业环境进行远程实时监控.     

基于MQTT的企业消息推送系统

消息推送系统在实现企业办公自动化方面有着重要的作用,通信协议和系统架构的设计是企业消息推送系统性能优化的关键因素.传统的标准化协议方案在移动互联网领域的应用存在着实现复杂和流量消耗大等缺点.针对这一问题,结合企业消息推送系统的特点,采用物联网领域的轻量级协议MQTT来设计企业消息推送系统的通信协议,通过设计MQTT话题区分社交通知、即时消息和状态呈现等功能,在满足了应用需求的同时保证了协议的简单易实现和流量消耗小等适用于移动互联网的优势.另一方面,在传统的对称和非对称设计的服务器架构之上,提出了信息上非对称和功能上对称的系统架构,为企业消息推送系统的构建提供了一个详细的解决方案.该方案在满足系统设计需求的同时提高了系统的可扩展性.     

MQTT 协议在物联网中的应用研究

HTTP协议建立在互联网通信协议TCP / IP 上,由于开发成本低,开放性高,许多厂商正在开发基于HTTP协议的物联网系统;但在资源紧缺型的嵌入式系统中或网络带宽非常昂贵的环境中,HTTP协议并不适用。MQTT协议具有功耗低、开放性好、简单、轻量级及易于实现的优点,即使在资源有限的环境中也可以使用。本文讨论并通过实验对比了HTTP协议和MQTT协议在智能家居领域的应用,测试结果表明MQTT在降低功耗和推送功能开发上优势明显。     

阿里云物联网平台的混流泵房远程监控系统设计

针对大型农业园区混流泵房较为分散、可控性和可观测性低等问题,设计并实现了基于阿里云的混流泵房远程监控系统。系统以STM32F429为主控芯片,ATK-M751模块为主要通信模块,利用多种环境监测传感器和霍尔转速传感器实时采集混流泵房的环境以及混流泵转速。系统通过MQTT协议实现设备与阿里云物联网平台的数据交互。用户能够通过Web端或者智能手机APP对混流泵房的室内气态环境以及混流泵转速进行实时监测,并能够实现泵房远程控制,为农业园区分散的混流泵房工作环境监测以及远程控制提供了一个有效解决途径。     

适用于大规模无线传感器网的流量优化系统设计

针对大规模无线传感器网络(WSN)流量随访问者数量增加而上升的问题,设计并实现了一种适用于构建大型WSN并降低系统流量的应用系统框架。系统采用IPv6和低功耗无线个域网的IPv6技术(6LoWPAN)搭建大规模WSN,使用消息队列遥测传输(MQTT)协议和针对WSN设计的消息队列遥测传输(MQTT-SN)协议在应用层搭建了连接WSN和传统互联网的发布/订阅结构。实验结果显示,当系统中存在5个传感器节点时,与受限应用协议(CoAP)构建的WSN应用系统相比,提出的系统框架的数据流量仅为前者的18%左右。这表明该系统框架可有效地控制访问者增加对WSN流量造成的影响。     

基于MQTT 协议的自动化生产线数据可视化系统

为提升自动化生产线的生产效率和质量,实现生产设备实时状态数据的可视化显示,搭建某弹药装配机 生产线数据系统。采用STM32F103 作为下位机主控芯片,承担采集数据和控制任务,通过RS485 将采集到的数据 传输到工控机电脑上客户端,下位机同时再将周期性的数据打包上传到采用Java 和PostgreSQL 数据库实现的消息列 队遥测传输协议(message queuing telemetry transport,MQTT)服务器,实现了数据可视化显示。使用结果表明：该系 统传输的数据准确性高、延迟低,数据显示直观,能对自动化生产线系统的可视化发展提供借鉴方案。     

基于NS-3的MQTT协议仿真研究

如今,制造业数字化转型中采用消息队列遥测传输（MQTT）协议已成为趋势,而工业场景中往往存在大量的传感器等设备。考虑到实际部署的复杂性,在工业场景中实际部署MQTT前,进行必要的模拟以获取网络性能等数据是不可或缺的,这将更有利于工业场景中的链路设计和网络规划。而NS-3作为当前最流行的网络仿真器之一,提供了丰富的网络模型,非常适合像工业场景这种大型复杂网络的仿真,但目前利用其模拟部署MQTT仍是一项困难的工作。针对该问题,提出了一个适用于NS-3的扩展仿真框架ns3-mqtt,该框架由多个MQTT组件构成,能够以软件包的形式集成到NS-3中,并且提供简洁易用的仿真接口,使得扩展后的NS-3可较容易地对MQTT进行模拟部署并获取相关数据,以此研究不同工业场景下MQTT协议的性能,指导MQTT的实际部署。仿真测试结果证明了提出的ns3-mqtt框架的正确性和有效性。     

基于CH32V103的环境参数监测系统

为了弥补传统环境监测系统在监测性能上的不足,本文利用CH32V103设计了环境参数监测系统,并将该系统接入云平台,保证了数据监测的稳定性.该系统采用CH32V103作为主控制器,ESP8266作为WiFi通信模块,利用DHT11温度传感器和火警传感器获取温湿度数据和火警数据,通过MQTT通信协议将该数据上传到阿里云物联...