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自动切换无线网络的物联网终端平台

2013/9/9来源:物联网世界作者:

[导读]无线网络的发展大大改变了人们的生产、生活方式,也促进了使物联网技术的应用,任何人(Anyone)、任何时间(Anytime)、任何地点(Anywhere)接入互联网已经成为现实,使所有采集到的数据几乎可以实时地进行网络传输。

  无线网络的发展大大改变了人们的生产、生活方式,也促进了使物联网技术的应用,任何人(Anyone)、任何时间(Anytime)、任何地点(Anywhere)接入互联网已经成为现实,使所有采集到的数据几乎可以实时地进行网络传输。本文介绍一种使用了无线网络自动切换技术的物联网终端平台的基本功能、软件系统组成、硬件组成,重点介绍了它可发在WLAN与无线互联网两种上网方式中智能地进行自动切换的方式,达到了在保证通信速率的同时,实现节能和节省使用成本的目的。

  1 引言

  在信息时代,面对日益激烈的竞争和瞬息万变的市场,市场反应速度决定着企业的命运,只有能够迅速应对市场者,才能成为市场逐鹿的佼佼者。企业竞争力由原来的“规模制约”转向了“速度制约”,市场竞争本质由大吃小转向快吃慢,也就是由规模竞争向速度竞争转移。快,成为了主旋律,而“快”的关键就是信息来源快速、实时、准确,决策过程果断、及时。要达到这一目的,更需要借助现代化的管理工具、现代化的技术,使管理者和决策者无论身处何处,都能随时掌握各种突发情况,随时随地可以进行“现场办公”,才能真正体现这个“快”字,才能在这个“快者为王”的时代迅速应对市场变化,赢得先机。

  可以自动切换无线网络的物联网终端平台,正是采用了现代互联网技术,身份识别技术等,使你在任何时候、任何地点都可以通过网络获取所需要的信息,从而能进行及时进行审批、处理、决策,用一个“快”字为企业赢得先机。

  2 系统组成和功能

  基本构成为四个部分:物联网终端平台;终端操作系统和外设驱动软件系统;移动终端应用程序软件系统;物联网终端平台软件二次开发支持系统。

  可以自动切换无线网络的物联网终端平台的系统功能表现在五个方面;第一,是身份和状态识别功能(一维条码或二维条码);第二,是无线网络功能(WIFI、GPRS或3G);第三,是给用户进行二次开发的软件模拟运行环境;第四,是为用户开发(或由用户自行开发)的办公软件系统;第五,是为客户开发的服务器软件系统。

  3 硬件模块框图

  物联网终端平台的终端硬件系统全部采用模块化设计,这样便于设计、生产、维修以及按客户要求进行模块化定制,共分为15个模块,如图一所示。各部分的功能及特点如下:

  3.1 ARM硬件平台:核心处理器。使用灵活,适应性强,可靠性高,功耗低,处理速度快。可使用大容量的DDRII型RAM和MLC型FLASH;

  3.2 WIFI和GPRS模块(注:文中或图中所述GPRS是指除WIFI之外采用无线方式接入互联网的技术统称,包括GPRS、3G、4G或其他无线网络。下同)):接入无线网络(局域网或互联网)。通信速率高,保密性强;

  3.3 激光扫描模块:扫描一维(或二维)条码。扫描速度快(100次/秒),不怕强光干扰,识读22种条码 (可加装RF模块,识读RF ID);

  3.4 摄相头模块:拍摄200万相素的彩色相片或进行摄像;

  3.5 GPS模块:接收GPS信息,可以将有关数据通过无线网络传输到指定服务器,也可以传递给本机运行的地理图形软件;

  3.6 RFID模块:可以根据客户要求安装不同的RFDI识读模块,包括低频RFID(125KHz),高频RFID(13.56MHz),超高频RFID(900MHz);

  3.7 FLASH、RAM及SD卡:外部存储器。使用DDRII和MLC型FLASH,数据存储容量大,成本低。SD卡用于扩展存储空间;

  3.8 加密模块:对软件进行加密。不仅进行正确性检查,还可进行软件完整性检查;

  3.9 音频处理模块:集中处理GPRS通话时的麦克风音频、耳机听筒音频,同时也处理在采用WI-FI对讲功能时的麦克风音频和喇叭音频。

  3.10 电源模块:包含电池、充放电保护、电量计量、电压变换、外部电源接五个部分

图一:物联网终端平台硬件组成框图

  4 无线网络的切换方式及原理

  目前无线接入互联网的方式有两种主要形式:一种是采用WLAN无线局域网的AP(即WIFI)方式接入;另一种是采用无线互联网即GPRS的方式接入。这两种方式中,前者多用于在室内(企业内部),后者多用于室外。

  一般情况下,无线局域网和无线互联网应用在不同的场合,无线局域网用于短距离网络连接,通过单位的服务器连接到互联网,费用较低甚至免费;而无线互联网则通过移动通信公司的基站接入互联网,在无线基站信号覆盖的范围内都可以接入互联网,但费用较高。两者的定性区别如下表一所示。

  表一:无线互联两种接入方式比较

  但人们在使用过程中,如果想达到高速、可靠、功耗低、费用低的目的时,就不得不经常进行人工网络切换:在进入有WIFI的区域时打开WIFI连接、关闭GPRS(或3G或4G)连接;在室外工作或无WIFI信号的地方打开GPRS(或3G或4G)连接,关闭WIFI连接。这给需要时刻保持网络畅通的商务人士带来困扰:要么接受高费用,要么时刻进行人工切换。有没有方法解决这一问题呢,答案是肯定的。如图二所示。

  在用户使用过程中,同时对两种网络信号进行检测,优先通过无线局域网接入互联网,只有在没用局域网信号的情况下,才通过无线互联网信号上网,从而在保证用户使用无线方式进行上网的情况下,较好地节省上网费用。并且,用户进入室内时,由于无线互联网的信号较弱,设备需要较大功率才能获得较好的通信效果,这就需要消耗较多电池能量,而室内恰好是局域网信号较好的时候,这时就不需要太多的能量消耗就能获得较好的通信效果,因此,采用自动切换的方式,既可能有较好的通信效果,又有很好的节能效果。

  其硬件框图如下图二所示。

图二:硬件控制原理框图

  在上图中,中央处理器(CPU)同时连接有WIFI通信模块和GPRS通信模块,并且分别通过通信接口1和通信接口2与二者进行通信。同样,二者都有独立的供电电源,且分别受到电源控制1和电源控制2的控制。

  开机时,CPU先通过电源控制2关闭GPRS电源,通过电源控制1打开WIFI电源,并通过通信接口1读取WIFI模块的信号强度情况并给出授权网张的相关信息,如果信号强度足够且是授权局域网信号,则CPU通过WIFI局域网连接到互联网。否则,就关闭WIFI电源,打开GPRS电源,通过通信接口2与GPRS模块通信,给出相关授权信息,并读出信号强度情况,

  如果此时,GPRS模块也无信号,则关闭GPRS电源,且经一个设置的时间间隔后再次打开WIFI电源进行另一个循环检测。

  另外,即使用户已经在使用GPRS上网,CPU也会在一个设定的时间间隔内打开WIFI电源,对WIFI信号和授权情况进行检测,在判断有WIFI信号且是授权网络后,就切换到WIFI网络进行链接,否则仍然使用GPRS网络进行上网。

  5 无线网络切换的流程图及产生的效果

  基本控制流程图如下图三所示,其中,定时器1用于在没有无线网络信号时对两种网络进行检测的时间间隔,定时器2用于在使用GPRS网络时对WIFI网络信号进行检测的时间间隔。

图三:无线网切换控制流程图

  这种自动进行网络切换方式的特点主要表现在以下几个方面:

  5.1 使用时更智能:优先使用WLAN无线局域网(即WIFI,下同),在WLAN无线局域网信号足够强时,即使有无线互联网信号也不会切换;

  5.2 节省使用费用:在使用无线互联网时,也采用定时间器2对WLAN信号进行检测,如果WLAN信号足够强,则自动切换到WLAN无线局域网;

  5.3 网络切换完全由本地机器自动完成,不需要第三信号强度值,也无需核心网络发送指令;

  5.4 处理了在既无WLAN无线局域网信号也无无线互联网信号时的情况,即采用定时器一来检测无线信号;

  5.5 更节能,对两种通信模块的电源进行控制,需要时才打开有关电源,不需要时则关闭电源,节能更明显;

  5.6 对无线互联网和WLAN无线局域网的授权情况进行了判断,如未授予权接入,则保持当前连接不进行切换。

  注:该项目相关技术已经获得国家发明专利,专利名称“无线移动装置及其无线网络连接方法”,专利号2010 1 0102496.5。

 

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