引言

傳統(tǒng)的電梯物聯(lián)網廣告系統(tǒng)主要采用本地廣告更新和遠程通過協(xié)議點對點更新。本地更新方案本質上并不是真正的電梯物聯(lián)網廣告系統(tǒng)，已不符合電梯物聯(lián)網發(fā)展網絡化智能化趨勢；遠程點對點下發(fā)方案應用較多，此方案具有結構簡單的特點，但缺點明顯，因主流的數(shù)據采集器只支持TCP傳輸，服務器與終端之間的數(shù)據流只能通過文本協(xié)議方式，一方面是點對點的大流量損耗，另一方面是點對點的低效率。支持多通道的SGW100能有效解決上述方案的弊端，每次下發(fā)任務只需由服務器告知SGW100本次任務的配置文件，由SQW100根據配置文件中各個文件的URL下載相應的文件到本地，再由SGW100借助本地局域網將各個文件逐一下發(fā)到終端LCD，如此能大大降低通訊流量費用，且邊下載邊下發(fā)能提高廣告下發(fā)的效率。

1 電梯物聯(lián)網廣告下發(fā)方案選擇

電梯物聯(lián)網廣告下發(fā)系統(tǒng)包括廣告發(fā)布服務器、數(shù)據傳輸單元、局域網網關、局域網結點、數(shù)據透傳裝置、終端顯示設備等。數(shù)據傳輸單元、局域網網關及局域網結點一般放置在電梯機房控制柜內，終端顯示設備放置在電梯轎廂內，一般是LCD顯示器，數(shù)據透傳裝置一般放置在井道中，用于將電梯機房中局域網網關/局域網結點的通訊數(shù)據包透傳到轎廂終端顯示設備；局域網網關和局域網結點組成無線局域網，由局域網網關負責網絡管理和數(shù)據包匯總。

1.1點對點方案

圖1點對點廣告下發(fā)結構圖

點對點方案中數(shù)據傳輸單元與網關一般分開設計，廣告下發(fā)服務器與數(shù)據傳輸單元之間采用TCP通訊，數(shù)據傳輸單元與局域網網關采用RS232通訊，局域網網關通過透傳裝置與本梯終端顯示裝置采用通訊，通過無線技術(如2.4G技術)與非本梯局域網結點通訊，局域網結點通過透傳裝置與本梯終端顯示裝置通訊，如圖1所示。

假設廣告服務器單次任務需要下發(fā)5個文件，局域網中10個在線終端，則廣告服務器與數(shù)據傳輸單元的單向數(shù)據流需執(zhí)行5*10次，加上協(xié)議方式增加額外的數(shù)據包封裝，流量費用較高，另外考慮到主流的GPRS網絡速率慢于2.4G網絡，每次下發(fā)數(shù)據流都需要經過廣告服務器與數(shù)據傳輸單元之間的運營商網絡，效率較低且受其網絡狀況影響較大。

1.2多通道方案

圖2多通道廣告下發(fā)結構圖

多通道方案顧名思義是采用多個通道與服務器通訊，本方案將數(shù)據傳輸單元和局域網網關單元合并成SGW100，將廣告下發(fā)流程主要任務移到SGW100中處理，降低運營商網絡對數(shù)據傳輸?shù)挠绊?，如圖2所示。本次下發(fā)任務只需由廣告下發(fā)服務器告知SGW100下發(fā)任務配置文件的URL，SGW100下載到配置文件進行解析，提取本次廣告文件的URL，由SGW100采用HTTP方式下載但本地，下載的同時執(zhí)行下發(fā)任務，將廣告文件通過無線局域網傳輸?shù)礁鱾€終端。

假設廣告服務器單次任務需要下發(fā)5個文件，局域網中10個在線終端，則廣告服務器與SGW100文件數(shù)據流執(zhí)行5*10次，流量費大大降低，局域網終端設備越到，效果越明顯；廣告下載到本地之后，下發(fā)任務全部在無線局域網中進行，受運營商網絡影響較小，且無線局域網為免流量網絡，廣告下發(fā)成本進一步降低。

2 系統(tǒng)硬件組成

雙通道電梯物聯(lián)網廣告下發(fā)系統(tǒng)由廣告服務器、SGW100網關、無線局域網、井道數(shù)據透傳設備、終端顯示設備組成，其中無線局域網包括局域網網關(由SGW100兼任)、局域網結點組成；井道透傳設備由一對WIFI設備組成；終端顯示設備為LCD一體機。

多通道廣告下發(fā)系統(tǒng)核心組件SGW100硬件框圖如下，主控CPU采用ARM9，帶外128MNANDFLASH和128MDDR，外設接口提供4路RS232接口(1路與電梯控制器通訊、1路DEBUG、1路LCD顯示設備/TT操作器接口)、1路RS485接口(與電梯控制器通訊)、2路RJ45以太網接口、Micro-USB(用于內核和文件系統(tǒng)升級)、Micro-SD(用于升級應用程序)、1路CANBUS接口(與電梯控制器通訊)、1個網絡模塊(支持多種網絡制式)、1個無線網關模塊(充當局域網網絡)，如圖3所示。

圖3SGW100硬件組成框圖

3 多通道網關軟件功能

3.1SGW100軟件功能清單

(1)電梯運行狀態(tài)數(shù)據采集：支持RS232/RS485/CANBUS方式與電梯控制器通訊，獲取電梯實時運行狀態(tài)數(shù)據，包括當前樓層、當前狀態(tài)、歷史故障等，通過井道WIFI透傳設備傳輸?shù)睫I廂顯示終端上，當轎廂顯示終端接收到電梯出現(xiàn)故障或困人信號時，進行語音安撫。

(2)文件下載：支持HTTP方式從文件服務器下載需要下發(fā)文件到本地；

(3)文件下發(fā)：支持將下載到的文件通過無線局域網逐一下發(fā)到終端顯示設備上；

(4)DTU功能：接收遠程服務器數(shù)據，將本地數(shù)據通過運營商網絡傳輸?shù)竭h端服務器；

(5)PPP撥號：支持PPP撥號方式連接遠程服務器；

(6)虛擬串口功能：核心CPU與GSM模塊的通訊采用UART方式，欲建立多通道連接或增加單獨的監(jiān)視接口，需要將物理口模擬成多個虛擬串口，每個虛擬口執(zhí)行獨立的功能。

(7)協(xié)議轉換功能：將私有的電梯通訊協(xié)議轉換成電梯物聯(lián)網標準協(xié)議，方便對接物聯(lián)網系統(tǒng)。

(8)心跳包管理功能：服務器需要唯一的識別碼標示現(xiàn)場已經安裝的SGW100，心跳包生成器能根據CPUID和時間生成唯一的識別碼，另外，為保持服務器與SGW100長連接以及方便服務器標示局域網，SGW100提供心跳維持功能，當網絡無數(shù)據收發(fā)持續(xù)40秒之后，啟動心跳包交互機制，維持鏈路長連接

(9)局域網測試功能：SGW100的角色之一是充當局域網網關，網關需要診斷當前局域網的網絡性能，當檢測到無線結點異常時啟動網絡修復功能

(10)電梯監(jiān)視和測試：SGW100能監(jiān)視局域網中所有在線結點所連接的電梯實時狀態(tài)，并提供故障測試、困人測試接口，方便現(xiàn)場調試。

(11)LED狀態(tài)指示：SGW100提供6個LED指示燈，電源指示燈、系統(tǒng)運行燈、與主板通訊指示燈、無線網關模塊通訊指示燈(與SD卡升級指示燈復用)、網絡連接指示燈、網絡數(shù)據交互指示燈

3.2軟件架構

SGW100運行Linux操作系統(tǒng)，整個應用進程共2個：引導進程、主進程。引導進程用于判斷當前是升序升級模式還是正常運行模式，若檢測到SD卡有合法程序文件，則進入升級模式。

主進程設計有23個線程，負責采集電梯狀態(tài)、PPP撥號檢測、CMUX線程、與局域網網關模塊通訊、與GSM模塊通訊、LED控制、報警異常事件處理、廣告下發(fā)、TT操作器處理、與WIFI透傳模塊通訊、看門狗處理、與服務器數(shù)據交互處理等。在看門狗線程中，增加對每個線程超時定時器的監(jiān)視，當檢測到線程超時定時器溢出時，則停止喂狗。其中PPP撥號檢測線程和CMUX線程及與服務器數(shù)據交互線程之間采用了線程間通訊技術，因PPP撥號檢測線程是啟動CMUX和撥號的前提，只有PPP撥號檢測逐步通過之后才能啟動CMUX和PPP撥號。

廣告下發(fā)線程按照下發(fā)流程設計狀態(tài)機，分INIT（本次下發(fā)初始化，主要初始化下發(fā)的中間變量、提取當前可用的文件序號和終端序號并將文件數(shù)據加載進內存）、CR（廣告下發(fā)逐個下發(fā)）、AR（廣告數(shù)據按區(qū)域補包）、PR（廣告數(shù)據按位置補包）、EC（本次下發(fā)完成檢測）、UP（更新本次下發(fā)的狀態(tài)）、OT（本次廣告下發(fā)超時處理），每個文件每個終端都按照上述7個處理環(huán)節(jié)執(zhí)行，直至本次任務下發(fā)完成。

廣告下發(fā)結果采用主動推送+被動查詢方式相結合方式，克服單純被動查詢造成的流量浪費，SGW100會將下發(fā)結果同步到服務器，包括總文件下發(fā)狀態(tài)和詳細文件下發(fā)狀態(tài)。

3.3文件存儲

從服務器下載的配置文件采用JSON格式，方便服務器之間數(shù)據交互。JSON格式是一種輕量級的數(shù)據交互格式，相比XML，JSON在編解碼方面優(yōu)勢明顯，對使用來說較方便。

實時下載狀態(tài)（DnStatu.ini，格式如下圖4）和實時下發(fā)狀態(tài)數(shù)據（UpStatu.ini，如圖5所示）存儲在.ini配置文件中，此數(shù)據不與服務器的直接交互。下載狀態(tài)文件中需記錄JSON文件的下載狀態(tài)、廣告文件的下載狀態(tài)/數(shù)量及配置文件的URL，保證斷電重啟之后SGW100能自動下載相應的文件，而不需服務器重新告知。下發(fā)服務器中保存當前下發(fā)種類、當前文件序號、當前終端序號、下發(fā)是否完成、各個終端的下載詳細記錄。

圖4下載狀態(tài)存儲格式

圖5下發(fā)狀態(tài)存儲格式

3.4廣告下發(fā)狀態(tài)機

SGW100接收到服務器下發(fā)命令之后，進入下發(fā)狀態(tài)，首先執(zhí)行ReLoad模塊，此模塊負責提取當前尚未下發(fā)的廣告文件序號和終端設備序號，提取成功之后，加載指定文件內容，發(fā)送握手協(xié)議到指定終端設備，握手成功之后，進入CR狀態(tài)，一直發(fā)送到文件結束，由SGW100發(fā)送MJ9給終端設備核實文件是否被成功接收，終端設備根據實際接收情況判斷本次是否成功、是否需要按位置補包、是否需要按區(qū)域補包，若本次成功則執(zhí)行下一次ReLoad，若需要補包則進入PR（按位置補包）或AR（按區(qū)域補包）模式，發(fā)送完成仍MJ9確認，若超時則跳過本次下發(fā)，重新執(zhí)行ReLoad，若本次發(fā)送成功，則執(zhí)行Update模塊，更新當前文件當前終端的下發(fā)狀態(tài)。

4 廣告發(fā)布平臺

廣告發(fā)布平臺采用BS結構，憑借權限進入系統(tǒng)（如圖6所示）。系統(tǒng)會列出相應權限所管理的小區(qū)以及各個SGW100終端，選擇指定的SGW100即可進行發(fā)布。系統(tǒng)單次最多支持5個廣告，單個局域網最多支持50個終端。

多通道的廣告發(fā)布平臺管理較簡單，下發(fā)任務告知SGW100之后就進入等待狀態(tài)，若接收到SGW100返回的下發(fā)異常碼，則根據異常碼類型分別進行處理，如配置文件格式錯誤則修正配置文件格式之后，重新告知SGW100下載新的配置文件；若異常碼為文件下載失敗，則平臺需判斷配置文件中指定文件的URL存在此文件等等。在下發(fā)過程中，平臺可定時查詢廣告下發(fā)的進度(包括總進度和詳細進度)，文件下發(fā)結束之后，由SGW100將結果定時主動推送至廣告發(fā)布平臺，直至平臺回復接收確認數(shù)據。

圖6電梯物聯(lián)網廣告下發(fā)平臺入口

廣告服務器發(fā)布流程，如圖7：

圖7平臺廣告下發(fā)業(yè)務流程

5 系統(tǒng)關鍵點

5.1斷點續(xù)傳

SGW100從服務器下載文件過程若遇到異常情況如網絡阻塞、設備斷電、信道卡阻，導致文件下載下發(fā)終止，等恢復正常之后需要從當前位置開始繼續(xù)下載，若從頭開始下載則影響流量和效率。特別在文件較大、網絡環(huán)境較差的情況下，斷點續(xù)傳功能更加重要。利用Linux的wget功能，配置-c參數(shù)即可實現(xiàn)HTTP方式文件下載的斷點續(xù)傳功能，另外可設置嘗試次數(shù)、超時時間等參數(shù)，確保高效文件下載。

5.2PPP撥號

PPP(pointtopoint)，網絡模塊作為服務端，核心CPU的應用程序作為客戶端，PPP支持TCP和HTTP協(xié)議，當PPP連接成功之后，應用程序的IP包會被網絡模塊傳輸?shù)絀nternet。應用程序在執(zhí)行PPP之前需要執(zhí)行網絡環(huán)境檢測，檢測步驟分4步：

(1)模塊檢測：通過AT指令查詢模塊是否能正常返回，確認模塊已經開機

(2)Cmux檢測：模塊檢測成功之后，需啟動cmux，同時指定虛擬串口的個數(shù)以及波特率等參數(shù)

(3)SIM卡檢測：通過AT+CPIN檢測SIM卡是否存在

(4)網絡檢測：檢測當前網絡環(huán)境的CSQ，是否已經注冊到GSM網絡，是否已經附著上GPRS。

(5)執(zhí)行撥號：DNS解析，獲取運營商網絡分配的IP地址

5.2虛擬串口

核心CPU與網絡模塊之間硬件接口為1路UART，為實現(xiàn)同時首發(fā)多數(shù)據流功能，需要加入虛擬串口功能。經過此通道的數(shù)據流會被封裝成特定的協(xié)議格式，由應用發(fā)給網絡模塊的數(shù)據會被封裝，根據初始書時得到的通道進行封裝，網絡模塊接收到數(shù)據之后按相反的解碼算法對數(shù)據進行解包。協(xié)議格式如圖8：

圖8CMUX協(xié)議格式

5.3異?；謴蜋C制

由于SGW100在整個廣告下發(fā)中扮演核心角色，因此SGW100的異常處理功能需保證穩(wěn)定。特別是下發(fā)過程中遇到斷電，待恢復供電之后需保證下發(fā)任務能繼續(xù)進行。因此需要保存下發(fā)任務中實時保存下發(fā)狀態(tài)，如當前文件序號、當前結點序號、當前模式等狀態(tài)。

運行過程中若遇到網絡出現(xiàn)異常，如網絡中斷、網絡堵塞，程序需保證有重連機制，當可恢復干擾恢復正常之后，SGW100與服務器的連接需盡快建立。

5.4線程進程監(jiān)視

SGW100主進程中包含23個線程，主進程需要監(jiān)視各個線程的運行狀態(tài)，當出現(xiàn)線程異常退出時，超時定時器溢出，主進程重啟該線程。當主進程停止運行時，喂狗終止，硬件看門狗超時，監(jiān)控CPU強制SGW100重啟。保證線程或進程異常退出時系統(tǒng)能及時恢復。

5.5TT操作器功能

SGW100現(xiàn)場參數(shù)設置、狀態(tài)監(jiān)視、局域網測試等操作需要有方便的終端操作設備。SGW100提供TT接口，支持狀態(tài)監(jiān)視、參數(shù)設置、局域網調試功能。主界面顯示電梯運行狀態(tài)和總的文件下發(fā)狀態(tài)；狀態(tài)監(jiān)視能查看當前網絡狀態(tài)(與服務器連接狀態(tài)、PPP撥號狀態(tài)、撥號超時定時器)、廣告下發(fā)狀態(tài)(文件下載狀態(tài)、文件下發(fā)狀態(tài)、文件發(fā)布時間統(tǒng)計、文件下發(fā)異常碼監(jiān)視)；參數(shù)設置提供局域網頻道、通道、局域網ID、調試等級、心跳包設置；局域網調試菜單支持電梯狀態(tài)監(jiān)視、局域網結點狀態(tài)監(jiān)視、局域網故障測試、局域網困人測試局域網網絡測試。其中局域網網絡測試功能對于無線局域網安裝調試至關重要，需確保安裝人員離開現(xiàn)場網絡能長期穩(wěn)定工作，SGW100通過量化的指標判斷當前局域網網絡是否符合穩(wěn)定性要求，并提示測試結果，若測試失敗，則列出當前局域網網絡不穩(wěn)定的結點號，方便安裝人員排查。

6 結束語

電梯物聯(lián)網廣告下發(fā)功能已逐漸被加入到電梯物聯(lián)網系統(tǒng)中，作為電梯物聯(lián)網主要的商業(yè)模式之一，設計穩(wěn)定可靠、性價比較高的廣告下發(fā)系統(tǒng)已成為評判電梯物聯(lián)網系統(tǒng)優(yōu)劣重要指標。SGW100以成熟可靠的硬件結構、多通道數(shù)據傳輸方式、人性化的異常處理機制、性價比較高的下發(fā)框架，目前已在電梯星辰物聯(lián)網系統(tǒng)中成功運用，相比傳統(tǒng)的DTU+網關結構，在線率、廣告下發(fā)效率已有明顯提高，而廣告下發(fā)流量費用卻大大降低，有一定的推廣應用價值。