分布式存儲下的照明系統實時同步機制范文

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《杭州電子科技大學學報》2017年第1期

摘要：以服務器為中心的集中式信息同步機制已無法滿足現代智能照明系統多用戶、內外網同時操作的需求，提出了一種基于分布式存儲的照明系統實時信息同步機制，實現了多用戶之間信息的實時同步，同時也實現了多用戶局域網或互聯網的同時操控．實際應用測試表明，系統的同步良好．

關鍵詞：分布式；信息同步；智能照明系統

0引言

近年來，智能技術與LED照明技術的結合創造了嶄新的照明文化．智能照明系統向多平臺、多用戶、多網絡的方向發展．目前典型的室內智能照明系統中，照明燈具通過WiFi、ZigBee、私有協議等與網關互聯互通，網關統一接入互聯網，與服務器、手機等進行通信．基于此架構，系統滿足多終端（微信、蘋果、安卓）對照明燈具的操作，并實現了多用戶局域網或互聯網的同時操控．但是，系統的機制無法實現信息的實時同步．智能系統的實時信息同步機制已經有大量的研究成果，文獻結合云計算和消息隊列遙測傳輸（MessageQueuingTelemetryTransport，MQTT）技術，訂閱者通過訂閱特定話題，得到話題的所有消息，從而實現了信息的實時同步．文獻采用HTTP協議，客戶端通過對云端數據庫的查詢獲得系統的實時信息．以上機制都是將系統信息存儲于服務器，用戶所需信息必須通過互聯網從服務器獲取，不能在局域網內運行，無法滿足用戶內外網同時操作的需求．為此，本文提出了基于分布式存儲的照明系統，實現了多用戶之間的信息實時同步，在沒有互聯網的情況下，系統也能正常工作．

1基于分布式存儲的信息實時同步機制

目前，在家庭智能照明系統中，用戶主要通過手機APP來控制燈具的狀態．系統的信息同步主要指手機APP上的用戶信息和系統實際狀態的同步．在系統運行中，信息同步主要包括兩個方面：APP在開啟時，通過查詢方式獲得系統的實時狀態，實現信息同步；燈具狀態變化時，系統主動向多個用戶通知狀態的改變，從而實現信息同步．

1．1信息的分布式存儲方案

用戶通過互聯網從服務器獲得系統信息．在用戶家庭中，手機與網關處于同一個局域網內，不需要服務器和互聯網的參與就能直接進行信息的交互，交互速度更快，運行成本更低．本文將用戶控制所需的系統信息分成3部分：服務器存儲燈具與房間的邏輯關系；網關保存無線網絡的狀態信息；智能燈具保留燈具的狀態．燈具與房間的邏輯關系可由用戶設置，用戶APP通過互聯網與服務器進行同步．當用戶無法連接互聯網時，用戶先在本地保存相關信息，等待下次互聯網網絡質量良好時再進行信息的同步．無線網絡的狀態信息包括集中器地址、節點地址等，可直接通過局域網獲得．由于受到多個用戶的操控，用戶通過局域網訪問網關得到燈具狀態的實時信息，燈具的狀態包括開關、亮度、顏色等．

1．2信息同步的實現

用戶信息的同步實現主要包括兩個方面．一方面，在APP開啟時，進行網絡檢測，同步燈具與房間的邏輯關系，向網關查詢無線網絡的狀態信息后，向智能燈具讀取燈具的最新狀態，實現用戶開啟APP時的系統信息的實時同步；另一方面，當APP對智能燈具進行操作時，發送命令幀到燈具，燈具進行反饋，網關主動廣播給同一網關的其他用戶，從而實現多用戶的信息實時同步．

1．2．1APP開啟時信息的同步

當APP被用戶打開后，整個系統信息同步的流程．1）通過與服務器的信息交互，完成燈具與房間的邏輯關系更新．用戶完成登錄后，軟件后臺判斷是否能夠連入互聯網，若不能，使用本地數據庫的信息，直接跳到步驟2．若可以連接，發送當前網關的版本號請求，請求成功后，與本地數據庫版本號進行比較，若版本號一致，則本地數據庫的邏輯關系為最新信息，直接跳到步驟2．否則將發送網關信息請求，將云端返回的JSON數據進行解析，覆蓋本地數據庫信息．2）與網關進行通信，完成無線網絡的狀態信息更新．APP后臺發送查詢命令到網關，網關返回無線網絡信息．返回的信息包括入網燈具的IP和MAC地址，是否在線等信息．3）與燈具進行信息交互，完成燈具的狀態查詢更新．依次將步驟2讀取到地址的全部燈具按照查詢幀的格式發送給網關，網關得到數據后，輪詢發送給該網關的燈具，燈具將數據打包返回給網關，網關將數據返回到客戶端．APP進行數據處理后，將用戶界面進行更新．此時完成APP開啟時的系統信息同步．

1．2．2APP對智能燈具操作時的信息同步

當客戶端處于內（外）網模式時，客戶端通過局域網（互聯網）發送燈具的命令幀到網關，網關解析命令幀中的目標地址，通過射頻信號發送到特定的智能燈具．智能燈具執行命令后，回復狀態幀到網關，網關將此狀態幀主動廣播給其余客戶端，客戶端接收到狀態幀后，解析處理，完成多用戶數據信息的同步．因此，單用戶使用APP對燈具進行操作時，該網關的所有在線用戶均可得到該智能燈具狀態的實時信息．

2分布式存儲機制的測試及其應用

本文提出的機制已成功應用于某科技有限公司的智能照明系統，系統實現了多用戶、多終端同時操控，支持內網（局域網）模式和外網（互聯網）模式．搭建小型測試系統，系統包括6盞智能燈具、3只手機客戶端、1個智能網關，分別進行服務器集中式存儲和分布式存儲的信息同步時間的測試．

2．1APP開啟時的信息同步時間

3結束語

在照明系統應用中，本文采用基于分布式存儲的實時信息同步機制，實現了系統信息的實時同步，滿足了內外網、多用戶、多平臺同時操作的需求，符合現在智能家居的發展方向，具有較高的市場應用價值．

參考文獻

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作者：孟欣，游彬，陳科明 單位：杭州電子科技大學電子信息學院