论文题目：面向NB-IoT燃气表的高并发数据处理平台的设计和实现
摘要：天燃气具有安全清洁、价格实惠等优点,现在更多的家庭开始使用天然气进行发电,通常使用燃气表对天燃气的数据进行采集。随着物联网科技的迅速发展,传统的人工抄表已经不满足社会的需求,NB-IoT作为一种新兴的物联网技术已经被广泛的应用到无线远程抄表方式中。随着我国燃气表行业的不断发展,燃气表的使用数量呈指数增加,数据通讯频繁,普通的服务器系统无法满足高并发燃气表数据的上下通信,服务器的性能就成为了抄表系统的瓶颈。针对于上述的现状,本文设计了一套NB-IoT燃气表的高并发数据处理平台,以降低燃气表的功耗和成本,提高后台服务器的数据处理能力。本系统通过NB-IoT通信模块将燃气表的数据上传给服务器,服务器对数据进行解析之后,在浏览器端进行展示。本文的主要研究内容如下:（1）本系统的硬件部分是在已有的燃气表的基础上增加一个NB-IoT通信模块。该模块采用STM32L071KBTx作为主控芯片,HT7333作为电源模块,WH-NB73作为NB模块。通过UART与燃气表通行,NB模块将燃气表的数据上传到服务器端。（2）在服务器I/O模型选型上,首先分析了Linux系统中传统I/O技术特点以及Java NIO的工作原理,通过对不同I/O技术和Netty网络框架进行效率仿真比较,选取了采用Reactor模型的Netty网络通信框架,作为服务端的通信模块,保证服务端的高并发性能。（3）使用Spting Boot+Mybatis Plus框架完成了抄表系统的开发,使用Mysql数据库用来存储燃气表的数据,抄表系统中服务端使用Java语言进行实现,前端页面使用Javs Script进行实现。整个系统功能包括用户登录注册、数据查询、抄表失败用户展示、用户管理等。服务端需要将NB-IoT模块上传的燃气表数据成功接收并且正确解析出来,保存在数据库中,在前端页面进行展示。（4）对整个系统进行测试,包括硬件部分NB-IoT通信模块测试、抄表系统中功能测试,最后使用Jmeter压测工具对服务器性能进行压测,从平均相应时间和TPS两个性能指标对系统性能进行分析,测试结果表明基于Netty设计的服务器在TPS最高可以达到2500,同时平均响应时间稳定在300 ms,异常率保持为0,符合预期目标。
关键词：NB-IoT;低功耗;高并发;远程抄表系统;Netty;
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 物联网技术国内外发展现状
1.2.2 燃气表国内外发展现状
1.2.3 国内外高并发的主流技术
1.3 本文研究内容
1.4 本论文的结构安排
第二章 NB-IoT高并发系统抄表理论分析及效率仿真
2.1 NB-IoT的通信技术
2.1.1 LPWAN技术
2.1.2 NB-IoT技术优势
2.1.3 NB-IoT网络构架
2.2 高并发数据处理技术
2.2.1 Linux的 I/O模型
2.2.2 Java NIO技术
2.2.3 Netty简介
2.3 仿真效率比较
2.4 本章小结
第三章 高并发抄表系统的需求分析和方案设计
3.1 问题现状
3.2 系统需求分析
3.2.1 硬件设计的需求目标
3.2.2 服务器系统设计的需求目标
3.3 远程抄表系统的功能设计
3.4 终端抄表和服务器数据采集方案分析
3.4.1 终端抄表方案
3.4.2 服务器处理平台高并发方案
3.5 基于NB-IoT远程抄表系统的总体架构设计
3.6 本章小结
第四章 燃气表端NB-IoT通信模块硬件设计
4.1 燃气表流量计的总体结构
4.2 NB-IoT通信硬件电路设计
4.2.1 STM32L071KBTx芯片及外围电路设计
4.2.2 电源模块
4.2.3 NB模块
4.3 NB-IoT通信模块软件设计
4.3.1 NB-IoT通信模块软件开发环境
4.3.2 NB常用AT指令
4.3.3 NB-IoT通信程序设计
4.4 本章小结
第五章 高并发数据处理平台的设计
5.1 云服务器环境的搭建
5.1.1 服务器软件的开发环境
5.1.2 服务器环境的搭建
5.2 基于Netty服务端通讯模块的设计和实现
5.2.1 Netty核心模块
5.2.2 服务端通讯模块实现
5.2.3 数据解析
5.3 数据库的设计与实现
5.4 服务器端功能设计与实现
5.4.1 项目初始化
5.4.2 登录注册功能
5.4.3 数据查询功能
5.4.4 燃气表数据分析功能
5.4.5 抄表失败展示功能
5.4.6 用户和角色管理功能
5.5 本章小结
第六章 系统总体测试与分析
6.1 NB-IoT模块硬件电路测试
6.2 服务器端功能测试
6.3 性能测试和分析
6.3.1 性能测试指标
6.3.2 性能测试和结果分析
6.4 本章小结
第七章 全文总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献