引言

傳統的電梯物聯網廣告系統主要采用本地廣告更新和遠程通過協議點對點更新。本地更新方案本質上并不是真正的電梯物聯網廣告系統，已不符合電梯物聯網發展網絡化智能化趨勢；遠程點對點下發方案應用較多，此方案具有結構簡單的特點，但缺點明顯，因主流的數據采集器只支持TCP傳輸，服務器與終端之間的數據流只能通過文本協議方式，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到終端LCD，如此能大大降低通訊流量費用，且邊下載邊下發能提高廣告下發的效率。

1 電梯物聯網廣告下發方案選擇

電梯物聯網廣告下發系統包括廣告發布服務器、數據傳輸單元、局域網網關、局域網結點、數據透傳裝置、終端顯示設備等。數據傳輸單元、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據包匯總。

1.1點對點方案

圖1點對點廣告下發結構圖

點對點方案中數據傳輸單元與網關一般分開設計，廣告下發服務器與數據傳輸單元之間采用TCP通訊，數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5個文件，局域網中10個在線終端，則廣告服務器與數據傳輸單元的單向數據流需執行5*10次，加上協議方式增加額外的數據包封裝，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，每次下發數據流都需要經過廣告服務器與數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，本方案將數據傳輸單元和局域網網關單元合并成SGW100，將廣告下發流程主要任務移到SGW100中處理，降低運營商網絡對數據傳輸的影響，如圖2所示。本次下發任務只需由廣告下發服務器告知SGW100下發任務配置文件的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，下載的同時執行下發任務，將廣告文件通過無線局域網傳輸到各個終端。

假設廣告服務器單次任務需要下發5個文件，局域網中10個在線終端，則廣告服務器與SGW100文件數據流執行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，廣告下發成本進一步降低。

2 系統硬件組成

雙通道電梯物聯網廣告下發系統由廣告服務器、SGW100網關、無線局域網、井道數據透傳設備、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。

多通道廣告下發系統核心組件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)電梯運行狀態數據采集：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數據，包括當前樓層、當前狀態、歷史故障等，通過井道WIFI透傳設備傳輸到轎廂顯示終端上，當轎廂顯示終端接收到電梯出現故障或困人信號時，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文件到本地；

(3)文件下發：支持將下載到的文件通過無線局域網逐一下發到終端顯示設備上；

(4)DTU功能：接收遠程服務器數據，將本地數據通過運營商網絡傳輸到遠端服務器；

(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視接口，需要將物理口模擬成多個虛擬串口，每個虛擬口執行獨立的功能。

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

(8)心跳包管理功能：服務器需要唯一的識別碼標示現場已經安裝的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，當網絡無數據收發持續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)電梯監視和測試：SGW100能監視局域網中所有在線結點所連接的電梯實時狀態，并提供故障測試、困人測試接口，方便現場調試。

(11)LED狀態指示：SGW100提供6個LED指示燈，電源指示燈、系統運行燈、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、網絡數據交互指示燈

3.2軟件架構

SGW100運行Linux操作系統，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、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、TT操作器處理、與WIFI透傳模塊通訊、看門狗處理、與服務器數據交互處理等。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。

廣告下發線程按照下發流程設計狀態機，分INIT（本次下發初始化，主要初始化下發的中間變量、提取當前可用的文件序號和終端序號并將文件數據加載進內存）、CR（廣告下發逐個下發）、AR（廣告數據按區域補包）、PR（廣告數據按位置補包）、EC（本次下發完成檢測）、UP（更新本次下發的狀態）、OT（本次廣告下發超時處理），每個文件每個終端都按照上述7個處理環節執行，直至本次任務下發完成。

廣告下發結果采用主動推送+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會將下發結果同步到服務器，包括總文件下發狀態和詳細文件下發狀態。

3.3文件存儲

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

實時下載狀態（DnStatu.ini，格式如下圖4）和實時下發狀態數據（UpStatu.ini，如圖5所示）存儲在.ini配置文件中，此數據不與服務器的直接交互。下載狀態文件中需記錄JSON文件的下載狀態、廣告文件的下載狀態/數量及配置文件的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。下發服務器中保存當前下發種類、當前文件序號、當前終端序號、下發是否完成、各個終端的下載詳細記錄。

圖4下載狀態存儲格式

圖5下發狀態存儲格式

3.4廣告下發狀態機

SGW100接收到服務器下發命令之后，進入下發狀態，首先執行ReLoad模塊，此模塊負責提取當前尚未下發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，發送握手協議到指定終端設備，握手成功之后，進入CR狀態，一直發送到文件結束，由SGW100發送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、是否需要按區域補包，若本次成功則執行下一次ReLoad，若需要補包則進入PR（按位置補包）或AR（按區域補包）模式，發送完成仍MJ9確認，若超時則跳過本次下發，重新執行ReLoad，若本次發送成功，則執行Update模塊，更新當前文件當前終端的下發狀態。

4 廣告發布平臺

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

多通道的廣告發布平臺管理較簡單，下發任務告知SGW100之后就進入等待狀態，若接收到SGW100返回的下發異常碼，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。在下發過程中，平臺可定時查詢廣告下發的進度(包括總進度和詳細進度)，文件下發結束之后，由SGW100將結果定時主動推送至廣告發布平臺，直至平臺回復接收確認數據。

圖6電梯物聯網廣告下發平臺入口

廣告服務器發布流程，如圖7：

圖7平臺廣告下發業務流程

5 系統關鍵點

5.1斷點續傳

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，導致文件下載下發終止，等恢復正常之后需要從當前位置開始繼續下載，若從頭開始下載則影響流量和效率。特別在文件較大、網絡環境較差的情況下，斷點續傳功能更加重要。利用Linux的wget功能，配置-c參數即可實現HTTP方式文件下載的斷點續傳功能，另外可設置嘗試次數、超時時間等參數，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協議，當PPP連接成功之后，應用程序的IP包會被網絡模塊傳輸到Internet。應用程序在執行PPP之前需要執行網絡環境檢測，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以及波特率等參數

(3)SIM卡檢測：通過AT+CPIN檢測SIM卡是否存在

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

(5)執行撥號：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，為實現同時首發多數據流功能，需要加入虛擬串口功能。經過此通道的數據流會被封裝成特定的協議格式，由應用發給網絡模塊的數據會被封裝，根據初始書時得到的通道進行封裝，網絡模塊接收到數據之后按相反的解碼算法對數據進行解包。協議格式如圖8：

圖8CMUX協議格式

5.3異常恢復機制

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

運行過程中若遇到網絡出現異常，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線程進程監視

SGW100主進程中包含23個線程，主進程需要監視各個線程的運行狀態，當出現線程異常退出時，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，監控CPU強制SGW100重啟。保證線程或進程異常退出時系統能及時恢復。

5.5TT操作器功能

SGW100現場參數設置、狀態監視、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，支持狀態監視、參數設置、局域網調試功能。主界面顯示電梯運行狀態和總的文件下發狀態；狀態監視能查看當前網絡狀態(與服務器連接狀態、PPP撥號狀態、撥號超時定時器)、廣告下發狀態(文件下載狀態、文件下發狀態、文件發布時間統計、文件下發異常碼監視)；參數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監視、局域網結點狀態監視、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場網絡能長期穩定工作，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定的結點號，方便安裝人員排查。

6 結束語

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