摘 要

近些年来，伴随着物联网的不断发展以及生活中的普及应用，现实对物联网提出了越来越高的要求，而双机（M2M）、人机（P2M）通信技术是现下也是将来物联网应用的关键技术。如今物联网通信主要还是基于TCP/IP协议的，但在大数据时代不断的前进中，TCP协议的弊端愈发显露，一种能满足无处不在的大量数据访问的协议或API库被急需，而ZeroMQ就是符合需要的一种极具潜力的高性能异步消息库。

本文旨在研究基于ZeroMQ的物联网极速消息通信系统，以Eclipse为开发平台，以Java为开发语言，熟悉基于ZeroMQ极速消息通信的原理并实现基于ZeroMQ的LoT消息通信系统，最后结合自己的研究测试及已知数据结论，相对于传统的基于TCP/IP的消息通信进行性能对比，验证ZeroMQ的可行性及其优势所在。

关键词：M2M，物联网，ZeroMQ，TCP/IP，通信系统

Abstract

In recent years, with the continuous development of the Internet of Things and the popularization and application in life, the reality has brought higher and higher requirements to the Internet of Things. The machine-to-machine (M2M) and human-to-machine (P2M) communication technologies are the key technology for now and future Internet of Things applications. Today, IoT communication is mainly based on the TCP/IP protocol. However, with the continuous advancement of the big data era, the drawbacks of the TCP protocol are increasingly exposed. A protocol or API library that can meet the ubiquitous massive data access is urgently needed. ZeroMQ is a very promising high-performance asynchronous message library that meets the needs.

This article aims to study the ZeroMQ -based Internet of things extreme speed messaging system, using Eclipse as a development platform and Java as a development language, familiar with the principle of ZeroMQ based on fast message communication and implementing a ZeroMQ-based LoT message communication system. And finally, this thesis verifies the feasibility and advantages of ZeroMQ by combining its own research and testing with the known data conclusions, compared with the traditional data communication based on TCP/IP.

Keywords: M2M, Internet of Things, ZeroMQ , TCP/IP, Communication System

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 物联网简介 1

1.2 未来的发展 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 论文结构 4

第二章 物联网通信技术 5

2.1 嵌入式电子设备 6

2.2 软件平台 6

2.3 网络基础设施 6

2.4 消息机制 7

2.5 本章小结 8

第三章 ZeroMQ概述 9

3.1 定义 9

3.2 特性 9

3.3 模式 11

3.3.1 问过就有收获（请求-应答模式） 11

3.3.2 获得消息（订阅-发布模式） 11

3.3.3 分而治之（管道模式） 13

3.4 通信协议 13

3.5 本章小结 14

第四章 基于ZeroMQ的物联网通信系统的设计与实现 15

4.1 开发环境的配置 15

4.1.1 PC机配置 15

4.1.2 软件平台 15

4.1.3 JZMQ库的编译配置 15

4.2 通信系统的设计 16

4.2.1 通信框架的构建 19

4.2.2 连接检测 21

4.3 本章小结 22

第五章 系统性能（QoS）测试 23

5.1 传输时延 23

5.1.1 本地通信 23

5.1.2 局域网通信 24

5.2 吞吐量 26

5.2.1 本地通信 26

5.2.2 局域网通信 27

5.3 误码率与丢包率 28

5.4 自动测试功能的实现 29

5.5 本章小结 31

第六章 总结与展望 34

参考文献 36

附录A（CRC校验码）： 38

致谢 40

第一章 绪论

1.1 物联网简介

1990年，施乐公司推出了网络可乐贩售机，这是有记载的最早的物联网应用实践；1995年，大家熟知的前世界首富比尔•盖茨先生在《未来之路》一书中提到了物联网理念，虽然在当时限于传感器、无线网络等硬件设备条件不足，未能得到足够的重视，但这一理念已渐渐开始得到人们的认同和研究；1999年，“物联网”这一名词由美国麻省理工学院的Kevin Ashton教授在研究RFID（射频识别技术）时提出。自此，物联网时代渐渐到来。

什么是物联网？由于物联网应用领域极为广泛，不同领域的研究者们对其理解也不尽相同，业界还未有一个标准的物联网定义。根据工业和信息化部电信研究院于2011年发布的《物联网白皮书》中的定义“物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物之间的信息交互和无缝连接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的”以及国际电信联盟远程通信标准化组织第13研究组所作出的定义“物联网是信息社会的一个全球基础设施，它基于现有和未来可互操作的信息和通信技术，通过物理的和虚拟的物物相连，来提供更好的服务”，我们可以大致将物联网定义为“物物相连的网络”^[1]。其核心与基础仍旧基于现有的互联网，但其用户末端延伸到了物品与物品之间，人与物品之间，对互联网做了极大的扩展。

1.2 未来的发展