CN101557658B - ZigBee/TD-SCDMA网关 - Google Patents

ZigBee/TD-SCDMA网关 Download PDF

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Abstract

一种ZigBee/TD-SCDMA网关，为在ZigBee和TD-SCDMA两种设备之间实现顺利流畅通信提供网络转换。其处理器与ZigBee模块和TD-SCDMA模块之间通过串口相连，用于将ZigBee模块的数据处理后传给TD-SCDMA模块或把TD-SCDMA模块的数据处理后传给ZigBee模块；ZigBee模块与ZigBee节点通过无线方式进行通信；TD-SCDMA模块与TD-SCDMA网络通过无线方式通信。ZigBee/TD-SCDMA网关协议模型分为以下几层：最上层是网关的管理层，下层分别是ZigBee模块对应的ZigBee PHY、ZigBee MAC、ZigBee NWK、ZigBee APS、ZigBee ZAO和ZigBee ZDO；TD-SCDMA模块对应的TD-SCDMA PHY层、TD-SCDMAMAC层、TD-SCDMA RLC层、TD-SCDMA PDCP层；TD-SCDMA模块之上是PPP协议层；以及PPP协议之上的TCP/IP层。

Description

ZigBee/TD-SCDMA网关
技术领域
本发明涉及嵌入式软件、短距离无线通信技术ZigBee和第三代移动通信标准TD-SCDMA领域。
背景技术
ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、传感、监控和远程控制等领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。ZigBee联盟在制定ZigBee标准时，采用了IEEE802.15.4作为其物理层(PHY)和媒体接入层(MAC)规范。在其基础之上，ZigBee联盟制定了数据链路层(DLL)、网络层(NWK)和应用编程接口(API)规范。
TD-SCDMA作为第三代移动通信标准(简称3G)之一，是第一个由中国提出的、具有自主知识产权的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。TD-SCDMA标准规范的实质性工作主要在3GPP体系下完成，所有技术特点和优势得以在空中接口的物理层体现。目前，TD-SCDMA产业联盟和产业链已基本建立起来，产品的开发也得到进一步的推动；随着设备开发、现场试验的大规模开展，TD-SCDMA标准必将得到进一步的验证和加强。
ZigBee是一个标准化无线网络平台，设计出简单、可靠、便宜又节省电力的各种产品来。作为近几年来的新型短距离无线通信技术，已在各个领域得到了广泛应用。TD-SCDMA作为我国自主知识产权的第三代移动通信标准，工信部已经发放3G牌照给中国移动，其将引领未来我国通信领域的发展。ZigBee设备广泛应用于传感器网络等网络中，如何将ZigBee网络中的数据接入到TD-SCDMA网络中，并实现ZigBee与TD-SCDMA之间的数据交互，目前还没有相关的设备能够承载。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出了一种集成ZigBee和TD-SCDMA协议转换的网关系统，使ZigBee和TD-SCDMA网络之间能顺利流畅的进行通信。
本发明的目的是这样实现的：ZigBee/TD-SCDMA网关，其特征在于硬件包括处理器(3)。处理器(3)是ZigBee/TD-SCDMA网关的控制核心，处理器(3)通过串口与ZigBee模块(1)相连，ZigBee模块(1)通过射频接口与天线(7)相连，天线(7)用于收发无线信号。RAM(9)通过地址数据总线与处理器(3)相连，Flash(4)通过地址数据总线与处理器(3)相连，用于存储数据信息。处理器(3)的另一端通过串口与TD-SCDMA模块(2)相连，同时，TD-SCDMA模块(2)接TD-SCDMA天线(8)，用于收发无线信号。ZigBee模块(1)与ZigBee节点(5)通过无线方式通信；TD-SCDMA模块(2)与TD-SCDMA网络(6)通过无线方式通信。
ZigBee/TD-SCDMA网关(12)协议模型分为以下几层：最上层是网关的管理层，下层分别是ZigBee模块(14)对应的ZigBee PHY、ZigBeeMAC、ZigBee NWK、ZigBee APS、ZigBee ZAO、ZigBee ZDO；TD-SCDMA模块(15)对应的TD-SCDMA PHY层、TD-SCDMA MAC层、TD-SCDMARLC层、TD-SCDMA PDCP层；TD-SCDMA模块之上是PPP协议层；以及PPP协议之上的TCP/IP层。
附图说明
图1是ZigBee/TD-SCDMA网关的硬件框图；
图2是ZigBee/TD-SCDMA协议模型图示。
具体实施方式
1、ZigBee/TD-SCDMA网关的硬件设计：
图1是ZigBee/TD-SCDMA网关的一个实施例的硬件结构示意图。如图1所示，ZigBee/TD-SCDMA网关由若干硬件单元构成。处理器(3)是ZigBee/TD-SCDMA网关的控制核心，处理器(3)通过串口与ZigBee模块(1)相连，ZigBee模块(1)通过射频接口与天线(7)相连，天线(7)用于收发无线信号。RAM(9)通过地址数据总线与处理器(3)相连，Flash(4)通过地址数据总线与处理器(3)相连，用于存储数据信息。处理器(3)的另一端通过串口与TD-SCDMA模块(2)相连，同时，TD-SCDMA模块(2)接TD-SCDMA天线(8)，用于收发无线信号。ZigBee模块(1)与ZigBee节点(5)通过无线方式通信；TD-SCDMA模块(2)与TD-SCDMA网络(6)通过无线方式通信。
2、ZigBee/TD-SCDMA(12)的连接过程：
如图2，在网关(12)内部，当没有ZigBee节点(11)接入时，TD-SCDMA模块(15)与服务器(10)断开连接；当有ZigBee节点(11)需要接入时，网关(12)先建立ZigBee节点(11)与ZigBee模块(14)之间的连接，再建立TD-SCDMA模块(15)与TD-SCDMA服务器(10)之间的连接。
ZigBee模块(14)建立连接时，ZigBee节点(11)先通过ZAO查询网关(12)的服务信息，再通过ZDO发出连接要求，APS负责上层应用程式物件与下层网络层的协调，NWK负责找寻并维护节点间的绕径路线并传送封装包到目标节点；TD-SCDMA模块(15)建立连接时，通过AT指令控制连接TD-SCDMA网络(包括PHY层、MAC层、RLC层、PDCP层等)，之后通过PPP协议与服务器(10)进行连接，获取IP地址等参数。
3、ZigBee/TD-SCDMA(12)的处理过程：
如图2，网关(12)可以是三种设备类型：协调器、路由器和节点。网关(12)将提取ZigBee节点(11)发送过来的有效数据，并将其使用TCP/IP封装后再通过TD-SCDMA模块(15)发送到终端客户(13)；同时，网关(12)也将提取终端客户(13)发送过来的通过TCP/IP协议封装的有效数据，并将这些有效数据封装到ZigBee协议中，然后通过ZigBee模块(14)发送给ZigBee节点(11)。
网关(12)实现TCP/IP协议客户端及服务端两种角色。做客户端使用时，网关(12)会利用TCP/IP协议主动连接预先定义的终端客户(13)的IP地址及端口号，完成Socket连接；作为服务端使用时，网关(12)将通过TD-SCDMA模块(15)申请到的IP地址注册到动态域名中，并且会在某个预定义的端口上进行Socket监听，这样，终端客户(13)就可以通过动态域名知道网关(12)的IP地址，并且连接到网关预定义的端口上，完成Socket连接。在客户端或服务端的Socket连接完成之后，就可以在这个Socket与ZigBee协议之间转发数据了。

Claims (6)

1.ZigBee/TD-SCDMA网关，其特征在于硬件包括处理器(3)、ZigBee模块(1)、TD-SCDMA模块(2)、Flash(4)、天线(7)、TD-SCDMA天线(8)及RAM(9)；处理器(3)是ZigBee/TD-SCDMA网关的控制核心，处理器(3)通过串口与ZigBee模块(1)相连，ZigBee模块(1)通过射频接口与天线(7)相连，天线(7)用于收发无线信号；RAM(9)通过地址数据总线与处理器(3)相连，Flash(4)通过地址数据总线与处理器(3)相连，用于存储数据信息；处理器(3)的另一端通过串口与TD-SCDMA模块(2)相连，同时TD-SCDMA模块(2)接TD-SCDMA天线(8)，用于收发无线信号；ZigBee模块(1)与ZigBee节点(5)通过无线方式通信，TD-SCDMA模块(2)与TD-SCDMA网络(6)通过无线方式通信。
2.根据权利要求1所述的ZigBee/TD-SCDMA网关，其特征在于ZigBee/TD-SCDMA网关(12)协议模型分为以下几层：最上层是网关的管理层，下层分别是ZigBee模块(14)对应的ZigBee PHY、ZigBee MAC、ZigBee NWK、ZigBee APS、ZigBee ZAO、ZigBee ZDO；TD-SCDMA模块(15)对应的TD-SCDMA PHY层、TD-SCDMA MAC层、TD-SCDMA RLC层、TD-SCDMA PDCP层；TD-SCDMA模块之上是PPP协议层；以及PPP协议之上的TCP/IP层。
3.根据权利要求2所述的ZigBee/TD-SCDMA网关，其特征在于在网关(12)内部，当没有ZigBee节点(11)接入时，TD-SCDMA模块(15)与服务器(10)是断开连接的；当有ZigBee节点(11)需要接入时，网关(12)先建立ZigBee节点(11)与ZigBee模块(14)之间的连接，再建立TD-SCDMA模块(15)与TD-SCDMA服务器(10)之间的连接。
4.根据权利要求3所述的ZigBee/TD-SCDMA网关，其特征在于ZigBee模块(14)建立连接时，ZigBee节点(11)通过ZAO查询网关(12)的服务信息，然后通过ZDO发出连接要求，APS负责上层应用程式物件与下层网络层的协调，NWK负责找寻并维护节点间的绕径路线并传送封装包到目标节点； TD-SCDMA模块(15)建立连接时，通过AT指令控制连接TD-SCDMA网络，包括PHY层、MAC层、RLC层、PDCP层；之后通过PPP协议与服务器(10)进行连接，获取IP地址参数。
5.根据权利要求3或4所述的ZigBee/TD-SCDMA网关，其特征在于网关(12)可以是三种设备类型：协调器、路由器和节点；网关(12)将提取ZigBee节点(11)发送过来的有效数据，并将其使用TCP/IP封装后再通过TD-SCDMA模块(15)发送到终端客户(13)；同时，网关(12)也将提取终端客户(13)发送过来的通过TCP/IP协议封装的有效数据，并将这些有效数据封装到ZigBee协议中，然后通过ZigBee模块(14)发送给ZigBee节点(11)。
6.根据权利要求5所述的ZigBee/TD-SCDMA网关，其特征在于网关(12)实现TCP/IP协议客户端及服务端两种角色；作客户端使用时，网关(12)会利用TCP/IP协议主动连接预先定义的终端客户(13)的IP地址及端口号，完成Socket连接；作为服务端使用时，网关(12)将通过TD-SCDMA模块(15)申请到的IP地址注册到动态域名中，并且会在某个预定义的端口上进行Socket监听，这样，终端客户(13)就可以通过动态域名知道网关(12)的IP地址，并且连接到网关预定义的端口上，完成Socket连接；在客户端或服务端的Socket连接完成之后，就可以在这个Socket与ZigBee协议之间转发数据了。 
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