CN102045896A - 实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统 - Google Patents
实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统，为通过虚拟物联网网关实现感知网络与传统通信网络连接，实现不同类型感知网络之间的协议转换、设备局域互联和远程控制的网关系统，其特征在于：所述虚拟物联网网关包括位于感知接入层的感知接入模块、位于协议适配层的协议适配模块和网元服务模块、位于控制层的物联业务控制模块、位于广域接入层的异构网络接入模块，系统整体采用虚拟网关的方法，部署有该虚拟物联网网关系统的网关设备，只需要增加若干物理接口，而不需要对内部电路结构做很大改变即可以满足未来多变网络需求，满足未来物联网发展需要；有效解决已有普通网关对未来物联网兼容问题，使安装有该虚拟网关系统的网关具有广泛的网络适用性。
Description
技术领域
本发明属于网络技术领域，特别涉及一种采用虚拟机原理实现物联网感知网与现有基础网络之间互联通的虚拟物联网网关及技术。
背景技术
随着信息通信技术的不断进步，通信网络作为信息通信技术的重要基础，已经从人到人的通信发展到人与物以及物与物，并逐渐趋向于从纵向的局部物物相连过渡到横向的跨应用、跨地域的物联网。物联网的概念是在1999年提出的.它的定义很简单，即把所有物品通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通信，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
要实现物联网，离不开网关；目前随着各种网络的增多出现了各种各样的网关；为了满足不同功能需求，网关的内部电路结构经常需要重新设计。应用于物联网的网关因其需要适应的网络具有多样性，所以其如果仅通过电路结构或增加各式各样的芯片来满足不同功能需求和网络交互需求，那将需要付出巨大的成本。目前，感知类网络技术一般都应用在局部区域内，网与网之间无法通信.这样就构成了一个个信息的孤岛，离真正实现全面互联互通、协同感知还有一定距离。比如现有的传感器网络技术.由于节点一般采用电池供电，导致功耗必须非常低.计算及存储资源必须受限，通信带宽、传输距离、覆盖范围都必须减小等一系列特性。此外，各类感知技术种类繁多，且采用不同的通信协议.根本无法实现互联互通。
参考图1，为目前JAVA编程技术里面常见的JAVA虚拟机体系结构。虚拟机作为一个虚构出来的计算机，它有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能模拟来实现的跨平台应用。
发明内容
本发明的目的是公开一种虚拟物联网网关系统，通过虚拟机原理在网关系统系统的应用，实现在不改变已有普通网关电路结构的基础上实现物联网网关功能，解决已有普通网关对未来物联网兼容问题，使安装有该虚拟网关系统的网关具有广泛的网络适用性。
本发明采用如下方案实现：
一种实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统，为通过虚拟物联网网关实现感知网络与传统通信网络连接，实现不同类型感知网络之间的协议转换、设备局域互联和远程控制的网关系统，其特征在于：所述虚拟物联网网关包括位于感知接入层的感知接入模块、位于协议适配层的协议适配模块和网元服务模块、位于控制层的物联业务控制模块、位于广域接入层的异构网络接入模块；
感知接入模块：用于不同应用场景的感知网络的一种或一种以上协议接入和解析，为协议适配层提供互动业务数据输入；
协议适配模块：用于定义标准的感知层接入标准接口，保证不同的感知层协议能够通过适配层变成格式统一的数据和信令，同时实现感知网络到核心网络的协议转换，将协议适配层上传的标准格式的数据统一封装；
网元服务模块：实现对是感知网络中不同的物理域的管理者，完成系统内资源分布、资源配置和资源状态信息的收集、转发和事件报告，并接收控制层发布的策略信息和控制信息；
物联业务控制模块：内建管理协议，实现与远程核心网络管理平台的协议对接，实现管理协议的解析并转换为感知层协议可以识别的信号和控制指令并经由协议适配层传输至感知接入层；管理和控制下层的网元服务模块；提供API和资源服务，为远方应用系统提供支持；通过API与应用程序进行交互，完成资源状态更新和信息查询；
异构网络接入模块：提供一种或一种以上基础网络的通道接口，实现广域接入层与控制层之间数据交互。
进一步，上所述的虚拟物联网网关系统物联业务控制模块与网元服务模块建立有一种服务代理关系；物联业务控制模块内设资源数据库和应用服务组件库，应用服务组件库内每个组件管理一个服务。
更进一步，所述的异构网络接入模块：提供包括电信网通道接口、广电网通道接口、互联网通道接口；所述感知接入模块接入和解析协议包括ZigBee、Z-Wave、RFID、WirelessHART、Bluetooth。
综上所述的实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统具有如下特点和显著效果：
(1)采用虚拟网关的方法，部署有该虚拟物联网网关系统的网关设备，只需要增加若干物理接口，而不需要对内部电路结构做很大改变即可以满足未来多变网络需求，满足未来物联网发展需要；有效解决已有普通网关对未来物联网兼容问题，使安装有该虚拟网关系统的网关具有广泛的网络适用性
(2)将网络管理平台的功能或策略(如网元服务、服务代理关系、资源数据库和应用服务组件库等)压缩并集成在虚拟物联网网关系统，将有利于网关与远方网络管理平台的数据交互，为各种业务、远程控制的实现提供良好支持；
(3)采用四层结构(感知接入层、协议适配层、控制层、广域接入层)，感知接入层的感知接入模块有利于实现包括ZigBee、Z-Wave、RFID、WirelessHART、Bluetooth协议的接入和解析；广域接入层的异构网络接入模块也将能实现对电信网、广电网、互联网的兼容和实现业务的三网融合。
附图说明
图1是JAVA虚拟机体系结构；
图2是本发明的虚拟物联网网关系统结构示意图；
图3是部署有虚拟物联网网关系统的网关的应用示意图。
具体实施方式
参考图2，为一种实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统的内部电路结构示意图。虚拟物联网网关系统采用四层结构，即包括感知接入层、协议适配层、控制层、广域接入层。
其中感知接入层设有感知接入模块，协议适配层设有协议适配模块和网元服务模块、控制层设有物联业务控制模块、广域接入层设有异构网络接入模块；各模块之间的关系和实现功能分别是：
感知接入模块：用于不同应用场景的感知网络的一种或一种以上协议接入和解析，为协议适配层提供互动业务数据输入；目前用于近程通信的技术标准很多.仅常见的传感网技术就包括ZigBee、Z-Wave、RUBEE、WirelessHART、IETF6LowPAN、ANT/ANT+、Wibree、Insteon等。各类技术主要针对某一类应用展开，之间缺乏兼容性和体系规划。感知接入模块采用通过内置的引擎自动识别感知接入的协议，为互动业务数据提供必备的前提条件。
协议适配模块：用于定义标准的感知层接入标准接口，保证不同的感知层协议能够通过适配层变成格式统一的数据和信令，同时实现感知网络到核心网络的协议转换，将协议适配层上传的标准格式的数据统一封装；协议适配模块一方面为感知层接入提供自定义的接口；另一方面为控制层输统一封装出，格式统一的数据和信令。
网元服务模块：实现对是感知网络中不同的物理域的管理者，完成系统内资源分布、资源配置和资源状态信息的收集、转发和事件报告，并接收控制层发布的策略信息和控制信息；同时网元服务模块也实现对虚拟管理域资源分布、资源配置等管理，实现物理域与虚拟管理域之间的影射。
物联业务控制模块：内建管理协议，实现与远程核心网络管理平台的协议对接，实现管理协议的解析并转换为感知层协议可以识别的信号和控制指令并经由协议适配层传输至感知接入层；管理和控制下层的网元服务模块；提供API和资源服务，为远方应用系统提供支持；通过API与应用程序进行交互，完成资源状态更新和信息查询；
物联业务控制模块与网元服务模块建立有一种服务代理关系；物联业务控制模块内设资源数据库和应用服务组件库，应用服务组件库内每个组件管理一个服务，它一方面完成对网关本身的远程管理，另一方面通过协议适配层提供的标准信令接口与近程通信网络节点进行控制信息交互。从而实现对各节点的状态、属性等信息的获取和对节点的远程唤醒、控制、诊断、升级维护等.对于复杂程度各异的近程通信协议.其管理能力可以根据硬件处理能力的不同、应用特点和管理要求选择适合的管理策略。
异构网络接入模块：提供一种或一种以上基础网络的通道接口，实现广域接入层与控制层之间数据交互；该模块应该提供包括电信网通道接口、广电网通道接口、互联网通道接口。
参考图3，是部署有虚拟物联网网关系统的网关在构造物联网并实现各种业务需求中的应用结构示意图。如图所示物联网网关.在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色.它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备，物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联和局域互联。运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制。对运营商而言，该网关设备意味着运营商网络向网络末梢的延伸，从而构建起从电信骨干网、接入网、移动通信网到近程通信的感知网络的整体性网络，不同地域、不同应用的感知网络通过电信网络连接在一起.实现不同子网的信息交换和通信，从而实现了以运营商网络为核心的物联网。
下面，对虚拟物联网网关系统部分模块设计作进一步的描述：
网元服务模块对物理域与虚拟管理域资源管理实现：
首先物理管理域定义为任一网元服务模块管理区域内的所有资源，对于任意的服务单元NESi。，它对应的管理域表示为
定义虚拟管理域对于任意应用服务Aj，Aj与Ai相关的所有资源所在的区域构成了服务Aj的虚拟管理域，表示为从而得到物理管理域和虚拟管理域之间有以下的映射关系。
2)对任意两个应用服务Ai和Aj，。应用服务是与之相荚的所有资源构成的。
定义应用服务4的资源集合RSi＝{Ri1，...，Ril}，表示为与应用服务Ai，相关的所有资源的集合。对任意RSij，有
表示为服务单元NESi管理的应用服务Ai的资源子集。对任意两个RSij和RSik，有
物联业务控制模块实现应用管理需要策略服务的支持：
策略服务完成策略的产生、修改、删除、管理和策略的分发。根据物联业务控制需求，策略服务包括：
1)、具有策略控制入口，为远程网络管理平台提供了对策略以及相关信息的输入、修改、存贮、查找、浏览和删除的工具：它从服务列表中读取策略和策略信息供管理员浏览和修改，当一条策略制定、修改或删除之后，策略控制入口通知CPC，CPC将对策略的有效性进行判定，PEC负责将判定的结果显示给管理员，若策略有效，则由管理员下指令给CPC完成策略的存贮并显示策略库更掰后的信息，若策略无效，则显示错误信息。
2)具有策略应用程序接口(PAPI)，使得用户自己编写的程序能直接制定编辑、存贮、删除和管理策略，PAPI向用户提供的接口功能包括：用户身份的验证和授权、策略系统配置、消息传送接口的管理和构造对策略进行编辑、修改等操作的各种消息，PAPI使得对网络的自动管理成为可能。
3)具有中心控制单元CPC处理策略的变化。当策略发生变化时，CPC对策略进行全局冲突检测，即检测是否有多条策略当其激发条件满足时，采取的相应操作是否有冲突；当某条策略发生变化时，CPC将通知有关PDP(Policy Decision Point)进行可行性检测；在一个分布式环境中，CPC在物理上可能是分散的，但在逻辑功能上则是一个整体。
4)具有策略决策点PDP(Policy Decision Point)，是策略服务中直接管理支持策略管理的网络资源对象的部分。PDP主要具有以下功能：PDP了解现有网络资源对象中所设置的策略，能判定网络资源对象所使用的策略，并能配置和修改资源对象中的策略；与网络资源对象协商，接收来自PEP(Policy En.foreement Point)策略服务请求，查询相关策略，经过推理和一致性的检测后最终决定对不同策略服务请求的处理；检测修改或添加的策略是否与现有的网络资源对象中的策略冲突，并将结果通知PEP检测策略的实施情况以及策略实施的可行性。
综上所述的实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统具有如下特点显著效果：采用虚拟网关的方法，部署有该虚拟物联网网关系统的网关设备，只需要增加若干物理接口，而不需要对内部电路结构做很大改变即可以满足未来多变网络需求，满足未来物联网发展需要；有效解决已有普通网关对未来物联网兼容问题，使安装有该虚拟网关系统的网关具有广泛的网络适用性；将网络管理平台的功能或策略(如网元服务、服务代理关系、资源数据库和应用服务组件库等)压缩并集成在虚拟物联网网关系统，将有利于网关与远方网络管理平台的数据交互，为各种业务、远程控制的实现提供良好支持；采用四层结构(感知接入层、协议适配层、控制层、广域接入层)，感知接入层的感知接入模块有利于实现包括ZigBee、Z-Wave、RFID、WirelessHART、Bluetooth协议的接入和解析；广域接入层的异构网络接入模块也将能实现对电信网、广电网、互联网的兼容和实现业务的三网融合。
Claims (4)
1.实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统，为通过虚拟物联网网关实现感知网络与传统通信网络连接，实现不同类型感知网络之间的协议转换、设备局域互联和远程控制的网关系统，其特征在于：所述虚拟物联网网关包括位于感知接入层的感知接入模块、位于协议适配层的协议适配模块和网元服务模块、位于控制层的物联业务控制模块、位于广域接入层的异构网络接入模块；
感知接入模块：用于不同应用场景的感知网络的一种或一种以上协议接入和解析，为协议适配层提供互动业务数据输入；
协议适配模块：用于定义标准的感知层接入标准接口，保证不同的感知层协议能够通过适配层变成格式统一的数据和信令，同时实现感知网络到核心网络的协议转换，将协议适配层上传的标准格式的数据统一封装；
网元服务模块：实现对是感知网络中不同的物理域的管理者，完成系统内资源分布、资源配置和资源状态信息的收集、转发和事件报告，并接收控制层发布的策略信息和控制信息；
物联业务控制模块：内建管理协议，实现与远程核心网络管理平台的协议对接，实现管理协议的解析并转换为感知层协议可以识别的信号和控制指令并经由协议适配层传输至感知接入层；管理和控制下层的网元服务模块；提供API和资源服务，为远方应用系统提供支持；通过API与应用程序进行交互，完成资源状态更新和信息查询；
异构网络接入模块：提供一种或一种以上基础网络的通道接口，实现广域接入层与控制层之间数据交互。
2.根据权利要求1所述的实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统，其特征在于：所述的物联业务控制模块与网元服务模块建立有一种服务代理关系；物联业务控制模块内设资源数据库和应用服务组件库，应用服务组件库内每个组件管理一个服务。
3.根据权利要求1所述的实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统，其特征在于：所述的异构网络接入模块：提供包括电信网通道接口、广电网通道接口、互联网通道接口。
4.根据权利要求1所述的实现多协议及网络自适应的虚拟物联网网关系统，其特征在于：所述感知接入模块接入和解析协议包括ZigBee、Z-Wave、RFID、WirelessHART、Bluetooth。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 605 room 6, 528400 Xinhua Road, Zhongshan Town, Guangdong, China Applicant after: Zhongshan Iker Digital Technology Co., Ltd. Address before: 605 room 6, 528400 Xinhua Road, Zhongshan Town, Guangdong, China Applicant before: Zhongshan Aike Digital Technology Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: ZHONGSHAN AIKE DIGITAL TECHNOLOGY CO., LTD. TO: ZHONGSHAN IKER DIGITAL TECHNOLOGY CO., LTD. |
|
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110504 |