CN102164427A

CN102164427A - 一种基于无线方式的物联网网关系统

Info

Publication number: CN102164427A
Application number: CN2011101039397A
Authority: CN
Inventors: 袁家斌; 吴枫; 金建龙
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明提供一种基于无线方式的物联网网关系统，属于电信技术领域。本发明包括传感器接入模块、短距离无线通信模块、核心处理器模块、3G模块、网卡模块；其中，传感器接入模块用于将感知层各传感器节点的数据发送至核心处理器模块；短距离无线通信模块用于实现传感器接入模块与各传感器节点的通信；核心处理器模块用于对物联网系统中的感知层和网络层的数据进行处理与传输，以及感知层和网络层之间协议的转换；3G模块和网卡模块分别用于实现网关与互联网的通信。本发明为感知层和网络层之间进行数据传输、协议转换，网关节点和互联网之间采用双链路的通信方式，保证了数据传输的可靠性。

Description

一种基于无线方式的物联网网关系统

技术领域

本发明涉及一种为物联网中感知层与网络层之间提供协议转换、路由选择、数据交换的网络系统，属电信技术领域。

背景技术

近年来，物联网技术的发展已经上升到国家战略高度，世界多个国家和企业已经开始投入巨资，力争在未来的物联网技术革命中抢占制高点。我国也在积极的把握这次难得的机遇，随着温总理在无锡考察时的讲话更是将物联网技术的发展推向高潮。物联网的应用十分广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监控、老人护理、个人健康等多个领域。物联网的接入方式是多种多样的，如广域的PSTN、短距离的zigbee等，物联网网关设备是将多种接入手段整个起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部短距离通信的接入需求，实现与公共网络的接入，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。

物联网网关在物联网时代将会扮演着非常重要的角色，可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。网关要对感知节点进行管理，首先必须有对各个节点的状态、属性等信息的获取功能，即可以感知各个节点的实时状态；其次，必须拥有对各个节点的远程唤醒、控制、诊断等功能，即实现终端节点的自动化管理。物联网接入必然存在跨域通信的问题，因此物联网同样需要完善的资源寻址技术的支撑。

目前大部分在用的网关为有线的工作方式，我们参观机房是常常会看到网关机架右面接入了很多的线，可见这种方式并不适合感知节点数量很大的物联网系统。如今各大电信运营商已经建立了覆盖全球的有线、无线通信网络，更够满足高宽带、远距离的传输要求，可以有效解决感知节点远距离互联互通的问题。网关节点接入互联网的方式若使用单一的有线或无线的方式，可能够满足数据传输可靠性要求高的系统中。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是为了克服现有有线网关接入方式的接入线繁杂的缺点，同时确保网关节点与互联网之间数据传输的可靠性，提供一种基于无线方式的物联网网关系统，主要应用在物联网中感知层与网络层之间协议转换、数据传输。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：

一种基于无线方式的物联网网关系统，包括传感器接入模块、短距离无线通信模块、核心处理器模块、3G模块、网卡模块；其中，

传感器接入模块用于接入物联网系统感知层中的各传感器节点，将各传感器节点的数据发送至核心处理器模块；

短距离无线通信模块用于实现传感器接入模块与感知层各传感器节点的通信；

核心处理器模块用于对物联网系统中的感知层和网络层的数据进行处理与传输，以及进行物联网系统中感知层和网络层之间协议的转换；

3G模块和网卡模块分别用于实现核心处理器模块与互联网的通信。

优选的，本发明的基于无线方式的物联网网关系统中，短距离无线通信模块采用第二代ZigBee/IEEE 802.15.4无线电频率收发器，芯片型号为CC2520。

优选的，本发明的基于无线方式的物联网网关系统中，核心处理器模块为ARM微处理器，芯片型号为S3C2440。

优选的，本发明的基于无线方式的物联网网关系统中还包括用于下载数据使用的USB模块，所述USB模块与核心处理器模块相连接。

本发明采用上述技术方案具有如下有益效果：

本发明是一种全无线工作方式的物联网网关，可为物联网中感知层与网络层之间进行协议转换、数据传输。本发明在物联网整个系统中具有很好的协作能力，能够具备同一区域不同网关间协作、终端移动过程中的协作管理；具备移动能力，网关本身在移动过程中能够保持与网络的连接能力；具备信令处理能力，能够转换无线传感器网络与互联网间交互信令、数据。另外，由于采用双链路的互联网接入方式，数据传输的可靠性得到了提高。

附图说明：

图1是物联网通信系统框图；

图2是本发明的物联网网关的结构框图。

具体实施方案:

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

如图1所示，本发明所设计的物联网网关涉及：感知层与网关的通信与网关与互联网的通信。感知层之间和感知层与网关节点之间都采用zigbee进行通信，网关节点与互联网之间采用双链路的通信方式，即有线网络以及3G无线网络方式同步工作。

感知层的通信为zigbee网络内部通信，采用星形网络拓扑结构，有一个协调器负责网络的建立与维护，其他设备都必须通过协调器进行数据转发实现互相通信。

感知层与网关的通信方式用的也是zigbee通信方式，网关节点上的zigbee协调器接收到其他zigbee节点发来的数据后交给处理器，处理器发送的命令也通过网关上的zigbee协调器将数据发送到其他的zigbee节点。

网关与互联网的通信方式采用双链路的通信方式，有线与无线两种工作方式同时工作，保证了数据传输的可靠。其中，有线的工作方式采用以太网口，C/S通信模式，将网关设置为服务器。无线的工作方式采用3G通信方式，当有线的工作方式出现故障时，无线的3G网络可保证通信的正常工作。

本发明所涉及的网关为通用性的物联网网关，在设计中采用的是室内环境传感器，前端的环境信息经过ARM微处理器之后可以利用有线网络传输到后台监控平台，也可以通过3G网络对实时的环境信息进行查询，另外当室内环境超出某项预警范围时，可以通过3G网络立即采取报警，以便及早采取措施。

如图2所示，网关系统包括核心处理器模块、传感器接入模块、3G模块、网卡模块、短距离无线通信模块、USB模块。

核心处理器对整个系统的资源调度，对上、下行的数据进行处理以及对上下两层的协议进行转换；本发明中核心处理器模块采用S3C2440，主要功能为对网关节点中的各种资源进行调度、对数据进行处理。

传感器接入模块可以接入各种传感器，保证网关节点的通用性；

3G模块和网卡芯片模块的功能是实现网关与互联网的通信。3G模块将处理器传输过来的数据发射出去，供监控人员实时监测物联网中各个传感器节点的信息；网卡为处理器与传输介质的接口，能够实现传输介质之间的物理连接和电信号的匹配。

短距离无线通信实现网关与传感器节点的通信。本发明中短距离无线通信模块采用CC2520芯片，即第二代ZigBee/IEEE 802.15.4无线电频率(RF)收发器；CC2520芯片能与MSP430超低功耗MCU协同工作。

USB接口为预留接口，为了下载数据使用。

网关是整个物联网的核心，是无线传感器网络与互联网之间的一个节点，作为入口节点，它应具有网关和服务器的功能。一方面，网关要支持TCP/IP协议并能够提供WEB服务，从而允许客户远程访问它。本发明以ARM微处理器为中心建立网关硬件平台，对外通过以太网接入公共网络，对内将无线传感器节点组成的无线传感器网络连成一体，用户通过远端PC就可以对整个网络进行控制。采用双链路的互联网接入方式，数据传输的可靠性得到了提高。

Claims

1.一种基于无线方式的物联网网关系统，其特征在于：包括传感器接入模块、短距离无线通信模块、核心处理器模块、3G模块、网卡模块；其中，

2.根据权利要求1所述的基于无线方式的物联网网关系统，其特征在于：所述短距离无线通信模块采用第二代ZigBee/IEEE 802.15.4无线电频率收发器，芯片型号为CC2520。

3.根据权利要求1所述的基于无线方式的物联网网关系统，其特征在于：所述核心处理器模块为ARM微处理器，芯片型号为S3C2440。

4.根据权利要求1所述的基于无线方式的物联网网关系统，其特征在于：还包括用于下载数据使用的USB模块，所述USB模块与核心处理器模块相连接。