CN102801658A - 一种可组态物联网接入网关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可组态物联网接入网关，涉及计算机通讯领域。所述的一种可组态物联网接入网关，包括通讯接口、软件/固件以及通讯协议/设备库。此网关可以自动或向导式发现、识别、配置、控制其通讯协议/设备库中可支持的IED；并可以通过在线组态编程或自学习的方式定义新的通讯协议/设备以实现对新类型设备的支持，所述网关内置嵌入式web服务器，可以独立或相互协同的构成自治系统。本网关可降低多厂商、多接口类型的设备联网的复杂度，降低物联网系统总体成本的同时提供满意的安全性和可靠性。

Description

一种可组态物联网接入网关
技术领域
本发明涉及计算机通讯领域，尤其涉及一种可组态物联网接入网关。
背景技术
目前普遍应用的通讯网关如以太路由器只能完成基于IP到IP的通讯界面转换，无法适应常规的物联网感知层设备的友好接入:(1)因为复杂度、成本、功耗的问题,新的感知层设备通常不能支持以太网络;(2)基于传承或性能(如实时性)等方面的原因,目前已投入使用的大量智能设备(如PLC、驱动控制器、电源、风机等)一般都是使用各种现场如RS485、CAN等总线，无法直接接入。
一些特殊的通讯网关如串口通讯服务器，可以完成串口到以太的介质转换，可以满足上述部分智能设备的联网需求，但是其所支持的介质接口类型是有限的，其与中心汇聚节点的连接通道通常是唯一的，更重要的是，这些设备只能完成介质转换而没有任何的应用层“语义"处理能力，能且只能完成其出厂预设的简单协议/介质转换。
近年亦出了一些新型的多协议转换器,可以通过内置的通讯协议/设备库以多种通讯界面(主要是RS232/RS485)驳接各种智能设备，但是这些设备通常用于特定行业，其协议/规约库也是针对于特定应用而开发，不具有普遍性，在针对新的应用时，需要厂商和专业人员的支持，周期长，应用复杂，也不能支持目前日益发展的无线传感器网络，不能适应当前物联网的联网需求，此外尚未发现支持wifi的协议转换器。
针对物联网的联网需求，很多企业已做出很多有益的探索和尝试：专利号201010613738.7提出一种物联网网关，采用多种可扩展的接口，以满足多种通讯介质特别是无线介质间的信息交换，但其技术方案未涉及如何识别、配置、管理该网关区域内的感知层识备，所描述的网关本身也不涉及应用层语义处理的方法和其自治范围内的自动控制、也未涉及作为可商用设备在设备安全可靠性方面的内容；专利号201010531884.5提出一种可以进行通讯协议自适应的物联网网关，能够对感知测无线传感单元进行协议识别并通过中心汇聚节点动态下载部署相应协议栈，但其未涉及到对传统智能设备的支持，也不涉及应用层信息加工处理。
综上所述，物联网的发展需要一个可组态物联网接入网关，其能够感知标识层设备和适应物联网应用软件/平台的多样性和异构性，以及能够满足众多中小规模应用所亟需的即插即用、部署简单、易于集成、低成本等诸方面的要求。
发明内容
为降低多厂商、多接口类型的设备联网的复杂度，降低物联网系统总体成本的同时提供满意的安全性和可靠性，本发明提供一种可组态互联网接入网关。
一种可组态物联网接入网关包括：包括通讯接口、软件/固件以及通讯协议/设备库，所述通讯接口包括：以太接口、无线以太网接口、RS232/485接口, USB接口，和至少一个插槽式的扩展端口；所述的软件/固件包括：接口驱动及通讯管理模块、网络协议栈模块、IED智能设备协议及设备管理模块、用户组态程序执行器模块、安全认证模块、在线组态和配置模块以及系统监控模块，所述的通讯协议/设备库中已存储了一组预定义的通讯协议/设备库。
上述通讯接口中的插槽式的扩展端口用于插入总线适配器，所述插入的总线适配器包括但不限于GSM/CDMA适配器、ZIGBEE网络适配器、CAN总线适配器、LonTalks总线适配器。
上述通讯接口可根据需要被配置成上行通道或下行通道，所述的上行通道还可被配置成一主多备的模式。
上述已存储的一组预定义的通讯协议/设备库可支持的主流总线协议包括MODBUS 、MODBUS/TCP、Profibus-DP、HDLC、DeviceNet、BACNet；可支持的设备包括西门子PLCS7-200、300系列、变频器、电机驱动器，APC、山泰克UPS、多种可编程电源、多功能电表/智能户表(DL/T645)、水暖气表计(CJ/T188)。
用户可通过组态的方式定义新的通讯协议/设备，所述组态的方式包括两种：一种是通过所述网关内置的WEB组态工具进行基本的组态，其内容包括通讯接口的配置，与IED交互过程的定义，IED数据存取、转换、上报规则以及IED设备闭环控制的规则；另一种组态方式是通过组态软件工具，通过图形化界面定义复杂的过程控制和数据存取、转换、展现的规则,组态软件工具将组态数据预编成中间代码，下载到网关中，由用户组态程序执行器来执行。
用户还可通过自学习的方式定义新的通讯协议/设备，其步骤为：
a. 将通讯协议/设备库中尚未支持的设备连接到所述网关某个通讯接口上；
b. 将该通讯接口设为透明通道及自学习工作模式；
c. 如果设备厂商提供配置/管理软件，则利用该软件对设备进行配置，存取访问；
d. 如果设备厂商不提供配置/管理软件，则使用组态软件中所提供通讯收发调试模块,参照设备厂商所提供的设备说明书进行配置及存取访问；
 e. 使用组态软件完成对网关所学习到的内容进行分析和处理。
所述通讯协议/设备库中的数据可通过网络在线或USB存储装置对其进行更新，同一类通讯协议/设备可有一种以上的版本型号并且此一种以上的版本型号可同时使用。
所述网关可自动或向导式的发现、识别和配置其通讯协议/设备库中可支持的IED，以实现即插即用，且所述网关为其通讯协议/设备库中可支持的IED生成格式一致的内存状态/操作映射数据结构。
所述网关采用主/备机工作模式，主/备机之间使用以太通讯接口、无线以太通讯接口或RS232/485接口中的一种进行数据同步。
本发明所提供的一种可组态物联网接入网关便于将不同厂商、不同通讯接口、协议类型的智能设备接入到互联网或专用网络中，而无需关注感知层设备的技术细节；降低了物联网系统实施部署难度的同时也提高了物联网系统的可靠性和安全性；降低中小型物联网应用系统总体成本，也保护既有设备、应用软件的资产投入。
附图说明
现结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明的可组态物联网接入网关的具体实施的系统框图。
具体实施方式
图1为本发明所涉及的网关具体实施的系统框图，其中数字编号小于100的部分为该网关的组成部件，其他的为与该网关相接或相交互的外系统部件。
如图1所示,该具体方案中包含三个部分：通讯接口、软件/固件、数据。
其中通讯接口包括802.3以太网接口1，其接口形式为RJ45连接器；无线以太网接口2，符合802.11 b/g/n标准，使用N制天线接头，支持AP、Client、WDS；RS232/485接口3采用DB9针形插座，高速光电隔离，并支持3KV突波保护；USB接口4采用A类USB插座；插槽式扩展端口5为2*8孔形插座。
所述插槽式扩展端口用于插入总线适配器，插入的总线适配器包括但不限于GSM/CDMA适配器、ZIGBEE网络适配器、CAN总线适配器、LonTalks总线适配器。
其中软件/固件包括7个模块,分别是接口驱动及通讯管理模块7、网络协议栈模块8、LED0协议及设备管理模块9、用户组态程序执行器模块10 、安全认证模块12 、在线组态和配置模块13 以及系统监控模块 14。
其中数据包括两种，一种即通讯协议/设备库6，此数据存储在非易失的永久存储器中；一种即运行时数据15，包括配置信息、组态程序、历史数据、IED实时数据、以及网关各软件模块使用的临时数据，前三类数据存储在非易失永久存储器中,其他数据存储在RAM中，掉电即会丢失。
所述的通讯接口可根据需要被配置成上行接口或下行接口，并且上行接口还可被配置成一主多备的模式，即设定一个主通道，及多个备份通道，这些备份通道分配一个优先级，如果当前通道故障，那么优先级最高的通道将会被使用，这样一方面可提高通讯的可靠性，另一方面也有利于降低通讯成本。比如基于可靠性原因，在条件允许的情况下，一般会使用以太接口1接入到网络，如果以太接口1发生故障，那么会使用无线以太接口2以Client身份接入到无线AP，如果此接口也发生故障,那么则临时使用付费的3G通道108或GPRS通道110。
所述已存储的一组预定义的通讯协议/设备库可支持的主流总线协议包括MODBUS、MODBUS/TCP、Profibus-DP、HDLC、DeviceNet、BACNet；可支持的设备包括西门子PLC（S7-200、300系列）、变频器、电机驱动器，APC、山泰克UPS、多种可编程电源、多功能电表/智能户表（DL/T645）、水暖气表计（CJ/T188）。
用户可通过组态的方式定义新的通讯协议/设备，所述组态的方式包括两种：一种是通过网关内置的WEB组态工具进行基本的组态，其内容包括通讯接口的配置，与LED交互过程的定义，LED数据存取、转换、上报规则以及本网关范围内各种IED设备闭环控制规则等；另一种组态方式是通过专门的组态软件工具，通过图形化界面来定义复杂的过程控制和数据存取、转换、展现的规则,组态软件工具将组态数据预编成中间代码，下载到网关中，由用户组态程序执行器来执行。
用户还可通过自学习的方式定义新的通讯协议/设备，其步骤为：
a. 将通讯协议/设备库中尚未支持的设备连接到所述网关某个通讯接口；
b. 将该通讯接口设为透明通道及自学习工作模式；
c. 如果此设备厂商提供配置/管理软件,则利用该软件对设备进行配置，存取访问；
d. 如果此设备厂商不提供相应软件，则使用组态软件中所提供通讯收发调试模块,参照设备厂商所提供的设备说明书进行配置及存取访问；
e. 使用组态软件完成对网关所学习到的内容进行分析和处理。
所述的通讯协议/设备库中的数据可通过网络在线或USB存储装置对其进行更新，同一类通讯协议/设备可有多种版本型号并且可同时使用。
所述网关可自动或向导式的发现、识别和配置其通讯协议/设备库中可支持的IED，以实现即插即用，且所述网关为其通讯协议/设备库中可支持的IED生成格式一致的内存状态/操作映射数据结构，从而大大简化上层应用系统软件开发的难度。
所述网关采用主/备机工作模式，主/备机之间通过以太通讯接口、无线以太通讯接口或RS232/485接口中的一种进行数据同步，所述网关加电时，主/备机通过仲裁，确定主/备机关系，当备机在规定时间内发现主机故障时，则会发起接管会话，当故障的设备修复后，自动充当备机。

Claims (9)

1.一种可组态物联网接入网关，其特征在于，包括通讯接口、软件/固件以及通讯协议/设备库，所述通讯接口包括：以太接口、无线以太网接口、RS232/485接口,USB接口和至少一个插槽式的扩展端口；所述的软件/固件包括：接口驱动及通讯管理模块、网络协议栈模块、IED智能设备协议及设备管理模块、用户组态程序执行器模块、安全认证模块、在线组态和配置模块以及系统监控模块，所述的通讯协议/设备库中已存储了一组预定义的通讯协议/设备库。
2.如权利要求1所述的一种可组态物联网接入网关，其特征在于，通讯接口中的插槽式的扩展端口用于插入总线适配器，所述插入的总线适配器包括但不限于GSM/CDMA适配器、ZIGBEE网络适配器、CAN总线适配器、LonTalks总线适配器 。
3.如权利要求2所述的一种可组态物联网接入网关，其特征在于，所述的通讯接口可根据需要被配置成上行接口或下行接口，所述的上行接口还可被配置成一主多备的模式。
4.如权利要求1所述的一种可组态物联网接入网关，其特征在于，所述已存储的一组预定义的通讯协议/设备库可支持的主流总线协议包括MODBUS、MODBUS/TCP、Profibus-DP、HDLC、DeviceNet、BACNet；可支持的设备包括西门子PLC(S7-200、300系列)、变频器、电机驱动器APC、山泰克UPS、可编程电源、多功能电表/智能户表（DL/T645）、水暖气表计（CJ/T188）。
5.如权利要求1所述的一种可组态物联网接入网关，其特征在于，用户可通过组态的方式定义新的通讯协议/设备，所述组态的方式包括两种：一种是通过所述网关内置的WEB组态工具进行基本的组态，其内容包括通讯接口的配置，与IED交互过程的定义，IED数据存取、转换、上报规则以及IED设备闭环控制的规则；另一种组态方式是通过组态软件工具，通过图形化界面定义复杂的过程控制和数据存取、转换、展现的规则,组态软件工具将组态数据预编成中间代码，下载到网关中，由用户组态程序执行器来执行。
6.如权利要求1所述的一种可组态物联网接入网关，其特征在于，用户可通过自学习的方式定义新的通讯协议/设备，其步骤为：
a. 将通讯协议/设备库中尚未支持的设备连接到所述网关某个通讯接口上；
b. 将该通讯接口设为透明通道及自学习工作模式；
c. 如果此设备厂商提供配置/管理软件，则利用该软件对设备进行配置，存取访问；
d. 如果此设备厂商不提供配置/管理软件，则使用组态软件中所提供通讯收发调试模块,参照设备厂商所提供的设备说明书进行配置及存取访问；
e. 使用组态软件完成对网关所学习到的内容进行分析和处理。
7.如权利要求5或6所述的一种可组态物联网接入网关，其特征在于，所述的通讯协议/设备库中的数据可通过网络在线或USB存储装置对其进行更新，同一类通讯协议/设备可有一种以上的版本型号并且此一种以上的版本型号可同时使用。
8.如权利要求7所述的一种可组态物联网接入网关，其特征在于，所述网关可自动或向导式的发现、识别和配置其通讯协议/设备库中可支持的IED，以实现即插即用，且所述网关为其通讯协议/设备库中可支持的IED生成格式一致的内存状态/操作映射数据结构。
9.如权利要求1所述的一种可组态物联网接入网关，其特征在于，所述网关采用主/备机工作模式，主/备机之间通过以太通讯接口、无线以太通讯接口或RS232/485接口中的一种进行数据同步。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121128