CN102857566B - 一种可软件定制的物联网智能网关 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可软件定制的物联网智能网关，包括设置在智能网关上的多个协议接口、配置协议接口的协议配置器和控制协议接口的协议处理器，协议接口包括上层应用协议接口和自由协议驱动接口，协议配置器允许用户定制智能网关上的协议属性以及描述与协议相关联的操作规则，协议处理器用于解析执行协议配置器对智能网关所做的配置和定义，对各端口属性、协议参数进行赋值，动态注入与协议相关的操作定义，从而使得智能网关具备动态服务定制的能力。本发明实现了一种能够支持多协议、支持多接口、外接设备可扩展的可软件定制的智能网关。

Description

一种可软件定制的物联网智能网关

技术领域

本发明属于物联网技术领域，特别涉及一种可软件定制的物联网智能网关。

背景技术

实现多网络接入、同时具备较高的自主管理和开放性一直是物联网网关设计的目标。当前，物联网网关主要基于传统的网关服务，依赖于网关管理平台进行网关配置和管理数据的交换，其设计仍存在一些不足，表现为：

(1)物联网系统涉及众多的入网对象和非常丰富的应用，难以对其系统集成进行合理的规划；

(2)网关开发的成果难以重用，多数时候无法把本次开发的成果直接应用到下次网关开发的工作中；

(3)网关对多协议开放的能力仍待提高。物联网系统是异构的、存在众多协议交互的系统，现有网关难以满足众多协议的自主配置和运行。

为解决上述问题，在物联网中实现可定制服务技术是关键技术之一。可定制服务指在网络环境下允许用户或者应用定制所需的服务。可定制服务的网络软件模型是关于如何提供标准服务接口的技术，当前已在各种主动网络中得以运用，其主要体现为对网络服务可定制的支持能力。但是，现有技术未提供针对物联网智能网关的技术特点实现定制服务的高效率的结构，严重影响了物联网应用的智能化、网络的智能化和终端智能化的目标达成。

发明内容

本发明的目的是提供一种可软件定制的物联网智能网关，提供一种能够支持多协议、支持多接口、外接设备可扩展的可软件定制的智能网关。

要实现以上目的，可编程网络接口是实现网络服务可定制的关键技术，其目标是简化开发和利用新服务的过程，使网络自身支持服务产生和服务使用的过程。可编程网络接口必须通过灵活的网络协议实现。

本发明的技术方案是，一种可软件定制的物联网智能网关，包括设置在所述智能网关上的多个协议接口、配置所述协议接口的协议配置器和控制所述协议接口的协议处理器，

所述协议接口包括上层应用协议接口和自由协议驱动接口，

所述上层应用协议接口，用于支持上层具体应用系统的接入，支持应用层协议的驱动，用于处理与上层应用系统交互的应用服务，基于多种应用协议，所述上层应用协议接口可提供多个服务接口；

所述自由协议驱动接口，用于与外接设备间的交互，允许第三方通过扩展接口，实现支持自身硬件的特殊要求，即同一接口可以连接不同的外接设备以实现不同的功能，

所述协议配置器允许用户定制所述智能网关上的协议属性以及描述与协议相关联的操作规则，

所述协议处理器用于解析执行所述协议配置器对所述智能网关所做的配置和定义，对各端口属性、协议参数进行赋值，动态注入与协议相关的操作定义，从而使得所述智能网关具备动态服务定制的能力。

所述协议配置器允许用户定制网关上的协议属性及描述与协议相关联的操作规则，包括属性配置部分和操作规则描述部分，

所述属性配置部分包括应用协议属性配置、自由协议属性配置、集成对象配置和外接设备对象配置；

所述操作规则描述部分包括操作类型、操作对象和协议接口三者关系的定义。

所述协议处理器的处理步骤为：

经所述协议配置器定义后，生成规则描述文件，所述协议处理器首先读取规则描述文件，然后进行协议属性解析和对象属性解析，生成数据服务对象和数据实体对象；

进行操作规则的解析，生成操作树结构，并将相应的树结点映射到数据服务对象和数据实体对象；

遍历树结构，并调用协议处理器执行部件提供的相应操作语句，具体过程为执行部件的操作语句开启通道驱动程序，通过通道完成具体应用系统和外接设备与网关的接入，

所述对协议属性解析和对象属性解析的过程是，所述协议处理器读取所定义的协议属性和对象属性部分，依次解析各协议属性，对各端口属性、协议参数等进行赋值；

所述操作规则的解析的过程为，所述协议处理器读取所定义的协议操作规则，并将其解析为操作树，操作树与所述协议处理器中执行部件提供的各类操作实现对应，从而所述协议处理器在遍历操作树时调用其执行部件提供的功能实现，从而达到协议的运行。

本发明的有益效果包括：

1、本发明通过软件定制功能、支持多协议、支持多接口的方法，解决了物联网网关在功能扩展性、多模式接入性等方面的难题，实现了网关服务的延伸和网络能力的开放。同时使用协议配置器，运营商、用户或第三方可依据需求定制网关协议属性及操作规则，最大程度地实现网关的自主配置性和可管理性；使用协议处理器解析执行上述协议配置器对网关所做的配置和操作规则定义，实现网关协议的运行和加载业务的能力，为更多更丰富的上层应用和外设接入提供了可能。

2、本发明的智能网关具有极高的扩展性，通过向上层应用协议接口中添加所需的应用协议，同时向协议处理器中添加相应的协议解析执行模块即可实现该协议模式的接入；通过扩展或实现自由协议驱动接口，第三方可实现支持自身硬件的特殊要求，从而完成新增外接设备的接入。

3、本发明的智能网关具有极强的适应性，对具体项目，可通过协议配置器，运用规则描述语言，任意配置具体应用项目的协议属性和协议操作规则；同时，通过自由协议驱动接口层，具体项目的外接设备如监控对象、视频终端等可方便地接入网关系统。

4、本发明的智能网关具有广泛的应用，包括智能家居、智慧家庭、智慧工厂、智能交通监控以及智慧农业等物联网垂直应用领域，乃至P2P资源共享平台等其他网络领域。

5、解决了物联网网关开发中难以对系统集成进行合理规划、难以重用现有的网关的问题，实现了网关的通用性和可扩展性，最终成为开放式的网关模型。

新一代智能网关在传统网关的基础上，将具备将网络能力聚合并向用户开放的条件。基于这种开放，既可以在智能网关上拓展新的网络应用，以满足用户的个性化网络需求，也可以和外接设备系统或其他应用集成，实现应用的智能化、网络的智能化和终端智能化。

附图说明

图1为智能网关的应用示意图。

图2为本发明智能网关的结构示意图。

图3为本发明智能网关协议配置器的结构示意图。

图4为本发明智能网关协议处理器的处理流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

本发明所述一种可软件定制的物联网智能网关，如图2所示，包括设置在网关上的多个协议接口、配置所述协议接口的协议配置器以及控制所述协议接口的协议处理器。所述协议接口包括上层应用协议接口和自由协议驱动接口；所述上层应用协议接口，用于支持上层具体应用系统的接入，例如基于TCP/IP通信协议的系统，可通过TCP/IP服务接口接入网关；基于JMS(Java Message Service)协议的应用程序，可通过JMS服务接口接入。所述自由协议驱动接口，用于支持外接设备的连接，例如当接上视频监控模块时，本装置便可向视频监控端发送行为指令；当接上ZIGBee模块时，便可向带有ZIGBee模块的智能家电发送行为指令。

所述协议配置器允许用户定制网关上的协议属性以及描述与协议相关联的操作规则，包括属性配置部分和操作规则描述部分，如图3所示。所述属性配置部分为：将网关所支持的协议进行模型抽象，采用分层次的描述方法，对每一协议项分别描述其名称、ID、元素列表等属性；对所述的协议元素设有元素位、长度等属性；将对象共性特征提取，抽象为统一的模型，设有对象域、域类型、域长度等属性。所述操作规则描述部分为：以三元组的形式定义操作类型、操作对象和协议接口三者间的关系，其中，操作对象和协议接口均采用属性配置部分的定义，所述操作类型为使用服务原语定义的操作，例如：STORE表示将数据存储至数据库；SEND表示将信息发送至协议接口定义的接收者。

所述协议处理器用于解析执行上述协议配置器对网关所做的配置和定义，对各端口属性、协议参数等进行赋值，动态注入与协议相关的操作定义，从而具备动态服务定制的能力。本装置中，其处理流程如图4所示，经所述协议配置器定义后，生成规则描述文件，所述协议处理器首先读取规则描述文件，然后进行协议属性解析和对象属性解析，生成数据服务对象和数据实体对象；接着进行操作规则的解析，生成操作树结构，并将相应的树结点映射到数据服务对象和数据实体对象；遍历树结构，并调用协议处理器执行部件提供的相应操作语句，具体过程为执行部件的操作语句开启通道驱动程序，通过通道完成具体应用系统和外接设备与网关的接入。

综上所述，本发明所述的可软件定制的智能网关，包括设置在网关上的多个协议接口、配置所述协议接口的协议配置器以及控制所述协议接口的协议处理器。所述协议接口包括用于支持上层具体应用的上层应用协议接口和用于支持外接设备连接的自由协议驱动接口；所述协议配置器允许用户定制网关上的协议属性以及描述与协议相关联的操作规则；所述协议处理器用于解析执行上述协议配置器对网关所做的配置和定义，对各端口属性、协议参数等进行赋值，动态注入与协议相关的操作定义，从而具备动态服务定制的能力。

本发明所述协议接口包括上层应用协议接口和自由协议驱动接口。所述上层应用协议接口，支持一些应用层协议的驱动，用于处理与上层应用系统交互的应用服务，如可支持的应用协议有：TCP/IP协议、HTTP协议、JDBC数据库通信协议、Message Queue通信协议等，能支持的协议驱动可无限制地扩充。基于多种应用协议，所述上层应用协议接口可提供多个服务接口，如与网关的连接、数据发送、数据接收、关闭连接等。所述自由协议驱动接口用于与外接设备间的交互，允许第三方通过扩展接口，实现支持自身硬件的特殊要求，即同一接口可以连接不同的外接设备以实现不同的功能。

本发明所述协议配置器允许用户定制网关上的协议属性以及描述与协议相关联的操作规则，包括属性配置部分和操作规则描述部分。所述属性配置部分具体包括应用协议属性配置、自由协议属性配置、集成对象配置和外接设备对象配置；所述应用协议属性配置为配置应用层协议的连接地址信息、端口信息、连接安全认证信息等；所述自由协议属性配置为配置连接串口特性等；所述集成对象配置为定义对象的传输特性，如待传输和操作的字段，对象信息长度等；所述外接设备对象配置为配置对象的如数据采集、发送频率等特性。所述操作规则描述部分具体为操作类型、操作对象和协议接口三者关系的定义，操作对象和协议接口均采用属性配置部分的定义，所述操作类型为使用服务原语定义的操作。

本发明所述协议处理器用于解析执行上述协议配置器对网关所做的配置和定义，包括对属性的解析和与协议相关的操作规则的解析执行。所述对属性的解析为：协议处理器读取用户所定义的协议属性和对象属性部分，依次解析各协议属性，对各端口属性、协议参数等进行赋值，是执行与协议相关操作规则的基础。所述对协议相关的操作规则的解析执行为：协议处理器读取用户所定义的协议操作规则，并将其解析为操作树，操作树与协议处理器中执行部件提供的各类操作实现对应，从而协议处理器在遍历操作树时调用其执行部件提供的功能实现，从而达到协议的运行。同时，所述协议处理器能够动态读取对网关所做的配置和定义，注入与协议相关的操作，具备动态服务定制的能力。

Claims (1)

1.一种可软件定制的物联网智能网关，其特征在于，包括设置在所述智能网关上的多个协议接口、配置所述协议接口的协议配置器和控制所述协议接口的协议处理器，

所述协议接口包括上层应用协议接口和自由协议驱动接口，

所述上层应用协议接口，用于支持上层具体应用系统的接入，包括的接入有：

基于TCP/IP通信协议的系统，通过TCP/IP服务接口接入智能网关；以及

基于JMS(Java Message Service)协议的应用程序，通过JMS服务接口接入智能网关；

支持应用层协议的驱动，用于处理与上层应用系统交互的应用服务，基于多种应用协议，所述上层应用协议接口可提供多个服务接口；

所述自由协议驱动接口，用于与外接设备间的交互，允许第三方通过扩展接口，实现支持自身硬件的特殊要求，即同一接口可以连接不同的外接设备以实现不同的功能，

所述协议配置器允许用户定制所述智能网关上的协议属性以及描述与协议相关联的操作规则，包括属性配置和操作规则描述，所述属性配置被配置为：

将网关所支持的协议进行模型抽象，采用分层次的描述方法，对每一协议项分别描述其名称、ID、元素列表属性；

对所述的协议元素设有元素位、长度属性；

将对象共性特征提取，抽象为统一的模型，设有对象域、域类型、域长度属性，

所述操作规则描述部分被配置为：以三元组的形式定义操作类型、操作对象和协议接口三者间的关系，其中，操作对象和协议接口均采用属性配置的定义，所述操作类型为使用服务原语定义的操作类型；

所述协议处理器用于解析执行所述协议配置器对所述智能网关所做的配置和定义，对各接口属性、协议参数进行赋值，动态注入与协议相关的操作定义，从而使得所述智能网关具备动态服务定制的能力，

所述协议处理器的处理步骤为：

经所述协议配置器定义后，生成规则描述文件，所述协议处理器首先读取规则描述文件，然后进行协议属性解析和对象属性解析，生成数据服务对象和数据实体对象；

进行操作规则的解析，生成操作树结构，并将相应的树结点映射到数据服务对象和数据实体对象；

遍历树结构，并调用协议处理器执行部件提供的相应操作语句，具体过程为执行部件的操作语句开启通道驱动程序，通过通道完成具体应用系统和外接设备与网关的接入，

所述对协议属性解析和对象属性解析的过程是，所述协议处理器读取所定义的协议属性和对象属性，依次解析各协议属性，对各接口属性、协议参数进行赋值；

所述操作规则的解析的过程为，所述协议处理器读取所定义的协议操作规则，并将其解析为操作树，操作树与所述协议处理器中执行部件提供的各类操作实现对应，从而所述协议处理器在遍历操作树时调用其执行部件提供的功能实现，从而达到协议的运行。