CN106231694A - 一种嵌入式无线传感网络网关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式无线传感网络网关，包括S5PV210处理器、远程监控计算机、WSN协调器节点、LCD显示器、NAND FLASH、EEPROM存储芯片、通信接口单元、电源模块、复位电路。所述网关设备通过以太网接入Internet；WSN的协调器与网关通过UART连接，网关与远程监控计算机之间使用网络连接，利用TCP/IP协议，实现数据的远程传输和信息资源的共享；所述网关设备通过USB通信和以太网通信实现了网关系统软件的远程或本地系统软件的在线更新和维护。该网关工作稳定，简洁实用，维护方便，具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种嵌入式无线传感网络网关，具体地说，涉及一种基于ARM CortexA-8嵌入式平台的无线传感网络网关。
背景技术
无线传感网络(WSN)是一种由大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并将这些信息发送给用户。但无线传感器网络要真正投入使用，不能完全孤立存在，需要通过网关设备接入外部网络，实现数据的远程传输，达到信息资源互通和共享。
网关作为无线传感器网络和外部网络沟通的桥梁,在WSN中的地位非常特殊和关键。目前，网关的设计主要有两类。一是在WSN的协调上添加传输模块，如GPRS模块和以太网接口模块等。由于WSN成本低、能耗低的特点使得协调器节点的处理器处理速度慢，导致这种网关出现数据拥塞和CPU资源抢占问题。二是基于微处理器的嵌入式网关，这种网关处理器处理速度快，能够完成WSN中高速的数据采集和大量数据的分析和存储功能。但是这种网关的设计集中在不同类型网络互联的实现方式上，而对网关的系统部署和远程在线升级的实现涉及较少，造成了网关维护成本高且维护不便的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种嵌入式无线传感网络网关，不但能实现WSN网络和Internet的互联，同时还解决了现有网关维护不便的问题。
其技术方案如下：
一种嵌入式无线传感网络网关，包括S5PV210处理器、远程监控计算机、WSN协调器节点、LCD显示器、NAND FLASH、EEPROM存储芯片、通信接口单元、电源模块、复位电路；所述远程监控计算机作为客户端，负责显示数据和发送控制命令；所述NAND FLASH作为网关的硬盘，部署Linux操作系统、根文件系统和开发者开发的软件；所述EEPROM存储芯片存储网关的软件和硬件版本信息；所述通信接口单元由处理器内置接口来实现；所述S5PV210处理器为网关的主控芯片；所述网关设备通过以太网接入Internet；WSN的协调器与网关通过串口UART连接，网关与远程监控计算机之间通过以太网络连接，利用TCP/IP协议，实现数据的远程传输和信息资源的共享；同时所述网关设备通过USB通信和以太网通信实现了网关系统软件的远程或本地系统软件的在线更新和维护。
进一步，所述S5PV210处理器集成了ARM CortexA-8内核。
进一步，网关的应用程序由通信模块、数据分析处理模块和系统软件维护模块三部分组成；通信模块包括串口通信程序和以太网通信程序，串口通信程序分析WSN协调器发来的数据包并采集数据，以太网通信程序接收远程客户端的连接请求，实时将采集的数据传输到远程客户端，同时也可远程客户端的控制命令解析为标准格式数据发送给WSN，进行远程控制；数据分析处理模块对采集的信息进行分类、分析综合以及存储；系统软件维护模块实现网关系统软件远程更新，以完善系统软件的功能和性能，降低维护成本，提高工作效率。
本发明的网关设备具有远程和本地系统软件的更新和维护功能。
本发明的有益效果：
本发明技术方案以S5PV210为核心芯片设计并实现了一种嵌入式无线传感网络网关。该网关实现了无线传感网络的管理、协议转换、数据分析与收发等功能，并有效解决了无线传感网络与Internet数据共享问题。同时本发明提供了网关系统软件的远程在线更新的方法，解决了现有网关维护不便的问题。
附图说明
图1为本发明嵌入式无线传感网络网关的结构示意图；
图2为本发明嵌入式无线传感网络网关的软件结构示意图；
图3为本发明嵌入式无线传感网络网关的客户端程序流程图；
图4为本发明嵌入式无线传感网络网关的服务器端程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
图1是本发明型网关的总体设计框图。系统采用集成了ARM CortexA-8内核的S5PV210处理器作为主控芯片，包括远程监控计算机、WSN协调器节点、LCD显示器、NANDFLASH、EEPROM存储芯片、通信接口单元、复位电路、电源模块；所述远程监控计算机作为客户端，负责显示数据和发送控制命令；所述NAND FLASH作为网关的硬盘，部署Linux操作系统、根文件系统和开发者开发的软件；所述EEPROM存储芯片存储网关的软件和硬件版本信息；所述通信接口单元由处理器内置接口来实现；所述复位电路组成网关设备的最小系统，为主控芯片提供时钟；所述电源模块为网关设备提供电源，供电电源为5V。
所述S5PV210是一款高端处理器，丰富的外设接口以及强大的运算能力能完成功能丰富的应用，具有很高的性价比，能够满足无线传感器网络网关的要求，其内置通信接口单元包括：USB接口，10/100M以太网接口，串口(UART)，I2C总线接口；所述嵌入式网关中，WSN协调器与网关通过UART连接，网关与远程监控计算机之间使用以太网连接，利用TCP/IP协议实现数据的远程传输和信息资源的共享。
所述主控芯片S5PV210负责LCD显示器、NAND FLASH、EEPROM存储芯片、通信接口单元电路的正常工作，通过软件编程完成数据的聚集、分析、分类、存储及转发等任务，并将处理的数据传送至LCD显示器；所述WSN协调器响应处理器的命令，负责采集数据以及终端节点的管理；所述NAND FLASH与主控芯片的FLASH控制器接口连接，负责存储Linux操作系统、根文件系统和开发者开发的软件；所述EEPROM存储芯片与主控芯片的I2C接口连接，存储网关的软件和硬件版本信息，方便以后网关的维护。
所述通信接口单元完成处理器与设备之间的通信，包括USB通信、串口通信、以太网通信。USB通信实现网关系统软件的本地更新和维护；串口通信实现处理器和WSN协调器之间的数据交互；以太网通信实现处理器与远程监控计算机之间的数据交互。
图2是本发明型网关的软件结构图。网关的软件开发平台采用Linux操作系统，内核版本为Linux-2.6.35。其主要功能是实现WSN网络与Internet之间的数据传输控制、协议转化、WSN网络节点的管理以及数据的聚集、存储、处理及转发等。本发明中使用的引导程序、Linux操作系统内核和根文件系统都已经移植好并测试成功。
所述网关的应用程序由通信模块、数据分析处理模块和系统软件维护模块三部分组成。通信模块包括串口通信程序和以太网通信程序，串口通信程序分析WSN协调器发来的数据包并采集数据，以太网通信程序接收远程客户端的连接请求，实时将采集的数据传输到远程客户端，同时也可远程客户端的控制命令解析为标准格式数据发送给WSN，进行远程控制；数据分析处理模块对采集的信息进行分类、分析综合以及存储；系统软件维护模块实现网关系统软件远程更新，以完善系统软件的功能和性能，降低维护成本，提高工作效率；应用程序设计采用多线程编程方式，实现网关中多任务的并发运行，同时提高系统的实时性和可靠性。
图3是本发明型网关系统维护软件客户端程序流程图。需要对网关系统软件进行升级时，镜像文件传输线程就会打开要传输的文件并获取文件的属性，然后通过以太网向服务器端发送镜像文件的文件头数据。文件头数据包括：消息号、数据长度和文件名。为了确保文件在传输过程中的准确性和可靠性，在传输过程中使用发送-应答机制，也就是客户端每发送一包数据，服务器向客户端发送应答信号，在应答信号中包含了客户端是否发送成功的信息，从而保证了不把错误的镜像文件写入到Nand Flash中。
图4是本发明型网关系统维护软件服务器端程序流程图。网关作为服务器端，接收客户端发送的升级镜像文件。在接收镜像文件的过程中，为了确保文件的准确性，对接收的每一包数据进行校验，校验方法是：客户端发送的每一包数据中包含数据的长度，服务器端接收数据的过程中记录接收的数据长度，然后用数据包中的数据长度与已记录的数据长度进行比较，如果两个数据长度一样，给客户端应答发送成功的信息，客户端继续发送，否则给客户端应答发送失败的信息，客户端中断发送文件，并在界面上显示“升级失败，请重试”的字样。接收完镜像文件后根据文件的名称对文件类型进行判断，调用相应的升级函数，完成软件的在线升级。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种嵌入式无线传感网络网关，其特征在于：包括S5PV210处理器、远程监控计算机、WSN协调器节点、LCD显示器、NAND FLASH、EEPROM存储芯片、通信接口单元、电源模块、复位电路；所述远程监控计算机作为客户端，负责显示数据和发送控制命令；所述NAND FLASH作为网关的硬盘，部署Linux操作系统、根文件系统和开发者开发的软件；所述EEPROM存储芯片存储网关的软件和硬件版本信息；所述通信接口单元由处理器内置接口来实现；所述S5PV210处理器为网关的主控芯片，所述网关设备通过以太网接入Internet；WSN的协调器与网关通过串口UART连接，网关与远程监控计算机之间通过以太网络连接。
2.根据权利要求1所述的嵌入式无线传感网络网关，其特征在于：所述S5PV210处理器集成了ARM CortexA-8内核。
3.根据权利要求1所述的嵌入式无线传感网络网关，其特征在于：网关的应用程序由通信模块、数据分析处理模块和系统软件维护模块三部分组成；通信模块包括串口通信程序和以太网通信程序，串口通信程序分析WSN协调器发来的数据包并采集数据，以太网通信程序接收远程客户端的连接请求，实时将采集的数据传输到远程客户端，同时也可远程客户端的控制命令解析为标准格式数据发送给WSN，进行远程控制；数据分析处理模块对采集的信息进行分类、分析综合以及存储；系统软件维护模块实现网关系统软件远程更新。
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| CN106814717A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-09 | 北京无线电测量研究所 | 一种基于工业以太网简化工程控制系统通信的方法及系统 |
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