CN108092885A - 网关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种网关，涉及物联网领域。所述网关包括处理模块和至少两个射频模块，每个所述射频模块通过预设接口与所述处理模块连接；每个所述射频模块用于与所述超长距低功耗数据传输网络中的节点通信；所述处理模块中安装有操作系统，所述处理模块用于通过所述操作系统对每个所述射频模块接收和发送的信号进行处理。本发明提供的网关管理的节点数量较多，功能比较丰富。本发明用于物联网中。

Description

网关
技术领域
本发明涉及物联网领域，特别涉及一种网关。
背景技术
网关又称网间连接器或协议转换器，网关可以实现两个以上不同协议的计算机网络的互联。具体的，可以实现局域网与局域网互联，局域网与广域网互联以及广域网与广域网互联，使得终端之间可以实现远距离跨网络通讯。
相关技术中，网关的结构较为简单，功能比较单一。
发明内容
本发明提供了一种网关，可以解决相关技术中网关功能比较单一的问题。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种网关，应用于超长距低功耗数据传输网络(Long RangeWide Area Network，LoRaWAN)，所述网关包括处理模块和至少两个射频模块，每个所述射频模块通过预设接口与所述处理模块连接；
每个所述射频模块用于与所述超长距低功耗数据传输网络中的节点通信；
所述处理模块中安装有操作系统，所述处理模块用于通过所述操作系统对每个所述射频模块接收和发送的信号进行处理。
可选的，所述网关还包括：网络模块，所述网络模块中设置有网络接口，所述网络模块通过所述网络接口与所述处理模块连接；
所述网络模块包括：依次连接的接口保护电路、变压器以及网络物理层芯片，其中，所述接口保护电路还与所述网络接口连接。
可选的，所述网关还包括：无线通信模块，所述无线通信模块与所述处理模块连接。
可选的，所述网关还包括：定位模块；
所述定位模块分别与所述处理模块和每个所述射频模块连接。
可选的，所述网关还包括：通用串行总线接口电路和异步传输接口电路，所述通用串行总线接口电路和所述异步传输接口电路均与所述处理模块连接。
可选的，所述网关还包括：电源处理模块，所述电源处理模块分别与所述处理模块和每个所述射频模块连接，用于为所述处理模块和每个所述射频模块供电。
可选的，其特征在于，所述处理模块包括：处理器、复位电路、存储子模块以及电源变换子模块；
所述复位电路、所述存储子模块以及所述电源变换子模块分别与所述处理器连接；
其中，所述复位电路用于在上电时，对所述处理器进行复位；
所述存储子模块中配置有数据库，所述数据库用于存储数据；
所述电源变换子模块用于对电源处理模块输出的电压进行转换后输出至所述处理器。
可选的，其特征在于，所述预设接口为串行外设接口，每个所述射频模块中设置有串行外设接口，每个所述射频模块通过所述串行外设接口与所述处理模块连接；
所述射频模块包括：依次连接的信号处理子模块、信号转换子模块、射频滤波器、射频放大器以及模拟开关，其中，所述信号处理子模块还与所述串行外设接口连接。
可选的，每个所述射频模块、网络模块、定位模块、无线通信模块、通用串行总线接口电路和异步传输接口电路分别与所述处理器连接。
可选的，所述网关还包括：与所述处理模块分离设置的底板，
所述底板上设置有所述至少两个射频模块、网络模块、定位模块、无线通信模块、通用串行总线接口电路和异步传输接口电路。
本发明实施例提供的网关中设置的射频模块的数量较多，因此通过该多个射频模块可以管理的节点的数量也较多，并且该网关的处理模块中安装有操作系统，提高了对信号处理的灵活性，丰富了网关的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种网关的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种网关的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种处理模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种射频模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供的网关可以应用于LoRaWAN中，LoRaWAN为一种广域物联网，其功耗较低、通讯距离较远。相应的，本发明实施例所提供的网关可以为LoRaWAN网关，该LoRaWAN网关可以与LoRaWAN中的应用服务器进行通信，并在该应用服务器的控制下，对LoRaWAN中的多个节点进行管理。
图1是本发明实施例提供的一种网关的结构示意图，如图1所示，该网关可以包括：处理模块11和至少两个射频模块12，其中，每个射频模块12可以通过预设接口与处理模块11连接。例如，该网关中可以设置有四个射频模块12。
该每个射频模块12可以用于与LoRaWAN中的节点进行通信，例如射频模块12可以接收节点发送的信号，或者，可以向节点发送信号。
处理模块11中可以安装有操作系统，该处理模块11可以用于通过该操作系统对每个射频模块接收和发送的信号进行处理。该操作系统可以为Linux操作系统。
其中，每个射频模块12上可以设置有预设接口，该处理模块11上也可以设置有与该预设接口相对应的接口，该处理模块11可以通过该接口与该射频模块12的预设接口相连。该预设接口可以为串行外设接口(Serial Peripheral Interface；SPI)，相应的，该处理模块11上设置的接口也可以为SPI接口。或者，该处理模块11上设置的接口还可以为通用串行总线(Universal Serial Bus；USB)接口，该USB接口中可以设置有接口转换芯片，处理模块11可以通过该接口转换芯片接收SPI接口发送的信号。
综上所述，本发明实施例提供的网关中设置的射频模块的数量较多，因此通过该多个射频模块可以管理的节点的数量也较多，并且该网关的处理模块中安装有操作系统，提高了对信号处理的灵活性，丰富了网关的功能。
可选的，图2是本发明实施例提供的另一种网关的结构示意图，如图2所示，该网关10还可以包括网络模块13，该网络模块13中可以设置有网络接口，该网络模块13可以通过该网络接口与处理模块11连接。
进一步的，如图2所示，该网络模块13具体可以包括：依次连接的接口保护电路131、变压器132以及网络物理层芯片133，其中，该接口保护电路131还可以与网络接口连接。
其中，接口保护电路131可以为二级保护电路，该二级保护电路可以是指包括气体放电管和瞬态二极管(Transient Voltage Suppressor；TVS)的保护电路(一级保护电路一般只包含气体放电管)。该二级保护电路可以实现雷击保护、浪涌保护及静电保护等功能，其中浪涌保护功能是由TVS实现的，该二级保护电路能够有效提高该网络模块13的可靠性。
变压器132可以用于实现对网络物理层芯片133的信号隔离，提高网络物理层芯片133的抗干扰能力。
网络物理层芯片133可以用于将从应用服务器接收到的数字信号转换为模拟信号，该模拟信号可以经过变压器132以及接口保护电路131，再通过网络接口输出至处理模块11。
示例的，该网络模块13可以为以太网模块，则该网络接口可以为以太网接口，该以太网接口可以为RJ45(Registered Jack)接口；该变压器132可以为以太网变压器；该网络物理层芯片133可以为以太网物理层芯片。相应的，该处理模块11中也可以设置有以太网接口，该以太网接口可以与该网络模块13中的以太网接口连接。
进一步的，该网络模块13中还可以设置有与应用服务器中的网络接口连接的网络接口，且该网络模块13的网络接口与应用服务器的网络接口可以通过有线连接，由此，网关通过该网络模块13可以实现与应用服务器的交互。
可选的，如图2所示，该网关10还可以包括无线通信模块14，该无线通信模块14中可以设置有通信接口，该无线通信模块14可以通过该通信接口与处理模块11连接。该通信接口可以为USB接口或者串行接口。
其中，该无线通信模块14还可以与应用服务器通过无线连接，网关通过该无线通信模块14可以实现与应用服务器的交互。
进一步的，如图2所示，该无线通信模块14具体可以包括：通讯子模块141、智能卡((Subscriber Identity Module；SIM)接口子模块142、电源处理电路143以及天线(图中未示出)。其中，该电源处理电路143与通讯子模块141连接，该电源处理电路143可以用于对网关中的电源处理模块输出的电压进行转换后输出至通讯子模块141；该通讯子模块141可以与处理模块11交互信号；该SIM卡接口子模块142可以插入不同的SIM卡，从而为无线通信模块14提供无线网络业务；该天线可以向应用服务器传输无线信号或者接收应用服务器传输的无线信号。
示例的，该无线通信模块14可以为第四代通讯技术(the 4Generation mobilecommunication technology；4G)通信模块。该4G通信模块中的通讯子模块141可以为数据传输单元(Data Transfer unit；DTU)，该DTU可以实现互联网协议(Internet Protocol；IP)数据和串口数据的转换，进而可以将处理模块11发送的串口数据转换为IP数据，并将该IP数据通过天线发送至应用服务器。
需要说明的是，该无线通信模块14中也可以无需设置电源处理电路143，此时，电源处理模块直接为通讯子模块141供电。
可选的，如图2所示，该网关10还可以包括定位模块15，该定位模块15可以分别与处理模块11和每个射频模块12连接。
进一步的，该定位模块15具体可以包括：定位芯片以及天线(图中未示出)。其中该天线可以接收定位卫星发送的定位信息，该定位信息中包含有位置信息和定位卫星发送定位信息的时间信息；该定位芯片可以将该定位信息发送至处理模块11。同时，该定位芯片还可以向每个射频模块12发送同步脉冲信号，该同步脉冲信号中可以携带有定位信息，从而可以使得每个射频模块12可以直接接收到定位信息，而无需再通过处理模块11进行转发。其中，该同步脉冲信号的发送频率可以为每秒一次。
其中在本发明实施例中，该定位模块15中可以设置有串行接口，该定位模块15可以通过该串行接口与该处理模块11相连，并能通过该串行接口将定位信息发送至处理模块11。
可选的，如图2所述，该网关10还可以包括USB接口电路16和异步传输接口电路17，该异步传输接口电路17可以为RS232接口电路。该USB接口电路16和RS232接口电路17均可以与处理模块11连接。
其中，该USB接口电路16可以包括：USB接口和USB电源开关(图中未示出)。其中，该USB电源开关可以进行电流检测，当通过该USB电源开关的电流大于预设阈值时，该USB电源开关可以自动关闭，从而实现了对该USB接口电路16的过流保护。
该RS232接口电路17可以包括依次连接的RS232芯片171、第一保护电路172以及RS232接口。其中，该RS232芯片171可以实现电平转换，将处理模块11输出的逻辑电平(CMOS电平)转换为RS232电平。其中，CMOS电平一般为0V～3.3V，RS232电平一般为-12V～+12V。
需要说明的是，该USB接口电路16和该异步传输接口电路17中均可以设置有I/O接口(I/O interface)，该USB接口电路16可以通过该I/O接口与处理模块11连接，该RS232接口电路17也可以通过该I/O接口与处理模块11连接。
可选的，如图2所述，该网关10还可以包括电源处理模块18，该电源处理模块18分别与该处理模块11和每个射频模块12连接，该电源处理模块还可以分别与网络模块13、无线通讯模块14、定位模块15、USB接口电路16和RS232接口电路17连接，从而为该各个模块供电。
其中，如图2所示，该电源处理模块18中具体可以包括：依次连接的第二保护电路181、电源转换电路182以及电源电压转换电路183。该第二保护电路可以为二级保护电路；该电源转换电压电路182可以为以太网设备电压-网关设备电压(POE-PD)转换电路，该POE-PD转换电路可以将以太网设备向电源处理模块18输入的电压转换为网关设备电压，并将该网关设备电压输入至电源电压转换电路183，该电源电压转换电路183可以将该网关设备电压进一步转换为射频模块12的额定工作电压，以及网关中除射频模块12之外的其他模块的额定工作电压，并将转换后的额定工作电压输出至对应的模块，从而为不同模块供电。
其中，该网关设备电压可以为12V，该射频模块12的额定工作电压可以为5V，网关中除射频模块12之外的其他模块的额定工作电压可以为3.3V。
图3是本发明实施例提供的一种处理模块11的结构示意图，如图3所示，该处理模块11具体可以包括处理器111、复位电路112、存储子模块113以及电源变换子模块114。
该复位电路112、存储子模块113以及电源变换子模块114分别与处理器111连接。该处理器可以为IMX6UL处理器。
该复位电路112可以用于在处理器上电时，对处理器进行复位，该复位电路可以为上电复位电路。该存储子模块113可以包括同步动态随机存取内存(DDR3)以及NAND闪存，其中，DDR3可以存储处理器111中配置的操作系统在运行时产生的代码以及数据，NAND闪存的文件系统中可以设置有数据库，该数据库可以用于存储和解析数据，以保证该处理器处于断电状态时，其存储的数据不会丢失。示例的，该数据库可以为SQLite数据库。
该电源变换子模块114用于对电源处理模块18输出的电压进行转换后输出至电源变换子模块114，该电源变换子模块114可以将该电压进一步转换为处理器111的额定工作电压，以及存储子模块113的额定工作电压，并将转换后的额定工作电压输出至对应的模块，从而为不同模块供电。
其中，电源处理模块18输出至电源变换子模块114的电压可以为3.3V，处理器111的额定工作电压可以为1.2V，存储子模块113的电压可以为1.8V。
可选的，图4是本发明实施例提供的一种射频模块12的结构示意图，如图4所示，射频模块12具体可以包括：依次连接的信号处理子模块121、信号转换子模块122、射频滤波器123、射频放大器124以及模拟开关125，其中，该信号处理子模块121还可以与SPI接口(图中未示出)连接。
其中，该信号处理子模块121可以为SX1301芯片，该SX1301芯片可以对处理器111发送的信号进行基带处理；该信号转换子模块122可以为射频物理前端芯片SX1255，该芯片可以实现数字信号和SX1301芯片处理后的信号之间的转换。该射频滤波器123可以为带通滤波器，可以滤除通讯频带外信号，增加通讯距离；该射频放大器124可以将信号放大；模拟开关125可以切换射频模块的信号收发状态。
该射频模块12向节点发送信号的过程可以为：SX1301芯片接收处理器111发送的信号，并对该信号进行基带处理，将基带处理后的信号发送至SX1255芯片，该SX1255芯片可以将该处理后的信号转换为数字信号，并发送至带通滤波器，该带通滤波器可以对该数字信号进行滤波，并将滤波后的数字信号发送至射频放大器，射频放大器对该滤波后的数字信号进行放大后即可发送至相应的节点。
射频模块12接收到节点发送的数字信号后，可以对该数字信号依次进行放大、滤波、转换和基带处理，其具体处理过程可以参考上述对处理器发送的信号的处理过程，此处不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例提供的网关中每个射频模块可以管理5000个节点，若该网关中设置有至少四个射频模块，则该网关所能够管理的节点数量可以达到20000以上，有效提高了网关管理的节点的数量。
可选的，在本发明实施例中，该网关10中还可以包括底板，该至少两个射频模块12、网络模块13、定位模块15、无线通信模块14、通用串行总线接口电路16和异步传输接口电路17均可以设置在底板上。其中，该底板与处理模块11分离设置。相较于现有技术中底板和处理模块一体化设置，本发明实施例提供的网关在进行硬件升级时，可以单独升级处理模块，而无需升级底板，降低了网关的硬件升级难度以及升级成本。
需要说明的是，本发明实施例提供的网关可以应用于多个场景中。示例的，可以应用在地震勘测领域，在进行地震勘测时，可以在地震勘测车辆中设置节点，从而可以实现对地震勘测车辆的远程管理，降低了地震勘测成本。或者应用在危险物品管理领域，可以在危险物品中设置节点，当该危险物品丢失时，可以快速定位该危险物品的位置，降低该危险物品引起的危害的概率。或者应用在药品运输领域，在药品传输时可以在药品包装盒外部设置节点，该节点中可以设置有温度传感器，可以通过网关实时监控该药品的温度，进而可以避免由于运输过程中温度过低或过高而造成药品失效的情况。或者应用在矿山开采领域，开采矿山的工作人员的身上可以携带节点，当工作人员发生危险时，可以快速定位工作人员，并实施救援，提高了工作人员的生存概率。
综上所述，本发明实施例提供的网关中设置的射频模块的数量较多，因此通过该多个射频模块可以管理的节点的数量也较多，并且该网关的处理模块中安装有操作系统，提高了对信号处理的灵活性，丰富了网关的功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种网关，其特征在于，应用于超长距低功耗数据传输网络，所述网关包括处理模块和至少两个射频模块，每个所述射频模块通过预设接口与所述处理模块连接；
每个所述射频模块用于与所述超长距低功耗数据传输网络中的节点通信；
所述处理模块中安装有操作系统，所述处理模块用于通过所述操作系统对每个所述射频模块接收和发送的信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关还包括：网络模块，所述网络模块中设置有网络接口，所述网络模块通过所述网络接口与所述处理模块连接；
所述网络模块包括：依次连接的接口保护电路、变压器以及网络物理层芯片，其中，所述接口保护电路还与所述网络接口连接。
3.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关还包括：无线通信模块，所述无线通信模块与所述处理模块连接。
4.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关还包括：定位模块；
所述定位模块分别与所述处理模块和每个所述射频模块连接。
5.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关还包括：通用串行总线接口电路和异步传输接口电路，所述通用串行总线接口电路和所述异步传输接口电路均与所述处理模块连接。
6.根据权利要求1所述的网关，其特征在于，所述网关还包括：电源处理模块，所述电源处理模块分别与所述处理模块和每个所述射频模块连接，用于为所述处理模块和每个所述射频模块供电。
7.根据权利要求1至6任一所述的网关，其特征在于，所述处理模块包括：处理器、复位电路、存储子模块以及电源变换子模块；
所述复位电路、所述存储子模块以及所述电源变换子模块分别与所述处理器连接；
其中，所述复位电路用于在上电时，对所述处理器进行复位；
所述存储子模块中配置有数据库，所述数据库用于存储数据；
所述电源变换子模块用于对电源处理模块输出的电压进行转换后输出至所述处理器。
8.根据权利要求1至6任一所述的网关，其特征在于，所述预设接口为串行外设接口，每个所述射频模块中设置有串行外设接口，每个所述射频模块通过所述串行外设接口与所述处理模块连接；
所述射频模块包括：依次连接的信号处理子模块、信号转换子模块、射频滤波器、射频放大器以及模拟开关，其中，所述信号处理子模块还与所述串行外设接口连接。
9.根据权利要求7所述网关，其特征在于，每个所述射频模块、网络模块、定位模块、无线通信模块、通用串行总线接口电路和异步传输接口电路分别与所述处理器连接。
10.根据权利要求1至6任一所述的网关，其特征在于，所述网关还包括：与所述处理模块分离设置的底板；
所述底板上设置有所述至少两个射频模块、网络模块、定位模块、无线通信模块、通用串行总线接口电路和异步传输接口电路。
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