CN109360476A - 一种物联网多网融合实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种物联网多网融合实验系统，通过设置蓝牙服务转换单元、WiFi服务转换单元和RPL服务转换单元，可以上传的各节点下的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成蓝牙服务控制单元、WiFi服务控制单元和RPL服务控制单元能接收的元数据；Zigbee通信设备通过Zigbee网络将元数据传输至Zigbee协调器控制单元，Zigbee协调控制单元通过串口通信的方式与物联网应用程序模块通信；整个系统可以将蓝牙、WiFi、RPL和Zigbee四种无线通信的方式融合在同一个系统中，无线物联网实验平台功能。

Description

一种物联网多网融合实验系统

技术领域

本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种物联网多网融合实验系统。

背景技术

物联网技术是在成熟的互联网技术基础上发展起来的一种用户端延伸和扩展到了物品与物品间进行通讯的一种技术，有着广泛的应用范围和巨大的发展空间，而无线传感器网络技术更是物联网技术的热门领域，政府企业高效都力求推进无线物联网的发展。

顺应时势发展，近年来很多高校都设立了以无线无线网技术为重点的物联网专业，然而无线通信协议复杂难懂，要学好无线通信系统开发必须理论和实践想结合，若没有全面综合先进的一套实验平台，学生很难去只管的掌握无线物联网的相关知识及应用开发。

目前高校教学应用的无线物联网实验平台功能单一、灵活性差，只能做部分无线通信协议的实验。因此，现需一种可以融合蓝牙、WiFi、ZigBee和RPL通信的多网融合实验系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了现需一种可以融合蓝牙、WiFi、ZigBee和RPL通信的多网融合实验系统。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种物联网多网融合实验系统，其包括蓝牙节点、WiFi节点、RPL节点和Zigbee节点和远程移动终端设备，还包括智能网关控制模块与物联网应用程序模块；

智能网关控制模块包括蓝牙服务控制单元、蓝牙服务转换单元、Wifi服务控制单元、Wifi服务转换单元、RPL协调器控制单元、RPL服务转换单元和Zigbee协调器控制单元；

蓝牙节点采集蓝牙节点下传感器的数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的蓝牙服务控制单元，接收蓝牙服务控制单元的控制指令，控制蓝牙终端设备；

蓝牙服务控制单元将蓝牙节点传送的元数据上传到蓝牙服务转换单元，下传蓝牙服务转换单元的指令信息到蓝牙节点；

蓝牙服务转换单元将蓝牙服务控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成蓝牙服务控制单元能接收的元数据；

WiFi节点采集WiFi节点下的传感器数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的WiFi服务控制单元，接收WiFi服务控制单元的控制指令，控制WiFi终端设备；

Wifi服务控制单元将WiFi节点传送的元数据上传到WiFi服务转换单元，下传WiFi服务转换单元的指令信息到WiFi节点；

WiFi服务转换单元将WiFi服务控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成WiFi服务控制单元能接收的元数据；

Zigbee节点采集Zigbee节点下的传感器数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的Zigbee协调器控制单元，接收Zigbee协调器控制单元的控制指令，控制Zigbee终端设备；

Zigbee协调器控制单元将Zigbee节点传送的元数据上传到物联网应用程序模块，下传物联网应用程序模块的指令信息到Zigbee节点；

RPL节点采集RPL节点下的传感器数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的RPL协调器控制单元，接收RPL协调器控制单元的控制指令，控制RPL终端设备；

RPL协调器控制单元将RPL节点传送的元数据上传到RPL服务转换单元，下传RPL服务转换单元的指令信息到RPL节点；

RPL服务转换单元将RPL协调器控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成Zigbee服务控制单元能接收的元数据；

物联网应用程序模块实现对蓝牙、WiFi、ZigBee和RPL数据采集与控制，上传元数据到远程移动终端设备，转换远程移动终端的控制命令控制物联网终端设备；

蓝牙节点、蓝牙服务控制单元、蓝牙服务转换单元和物联网应用程序模块顺次无线连接，WiFi节点、WiFi服务控制单元、WiFi服务转换单元和物联网应用程序模块顺次无线连接，Zigbee节点与ZigBee协调器控制单元无线连接，ZigBee协调器控制单元与物联网应用程序模块电性连接，RPL节点与RPL协调器控制单元无线连接，RPL协调器控制单元与物联网应用程序模块电性连接，物联网应用程序模块和远程移动终端设备无线连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，蓝牙节点与蓝牙服务控制单元进行蓝牙通信，通信的数据包为Slip数据包，蓝牙服务控制单元通过TCP协议与蓝牙服务转换单元通信，蓝牙服务转换单元将Slip数据包转换成UDP数据包。

在以上技术方案的基础上，优选的，WiFi节点与Wifi服务控制单元进行TCP通信，通信的数据包为Slip数据包，Wifi服务控制单元通过TCP协议与Wifi服务转换单元通信，WiFi服务转换单元将Slip数据包转换成UDP数据包。

在以上技术方案的基础上，优选的，RPL节点通过RPL无线网络与RPL协调控制单元通信，RPL协调控制单元通过串口通信的方式与RPL服务转换单元通信，RPL服务转换单元将Slip数据包转换成UDP数据包。

在以上技术方案的基础上，优选的，Zigbee节点通过Zigbee无线网与Zigbee协调控制单元通信，Zigbee协调控制单元由硬件设备串口与物联网应用程序模块进行数据通信。

在以上技术方案的基础上，优选的，物联网应用程序模块通过Coap通信方式访问传感器。

更进一步优选的，蓝牙节点、WiFi节点、RPL节点和Zigbee节点均通过移植Contiki操作系统，支持IPv6协议，传感器通过CoAP协议进行传输。

在以上技术方案的基础上，还包括显示屏；

显示屏将当前节点的无线网络名称、连接状态、节点的MAC地址以及传感器数据信息显示出来。

本发明的一种物联网多网融合实验系统相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置蓝牙服务转换单元，可以将蓝牙服务控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成蓝牙服务控制单元能接收的元数据；

(2)通过设置WiFi服务转换单元，可以将WiFi服务控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成WiFi服务控制单元能接收的元数据；

(3)通过设置RPL服务转换单元，可以将RPL服务控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成RPL服务控制单元能接收的元数据；

(4)整个系统可以将蓝牙、WiFi、RPL和ZigBee四种无线通信的方式融合在同一个系统中，无线物联网实验平台功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明一种物联网多网融合实验系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一种物联网多网融合实验系统，其包括蓝牙节点、WiFi节点、RPL节点和Zigbee节点、远程移动终端设备、智能网关控制模块、物联网应用程序模块和显示屏。

智能网关控制模块，实现系统信息的采集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。智能网关控制模块包括蓝牙服务控制单元、蓝牙服务转换单元、Wifi服务控制单元、Wifi服务转换单元、RPL协调器控制单元、RPL服务转换单元和Zigbee协调器控制单元。其中，蓝牙服务控制单元将蓝牙节点传送的元数据上传到蓝牙服务转换单元，下传蓝牙服务转换单元的指令信息到蓝牙节点；蓝牙服务转换单元将蓝牙服务控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成蓝牙服务控制单元能接收的元数据；Wifi服务控制单元将WiFi节点传送的元数据上传到WiFi服务转换单元，下传WiFi服务转换单元的指令信息到WiFi节点；WiFi服务转换单元将WiFi服务控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成WiFi服务控制单元能接收的元数据；Zigbee协调器控制单元将Zigbee节点传送的元数据上传到物联网应用程序模块，下传物联网应用程序模块的指令信息到Zigbee节点；RPL协调器控制单元将RPL节点传送的元数据上传到RPL服务转换单元，下传RPL服务转换单元的指令信息到RPL节点；RPL服务转换单元将RPL协调器控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成Zigbee服务控制单元能接收的元数据。

物联网应用程序模块，在通信上传过程中，接收四种无线通信网络发来的数据包，并上传给远程移动终端设备；在通信下传过程中，接收并转换远程移动终端设备发送的控制命令，通过智能网关控制模块将转换后的控制命令分发给四种无线通信网络中的物联网终端设备。物联网应用程序模块通过Coap通信方式访问传感器。蓝牙节点、WiFi节点、RPL节点和Zigbee节点均通过移植Contiki操作系统，支持IPv6协议，传感器通过CoAP协议进行传输。

蓝牙节点，采集蓝牙节点下传感器的数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的蓝牙服务控制单元，接收蓝牙服务控制单元的控制指令，控制蓝牙终端设备。蓝牙通信分为发送过程和接收过程，在发送过程中，蓝牙节点采集蓝牙节点下的传感器采集数据，并生成元数据，通过蓝牙与蓝牙服务控制单元通信，通信的数据包为Slip数据包，蓝牙服务控制单元通过TCP协议与蓝牙服务转换单元通信，并将上传的Slip数据包传输给蓝牙服务转换单元，蓝牙服务转换单元将Slip数据包转换成UDP数据包，蓝牙服务转换单元将UDP数据包发送至物联网应用程序模块，物联网应用程序模块上传UDP数据包至远程移动终端设备处理；在下传过程中，远程移动终端设备发送控制命令至物联网应用程序模块，物联网应用程序模块转换远程移动终端的控制命令，将转换后的控制命令分发给蓝牙服务转换单元，蓝牙服务转换单元将控制命令转换成蓝牙服务控制单元能接受的元数据，并将元数据下传至蓝牙服务控制单元，蓝牙服务控制单元接收并下传元数据至蓝牙节点。

WiFi节点，采集WiFi节点下传感器的数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的WiFi服务控制单元，接收WiFi服务控制单元的控制指令，控制WiFi终端设备。WiFi通信的发送和接收过程与蓝牙节点通信的原理相同，在此不再累赘。

RPL节点，采集RPL节点下的传感器数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的RPL协调器控制单元，接收RPL协调器控制单元的控制指令，控制RPL终端设备。在RPL终端设备发送过程中，首先RPL节点采集传感器的数据，并生成元数据，通过RPL802.15.4无线网络与RPL协调控制单元通信，RPL协调控制单元通过串口通信的方式与RPL服务转换单元通信，RPL服务转换单元将上传的Slip数据包转换成UDP数据包，并发送至物联网应用程序模块，物联网应用程序模块上传UDP数据包至远程移动终端设备处理；在下传过程中，远程移动终端设备发送控制命令至物联网应用程序模块，物联网应用程序模块转换远程移动终端的控制命令，将转换后的控制命令分发给RPL服务转换单元，RPL服务转换单元将控制命令转换成RPL协调器控制单元能接受的元数据，并将元数据下传至RPL协调器控制单元，RPL协调器控制单元接收并下传元数据至蓝牙节点。

Zigbee节点，采集Zigbee节点下的传感器数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的Zigbee协调器控制单元，接收Zigbee协调器控制单元的控制指令，控制Zigbee终端设备。在Zigbee终端设备发送过程中，首先Zigbee节点采集传感器的数据，并生成元数据，通过Zigbee无线网络与Zigbee协调控制单元通信，Zigbee协调控制单元通过串口通信的方式与物联网应用程序模块通信，物联网应用程序模块上传UDP数据包至远程移动终端设备处理；在下传过程中，远程移动终端设备发送控制命令至物联网应用程序模块，物联网应用程序模块转换远程移动终端的控制命令，将转换后的控制命令分发给Zigbee协调控制单元，Zigbee协调控制单元将控制命令转换成Zigbee协调控制单元能接受的元数据，并将元数据下传至Zigbee节点。

显示屏，将当前节点的无线网络名称、连接状态、节点的MAC地址以及传感器数据信息显示出来。显示屏与各节点电性连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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 (8)

1.一种物联网多网融合实验系统，其包括蓝牙节点、WiFi节点、RPL节点和Zigbee节点和远程移动终端设备，其特征在于：还包括智能网关控制模块与物联网应用程序模块；

所述智能网关控制模块包括蓝牙服务控制单元、蓝牙服务转换单元、Wifi服务控制单元、Wifi服务转换单元、RPL协调器控制单元、RPL服务转换单元和Zigbee协调器控制单元；

所述蓝牙节点采集蓝牙节点下传感器的数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的蓝牙服务控制单元，接收蓝牙服务控制单元的控制指令，控制蓝牙终端设备；

所述蓝牙服务控制单元将蓝牙节点传送的元数据上传到蓝牙服务转换单元，下传蓝牙服务转换单元的指令信息到蓝牙节点；

所述蓝牙服务转换单元将蓝牙服务控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成蓝牙服务控制单元能接收的元数据；

所述WiFi节点采集WiFi节点下的传感器数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的WiFi服务控制单元，接收WiFi服务控制单元的控制指令，控制WiFi终端设备；

所述Wifi服务控制单元将WiFi节点传送的元数据上传到WiFi服务转换单元，下传WiFi服务转换单元的指令信息到WiFi节点；

所述WiFi服务转换单元将WiFi服务控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成WiFi服务控制单元能接收的元数据；

所述Zigbee节点采集Zigbee节点下的传感器数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的Zigbee协调器控制单元，接收Zigbee协调器控制单元的控制指令，控制Zigbee终端设备；

所述Zigbee协调器控制单元将Zigbee节点传送的元数据上传到物联网应用程序模块，下传物联网应用程序模块的指令信息到Zigbee节点；

所述RPL节点采集RPL节点下的传感器数据，并生成元数据，将元数据上传到智能网关控制模块中的RPL协调器控制单元，接收RPL协调器控制单元的控制指令，控制RPL终端设备；

所述RPL协调器控制单元将RPL节点传送的元数据上传到RPL服务转换单元，下传RPL服务转换单元的指令信息到RPL节点；

所述RPL服务转换单元将RPL协调器控制单元上传的元数据转换成物联网应用程序模块能接收的统一的信息，接收物联网应用程序模块的指令信息并转换成Zigbee服务控制单元能接收的元数据；

所述物联网应用程序模块实现对蓝牙、WiFi、ZigBee和RPL数据采集与控制，上传元数据到远程移动终端设备，转换远程移动终端的控制命令控制物联网终端设备；

所述蓝牙节点、蓝牙服务控制单元、蓝牙服务转换单元和物联网应用程序模块顺次无线连接，WiFi节点、WiFi服务控制单元、WiFi服务转换单元和物联网应用程序模块顺次无线连接，Zigbee节点与ZigBee协调器控制单元无线连接，ZigBee协调器控制单元与物联网应用程序模块电性连接，RPL节点与RPL协调器控制单元无线连接，RPL协调器控制单元与物联网应用程序模块电性连接，物联网应用程序模块和远程移动终端设备无线连接。

2.如权利要求1所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：所述蓝牙节点与蓝牙服务控制单元进行蓝牙通信，通信的数据包为Slip数据包，蓝牙服务控制单元通过TCP协议与蓝牙服务转换单元通信，蓝牙服务转换单元将Slip数据包转换成UDP数据包。

3.如权利要求1所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：所述WiFi节点与Wifi服务控制单元进行TCP通信，通信的数据包为Slip数据包，Wifi服务控制单元通过TCP协议与Wifi服务转换单元通信，WiFi服务转换单元将Slip数据包转换成UDP数据包。

4.如权利要求1所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：所述RPL节点通过RPL无线网络与RPL协调控制单元通信，RPL协调控制单元通过串口通信的方式与RPL服务转换单元通信，RPL服务转换单元将Slip数据包转换成UDP数据包。

5.如权利要求1所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：所述Zigbee节点通过Zigbee无线网与Zigbee协调控制单元通信，Zigbee协调控制单元由硬件设备串口与物联网应用程序模块进行数据通信。

6.如权利要求1所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：所述物联网应用程序模块通过Coap通信方式访问传感器。

7.如权利要求6所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：所述蓝牙节点、WiFi节点、RPL节点和Zigbee节点均通过移植Contiki操作系统，支持IPv6协议，传感器通过CoAP协议进行传输。

8.如权利要求1所述的一种物联网多网融合实验系统，其特征在于：还包括显示屏；

所述显示屏将当前节点的无线网络名称、连接状态、节点的MAC地址以及传感器数据信息显示出来。