CN110933085A - 一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法 - Google Patents

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夏宁宁
蒋秋明
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Abstract

本发明涉及一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，其特征在于，无线传感网络基于IEEE 802.15.4与传感器节点进行互联，网关通过IEEE 802.15.4接收所述无线传感网络发送的传感器数据，并进行协议转化，最后通过IPv6数据协议的方式发送给用户或者后台服务器。与现有技术相比，本发明具有简化数据采集过程、减低数据处理复杂度等优点。

Description

一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法。
背景技术
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)集合了大量耗能低的传感器，拥有十分广阔的应用前景，在酒店、工业自控和楼宇控制等许多重要领域有潜在的实用价值，但因为数据量巨大，未能得到充分利用。IPv6作为下一代互联网技术拥有巨大的地址资源，支持无状态地址自动配置，可以同时满足大规模WSN部署地址空间的需求、特定应用环境下对WSN节点全球唯一标识的需求、为大规模WSN实现自动编址的需求、传感器网络网络层安全保障需求。因此，将IPv6与WSN结合符合未来网络的发展方向，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的WSN资源利用不充分的缺陷而提供一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，无线传感网络基于IEEE802.15.4与传感器节点进行互联，网关通过IEEE 802.15.4接收所述无线传感网络发送的传感器数据，并进行协议转化，最后通过IPv6数据协议的方式发送给用户或者后台服务器。
还包括Modbus总线将子设备数据发送给网关，并进行协议转化，通过IPv6数据协议的方式发送给用户。
所述网关基于边缘计算的网关，设有与协议转化对应的协议转换模块，所述协议转换模块包括内核协议层、网关抽象层和网关协议转化层。
所述内核协议层通过串口读取无线传感网络中完整的帧结构的原始数据，所述网关抽象层将完整的帧结构的原始数据解析出地址信息和有效荷载并保存到服务器的临时内存。
所述网关协议转化层将所述有效荷载进行打包，通过IPv6协议所属网络通道转发；同时网关协议转化层将所述Modbus总线发送的子设备数据解析出有效荷载，并将有效荷载进行打包通过IPv6协议所属网络通道转发。
所述网关与IPv6数据之间的IPv6协议栈采用分层结构进行设计，所述IPv6协议栈包括事件触发接口层、TCP/IP网络协议层和网络设备驱动接口层。
所述事件触发接口层、网络设备驱动接口层分别与TCP/IP网络协议层连接。
所述事件触发接口层为执行应用层协议，根据对应应用的业务所需数据进行自定义的数据封装处理；所述TCP/IP网络协议层提供端到端的数据传输；所述网络设备驱动接口层提供物理层点对点的数据链路传输。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明将拥有巨大地址资源的IPv6同具有便捷组网优势的WSN相结合，网关只需对采集的数据进行简单的转化即可获取设备参数值，然后进行业务协议的封装，这样的组合方式极大得简化了数据采集过程。
2.本发明IPv6协议栈的TCP/IP网络协议层以UDP传输为主，UDP传输本身具备低功耗的特点，同时可以降低数据处理的复杂度。
3.本发明IPv6协议栈的事件触发接口层可以根据对应应用的业务所需数据进行自定义的数据封装处理，适用性更广，方便业务变化时对数据封装格式进行调整。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明协议转换模块的结构示意图；
图3为本发明IPv6协议栈的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，无线传感网络基于IEEE 802.15.4与传感器节点进行互联，网关通过IEEE 802.15.4接收无线传感网络发送的传感器数据，并进行协议转化，最后通过IPv6数据协议的方式发送给用户或者后台服务器；还包括Modbus总线将子设备数据发送给网关，并进行协议转化，通过IPv6数据协议的方式发送给用户。
如图2所示，网关基于边缘计算的网关，设有与协议转化对应的协议转换模块，所述协议转换模块包括内核协议层、网关抽象层和网关协议转化层。
内核协议层通过串口读取无线传感网络中完整的帧结构的原始数据，完整的帧结构的原始数据包括帧引导、帧开始界定符、帧长度、帧控制域、数据序号、地址信息、帧有效荷载和效验位，网关抽象层将完整的帧结构的原始数据解析出地址信息和有效荷载并保存到服务器的临时内存。
网关协议转化层将有效荷载进行打包，即按照自定义协议取出参数封装，通过IPv6协议所属网络通道转发，自定义协议数据格式如表1所示：
表1自定义协议数据格式
Figure BDA0002296686960000031
在1-2字节的内容中，最高位是代表正负，1为负，0为正，上报数据的大小为真实数据*10，3-4字节中上报数据的大小为真实数据*10；
同时网关协议转化层将Modbus总线发送的子设备数据解析出有效荷载，并将有效荷载进行打包通过IPv6协议所属网络通道转发。
如图3所示，网关与IPv6数据协议之间的IPv6协议栈采用分层结构进行设计，IPv6协议栈包括事件触发接口层、TCP/IP网络协议层和网络设备驱动接口层。
事件触发接口层、网络设备驱动接口层分别与TCP/IP网络协议层连接。
事件触发接口层为执行应用层协议，根据对应应用的业务所需数据进行自定义的数据封装处理；TCP/IP网络协议层提供端到端的数据传输；网络设备驱动接口层提供物理层点对点的数据链路传输。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等小变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，其特征在于，无线传感网络基于IEEE 802.15.4与传感器节点进行互联，网关通过IEEE 802.15.4接收所述无线传感网络发送的传感器数据，并进行协议转化，最后通过IPv6数据协议的方式发送给用户或者后台服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，其特征在于，还包括Modbus总线将子设备数据发送给网关，并进行协议转化，通过IPv6数据协议的方式发送给用户。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，其特征在于，所述网关为基于边缘计算的网关，设有与协议转化对应的协议转换模块，所述协议转换模块包括内核协议层、网关抽象层和网关协议转化层。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，其特征在于，所述内核协议层通过串口读取无线传感网络中完整的帧结构的原始数据，所述网关抽象层将完整的帧结构的原始数据解析出地址信息和有效荷载并保存到服务器的临时内存。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，其特征在于，所述网关协议转化层将所述有效荷载进行打包，通过IPv6协议所属网络通道转发；同时网关协议转化层将所述Modbus总线发送的子设备数据解析出有效荷载，并将有效荷载进行打包通过IPv6协议所属网络通道转发。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，其特征在于，所述网关与IPv6数据协议之间的IPv6协议栈采用分层结构进行设计，所述IPv6协议栈包括事件触发接口层、TCP/IP网络协议层和网络设备驱动接口层。
7.根据权利要求6所述的一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，其特征在于，所述事件触发接口层、网络设备驱动接口层分别与TCP/IP网络协议层连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于无线传感网络的边缘计算网关的协议转化方法，其特征在于，所述事件触发接口层为执行应用层协议，根据对应应用的业务所需数据进行自定义的数据封装处理；所述TCP/IP网络协议层提供端到端的数据传输；所述网络设备驱动接口层提供物理层点对点的数据链路传输。
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