CN111683005B - 一种物联网智能网关设备及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种物联网智能网关设备及其构建方法，所述智能网关设备包括硬件层；在所述硬件层构建适于边缘计算的Sylixos嵌入式系统；在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境，所述运行时环境用于提供开发和扩展设备功能的应用程序框架、应用组件以及系统服务；在所述运行时环境构建应用层，所述应用层提供用于开发物联网功能的API，同时在所述应用层以多任务方式运行多个物联网应用。本发明的智能网关，可通过开发物联网web应用实现对智能网关的功能扩展，扩展功能的同时对原有的系统和服务无侵入性，无需改动原有服务任何地方，在应用层实现一套权限机制，针对用户提供了定制化需求的功能，对硬件资源达到合理的应用，且安全性高。

Description

一种物联网智能网关设备及其构建方法

技术领域

本发明涉及智能计算技术领域，特别是一种物联网智能网关设备及其构建方法。

背景技术

目前的物联网边缘计算解决方案还停留在底层基础的硬件和系统平台，它们一般根据不同的应用需求，为客户定制相应的芯片模块和软件中间件，通过基本的物联网通信协议与硬件进行通信。即传统物联网网关的功能比较单一，主要是通过网络连接、协议转换等功能将物联网设备连接到网络中。

图1示出了一种传统物联网网关的结构，其功能为：物联网网关可以实现不同网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。传统物联网网关整体结构一般由硬件与固件组成：整体结构：硬件：物联网关硬件主要包括基本的计算、存储单元与通信模块。固件：网关软件一般是由定制化的嵌入式操作系统与业务代码高度集成在固件中，对边缘节点与智能设备的通信进行协议转换，将消息传递给智能设备并向物联网业务系统上报智能设备消息。

现有的物联网网关主要缺陷有：开发者对网关的开发偏向于底层硬件，开发难度大，开发周期长；功能单一，出厂即固化，不能满足用户的可变的定制化的需求。用户无法根据自己的需求去定制一些功能或删减一些功能；物联网网关平台封闭，没有对第三方开发者提供扩展平台和扩展接口。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的一个或多个缺陷，提出了如下技术方案。

一种物联网智能网关设备，所述智能网关设备包括硬件层，所述硬件层至少包括处理器、存储器以及数据总线；

在所述硬件层构建适于边缘计算的Sylixos嵌入式系统，所述Sylixos嵌入式系统用于提供网络组件、磁盘管理、内存管理、进程管理、文件系统、动态链接、IO设备系统、时间管理以及任务调度服务组件；

在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境，所述运行时环境用于提供开发和扩展设备功能的应用程序框架、应用组件以及系统服务；

在所述运行时环境构建应用层，所述应用层提供用于开发物联网功能的API，同时在所述应用层以多任务方式运行多个物联网应用。

更进一步地，在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境的方式为：在Sylixos嵌入式系统上移植一个javascript脚本引擎，在javascript脚本引擎上实现javascript语言调用系统方法的方法库，基于所述方法库在所述javascript脚本引擎上实现一套web应用程序开发框架，供开发者去开发相关的物联网web应用以构建运行时环境。

更进一步地，所述物联网应用在所述应用层进行安装、卸载、更新、运行及关闭，所述应用层对所述多个物联网应用之间进行隔离与管理。

更进一步地，每启动所述多个物联网应用中的一个应用时，所述Sylixos嵌入式系统就启动一个jsre进程，所述jsre进程的运行以及使用的内存区域是相互独立的，以使得所述多个物联网应用之间相互隔离。

更进一步地，用户通过移动端应用向所述网关设备发送更新、卸载或安装的http请求，如果所述http请求是更新或安装请求，所述网关设备转发所述http请求到云应用商店，进行下载压缩文件安装包到所述网关设备，所述网关设备对压缩文件安装包解压后更新或安装应用，并将更新或安装成功与否的操作信息发送至所述用户，如果所述http请求是卸载请求，则直接卸载对应的物联网应用。

本发明还提出了一种物联网智能网关设备的构建方法，该方法包括，

步骤S1，提供所述智能网关设备的硬件层，所述硬件层至少包括处理器、存储器以及数据总线；

步骤S2，在所述硬件层构建适于边缘计算的Sylixos嵌入式系统，所述Sylixos嵌入式系统用于提供网络组件、磁盘管理、内存管理、进程管理、文件系统、动态链接、IO设备系统、时间管理以及任务调度服务组件；

步骤S3，在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境，所述运行时环境用于提供开发和扩展设备功能的应用程序框架、应用组件以及系统服务；

步骤S4，在所述运行时环境构建应用层，所述应用层提供用于开发物联网功能的API，同时在所述应用层以多任务方式运行多个物联网应用。

更进一步地，在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境的方式为：在Sylixos嵌入式系统上移植一个javascript脚本引擎，在javascript脚本引擎上实现javascript语言调用系统方法的方法库，基于所述方法库在所述javascript脚本引擎上实现一套web应用程序开发框架，供开发者去开发相关的物联网web应用以构建运行时环境。

更进一步地，所述物联网应用在所述应用层进行安装、卸载、更新、运行及关闭，所述应用层对所述多个物联网应用之间进行隔离与管理。

更进一步地，每启动所述多个物联网应用中的一个应用时，所述Sylixos嵌入式系统就启动一个jsre进程，所述jsre进程的运行以及使用的内存区域是相互独立的，以使得所述多个物联网应用之间相互隔离。

更进一步地，用户通过移动端应用向所述网关设备发送更新、卸载或安装的http请求，如果所述http请求是更新或安装请求，所述网关设备转发所述http请求到云应用商店，进行下载压缩文件安装包到所述网关设备，所述网关设备对压缩文件安装包解压后更新或安装应用，并将更新或安装成功与否的操作信息发送至所述用户，如果所述http请求是卸载请求，则直接卸载对应的物联网应用。

本发明的技术效果为：本发明的一种物联网智能网关设备，所述智能网关设备包括硬件层，所述硬件层至少包括处理器、存储器以及数据总线；在所述硬件层构建适于边缘计算的Sylixos嵌入式系统，所述Sylixos嵌入式系统用于提供网络组件、磁盘管理、内存管理、进程管理、文件系统、动态链接、IO设备系统、时间管理以及任务调度服务组件；在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境，所述运行时环境用于提供开发和扩展设备功能的应用程序框架、应用组件以及系统服务；在所述运行时环境构建应用层，所述应用层提供用于开发物联网功能的API，同时在所述应用层以多任务方式运行多个物联网应用。本发明的智能网关，可通过开发物联网web应用实现对智能网关的功能扩展，即对第三方开发人员提供了扩展平台，第三方开发人员可以非常容易的完成物联网智能网关功能的扩展，扩展功能的同时对原有的系统和服务无侵入性，无需改动原有服务任何地方，在应用层实现一套权限机制，开发人员所开发的web应用无法随意获取智能网关的权限以及用户的信息，针对用户提供了定制化需求的功能，用户可安装、卸载、更新、智能网关内的应用，对硬件资源达到合理的应用，且安全性高。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是传统物联网网关的结构的示意图。

图2是根据本发明的实施例的智能物联网网关的结构的示意图。

图3是根据本发明的实施例之一的智能物联网网关构建方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图2示出了本发明的一种物联网智能网关设备，所述智能网关设备包括硬件层，所述硬件层至少包括处理器、存储器以及数据总线，一般还包括wifi、蓝牙、红外等等数据通信接口，以及网络接口等等；

为实现网关设备的智能化，相对于传统的网关设备，本发明的网关设备在所述硬件层构建适于边缘计算的Sylixos嵌入式系统，所述Sylixos嵌入式系统用于提供网络组件、磁盘管理、内存管理、进程管理、文件系统、动态链接、IO设备系统、时间管理以及任务调度服务组件；即本发明的网关设备使用Sylixos嵌入式系统进行设备的各种管理等等，便于设备的扩展，以及在其上构建运行时环境，这是本发明的重要发明点之一。

在一个实施例中，在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境，所述运行时环境用于提供开发和扩展设备功能的应用程序框架、应用组件以及系统服务；优选地，在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境的方式为：在Sylixos嵌入式系统上移植一个javascript脚本引擎，在javascript脚本引擎上实现javascript语言调用系统方法的方法库，基于所述方法库在所述javascript脚本引擎上实现一套web应用程序开发框架，供开发者去开发相关的物联网web应用以构建运行时环境。

下面具体的描述一下构建运行时环境的方式：

使用开源的javascript（简称js）引擎提供的对接Sylixos嵌入式系统的接口，基于Sylixos嵌入式系统通过c语言编程实现javascript引擎底层的任务调度和任务管理，实现此处用于应用的隔离与进程管理；

javascript引擎适配：在Sylixos上实现了开源javascript引擎的对外接口，完成这部分即可实现javascript引擎移植的基础工作，也就是javascript引擎的解释器可以在Sylixos操作系统里运行，javascript引擎解释器的功能是完成javascript代码的解析，生成可执行的字节码并执行；

构建应用运行环境：实现了javascript模块化、内存管理、文件加载系统以及javascript语言针对操作系统方法的桥接接口；

构建应用框架：通过桥接接口实现了基于http协议的restful风格程序模板，并供了webscoket、socketio及其他通信协议的工具；

实现应用功能组件： 实现常用的网络协议，IO流，文件系统，多任务组件，路由组件，多媒体组件物联网组件，关系型数据库&非关系型数据库，测试工具等。

通过上述方式，在网关设备的系统层上构建了运行时环境，使得网关设备可以运行多个物联网应用，且可以对开发应用，使得网关设备便于扩展，功能不再单一，在扩展功能的同时对原有的系统和服务无侵入性，无需改动原有服务任何地方，且智能设备（比如智能手机等）接入智能网关后，智能设备无需过多硬件资源，智能网关拥有强大硬件资源和算力，控制和计算通过web应用程序在智能网关里实现，通过物联网协议和智能硬件实现数据交换，解决了背景技术中的技术缺陷，这是本发明的另一个重要发明点。

在所述运行时环境构建应用层，所述应用层提供用于开发物联网功能的API，同时在所述应用层以多任务方式运行多个物联网应用。在一个实施例中，所述物联网应用在所述应用层进行安装、卸载、更新、运行及关闭，所述应用层对所述多个物联网应用之间进行隔离与管理。每启动所述多个物联网应用中的一个应用时，所述Sylixos嵌入式系统就启动一个jsre进程，所述jsre进程的运行以及使用的内存区域是相互独立的，以使得所述多个物联网应用之间相互隔离，提高了应用的安全性，这是本发明的另一个重要发明点。

在一个实施例中，用户通过移动端应用向所述网关设备发送更新、卸载或安装的http请求，如果所述http请求是更新或安装请求，所述网关设备转发所述http请求到云应用商店，进行下载压缩文件安装包到所述网关设备，所述网关设备对压缩文件安装包解压后更新或安装应用，并将更新或安装成功与否的操作信息发送至所述用户，如果所述http请求是卸载请求，则直接卸载对应的物联网应用。即用户可以灵活增删智能网关的应用服务，用户通过移动端向智能网关发送安装应用请求，智能网关访问云应用商店，下载压缩文件到此网关，自动解压安装在网关系统注册，返回成功信息到移动端，用户再次刷新移动端页面，即可发现刚才安装的web应用，用户可打开此应用，智能网关应用层就会创建此web应用进程，供移动端访问。

在所述应用层实现一套权限机制，比如根据开发者的配置的权限确定其开发的web应用的权限，使得开发人员所开发的web应用无法随意获取智能网关的权限以及用户的信息，确保了信息安全。

在上述应用层，构建相应的针对开发者的集成开发环境（IDE或IDE 中间件），该集成开发环境提供从应用程序开发到部署的整个过程，开发者通过IDE针对智能网关开发相关的应用程序，可通过操作IDE将应用上传到云应用商店中中，开发人员可重复开发此应用更新版本，也可开发多个应用。对于智能硬件设备（如智能手机），相关开发者可通过ZIgbee，wifi等相关物联网协议接入此智能网关。

本发明的智能网关，可通过开发物联网web应用实现对智能网关的功能扩展，即对第三方开发人员提供了扩展平台，第三方开发人员可以非常容易的完成物联网智能网关功能的扩展，扩展功能的同时对原有的系统和服务无侵入性，无需改动原有服务任何地方，在应用层实现一套权限机制，开发人员所开发的web应用无法随意获取智能网关的权限以及用户的信息，针对用户提供了定制化需求的功能，用户可安装、卸载、更新、智能网关内的应用，对硬件资源达到合理的应用，这是本发明的另一个重要发明点。

图3示出了本发明的一种物联网智能网关设备的构建方法，该方法包括：

步骤S1，提供所述智能网关设备的硬件层，所述硬件层至少包括处理器、存储器以及数据总线，一般还包括wifi、蓝牙、红外等等数据通信接口，以及网络接口等等；

步骤S2，在所述硬件层构建适于边缘计算的Sylixos嵌入式系统，所述Sylixos嵌入式系统用于提供网络组件、磁盘管理、内存管理、进程管理、文件系统、动态链接、IO设备系统、时间管理以及任务调度服务组件。

为实现网关设备的智能化，相对于传统的网关设备，本发明的网关设备在所述硬件层构建适于边缘计算的Sylixos嵌入式系统，所述Sylixos嵌入式系统用于提供网络组件、磁盘管理、内存管理、进程管理、文件系统、动态链接、IO设备系统、时间管理以及任务调度服务组件；即本发明的网关设备使用Sylixos嵌入式系统进行设备的各种管理等等，便于设备的扩展，以及在其上构建运行时环境，这是本发明的重要发明点之一。

步骤S3，在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境，所述运行时环境用于提供开发和扩展设备功能的应用程序框架、应用组件以及系统服务；

优选地，在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境的方式为：在Sylixos嵌入式系统上移植一个javascript脚本引擎，在javascript脚本引擎上实现javascript语言调用系统方法的方法库，基于所述方法库在所述javascript脚本引擎上实现一套web应用程序开发框架，供开发者去开发相关的物联网web应用以构建运行时环境。

下面具体的描述一下构建运行时环境的方式：

使用开源的javascript（简称js）引擎提供的对接Sylixos嵌入式系统的接口，基于Sylixos嵌入式系统通过c语言编程实现javascript引擎底层的任务调度和任务管理，实现此处用于应用的隔离与进程管理；

javascript引擎适配：在Sylixos上实现了开源javascript引擎的对外接口，完成这部分即可实现javascript引擎移植的基础工作，也就是javascript引擎的解释器可以在Sylixos操作系统里运行，javascript引擎解释器的功能是完成javascript代码的解析，生成可执行的字节码并执行；

构建应用运行环境：实现了javascript模块化、内存管理、文件加载系统以及javascript语言针对操作系统方法的桥接接口；

构建应用框架：通过桥接接口实现了基于http协议的restful风格程序模板，并供了webscoket、socketio及其他通信协议的工具；

实现应用功能组件： 实现常用的网络协议，IO流，文件系统，多任务组件，路由组件，多媒体组件物联网组件，关系型数据库&非关系型数据库，测试工具等。

通过上述方式，在网关设备的系统层上构建了运行时环境，使得网关设备可以运行多个物联网应用，且可以对开发应用，使得网关设备便于扩展，功能不再单一，在扩展功能的同时对原有的系统和服务无侵入性，无需改动原有服务任何地方，且智能设备（比如智能手机等）接入智能网关后，智能设备无需过多硬件资源，智能网关拥有强大硬件资源和算力，控制和计算通过web应用程序在智能网关里实现，通过物联网协议和智能硬件实现数据交换，解决了背景技术中的技术缺陷，这是本发明的另一个重要发明点。

步骤S4，在所述运行时环境构建应用层，所述应用层提供用于开发物联网功能的API，同时在所述应用层以多任务方式运行多个物联网应用。

在一个实施例中，所述物联网应用在所述应用层进行安装、卸载、更新、运行及关闭，所述应用层对所述多个物联网应用之间进行隔离与管理。每启动所述多个物联网应用中的一个应用时，所述Sylixos嵌入式系统就启动一个jsre进程，所述jsre进程的运行以及使用的内存区域是相互独立的，以使得所述多个物联网应用之间相互隔离，提高了应用的安全性，这是本发明的另一个重要发明点。

在一个实施例中，用户通过移动端应用向所述网关设备发送更新、卸载或安装的http请求，如果所述http请求是更新或安装请求，所述网关设备转发所述http请求到云应用商店，进行下载压缩文件安装包到所述网关设备，所述网关设备对压缩文件安装包解压后更新或安装应用，并将更新或安装成功与否的操作信息发送至所述用户，如果所述http请求是卸载请求，则直接卸载对应的物联网应用。即用户可以灵活增删智能网关的应用服务，用户通过移动端向智能网关发送安装应用请求，智能网关访问云应用商店，下载压缩文件到此网关，自动解压安装在网关系统注册，返回成功信息到移动端，用户再次刷新移动端页面，即可发现刚才安装的web应用，用户可打开此应用，智能网关应用层就会创建此web应用进程，供移动端访问。

在所述应用层实现一套权限机制，比如根据开发者的配置的权限确定其开发的web应用的权限，使得开发人员所开发的web应用无法随意获取智能网关的权限以及用户的信息，确保了信息安全。

在上述应用层，构建相应的针对开发者的集成开发环境（IDE或IDE 中间件），该集成开发环境提供从应用程序开发到部署的整个过程，开发者通过IDE针对智能网关开发相关的应用程序，可通过操作IDE将应用上传到云应用商店中中，开发人员可重复开发此应用更新版本，也可开发多个应用。对于智能硬件设备（如智能手机），相关开发者可通过ZIgbee，wifi等相关物联网协议接入此智能网关。

本发明的智能网关，可通过开发物联网web应用实现对智能网关的功能扩展，即对第三方开发人员提供了扩展平台，第三方开发人员可以非常容易的完成物联网智能网关功能的扩展，扩展功能的同时对原有的系统和服务无侵入性，无需改动原有服务任何地方，在应用层实现一套权限机制，开发人员所开发的web应用无法随意获取智能网关的权限以及用户的信息，针对用户提供了定制化需求的功能，用户可安装、卸载、更新、智能网关内的应用，对硬件资源达到合理的应用，这是本发明的另一个重要发明点。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然， 在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质 中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种物联网智能网关设备，其特征在于，所述智能网关设备包括硬件层，所述硬件层至少包括处理器、存储器以及数据总线；

在所述硬件层构建适于边缘计算的Sylixos嵌入式系统，所述Sylixos嵌入式系统用于提供网络组件、磁盘管理、内存管理、进程管理、文件系统、动态链接、IO设备系统、时间管理以及任务调度服务组件；

在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境，所述运行时环境用于提供开发和扩展设备功能的应用程序框架、应用组件以及系统服务；

在所述运行时环境构建应用层，所述应用层提供用于开发物联网功能的API，同时在所述应用层以多任务方式运行多个物联网应用；在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境的方式为：在Sylixos嵌入式系统上移植一个javascript脚本引擎，在javascript脚本引擎上实现javascript语言调用系统方法的方法库，基于所述方法库在所述javascript脚本引擎上实现一套web应用程序开发框架，供开发者去开发相关的物联网web应用以构建运行时环境。

2.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述物联网应用在所述应用层进行安装、卸载、更新、运行及关闭，所述应用层对所述多个物联网应用进行隔离与管理。

3.根据权利要求2所述的网关设备，其特征在于，每启动所述多个物联网应用中的一个应用时，所述Sylixos嵌入式系统就启动一个jsre进程，所述jsre进程的运行以及使用的内存区域是相互独立的，以使得所述多个物联网应用之间相互隔离。

4.根据权利要求3所述的网关设备，其特征在于，用户通过移动端应用向所述网关设备发送更新、卸载或安装的http请求，如果所述http请求是更新或安装请求，所述网关设备转发所述http请求到云应用商店，下载压缩文件安装包到所述网关设备，所述网关设备对压缩文件安装包解压后更新或安装应用，并将更新或安装成功与否的操作信息发送至所述用户，如果所述http请求是卸载请求，则直接卸载对应的物联网应用。

5.一种物联网智能网关设备的构建方法，其特征在于，该方法包括：

步骤S1，提供所述智能网关设备的硬件层，所述硬件层至少包括处理器、存储器以及数据总线；

步骤S2，在所述硬件层构建适于边缘计算的Sylixos嵌入式系统，所述Sylixos嵌入式系统用于提供网络组件、磁盘管理、内存管理、进程管理、文件系统、动态链接、IO设备系统、时间管理以及任务调度服务组件；

步骤S3，在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境，所述运行时环境用于提供开发和扩展设备功能的应用程序框架、应用组件以及系统服务；

步骤S4，在所述运行时环境构建应用层，所述应用层提供用于开发物联网功能的API，同时在所述应用层以多任务方式运行多个物联网应用；在所述Sylixos嵌入式系统中构建运行时环境的方式为：在Sylixos嵌入式系统上移植一个javascript脚本引擎，在javascript脚本引擎上实现javascript语言调用系统方法的方法库，基于所述方法库在所述javascript脚本引擎上实现一套web应用程序开发框架，供开发者去开发相关的物联网web应用以构建运行时环境。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物联网应用在所述应用层进行安装、卸载、更新、运行及关闭，所述应用层对所述多个物联网应用进行隔离与管理。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，每启动所述多个物联网应用中的一个应用时，所述Sylixos嵌入式系统就启动一个jsre进程，所述jsre进程的运行以及使用的内存区域是相互独立的，以使得所述多个物联网应用之间相互隔离。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用户通过移动端应用向所述网关设备发送更新、卸载或安装的http请求，如果所述http请求是更新或安装请求，所述网关设备转发所述http请求到云应用商店，下载压缩文件安装包到所述网关设备，所述网关设备对压缩文件安装包解压后更新或安装应用，并将更新或安装成功与否的操作信息发送至所述用户，如果所述http请求是卸载请求，则直接卸载对应的物联网应用。

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