CN111953587A - 一种智能物联网网关、网关设备及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物联网领域，具体涉及一种智能物联网网关、网关设备及管理方法，所述智能物联网网关包括主控模块；用于修改网关参数的管理模块；用于联网通信的网络模块，用于储存历史工作状态的存储模块，用于收发外部物联网设备数据的物联网模块，用于实现物联网模块的数据上下行的Python模块，所述物联网模块与Python模块连接，所述主控模块与管理模块、网络模块、存储模块以及Python模块连接，以实现控制管理；本发明实现了将物联网数据信息在近端网络与远端应用系统之间的高效稳定传输，进一步地，通过网络参数与接口配置以及预设多协议模式，使得其可适用于更多不同的应用场景，进一步增加了远程监测、远程控制等功能，促进了物联网在各行业应用中的发展。

Description

一种智能物联网网关、网关设备及管理方法

技术领域

本发明涉及物联网领域，具体涉及一种智能物联网网关、网关设备及管理方法。

背景技术

“物联网”是指把所有物品通过传感器、射频通信等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理，也就是说，物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。

目前，物联网的应用越来越广泛，如何获取到物联设备的在线监测数据是其中最关键的环节，一般而言，物联网系统的服务器是通过网关去采集各个物联网终端的物联网数据，物联网网关可以实现信息的汇聚，同时可运用网络通信技术，使信息可以远距离传输，并顺利到达指定的应用系统中，或者从远端应用系统接收下行控制指令；经过多年的发展，低功耗蓝牙、ZigBee、LoRa等低功耗物联网无线通信技术已经可以很好地完成小型局域网络内的信息传递，但是当需要将这些小型网络的信息，能够进一步传输到远端服务器，便于数据利用效率最大化，我们还需要一款合适的物联网网关设备，物联网网关作为物联网中连接近端和远端的重要桥梁，它的存在至关重要，优秀的物联网网关应该需要具备平台成熟稳定、高效安全、高性能与低功耗相平衡，小型轻便化便于安装部署，丰富的广域网网络通信接口，丰富的物联网局域网常用通信接口，优秀的可扩展性，低成本等特点。

但是，实际上目前物联网领域中的物联网网关，更多的是考虑单一的某一个特定的应用场景，例如只是单纯地通过WIFI加低功耗蓝牙实现蓝牙定位，并且将信息上报服务器后端，或者是ZigBee加网线(WiFi)，实现对智能家居设备的远程监控和控制；这些网关都是针对特定应用设计制作，可用场景单一不具备可拓展性，一旦应用场景需求稍微调整，通常需要做大量的修改甚至是产品重造，无法大规模的实际部署应用。

综上所述，设计一种不仅仅可以将物联网数据信息在近端网络与远端应用系统之间进行高效稳定传输，还能够兼容多种常用的物联网通信技术、具有可拓展性、可以适用于多个不同的应用场景的物联网网关及其管理方法，对本领域来说是至关重要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可兼容多种常用的物联网通信技术、具有可拓展性并且可以适用于多个不同的应用场景的智能物联网网关、网关设备及管理方法，来实现将物联网数据信息在近端网络与远端应用系统之间的高效稳定传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能物联网网关，其优选方案在于，所述智能物联网网关包括：

主控模块；

管理模块，用于修改网关参数，管理用户设置；

网络模块，用于进行联网通信；

存储模块，用于储存网关历史工作状态；

物联网模块，用于收发外部物联网设备的数据；

Python模块，用于实现物联网模块的数据上下行功能；

其中，所述物联网模块与Python模块连接，所述主控模块与所述管理模块、网络模块、存储模块以及Python模块连接，以实现控制管理。

其中，较佳方案为所述网络模块包括具有4G/5G网络联网功能的移动通信单元、具有WiFi联网通信的WiFi单元以及可通过使用WAN口或者LAN口连接网线以实现联网通信的Ethernet网线单元中的一种或多种。

其中，较佳方案为所述存储模块为可挂载TF卡的TF卡存储模块，所述TF卡存储模块可通过往TF卡存储离线数据或者导出网关工作日志，以查看网关历史工作信息。

其中，较佳方案为所述物联网模块包括用于收发LoRa数据以采集LoRa信号的外部LoRa单元和用于收发低功耗蓝牙数据以采集周边蓝牙信号的外部蓝牙单元，所述外部蓝牙单元作为Mesh的节点，以实现Mesh网络的部署以及控制。

其中，较佳方案为所述物联网模块还包括用于收发使用私有2.4G无线通信的外部2.4G接收单元以及可作为ZigBee的节点以实现远程监控的外部ZigBee通信单元。

其中，较佳方案为所述管理模块为LuCI WEB管理界面，用于用户登录并修改网关参数。

其中，较佳方案为所述Python模块包括用于监测各单元模块通信状态的指示灯单元、用于逻辑复位以及恢复出厂设置的按键单元、用于离线数据缓存的Python数据库单元、用于分析网关运行健康状态的Python工作日志单元、用于往远端服务器传输物联网数据的Python通信单元以及与物联网模块连接且负责收发物联网模块上报数据的Python串口通信单元。

其中，较佳方案为所述Python通信单元可支持TCP、UDP、HTTP、HTTPS、COAP、MQTT和MQTTS中至少一种的网络通信协议。

为解决现有技术存在的问题，本发明还提供一种智能物联网网关管理方法，其优选方案在于，所述智能物联网网关管理方法用于实现如权利要求1-8所述的智能物联网网关功能，所述管理方法包括以下步骤：

登录管理模块，修改网关参数；

插入SIM卡、或者连接WiFi、或者插入网线，完成联网通信；

通过Python串口通信单元收集物联网模块上报的数据，并且将远端服务器下发的数据下发至物联网模块；

通过Python通信单元往远端服务器上传外部物联网数据。

为解决现有技术存在的问题，本发明还提供一种智能物联网网关设备，其优选方案在于，所述智能物联网网关设备用于实现如权利要求1-8所述的智能物联网网关功能，所述网关设备具体包括：

主控单元，所述主控单元包括用于控制设备运行的控制模块以及用于实现系统功能的处理模块；

网络单元，用于联网；

存储单元，用于存储网关历史工作状态；

物联网单元，用于与外部物联网设备连接；

电源单元，用于供电；

其中，所述网络单元、存储单元、物联网单元以及电源单元均与主控单元电连接。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种智能物联网网关、网关设备及管理方法，实现了将物联网数据信息在近端网络与远端应用系统之间的高效稳定传输，进一步地，通过网络参数与接口配置以及预设多协议模式，使得其可适用于更多不同的应用场景，进一步地，其还集成了有线网络通信、WiFi通信以及路由功能，增加了远程监测、远程控制等功能，进而促进了物联网在各行业应用中的发展。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明中的一种智能物联网网关的结构示意图；

图2是本发明中的一种智能物联网网关管理方法的流程图；

图3是本发明中的一种智能物联网网关设备的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，本发明提供一种智能物联网网关的最佳实施例。

一种智能物联网网关，参考图1，所述智能物联网网关包括：

主控模块；

管理模块，用于修改网关参数，管理用户设置；

网络模块，用于进行联网通信；

存储模块，用于储存网关历史工作状态；

物联网模块，用于收发外部物联网设备的数据；

Python模块，用于实现物联网模块的数据上下行功能；

其中，所述物联网模块与Python模块连接，所述主控模块与所述管理模块、网络模块、存储模块以及Python模块连接，以实现控制管理。

具体的，物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能，物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制，在物联网技术中，通信技术就是用于沟通万物交互的信息桥梁，特别的是例如低功耗蓝牙通信、LoRa通信、ZigBee通信等低功耗无线通信技术，更是为物联网技术的进一步创新提供了更多的可能；物联网的典型体系架构分为3层，自下而上分别是感知层、网络层和应用层，上述低功耗蓝牙通信技术、ZigBee通信技术、LoRa通信技术，通常与它们的MCU控制器以及传感器，实现了感知层以及网络层(局域网部分)，而通过感知层网络，可以采集所需的信息，例如，LoRa环境温湿度传感器节点、低功耗蓝牙定位信号节点、Zigbee智能家居产品工作状态数据采集节点等等，该层采集应用场景所需的数据信息，进一步的数据应用，可以通过物联网网关终端进行汇聚后，可进一步通过传统的有线网络或者无线网络远程将信息数据顺利地传输至指定的应用系统中，智能物联网网关作为物联网中连接近端和远端的重要桥梁，它的存在至关重要，目前市场上现有的物联网领域中的智能物联网网关，更多的是考虑单一的某一个特定的应用场景，例如只是单纯地通过WIFI加低功耗蓝牙实现蓝牙定位，实现蓝牙定位并且将信息上报服务器后端，或者是ZigBee加网线(WiFi)，实现对智能家居设备的远程监控和控制，这些网关都是针对特定应用设计制作，可用场景单一不具备可拓展性，一旦应用场景需求稍微调整，通常需要做大量的修改甚至是产品重造，无法大规模的实际部署应用；而我们的智能物联网网关具备平台成熟稳定、高效安全、高性能与低功耗相平衡，小型轻便化便于安装部署，丰富的广域网网络通信接口，丰富的物联网局域网常用通信接口，优秀的可扩展性，低成本等特点，很好的解决了现有技术中的不足，是一个高度模块化、高度自动化的嵌入式Linux系统，拥有强大的网络组件和扩展性，使用框架来构建应用程序，具体为通过网络参数与接口配置以及预设多协议模式，使得其可适用于更多不同的应用场景，而无需建立一个完整的固件来支持；对于用户来说，这意味着其拥有完全定制的能力，可以用前所未有的方式使用该设备。

在本实施例中，所述主控模块负责整个网关嵌入式系统逻辑的实现，主要采用的是MT7628，MT7628是新一代2T2R 802.11n Wi-Fi AP路由器，MT7628可提升射频效能表现、减低功耗，并将整体物料清单(BOM)成本优化，所述管理模块采用的是LuCI WEB管理界面，用户可登录其界面进行网关参数的修改，所述网关参数包括4G/5G参数、WiFi参数以及网络通信参数；所述网络模块300包括可通过插入SIM卡实现4G/5G网络联网功能的移动通信单元、可通过WiFi联网通信的WiFi单元以及可通过使用WAN口或者LAN口连接网线以实现联网功能的Ethernet网线单元中的一种或多种。

具体的，当用户在LuCI WEB管理界面配置好WiFi参数后，主控模块会根据参数控制系统完成WiFi的连接，实现WiFi联网通信，当用户在LuCI WEB管理界面配置好4G/5G参数后，主控模块会根据参数控制系统完成4G/5G联网。

在本实施例中，所述存储模块采用的是挂载TF卡存储模块，其主要实现的是当挂载TF卡后，可以往TF卡内存储离线数据，或者是导出网关的工作日志，可以用于查看网关的历史工作状态。

在本实施例中，所述物联网模块主要用于外部物联网信号的采集以及对外部物联网的MCU的应用程序升级，其具体包括用外部LoRa单元、外部蓝牙单元以及用于升级外设模块应用程序的外设模块升级单元，其中，所述外部LoRa单元负责接收LoRa上报数据，可以实现LoRa的信号收集，进而完成标签定位的功能，所述外部蓝牙单元负责收发低功耗蓝牙数据，可以实现周边蓝牙信号的采集，以及实现数据交互、蓝牙定位、远程控制等功能，所述外部蓝牙单元还可以当作BLE Mesh的Provisioner节点，实现Mesh网络的部署以及控制，所述外设模块升级单元是用于实现通过USB转UART接口以实现外设模块MCU的应用程序。

其中，LoRa是一种无线通信技术，其作为目前最有发展前景的低功耗广域通信技术，已经被运用在个各行各业中，LoRa使用线性调频扩频调制技术，保持了低功耗的同时，明显增加了通信距离和网络效率，并消除了干扰，达到即使使用相同频率同时发送也不会产生相互干扰，在LoRa基础上研发出的网关可以并行接收、处理多个节点数据，以拓展系统容量。

进一步地，所述物联网模块还包括外部2.4G接收单元以及外部ZigBee通信单元，所述2.4G接收单元适用于私有2.4G无线通信收发使用，其通信协议可以更灵活地制定，所述外部ZigBee通信单元可以作为ZigBee地节点，实现管理ZigBee网络、远程监控网络以及远程控制网络等功能。

其中，Zigbee技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，应用于小范围覆盖、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用，进一步地，每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料，除此之外，每一个ZigBee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。

在本实施例中，所述Python模块包括指示灯单元、按键单元、Python数据库单元、Python工作日志单元、Python通信单元以及Python串口通信单元。

具体的，所述Python模块作为运行在主控模块上的系统软件功能模块，这是基于Python语言实现的系统级的软件功能模块，对整个网关系统进行高效的调度，实现对周边的外围输入输出的指示与控制，实现整个物联网网关涉及物联网模块数据上下行的功能，与个外接模块进行数据交互；其指示灯单元主要用于检测各个单元模块的通信状态并以指示灯方式显示，其按键单元主要用于逻辑复位，短按按键单元时为复位，长按按键单元时为恢复出厂设置参数；其Python数据库单元主要用于在无网络连接的情况下，存储物联网数据，实现离线数据缓存的功能；其Python工作日志单元主要用于存储各个工作模块的工作日志，用于分析网关的运行健康状态；其Python通信单元可以根据LuCI WEB管理界面配置的网络通信参数，往远端服务器设备传输物联网数据，所述Python通信单元可以支持TCP、UDP、HTTP、HTTPS、COAP、MQTT以及MQTTS网络通信协议；其Python串口通信单元与物联网模块信号连接，主要负责接收物联网模块上报的数据，并且将LuCI WEB管理界面配置的网络通信参数以及远端服务器下发的数据下发给物联网模块。

需要说明的是，上述所述的一种支持多种物联网协议的智能物联网网关中的“网关”指的是网关的软件系统。

如图2所示，本发明还提供一种支持多种物联网协议的智能物联网网关管理方法的最佳实施例。

参考图2，本发明还提供一种支持多种物联网协议的智能物联网网关管理方法，所述管理方法具体包括以下步骤，

S1、登录LuCI WEB管理界面，修改网关参数；

S2、插入SIM卡、或者连接WiFi、或者插入网线，完成联网通信；

S3、通过Python串口通信单元收集物联网模块上报的数据，并且将远端服务器下发的数据下发至物联网模块；

S4、通过Python通信单元往远端服务器上传外部物联网数据。

其中，所述网关参数包括4G参数、WiFi参数以及网络通信参数。

具体的，用户登录LuCI WEB管理界面修改4G参数、WiFi参数以及网络通信参数，当用户在LuCI WEB界面配置好LTE 4G参数后，插入SIM卡，使用4G网络联网，或者使用WAN口或者LAN口，连接对应的网线实现联网功能，或者当用户在LuCI WEB界面配置好WiFi参数后，所述网关系统会根据设置参数，完成WiFi连接，实现WiFi联网通信；当完成联网通信后，打开Python模块中的Python应用程序，Python通信单元根据LuCI WEB管理界面配置的网络通信参数，往远端服务器上传所接收到的物联网模块的数据，进一步地，通过Python串口通信单元与物联网模块通信，即接收物联网模块上报的数据，并且将LuCI WEB管理界面配置的网络通信参数以及远端服务器下发的数据下发给物联网模块。

如图3所示，本发明还提供一种支持多种物联网协议的智能物联网网关设备的最佳实施例。

一种支持多种物联网协议的智能物联网网关设备，所述智能物联网网关设备用于实现如上所述的智能物联网网关功能，所述网关设备具体包括：

主控单元，所述主控单元包括用于控制设备运行的控制模块以及用于实现系统功能的处理模块；

网络单元，用于联网；

存储单元，用于存储网关历史工作状态；

物联网单元，用于与外部物联网设备连接；

电源单元，用于供电；

其中，所述网络单元、存储单元、物联网单元以及电源单元均与主控单元电连接。

具体的，所述主控单元包括控制模块以及处理模块，所述控制模块主要控制硬件设备运行，所述处理模块主要用于实现网关的软件功能，所述智能物联网网关中所述的主控模块、管理模块、网络模块、存储模块、物联网模块以及Python模块的功能均通过硬件设备实现。

本发明通过设计一种支持多种物联网协议上的智能物联网网关、网关设备及管理方法，可以将尽可能多的物联网局域网数据，统一收集到运算处理能力更强的远端服务器设备上，能够最大化地利用数据以发掘更多的机会，也可以为原本的物联网局域网应用场景，增加远程监控、远程控制等改进，挖掘物联网应用更多价值机遇，让越来越多的人享受到科技带来的乐趣，同时也促进了物联网在各行各行业应用中的蓬勃发展。

上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (10)

1.一种智能物联网网关，其特征在于，所述智能物联网网关包括：

主控模块；

管理模块，用于修改网关参数，管理用户设置；

网络模块，用于进行联网通信；

存储模块，用于储存网关历史工作状态；

物联网模块，用于收发外部物联网设备的数据；

Python模块，用于实现物联网模块的数据上下行功能；

其中，所述物联网模块与Python模块连接，所述主控模块与所述管理模块、网络模块、存储模块以及Python模块连接，以实现控制管理。

2.根据权利要求1所述的智能物联网网关，其特征在于：所述网络模块包括具有4G/5G网络联网功能的移动通信单元、具有WiFi联网通信的WiFi单元以及可通过使用WAN口或者LAN口连接网线以实现联网通信的Ethernet网线单元中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的智能物联网网关，其特征在于：所述存储模块为可挂载TF卡的TF卡存储模块，所述TF卡存储模块可通过往TF卡存储离线数据或者导出网关工作日志，以查看网关历史工作信息。

4.根据权利要求1所述的智能物联网网关，其特征在于：所述物联网模块包括用于收发LoRa数据以采集LoRa信号的外部LoRa单元和用于收发低功耗蓝牙数据以采集周边蓝牙信号的外部蓝牙单元，所述外部蓝牙单元作为Mesh的节点，以实现Mesh网络的部署以及控制。

5.根据权利要求4所述的智能物联网网关，其特征在于：所述物联网模块还包括用于收发使用私有2.4G无线通信的外部2.4G接收单元以及作为ZigBee的节点以实现远程监控的外部ZigBee通信单元。

6.根据权利要求1所述的智能物联网网关，其特征在于：所述管理模块包括LuCI WEB管理界面，用于用户登录访问，以配置修改网关参数。

7.根据权利要求1所述的智能物联网网关，其特征在于：所述Python模块包括用于监测各单元模块通信状态的指示灯单元、用于逻辑复位以及恢复出厂设置的按键单元、用于离线数据缓存的Python数据库单元、用于分析网关运行健康状态的Python工作日志单元、用于往远端服务器传输物联网数据的Python通信单元以及与物联网模块连接且负责收发物联网模块上报数据的Python串口通信单元。

8.根据权利要求7所述的智能物联网网关，其特征在于：所述Python通信单元可支持TCP、UDP、HTTP、HTTPS、COAP、MQTT和MQTTS中至少一种的网络通信协议。

9.一种智能物联网网关管理方法，其特征在于，所述智能物联网网关管理方法用于实现如权利要求1-8所述的智能物联网网关功能，所述管理方法包括以下步骤：

登录管理模块，修改网关参数；

插入SIM卡、或者连接WiFi、或者插入网线，完成联网通信；

通过Python串口通信单元收集物联网模块上报的数据，并且将远端服务器下发的数据下发至物联网模块；

通过Python通信单元往远端服务器上传外部物联网数据。

10.一种智能物联网网关设备，其特征在于，所述智能物联网网关设备用于实现如权利要求1-8所述的智能物联网网关功能，所述网关设备具体包括：

主控单元，所述主控单元包括用于控制设备运行的控制模块以及用于实现系统功能的处理模块；

网络单元，用于联网；

存储单元，用于存储网关历史工作状态；

物联网单元，用于与外部物联网设备连接；

电源单元，用于供电；

其中，所述网络单元、存储单元、物联网单元以及电源单元均与主控单元电连接。

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