CN112953819A - 一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备，所述网关设备包括主机壳和主板，主板固定在主机壳内部，与主机壳主体上的电源接口和天线接口对接；所述主板包括MUC模块、4G模块、WIFI模块、LoRa模块和电源模块；所述网关设备内置基于时间敏感算法的窄带无线通信协议。通过本发明提供的网关设备，用户可以在无信号或信号不好的地方，以及数据采集传输距离远无法进行有线传输的工农业环境搭建物联网系统，无需二次开发，节约成本。

Description

一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备

技术领域

本发明涉及物联网通信技术领域，特别是涉及一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备。

背景技术

工业物联网是物联网在工业领域的应用，是通过工业资源的网络互联、数据互通和系统互操作，实现制造原料的灵活配臵、制造过程的按需执行、制造工艺的合理优化和制造环境的快速适应，达到资源的高效利用，从而构建服务驱动型的新工业生态体系。工业物联网拥有智能感知、泛在连通、精准控制、数字建模、实时分析和迭代优化等六大特征，在能源、交通运输、制造等应用领域上发挥着重要作用。

然而在一些复杂的应用场景，例如一些油井、偏远山区、加油站等无信号或信号不好的地方，又比如一些数据采集传输距离远、实时性要求高以及无法进行有线传输的工农业环境，需要自组窄带无线网络，进行数据采集管理，同时数据需要传至公网服务器的，就需要一种特有的网关设备进行数据传输，并且无需用户建立数据中心，不用关心协议，即可实现设备到设备（不同种类设备也可通信），设备到平台之间的数据通信。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备。通过所述网关设备，用户无需关心窄带无线网络的构造过程，只需要调用标准接口，根据现场应用具体环境适当修改网关通信协议技术参数，设置射频参数，即可快速组建适用于自身环境的无线应用解决方案，同时能够满足远距离、低功耗、抗干扰的通信需求。

一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备，所述网关设备包括：主机壳和主板，所述主板设置在主机壳内部，用固定装置固定在主机壳内；所述主机壳用于保护主板，在复杂的工农业环境中不受损坏和干扰。

进一步地，所述网关主机壳包括：

主机壳盖板，主要用于可打开主机壳检修所述主板，主机壳盖板设计有铣商标槽，能满足客户的定制需求；

主机壳主体，主机壳主体内底板上有两个定位柱，用于定位所述主板安装位置；主机壳主体侧面留有电源接孔和天线接孔；主机壳主体与主机壳盖板接缝处设有密封圈槽，保证主机壳盖板与主机壳主体连接安装完成后壳体的密封性来保护主板；主机壳主体侧面还分别设置有电源接口，天线接口和防水透气阀；主机壳底面设置有散热片。

进一步地，所述网关设备主板主要包括：

MCU模块，所述MCU模块用于通过时间敏感算法对从基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点获取的数据进行数据分析处理；

4G模块，所述4G模块用于所述网关设备与第三方应用平台通信；

WIFI模块，所述WIFI模块用于连网，可以将物理设备连接到网络上，从而实现物联网的控制与管理；

LoRa模块，所述LoRa模块用于时间敏感算法的窄带无线通信系统组网，获取终端节点通过数据产生的硬件发送的数据；

电源模块，所述电源模块用于给所述MCU模块、4G模块、WIFI模块、LoRa模块供电充电。

所述网关设备，其特征在于：与基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点组成复用星型网络进行通信，可设置工作模块为主动轮询或者被动时间片；使用基于时间敏感算法的窄带无线通信协议；采用白名单机制管理网络内设备的自发现与自组网；运用时隙保证数据传输机制（GTS）给窄带局域网内的设备分配一个时隙，时分复用信道资源来规避无线载波信号的碰撞冲突；使用双路全双工技术提高窄带无线网络的实时性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：使用第二代LoRa调制解调器，灵敏度高达-148dBm，发射功率高达+22dBm，最大链路预算可达170dB，使整个窄带无线通信网络的链路预算达到了行业领先水平；采用复用星型网络结构与终端节点通信，提高了数据传输的可靠性；使用双路全双工技术，提高了数据传输实时性，同时降低了设备待机功耗，延长了依赖电池供电设备的使用寿命；采用白名单机制保证了网络的安全性；使用基于时间敏感算法的无线通信协议，用户无需二次开发就能组建窄带无线通信网络，快速完成工农业物联网系统搭建，节约成本。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备主机壳盖板示意图；

图2为根据本发明实施例提供的一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备主机壳主体示意图；

图3为根据本发明实施例提供的一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备主机壳主体侧视图；

图4为根据本发明实施例提供的一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备主机壳主体底视图；

图5为根据本发明实施例提供的一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备主板模块框架图。

图中：1主机壳盖板、11铣商标槽、12螺孔凸、13主机壳盖板卡扣、2主机壳主体、21外接螺丝孔、22主机壳盖板与主体连接螺丝孔、23天线接孔标识、24主板固定螺丝柱、25主板定位柱、26天线接口、27防水透气阀、28电源接口、29密封圈槽、20散热片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的一个方面，图1-4示意了主机壳整体设计的各方面结构，主机壳盖板（1）上有铣商标槽（11），可定制用户商标或者网关型号名称，螺孔凸（13）是与主机壳主体安装时固定螺丝的螺孔；主机壳主体（2）侧面设置有电源接口（28）、天线接口（26）和防水透气阀（27）；主机壳内设有主板定位柱（25）和主板固定螺丝柱（24）；主机壳底部设有散热片（20）和天线接口标识（23）。

根据本发明的另一个方面，图5示意了主板的模块框架图，所述主板模块包括MUC模块，4G模块，WIFI模块，LoRa模块，电源模块，以及外围电路及接口，具体地：

MCU模块，外接加密芯片，LED信号指示灯，带电可擦可编程只读存储器模块（EEPROM），烧录接口（DBGport）和RS485接口，本实例中EEPROM存有基于时间敏感算法的窄带无线通信协议，无需二次开发即可直接使用，RS485接口具有抗干扰性强，适合长距离传输和多站点通讯等特点，因此在工业控制中被普遍使用；

4G模块设有SIM卡插槽，外接4G天线，用于连接互联网，与第三方云平台通信；

WIFI模块，外接WIFI天线通信，连接互联网，用于设备互联，从而实现物联网的控制与管理，内接网口，网口同时采用POE供电；

双LoRa模块，实现双路全双工通信，外接LoRa天线通信，与基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点互联，形成复用星型网络，实现复杂场景的超远距离通信，LoRa模块通过SPI接口与MCU通信；

电源模块，外部24V电源供电，内部有24V转5V电源模块和5V转3.3V电源模块，一路3.3V给4G模块供电，另外一路3.3V给MCU供电，WIFI模块和LoRa模块与MCU共用一路电源。

所述基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备支持远程参数配置和通信协议升级，通过本发明的网关设备，用户无需关心窄带无线网络的具体构建过程，只需调用基于时间敏感算法的窄带无线系统提供的标准接口既可快速完成工弄业物联网系统搭建，大大缩短了用户产品开发时间和验证周期，提高用户的体验，节约成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关设备，其特征在于，所述网关设备包括：

主板，用于窄带无线通信组网的控制电路板；

主机壳，用于保护主板，在复杂的工农业环境中不受损坏和干扰。

2.根据权利要求1所述的主机壳，其特征在于，所述主机壳包括主机壳盖板和主机壳主体，所述主板固定在主机壳主体内，所述主机壳主体与所述主机壳盖板密封连接，中间设置有密封槽，可放置密封条。

3.根据权利要求2所述的主机壳主体，其特征在于，所述主机壳主体侧面设有电源接口，天线接口和防水透气阀，所述主机壳主体底面设有散热片。

4.根据权利要求1所述主板，其特征在于，所述主板包括MCU模块、4G模块、WIFI模块、双路LoRa模块和电源模块，4G模块、WIFI模块和LoRa模块设有天线接头，可接于主机壳主体上天线接口。

5.根据权利要求1所述网关设备，其特征在于，与基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点组成复用星型网络进行通信，可设置工作模块为主动轮询或者被动时间片的工作模式。

6.根据权利要求1所述网关设备，其特征在于，内置基于时间敏感算法的窄带无线通信协议。

7.根据权利要求6所述的基于时间敏算法的无线通信协议，其特征在于，运用时隙保证数据传输机制（GTS）给窄带局域网内的设备分配一个时隙，时分复用信道资源来规避无线载波信号的碰撞冲突。

8.根据权利要求1所述网关设备，其特征在于，采用白名单机制管理网络内设备的自发现与自组网。

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