CN114205773A - 一种6LoWPAN网关及应用 - Google Patents

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刘廷敏
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Abstract

本发明公开了一种6LoWPAN网关及应用，包括无线收发模块、主控制器模块、以太网模块和电源模块，无线收发模块、主控制器模块、以太网模块顺次连接，电源模块用来提供电能；无线收发模块用来接收来自传感器节点的数据帧或向传感器节点发送数据帧；主控制器模块将来自无线收发模块的数据帧发送给以太网模块，或将来自以太网模块的数据帧发送给无线收发模块；以太网模块用来将来自主控制器模块的数据帧进行转换后再以UDP通信协议传输到用户端，或将来自用户端的数据包进行转换后发送给主控制器模块。本发明6LoWPAN网关具有稳定性好，通信效率高，可移植性强的优点，可应用于农业环境信息传感系统中。

Description

一种6LoWPAN网关及应用
技术领域
本发明属于网关技术领域，具体涉及一种6LoWPAN网关及应用。
背景技术
智慧农业无线传感网络为目前的研究热点，但目前农业环境信息传感系统在实际应用中存在非IP无线传感网络稳定性较差，通信效率不足，与IP网络通信难等问题。于是考虑将WSN（无线传感网络）与IP互联网络融合，实现WSN（无线传感网络）与 IP 网络之间点到点的通信，所以需要能同时支持IEEE 802.15.4协议和TCP/IP协议的网关。
发明内容
本发明的目的在于提供支持IEEE和TCP与IP协议（后文简记为“TCP/IP协议”）的6LoWPAN网关及应用。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供的6LoWPAN网关，包括无线收发模块、主控制器模块、以太网模块和电源模块，其中，无线收发模块、主控制器模块、以太网模块顺次连接，以太网模块还与IP互联网连接，电源模块用来给无线收发模块、主控制器模块、以太网模块提供电能；
无线收发模块用来接收来自传感器节点的IEEE802.15.4数据帧或向传感器节点发送IEEE802.15.4数据帧；主控制器模块将来自无线收发模块的IEEE802.15.4数据帧发送给以太网模块，或将来自以太网模块的IEEE802.15.4数据帧发送给无线收发模块；以太网模块用来将来自主控制器模块的IEEE802.15.4数据帧转换为IPv6 数据包之后再以UDP通信协议传输到用户端，或将来自用户端的IPv6 数据包转换为IEEE802.15.4数据帧后发送给主控制器模块。
在一些具体实施方式中，无线收发模块包括顺次连接的射频收发模块、第一主控制模块、第一串口通信模块；且所述主控制器模块包括顺次连接的第二串口通信模块、第二主控制模块、串行外设接口；第一串口通信模块与第二串口通信模块连接，串行外设接口与以太网模块连接。
在一些具体实施方式中，无线收发模块采用CC2538处理器；且主控制器模块采用STM32控制器；且以太网模块采用W6100以太网模块。
本发明提供的上述6LoWPAN网关的应用为：将6LoWPAN网关应用于位于终端的无线传感网络与上位的用户端间的网络通信。
上述应用具体包括：
无线传感网络中传感器监测节点监听6LoWPAN 网关的状态，6LoWPAN 网关监听用户端的指令；
当6LoWPAN 网关接收到来自用户端的IPv6 数据包，将IPv6 数据包转换为IEEE802.15.4数据帧格式的数据包，发送给传感器监测节点，传感器监测节点解析数据包；
当解析出为监测指令，传感器监测节点采集环境数据，将环境数据压缩后以IEEE802.15.4数据帧格式发送给6LoWPAN 网关，6LoWPAN 网关将接收的环境数据转换为IPv6数据包，再通过UDP通信协议上传至用户端；
当解析出为控制指令，传感器监测节点根据控制指令控制相应传感器的开关状态，完成控制指令后，传感器监测节点向6LoWPAN 网关发送IEEE 802.15.4数据帧格式的应答信息，6LoWPAN 网关将应答信息转换为IPv6 数据包，再通过UDP通信协议上传至用户端。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明6LoWPAN 网关可应用于农业环境信息传感系统中，实现了无线传感网络与IP（IPv4/IPv6）网络之间的点到点通信；用户可通过 CoAP/HTTP 方式访问 6LoWPAN 网络，进而对特定的农业环境信息进行采集或控制。本发明6LoWPAN 网关具有稳定性好，通信效率高，可移植性强的优点。
附图说明
图1为具体实施方式中6LoWPAN网关的结构示意图；
图2为具体实施方式中CC2538处理器与STM32控制器的连接原理图；
图3为具体实施方式中STM32控制器与W6100芯片的连接原理图；
图4为具体实施方式中6LoWPAN网关的应用流程。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明具体实施方式做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
要实现无线传感网络与IP互联网的融合，网关需同时支持IEEE 802.15.4协议和TCP/IP协议，然后通过网关将两种协议互相转换。见图1，所示为本具体实施方式的6LoWPAN网关的结构框图，该6LoWPAN网关可同时支持IEEE 802.15.4协议和TCP/IP协议。6LoWPAN网关主要包括无线收发模块100、主控制器模块200、以太网模块300和电源模块400；无线收发模块100包括顺次连接的射频收发模块、第一主控制模块（MCU）、第一串口通信模块。主控制器模块200包括顺次连接的第二串口通信模块、第二主控制模块（MCU）、串行外设接口（SPI）。第一串口通信模块与第二串口通信模块连接以进行数据传输，串行外设接口与以太网模块300连接以进行数据传输。电源模块400用来给无线收发模块100、主控制器模块200、以太网模块300提供电能。以太网模块300用于与IP互联网连接。本具体实施方式中，无线收发模块100采用CC2538处理器，主控制器模块200采用STM32控制器，以太网模块300采用W6100芯片，以太网模块300通过RJ-45接口连接IP互联网互联网。无线收发模块100通过射频收发模块接收来自传感器监测节点的 IEEE 802.15.4数据帧，并发送至主控制器模块200，主控制器模块200驱动以太网模块300与互联网互联，从而将数据帧上传。
下面将对6LoWPAN网关各组成模块分别进行详述。
（1）无线收发模块
本实施例中，无线收发模块采用CC2538处理器，图2所示为CC2538处理器与STM32控制器（即主控制器模块）的连接原理图。CC2538处理器的 TX、RX、GND、VCC 引脚分别与STM32控制器的 RX、TX、GND、VCC 引脚连接，从而实现无线收发模块与主控制器模块的相互通信。
（2）主控制器模块
主控制器模块采用STM32控制器，具体采用STM32F103VCT6芯片，该芯片为基于Cortex-M3 内核的微控制器，配备有丰富的外设诸如多通道 ADC、通用定时器、I2C 总线接口、SPI 总线接口、USART 串口、CAN 总线接口、USB 控制器、实时时钟 RTC 等。其包含 12个 DMA 通道用于管理内存与设备之间的数据传输。出于可靠性的考虑，对STM32 配备一低电压检测器、两个看门狗和一个时钟安全管理系统等硬件用于支持对可靠性有高要求的应用。
（3）以太网模块
以太网模块的作用用来与IP互联网相互通信，主要负责将来自传感器监测节点的数据帧打包为IPv6 数据包，再通过IP互联网发送给监控中心。本具体实施方式中以太网模块采用W6100芯片，W6100 芯片是一款支持 IPv4/IPv6 双核的新一代全硬件以太网TCP/IP协议栈控制器，其具有 SPI 和系统总线并行主机接口，带有 8 个独立的硬件 SOCKET，16KB 的高速数据接收缓存和 16KB 的高速数据发送缓存，W6100 支持 TCP、UDP、IPv6、IPv4、ICMPv6、ICMPv4、IGMP、ARP 以及 PPPoE 等协议，并且支持基于 UDP 协议的网络唤醒（WOL）功能，同时其内部集成了 10/100M 以太网数据链路层（MAC）以及物理层（PHY）。W6100芯片通过 SPI（串行外设接口）与 STM32控制器进行通信。图3所示为STM32控制器与W6100芯片的连接原理图，STM32控制器与W6100芯片的RSTn、INTn、MOSI、MISO、SCLK、CSn的引脚分别对应连接。
（4）电源模块
供电模块用来给6LoWPAN网关提供合适的电能，本具体实施方式中采用 AME8815稳压芯片把通过 DC 接口输入的 5V 电压转换为适合网关的3.2V 电压。
本发明6LoWPAN网关，通过6LoWPAN适配层对IPv6 数据包进行分片和重组，完成IPv6 网络层与IEEE 802.15.4物理层的融合。传感器监测节点采集的数据帧上传到6LoWPAN网络，6LoWPAN网络将数据帧以IEEE 802.15.4数据帧的形式发送给6LoWPAN网关，6LoWPAN网关将IEEE 802.15.4数据帧转换成IPv6 数据包，再以UDP通信协议传输到用户。同样，当用户发布指令时，6LoWPAN网关接收到指令，指令以IP数据包形式存在，经6LoWPAN网关转换为IEEE 802.15.4数据帧，然后将IEEE 802.15.4数据帧形式的指令发送给传感器监测节点。
6LoWPAN 网关主要由无线收发模块、主控制器模块、以太网模块三部分构成。无线收发模块作为无线传感网络的协调器，主要负责发起网络建立以及收发 IEEE 802.15.4数据帧。主控制器模块通过串口接收无线收发模块的数据以及通过SPI接口控制以太网模块。
主控制器模块的工作流程如下：
上电后，主控制器模块初始化，即对所含时钟系统、GPIO（输入输出接口）、串口和定时器等初始化；主控制器模块驱动以太网模块初始化，以太网模块初始化完成后，通过动态主机配置协议（DHCP）自动获取 IPv6 地址、掩码、网关、域名（DNS） 等信息，即可实现基于 IP 的 TCP/UDP 通信。本具体实施方式中采用UDP通信协议，UDP 是面向报文的用户数据报协议。
本发明6LoWPAN 网关可应用于农业环境信息传感系统，用于无线传感网络与IP互联网的融合。应用了6LoWPAN 网关的农业环境信息传感系统，其工作流程参见图4，具体如下：
无线传感网络中传感器监测节点上电初始化后，监听6LoWPAN 网关的状态，6LoWPAN 网关监听用户端的指令数据包。当6LoWPAN 网关发来IEEE 802.15.4数据帧格式的数据包，传感器监测节点解析数据包。当解析出为监测指令，传感器监测节点采集环境数据，将环境数据压缩后以IEEE 802.15.4数据帧格式发送给无线收发模块，无线收发模块将IEEE 802.15.4数据帧格式环境数据经主控制器模块发送给以太网模块，以太网模块将IEEE 802.15.4数据帧格式环境数据转换为IPv6 数据包，再通过UDP通信协议上传至用户端。当解析出为控制指令，传感器监测节点根据控制指令控制相应传感器的开关状态，完成控制指令后，传感器监测节点向6LoWPAN 网关发送IEEE 802.15.4数据帧格式的应答信息，6LoWPAN 网关将应答信息转换为IPv6 数据包，再通过UDP通信协议上传至用户端。
实施例
本实施例在IP互联网环境下，测试了6LoWPAN 网关对基于 IPv6 的农业环境信息传感系统中传感器监测节点与联网计算机的连通性。测试结果表明，采用6LoWPAN 网关，传感器监测节点与联网计算机可正常通信，且稳定性和通信效率均优。用户也可通过联网计算机，通过CoAP/HTTP 方式访问 6LoWPAN 无线传感器网络。
上述实施例仅为多种实施例中的一种，对于本领域内的技术人员，在上述说明基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明实质精神而衍生出的其他变化或变动仍属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种6LoWPAN网关，其特征是：
包括无线收发模块、主控制器模块、以太网模块和电源模块，其中，无线收发模块、主控制器模块、以太网模块顺次连接，以太网模块还与IP互联网连接，电源模块用来给无线收发模块、主控制器模块、以太网模块提供电能；
无线收发模块用来接收来自传感器节点的IEEE802.15.4数据帧或向传感器节点发送IEEE802.15.4数据帧；主控制器模块将来自无线收发模块的IEEE802.15.4数据帧发送给以太网模块，或将来自以太网模块的IEEE802.15.4数据帧发送给无线收发模块；以太网模块用来将来自主控制器模块的IEEE802.15.4数据帧转换为IPv6 数据包之后再以UDP通信协议传输到用户端，或将来自用户端的IPv6 数据包转换为IEEE802.15.4数据帧后发送给主控制器模块。
2.如权利要求1所述的6LoWPAN网关，其特征是：
所述无线收发模块包括顺次连接的射频收发模块、第一主控制模块、第一串口通信模块；且所述主控制器模块包括顺次连接的第二串口通信模块、第二主控制模块、串行外设接口；第一串口通信模块与第二串口通信模块连接，串行外设接口与以太网模块连接。
3.如权利要求1所述的6LoWPAN网关，其特征是：
所述无线收发模块采用CC2538处理器；且所述主控制器模块采用STM32控制器；且所述以太网模块采用W6100以太网模块。
4.权利要求1-3中任一项所述6LoWPAN网关的应用，其特征是：
将6LoWPAN网关应用于位于终端的无线传感网络与上位的用户端间的网络通信。
5.如权利要求4所述的应用，其特征是：
所述将6LoWPAN网关应用于位于终端的无线传感网络与上位的用户端间的网络通信，具体为：
无线传感网络中传感器监测节点监听6LoWPAN 网关的状态，6LoWPAN 网关监听用户端的指令；
当6LoWPAN 网关接收到来自用户端的IPv6 数据包，将IPv6 数据包转换为IEEE802.15.4数据帧格式的数据包，发送给传感器监测节点，传感器监测节点解析数据包；
当解析出为监测指令，传感器监测节点采集环境数据，将环境数据压缩后以IEEE802.15.4数据帧格式发送给6LoWPAN 网关，6LoWPAN 网关将接收的环境数据转换为IPv6数据包，再通过UDP通信协议上传至用户端；
当解析出为控制指令，传感器监测节点根据控制指令控制相应传感器的开关状态，完成控制指令后，传感器监测节点向6LoWPAN 网关发送IEEE 802.15.4数据帧格式的应答信息，6LoWPAN 网关将应答信息转换为IPv6 数据包，再通过UDP通信协议上传至用户端。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103731344A (zh) * 2013-12-24 2014-04-16 武汉绿色网络信息服务有限责任公司 基于linux应用层的6LOWPAN物联网网关及实现方法
CN104331053A (zh) * 2014-11-10 2015-02-04 重庆邮电大学 6LoWPAN智能家居系统及其实现方法
CN110996285A (zh) * 2019-11-15 2020-04-10 中南大学 一种基于6LoWPAN的高校智慧消防服务系统及设计方法
CN112910489A (zh) * 2021-03-03 2021-06-04 大连科技学院 一种基于w6100芯片的以太网电路
CN215818645U (zh) * 2021-08-19 2022-02-11 湖南新云网科技有限公司 一种网关设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103731344A (zh) * 2013-12-24 2014-04-16 武汉绿色网络信息服务有限责任公司 基于linux应用层的6LOWPAN物联网网关及实现方法
CN104331053A (zh) * 2014-11-10 2015-02-04 重庆邮电大学 6LoWPAN智能家居系统及其实现方法
CN110996285A (zh) * 2019-11-15 2020-04-10 中南大学 一种基于6LoWPAN的高校智慧消防服务系统及设计方法
CN112910489A (zh) * 2021-03-03 2021-06-04 大连科技学院 一种基于w6100芯片的以太网电路
CN215818645U (zh) * 2021-08-19 2022-02-11 湖南新云网科技有限公司 一种网关设备

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