CN114338340A - 短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法，解决了物联网领域各节点之间互联互通的门槛和难度高亟需网络互通融合，其技术方案要点是包括可对底层硬件资源抽象的网络统一适配模块，进行交互界面定制的用户应用定制模块，负责实现两种网络通信协议消息帧之间转换的异构协议转换模块，进行网络通信支撑、组织线程及对已转换消息帧进行统一管理的网络通信支撑模块，本发明的一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法，能避开底层硬件的多样性，实现异构网络之间的互联互通和融合。

Description

短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法

技术领域

本发明涉及工业物联网系统，特别涉及一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法。

背景技术

现今，全球物联网设备的连接数爆炸式增长，这些物联网设备在广泛应用于工业控制、自动驾驶、无人机等典型领域，要求多样的专用芯片。物联网节点设备多样性和专用性的碎片化特征提高了物联网领域各节点之间互联互通的门槛和难度。

工业物联网中，短距离无线通信网络与窄带/宽带网络广泛应用于泛在互联、精准定位以及资源监测领域，因此，人机物互联有对各种通信网络的连接需求，短距离无线通信网络以及窄带/宽带蜂窝网络的互通与融合非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法，能避开底层硬件的多样性，实现异构网络之间的互联互通和融合。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合方法，包括有以下步骤：

S1、抽象短距离无线通信节点设备和窄带宽带节点设备硬件资源，对抽象出的资源进行统一管理，驱使每个设备节点正常工作，实现基础的节点设备点对点的网络数据收发功能；

S2、搭建短距离无线通信网络和窄带宽带网络，配置各节点网络参数，确定网络内部拓扑结构，实现两种网络内部的互联互通；搭建短距离无线通信和窄带宽带网络拓扑结构，配置各设备节点及网关的相关参数；

S3、短距离无线通信网络和窄带宽带网络互发数据帧，经过网关对协议进行拆包、打包及转发到达另一网络；

S4、提供人机交互界面接口，实时监测网络通信情况，进行数据统计分析，根据需要确定是否重新配置。

一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统，包括有

网络统一适配模块，对底层硬件进行资源的抽象，凝练和提炼工业物联网节点设备上各类通信模块的连接属性和传输数据属性，设计短距离无线通信网络和窄带宽带网络各自对应的通信适配器驱动功能，并提供相应的接口；

用户应用定制模块，根据不同的应用场景和需求搭建网络通信环境，有选择性的调用网络统一适配器的接口进行对应网络参数配置和用户交互界面定制；

异构协议转换模块，进行短距离无线通信网络和窄带宽带网络两种通信协议消息帧之间的转换，转换为待转发通信协议对应的数据帧格式；

网络通信支撑模块，提供网络通信控制支撑功能，组织线程并对已转换消息帧进行统一管理。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过网络统一适配模块抽象了硬件资源，避开了底层硬件的多样性，再通过与用户应用定制模块、异构协议转换模块、网络通信支撑模块进行网络通信转换，可以实现异构网络之间的互联互通和融合。

附图说明

图1为本发明系统模块示意框图；

图2为本发明实例中Wi-Fi MESH网络配置结构示意图；

图3为本发明实例中LoRa MESH网络配置结构示意图；

图4为本发明实例中跨网络通信流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

短距离无线通信技术是一种通信距离短、发射功耗小的无线通信技术。由于可选择性多，定制化相对容易，可以进行性化的多元组网。现有的短距离无线通信技术一般包括Bluetooth，ZigBee，Wi-Fi，UWB等。

窄带/宽带网络以带宽为标准讲网络分为窄带、宽带两类，宽带网络相比与窄带网络有更高的带宽，更快的网络接入速度。窄带网络包括LoRa、NB-IoT等，宽带网络主要包括4G、5G等。

Wi-Fi通信技术可以将各种节点设备以无线方式互相连接的基于IEEE802.11标准的短距离无线局域网通信技术，其覆盖范围可达近百米，传输速率高且组网方式简单，可以用于节点设备间短程通信。

LoRa通信技术是一种基于线性调频扩频技术派生的扩频调制低功率广域网技术，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。LoRa是工业物联网中不可或缺的一部分，适用于每隔几分钟发送和接收少量数据的应用情况。

根据一个或多个实施例，公开了一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统，如图1所示，包括网络统一适配模块，用户应用定制模块，异构协议转换模块，网络通信支撑模块。

具体的：

网络统一适配模块是通过对底层硬件资源的抽象，将工业物联网节点设备上各类通信模块的连接属性和传送数据的属性进行凝练和提炼，为短距离无线通信网络和窄带/宽带网络设计各自对应的通信适配器驱动功能，并为用户应用定制模块提供相应的接口。主要包括协议适配单元，硬件驱动单元两个单元。主要负责对短距离无线通信和窄带/宽带网络的底层硬件单元进行资源的抽象，便于统一配置及管理。

其中，

协议适配单元根据底层网络通信协议种类适配上层代码的数据结构。短距离无线通信网络和窄带/宽带网络在代码层抽象为两种数据结构进行管理，两种网络协议对应的数据结构体具有部分相同的成员变量和成员函数，记录各自网络协议相关的状态信息和操作方法，体现了两种网络协议之间的相似性。同时，两种数据结构体之间也包含一些本网络协议独有的数据成员，反映出两种网络协议之间的异构性。同时，两种网络通信协议各自包含一个双链表，注册和记录各自协议内包含的具体网络种类，便于查找、删除、替换、插入等更新操作。

硬件驱动单元根据上述协议适配单元确定的数据结构体，来填充确定具体数据结构对应的成员变量，包括一些状态信息和操作方法函数。状态信息包括底层硬件通信接口类型，如通信接口的波特率、数据格式、距离、通信方式，以及采用的电平逻辑等，还包括该网络协议的总设备数量、设备编号等。操作方法包括读取网络状态信息、配置通信接口相关参数、更改设备编号等。

用户应用定制模块则是根据不同的应用场景和需求，有选择性的通过调用网络统一适配模块的接口，进行对应的网络参数配置和用户交互界面定制。主要包括网络参数配置单元，网络拓扑管理单元，人机交互单元三个单元。主要负责根据不同的应用场景搭建合适的网络通信环境，适配工业物联网中多样的场景，并提供人机交互界面，方便进行对工业现场数据进行监测和管理。

其中，

网络拓扑管理单元用来管理网络的拓扑结构信息，包括短距离无线通信网络内部以及窄带/宽带网络内部各自的拓扑结构信息，以及两种网络互联部分的拓扑结构信息，具体参数包括网络节点设备数量、节点设备间组织方式、节点设备间通信链路的开闭等。通过对工业物联网现场环境的把握和分析，进行各网络设备节点互联构成的拓扑结构的初始配置和后续的动态管理，实时保证网络拓扑结构的合理性和对现场环境的适应性。

网络参数配置单元用来管理网络中各节点设备的信息，主要包括该节点设备网络通信协议种类，节点设备注册状态、节点设备网络角色和模式信息、用户期望的通信协议频段、信道配置、通信地址等等。网络参数配置单元利用各节点设备之间的异构性，通过对各节点设备进行差异化网络参数配置，适配对应的工业物联网场景和用户需求。

人机交互单元用来在智能终端为用户提供可视化界面，对网络实时情况进行展示和管理。包括网络拓扑信息，各节点设备状态信息等。用户通过使用人机交互单元，可以实时监测整体网络信息，统计汇总到数据库进行数据处理和分析，或者在异常发生时，及时发现并响应，避免异常错误的进一步扩大化损失。另外，用户也可以在需求和环境变化时进行网络拓扑和节点设备的再配置。

异构协议转换模块负责实现两种网络通信协议消息帧之间的转换，提取消息帧内的数据域关键信息，转换为待转发通信协议对应的数据帧格式，实现协议之间的融合，为跨网络通信提供基础。异构协议转换模块由协议拆包单元和协议打包单元组成，主要负责对协议消息帧进行先拆包再重新打包的过程，实现异构网络协议之间消息帧的转换，进一步实现异构网络的融合。

其中，协议拆包单元负责提取无线通信网络和窄带/宽带网络消息帧内的数据域信息，即网络传输的有效信息。将数据域信息加上其他关键信息放入数据域池，两种网络协议有各自对应的协议拆包单元和数据域池。

协议打包单元负责将数据域池内的某条数据域打包为待转换的网络协议消息帧。无线通信网络和窄带/宽带网络有各自的打包单元。拆包和打包单元共同完成消息帧到数据域再到消息帧的转换，进而实现了不同网络协议之间消息帧的转换，是网络协议融合的关键一步。

网络通信支撑模块则是提供一些基础的网络通信控制支撑功能，合理组织线程，对已转换消息帧进行统一管理，在恰当的时间段内以恰当的形式转发各网络消息帧，最终实现两种异构网络之间的融合、互联互通。包括消息池管理单元，负责对网络通信过程中各节点设备消息池的管理，处理网络拥塞等情况。

其中，

消息池管理单元负责网络节点设备通信过程中消息帧、数据域的缓存管理。消息池主要分为两大类：同种网络间通信消息帧池和异构网络间通信数据域池。

同种网络间通信消息帧池是指短距离无线通信网络或窄带宽带网络内部主从站通信的消息帧缓存池，用以保存各个从站向主站转发的消息帧。

异构网络间通信数据域池是指短距离无线通信网络和窄带宽带网络之间互相通信的数据域缓存池，用以保存经网关转发的来自另一种网络的数据域。

对消息池的管理就是对消息池中的消息帧和数据域的管理。对于同种网络内部主从通信消息帧的管理，主要是利用消息池缓存机制来提高在单播、多播及广播多种情景下主从站之间通信的效率。对于异构网络间数据域的管理，主要是利用多任务多队列多服务模式，提高数据域转发效率，减少平均等待时间，保证高效稳定持续的数据域转发服务，是异构网络融合，稳定通信的关键。

根据一个或多个实施例，公开了一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合方法，包括有以下步骤：

S1、抽象各短距离无线通信节点设备和窄带宽带节点设备硬件资源，对抽象出的资源进行统一管理，驱使每个设备节点能正常工作，实现基础的节点设备点对点的网络数据收发功能。

S11、抽象短距离无线通信设备节点和窄带宽带设备节点的硬件资源，包括通信能力抽象、计算能力抽象、存储能力抽象等。通信能力抽象将网络节点设备上含有的各类通信模块的连接属性和传送数据的属性进行提炼，如传送频率、传输距离、通信数据格式、能耗、传输带宽、成本等。计算能力抽象主要是将节点设备上含有的RISC-V、ARM等微控制器的计算属性进行提炼，如微控制器支持的通用计算种类、支持的汇编语言指令种类、支持的指令寻址方式、计算频率和时钟周期等。存储能力抽象是将节点设备上含有的各类存储设备所发挥的功能和效用进行提炼，包括各类存储设备的应用场景和容量大小等。

S12、对抽象出的硬件资源组织为合适的数据结构格式，进行统一配置和管理，针对各节点的具体网络通信协议类型，首先确定有效的资源设置项，再对数据结构内各有效项设置合适的参数大小。在进行正确的配置后，各节点设备底层硬件应当能够被驱动起来，实现基础的同种网络内部的一对一通信。

S2、搭建短距离无线通信网络和窄带宽带网络，配置各节点网络参数，确定网络内部拓扑结构，实现两种网络内部的互联互通，能够进行广播、单播、多播等通信方式；搭建短距离无线通信和窄带宽带网络拓扑结构，配置各设备节点及网关的相关参数。

S21、根据工业物联网现场环境，在需要短距离无线通信的地域安装短距离无线通信节点设备，确定设备数量、安放的位置，确定每个节点设备的通信模式和角色，确定互通互联逻辑，形成短距离无线通信内部拓扑结构；根据工业物联网现场环境，在需要窄带宽带通信的地域安装窄带宽带通信节点设备，确定设备数量、安放的位置，确定每个节点设备的通信模式和角色，确定互联互通逻辑形成窄带宽带通信内部拓扑结构。

S22、详细配置同种间网络通信的算法和步骤，针对每种通信模式，确保都有对应的合适算法可以推进通信过程。管理同种间网络通信的消息池，建立同种间网络通信的待转发和待接收消息帧队列；采用先来先得、优先级排序、按消息帧长短排序等方式，使得每一个消息帧都在一定的时间限制内得到有效转发或有效接收。

S23、对各通信网络进行测试，确保可进行正常的网络内部通信。

S24、根据工业物联网现场环境和通信板需求，指定各短距离无线通信网络和窄带宽带网络的一个节点设备作为网络内部网关，作为对外转发和接收数据的接口，配置该网关的网络参数；

S25、安装和配置中心网关，该网关作用是连接各网络内部网关，充当中间转发工具。中心网关具有多个网络接口，包括短距离无线通信网络的网关、窄带宽带网络的网关以及向智能终端转发数据所用网络的网关等。

S26、根据使用的网络种类，详细解析对应的网络消息帧格式，设计消息帧拆包、数据域打包算法，能够分别对两种网络消息帧格式进行打包和拆包。

S27、将中心网关的各个接口与对应网络的内部网关相连，形成由内部网关与中心网关构成的转发网络，以合适的方式将这些网关组织起来，形成最终整体的网络拓扑结构。

S28、设计异构网络间通信数据域池管理方法，采用多任务多队列多服务的模式，有序组合管理个网络之间待转发和待接收的数据域。

S3、短距离无线通信网络和窄带宽带网络互发数据帧，经过网关对协议进行拆包、打包及转发，最终到达另一网络。

S31、指定某短距离无线通信节点设备向一窄带宽带通信节点设备发送数据，设计转发消息的数据域内容，确定短距离无线通信网络的消息帧格式，指定目的地址并发送。

S32、指定其一窄带宽带通信节点向一短距离无线通信节点设备发送数据，设计转发的数据域内容，确定窄带宽带通信王洛的消息帧格式，指定目的地址并发送。

S33、重复步骤S31、S32，测试跨网络间通信以及消息池管理算法的工作效果是否良好。

S4、提供人机交互界面接口，实时监测网络通信情况，进行数据统计分析，根据需要确定是否重新配置。

S41、网络内部网关收集本网络内部信息，包括网络拓扑、网络实时吞吐量、网络设备数量等。收集完毕后发送给中心网关。该步骤设定一个周期，根据网络负载情况，每隔几秒或几十秒统计转发一次。当网络吞吐量大，负载较重时，统计周期相应延长。

S42、中心网关接收内部网关转发的信息，同时收集转发网络的信息，如网关数量、通过中心网关的吞吐量、各网络联通情况等，汇总并通过上行宽带网络转发至智能终端；该步骤设定一个周期，根据网络负载情况，每隔几秒或几十秒统计转发一次。当网络吞吐量大，负载较重时，统计周期相应延长。

S43、智能终端设备接收中心网关发送的数据，并存入数据库，进行统计分析，将结果通过界面展示，便于用户查看。当数据异常时，提供一些指令，如网络重启、拓扑结构更改、局部禁用网络、配置网络速率等。

S44、根据用户指令进行更改，中心网关接收转发的用户指令，并根据指令内容作出对应反馈回应或进一步转发至个网络内部网关进行处理。

为表述清楚，现举一实例：短距离无线通信网络取Wi-Fi网络，窄带宽带网络取LoRa网络。

网络统一适配模块包括两个单元：协议适配单元，硬件驱动单元。

用户定制模块主要包括网络参数配置单元，网络拓扑管理单元，人机交互单元三个单元。人机交互单元负责汇总信息后展示给用户进行处理。

异构协议转换模块由协议拆包单元和协议打包单元组成。

网络通信支撑模块包含消息池管理单元。

内部网关是某种网络内部一节点设备，负责该网络与外部的通信。

中心网关是具有多种网络设备接口，并具备较高的计算和存储能力的节点设备，负责管理消息池，汇总网络信息，进行消息帧的拆包打包，实现各种消息跨网络的转发。

步骤1：部分工业物联网节点设备上装有Wi-Fi网卡，Wi-Fi物理层使用UART/SPI/RJ45接口与节点设备相连接。对Wi-Fi节点设备的配置如图2所示。协议适配单元选择Wi-Fi短距离无线网络，为该节点设备适配具体的结构体和硬件驱动单元。生成一个双链表，将节点设备A链接到链表尾部，该链表指示所有网络通信类型为Wi-Fi的节点设备。

步骤2：硬件驱动单元配置通信接口的波特率、数据格式、校验位、停止比特，以及采用的电平逻辑等。外设驱动应包含open、close、ioctl、read、write等基本的回调函数。除此之外，还应包含注册状态、网络协议类型、驱动文件句柄、数据互斥锁和信号量等元素。确保节点设备能够与Wi-Fi网卡正常通信。

步骤3：重复步骤1与步骤2，注册多个Wi-Fi类型节点设备，将它们依次链接入双链表。

步骤4：网络拓扑管理单元与网络参数配置单元来配置Wi-Fi MESH节点设备互联网络，包括支撑Wi-Fi通信频段的配置，分别用来设置单频段和双频段组网，以满足不同的接入规模和接入质量；配置网络拓扑，给每个Wi-Fi节点设备分配网络工作模式，如AP、STA、AP/STA模式等；配置Wi-Fi网络的安全机制、加密类型等；给每个Wi-Fi节点设备配置IP地址，网关地址、子网掩码等；Wi-Fi中的AP节点主动地建立广播帧，即建立根节点到叶子节点间的双向路由关系表，对于叶子节点间采取按需模式，并用探测帧的方式建立目标节点与源节点的双向路径。

步骤5：部分工业物联网节点设备上装有LoRa组件，LoRa的物理层使用SPI等与网关相连接。对LoRa节点设备的配置如图3所示。协议适配单元选择LoRa窄带网络，为该节点设备适配具体的结构体和硬件驱动单元。同时生成一个新的双链表，将节点设备链接到链表尾部，该链表指示所有网络通信类型为LoRa的节点设备。

步骤6：硬件驱动单元配置通信接口的波特率、数据格式、校验位、停止比特，以及采用的电平逻辑等。外设驱动应包含open、close、ioctl、read、write等基本的回调函数。除此之外，还应包含注册状态、网络协议类型、驱动文件句柄、数据互斥锁和信号量等元素。确保节点设备能够与LoRa网卡正常通信。

步骤7：重复步骤5与步骤6，注册多个LoRa类型节点设备，将它们依次链接入双链表。

步骤8：网络拓扑管理单元与网络参数配置单元来配置LoRa MESH节点设备互联网络，包括支撑LoRa通信频段的配置，以满足对433/470/868/915Mhz频率类型的设置，进而在确定的频段上建立相应数量的通信信道；对LoRa节点设备进行工作模式的配置，以满足对终端模式、路由模式、协调模式节点设备类型的设置，从而进一步根据节点角色模式设置节点的能量消耗情况；对LoRa进行自适应数据传输速率和传输功率的匹配，方便在既定的信噪比与信号强度下，实现最快的数据传输速率，减少广播时间和能量消耗；在链路层进一步规定LoRa的通信规程，减少同一时刻并发数据量的请求，提高网络服务质量。

步骤9：网络拓扑管理单元进一步配置各网络内部网关，将Wi-Fi AP节点设置为Wi-Fi MESH网络内部网关，将LoRa协调节点设置为LoRa MESH网络内部网关。配置中心网关，中心网关在物理层同时具有Wi-Fi和LoRa接口，分别连接Wi-Fi MESH网络网关和LoRaMESH网络网关。这样，在物理层上，Wi-Fi MESH网络已经可以和LoRa MESH网络互联。

步骤10：Wi-Fi网络向LoRa网络转发流程如图4所示。指定目标地址，使某Wi-Fi类型STA模式节点设备A向另一LoRa类型终端模式节点设备B发送消息。

步骤11：节点设备A转发Wi-Fi消息帧到本Wi-Fi MESH网络STA模式网关，该网关再发送给中心网关。

步骤12：中心网关调用Wi-Fi协议拆包单元，将完整的Wi-Fi消息帧的“起始位”、“帧类型”、“控制域”、“数据域”、“32位CRC校验位”、“结束符”分别解析出来，将关键的数据域信息加上其他关键信息形成Wi-Fi数据域池。

步骤13：消息池管理单元负责管理Wi-Fi数据域池，利用多任务多队列多服务方法，综合评估消息到达时间、消息数量、消息等待时间、消息优先级、当前网络负载情况等指标，确定合适的转发次序和时间，转发时利用协议打包单元将要传送的Wi-Fi数据域池的某条数据域封装为完整的LoRa消息帧；并从LoRa接口转发给LoRa网关。

步骤14：LoRa网关转发给LoRa MESH网络内对应的LoRa终端节点设备，至此Wi-Fi和LoRa跨网络通信完成。

步骤15：LoRa网关与Wi-Fi网关将本网络负载情况、拓扑线路、各节点设备信息转发给中心网关，中心网关将其与整体网络拓扑结构等信息打包转发给外部智能终端，该终端调用人机交互单元实时展示这些信息。

本领域技术人员将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性系统、模块、单元和步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性系统、模块、单元和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。

结合这里的公开所描述的各种示例性系统、模块、单元和步骤可以利用被设计成用于执行这里功能的下列部件来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。

结合这里的公开所描述的方法或算法的步骤可以直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或这两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质被耦合到处理器，使得处理器能够从该存储介质中读取信息或向该存储介质写入信息。在一个替换方案中，存储介质可以与处理器集成在一起。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在一个替换方案中，处理器和存储介质可以作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性设计中，功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，该通信介质包括有助于将计算机程序从一个位置传送到另一个位置的任何介质。存储介质可以是能够被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为例子而非限制性的，该计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或者是可以用于携带或存储形式为指令或数据结构的所需程序代码并且能够被通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其它介质。此外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术来从网站、服务器或其它远程源发送软件，则上述同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波的无线技术均包括在介质的定义。如这里所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘、蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。上述内容的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合方法，其特征是，包括有以下步骤：

S1、抽象短距离无线通信节点设备和窄带宽带节点设备硬件资源，对抽象出的资源进行统一管理，驱使每个设备节点正常工作，实现基础的节点设备点对点的网络数据收发功能；

S2、搭建短距离无线通信网络和窄带宽带网络，配置各节点网络参数，确定网络内部拓扑结构，实现两种网络内部的互联互通；搭建短距离无线通信和窄带宽带网络拓扑结构，配置各设备节点及网关的相关参数；

S3、短距离无线通信网络和窄带宽带网络互发数据帧，经过网关对协议进行拆包、打包及转发到达另一网络；

S4、提供人机交互界面接口，实时监测网络通信情况，进行数据统计分析，根据需要确定是否重新配置。

2.根据权利要求1所述的短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法，其特征是，步骤S1具体为：

S11、抽象短距离无线通信设备节点和窄带宽带设备节点的硬件资源，包括将网络节点设备上含有的各类通信模块的连接属性和传输数据属性进行提炼的通信能力抽象、将节点设备上含有微控制器的计算属性进行提炼的计算能力抽象、将节点设备上含有的各类存储设备所发挥的功能和效用进行提炼的存储能力抽象；

S12、对抽象出的硬件资源组织为合适的数据结构格式，进行统一配置和管理，针对各节点的具体网络通信协议类型，确定有效的资源设置项，对数据结构内各有效项设置合适的参数大小。

3.根据权利要求1所述的短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法，其特征是，步骤S2具体为：

S21、根据工业物联网现场环境，在需要短距离无线通信的地域安装短距离无线通信节点设备，确定设备数量、安放的位置，确定每个节点设备的通信模式和角色，确定互通互联逻辑，形成短距离无线通信内部拓扑结构；根据工业物联网现场环境，在需要窄带宽带通信的地域安装窄带宽带通信节点设备，确定设备数量、安放的位置，确定每个节点设备的通信模式和角色，确定互联互通逻辑形成窄带宽带通信内部拓扑结构；

S22、配置同种间网络通信的算法和步骤，管理同种间网络通信的消息池，确立同种间网络通信的待转发和待接收消息帧队列；

S23、对各通信网络进行测试，确保可进行正常的网络内部通信；

S24、根据工业物联网现场环境和通信板需求，指定各短距离无线通信网络和窄带宽带网络的一个节点设备作为网络内部网关，作为对外转发和接收数据的接口，配置该网关的网络参数；

S25、安装和配置用于连接各网络内部网关进行中间转发的中心网关；

S26、根据使用的网络种类，解析对应的网络消息帧格式，设计消息帧拆包、数据域打包算法，分别对两种网络消息帧格式进行打包和拆包；

S27、将中心网关的各个接口与对应网络的内部网关相连，形成由内部网关与中心网关构成的转发网络，将各网关组织起来形成整体的网络拓扑结构；

S28、设计异构网络间通信数据域池管理方法，采用多任务多队列多服务的模式，有序组合管理个网络之间待转发和待接收的数据域。

4.根据权利要求1所述的短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法，其特征是，步骤S3具体为：

S31、指定其一短距离无线通信节点设备向一窄带宽带通信节点设备发送数据，设计转发消息的数据域内容，确定短距离无线通信网络的消息帧格式，指定目的地址并发送；

S32、指定其一窄带宽带通信节点向一短距离无线通信节点设备发送数据，设计转发的数据域内容，确定窄带宽带通信王洛的消息帧格式，指定目的地址并发送；

S33、重复步骤S31、S32，测试跨网络间通信以及消息池管理算法的工作效果。

5.根据权利要求1所述的短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统及其方法，其特征是，步骤S4具体为：

S41、网络内部网关收集本网络内部信息，并发送至中心网关；

S42、中心网关接收内部网关转发的信息，同时收集转发网络的信息汇总并通过上行宽带网络转发至智能终端；

S43、智能终端设备接收中心网关发送的数据，并存入数据库，进行统计分析，将结果通过界面展示；

S44、根据用户指令进行更改，中心网关接收转发的用户指令，并根据指令内容作出对应反馈回应或进一步转发至个网络内部网关进行处理。

6.一种短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统，其特征是：包括有

网络统一适配模块，对底层硬件进行资源的抽象，凝练和提炼工业物联网节点设备上各类通信模块的连接属性和传输数据属性，设计短距离无线通信网络和窄带宽带网络各自对应的通信适配器驱动功能，并提供相应的接口；

用户应用定制模块，根据不同的应用场景和需求搭建网络通信环境，有选择性的调用网络统一适配器的接口进行对应网络参数配置和用户交互界面定制；

异构协议转换模块，进行短距离无线通信网络和窄带宽带网络两种通信协议消息帧之间的转换，转换为待转发通信协议对应的数据帧格式；

网络通信支撑模块，提供网络通信控制支撑功能，组织线程并对已转换消息帧进行统一管理。

7.根据权利要求6所述的短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统，其特征是：所述网路统一适配模块对短距离无线通信和窄带宽带网络的底层硬件单元进行资源的抽象，在代码层抽象为两种数据结构进行统一管理；所述网络统一适配模块包括有

协议适配单元，根据底层网络通信协议种类适配上层代码的数据结构；

硬件驱动单元，用于根据协议适配单元确定的数据结构体，填充确定具体数据结构对应的成员变量。

8.根据权利要求6所述的短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统，其特征是：所述用户应用定制模块包括有

网络拓扑管理单元，用于管理网络的拓扑结构信息，对各网络设备节点互联构成的拓扑结构进行初始配置和后续的管理；

网络参数配置单元，用于管理网络中各节点设备信息，对各节点设备进行差异化网络参数配置，适配对应的工业物联网场景和用户需求；

人机交互单元，用于在智能终端为用户提供可视化界面，以对网络实时情况进行展示和管理。

9.根据权利要求6所述的短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统，其特征是：所述异构协议转换模块包括有

协议拆包单元，用于提取无线通信网络和窄带宽带网络消息帧内的数据域信息，并加入关键信息放入各自对应数据域池；

协议打包单元，用于将数据域池内的某条数据域打包为待转换的网络协议消息帧。

10.根据权利要求6所述的短距离无线通信网络与窄带宽带网络融合系统，其特征是：所述网络通信支撑模块包括有用于对网络节点设备通信过程中消息帧、数据域进行缓存管理的消息池管理单元。

Images