CN117336759A - 一种基于异构融合网关的融合通信系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于异构融合网关的融合通信系统及方法，所述系统包括：异构融合网关、异构通信终端、服务器。本发明通过一种易于扩展的，基于数据层融合的异构融合网关构建融合通信系统；异构融合网关通过添加或裁剪子网处理单元可实现不同协议的网络设备的融合接入，可根据应用场景的需要，可在不大幅改动网关的硬件以及软件的整体框架的情况下，实现子网络的拓展或裁剪；根据异构融合通信协议，系统中的异构设备使用特定的数据格式进行通信，以网关为中继实现多模融合接入以及设备与设备之间的异构通信。
Description
技术领域
本发明属于无线通信网络技术领域，具体涉及一种基于异构融合网关的融合通信系统及方法。
背景技术
随着物联网技术的发展，越来越多不同协议、不同制式的通信设备不断涌现。这些通信设备在协议、数据格式、带宽和延迟等方面存在差异，使得它们难以直接互通和协作。例如在智能家居场景中，智能灯泡可能使用Wi-Fi连接，智能空调可能使用Zigbee连接，智能音响可能使用Bluetooth连接。由于这些不同的协议，无法通过一个中央控制器来集中管理这些设备，而需要使用多个应用程序或控制器，导致不便和混乱。
异构融合网关旨在整合不同类型、不同协议、不同网络架构的通信系统，以实现更高效、更灵活、更可靠的数据传输和交互。其可以充当中介，将不同类型的通信系统连接在一起，并提供协议转换、数据格式转换、安全性增强和流量管理等功能。这使得不同网络之间的数据和信息可以更自由地流动，为各种应用场景提供了更多可能性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于异构融合网关的融合通信系统及方法。
本发明采用的技术方案为：一种基于异构融合网关的融合通信系统，包括：m个异构融合网关、n个异构通信终端、1个服务器。
其中，所述异构融合网关与异构通信终端的数量根据实际网络规模决定。
所述异构融合网关，作为融合通信系统的中心节点，收取采用不同通信协议的异构通信终端的数据并回传至北向服务器；处理异构通信终端数据，充当中继节点辅助实现异构通信终端之间的通信。异构融合网关分为中心网关与非中心网关，只有中心网关能与服务器进行通信。
所述异构通信终端，采用不同的通信协议接入异构融合网关；通过异构融合网关进行异构通信终端之间的通信。
所述服务器用以监控管理异构通信终端状态，下发应用指令。
进一步地，所述异构融合网关包括：接口转换模块、p个子网处理模块、q个北向通信模块、电源模块、核心主控板模块。
所述接口转换模块与所有的子网处理模块相连，其起到核心主控板模块的接口扩展的作用，将不同子网处理模块的接口统一为高速的USB接口接入核心主控板模块中。
所述子网处理模块用于接收处理不同协议的数据并将不同协议的数据转发至异构融合网关的核心主控板中做进一步的处理。
其中，所述子网处理模块数量由系统中需要部署的子网络数量决定，需要部署的任何子网络都需要在网关上部署相应的子网处理模块。
所述北向通信模块与核心主控板模块相连，其负责实现异构融合网关与北向网络之间的交互，也负责与其他异构融合网关之间的局域网的交互。其数量和形式根据不同场景下对网关北向通信的需求来确定。
所述电源模块，为异构融合网关上不同的处理单元所需的不同的能量需求提供相应的电压。
所述核心主控板模块负责处理进行异构数据格式转换以及流量管理功能。
进一步地，所述子网处理模块包括：射频处理单元以及子网主控芯片。
所述射频处理单元用以收发不同频段的射频信号。所述子网主控芯片用以处理相应子网的协议栈并与异构融合网关的核心主控板进行信息与指令的交互。
进一步地，所述核心主控板模块包括：异构网络南向接口处理单元、异构数据处理单元、虚拟设备管理单元、通用工具管理单元、北向接口处理单元。
所述异构网络南向接口处理单元用于接收处理来自接口转换模块的数据，并完成安全校验。
所述异构数据处理单元用以处理不同协议的异构数据，并将不同协议的数据清洗为相同格式数据，并实现自定的异构通信协议，根据自定协议决定转发信息至不同端口。
所述虚拟设备管理单元包括：网关设备管理单元、异构设备管理单元，用以在网关中储存管理所接入的异构设备。其接收来自异构数据处理单元的数据，经过网关的虚拟设备管理单元处理，储存其地址、拓扑信息、应用数据至网关中。
所述通用工具管理单元包括：日志管理单元、非易失性数据(NV)管理单元、定时器管理单元、配置信息管理单元，用以实现预制信息管理、日志信息管理、非易失性数据管理、定时器管理通用工具，辅助网关其他软件单元的运行。
所述北向接口处理单元包括：局域网接口单元、北向无线网络接口单元、北向有线网络接口单元，用以处理收发不同北向接口协议数据。
进一步地，所述异构通信终端包括：终端射频处理单元、主控芯片、应用负载。
所述终端射频处理单元以收发不同频段的射频信号。
所述的主控芯片用以处理相应的协议栈以及实现自定的异构通信协议。
所述的应用负载根据不同应用场景接入传感类设备或控制类设备。
本发明还提供了一种基于异构融合网关的融合通信方法，具体步骤如下：
S1、异构融合网关进行初始化；
所述m个异构融合网关上电后首先完成自身核心程序的初始化，网关上电的同时，各子网处理模块同时工作，各子网处理模块形成对应子网络，维护异构终端的在线状态，网关在完成初始化后，依次确认挂载的各个子网处理模块是否工作正常；
当所有子网处理模块均完成确认后，网关向服务器发送上线消息，服务器收到网关上线消息，则表示网关已经成功完成初始化。
S2、异构融合网关完成初始化后，进行拓扑更新；
在完成初始化后，网关首先进行拓扑更新；网关依次询问各子网处理模块的当前子网拓扑，在获得本网关下的终端拓扑后将拓扑信息中存储在本设备的地址池中；记录拓扑信息后，网关判断自身是否为中心网关，若是则将此拓扑信息上报至服务器并反馈给所有其他网关；否则将拓扑信息上报至中心网关；
若网关收到拓扑信息的更新，判断自身是否为中心网关，若是则将此拓扑信息上报至服务器并反馈给所有其他网关；否则将拓扑信息上报至中心网关；
S3、异构融合网关进行数据通信；
当网关收到来自子网处理模块的信息。异构网关根据异构通信协议分析此数据的网络类型、源地址、目的地址信息。若目的地址指向外部网络，则网关根据自身是否是中心网关来选择将信息直接转发给服务器还是转发给中心网关。若目的地址指向设备地址，则网关查询设备地址池来查询此设备属于哪个网关。若为本网关挂载的终端设备则发送给对应异构通信终端，否则转发给中心网关。
当网关收到北向通信模块的信息，异构网关同样根据异构通信协议分析此数据的网络类型、源地址、目的地址信息。若目的地址指向设备地址，则网关查询设备地址池来查询此设备属于哪个网关。若为本网关挂载的终端设备则发送给对应异构通信终端，否则转发给中心网关。若目的地址指向广播地址，则网关广播此消息至所有其他节点。
进一步地，所述融合通信方法中，包括一种异构通信协议，所述异构通信协议具体如下：
一个完整异构通信数据帧包括：MAC帧头、数据帧和校验帧。
所述的MAC帧头总共为3字节，包括：4bit的网络类型、4bit的MAC类型、2字节的包长度。
所述网络类型用以指示该数据帧由何种网络传入。
所述MAC类型用以指示此帧的类型，根据不同的网络类型，可设置不同的MAC类型，
所述的包长度用以记录后续数据帧的长度。
所述数据帧的长度可变，其包括2字节的数据帧头以及负载数据。根据不同MAC类型，数据帧头有着不同的含义。
所述的校验帧长度为2字节，采用CRC-16校验，确保此条数据帧的完整无误。
本发明的有益效果：本发明所述系统包括：m个异构融合网关、n个异构通信终端、1个服务器。本发明通过一种易于扩展的，基于数据层融合的异构融合网关构建融合通信系统；异构融合网关通过添加或裁剪子网处理单元可实现不同协议的网络设备的融合接入，可根据应用场景的需要，可在不大幅改动网关的硬件以及软件的整体框架的情况下，实现子网络的拓展或裁剪；根据异构融合通信协议，系统中的异构设备使用特定的数据格式进行通信，以网关为中继实现多模融合接入以及设备与设备之间的异构通信。
附图说明
图1为本发明的一种基于异构融合网关的融合通信系统的结构图。
图2为本发明实施例中异构融合网关的硬件框架图。
图3为本发明实施例中异构融合网关中核心主控板的软件框架图。
图4为本发明实施例中异构终端的硬件框架图。
图5为本发明实施例中异构通信协议中拓扑更新流程图。
图6为本发明实施例中异构通信协议中数据通信流程图。
图7为本发明实施例中异构通信协议数据格式图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例中对本发明作进一步的说明。
本实施例应用于背负式体域组网系统，可实现部署在人身体上的近距离传感终端以及环境中抛洒的远距离传感终端的数据采集与协同合作。
如图1所示，本发明的一种基于异构融合网关的融合通信系统，包括：m个异构融合网关、n个异构通信终端、1个服务器。
本实施例中，m＝1，n＝4。
所述异构融合网关，作为融合通信系统的中心节点，能够收取采用不同通信协议的异构通信终端的数据并回传至北向服务器；处理异构通信终端数据，充当中继节点辅助实现异构通信终端之间的通信。异构融合网关分为中心网关与非中心网关，只有中心网关能与服务器进行通信。
其中，所述异构融合网关分为中心网关与非中心网关，只有中心网关能与服务器进行通信。
所述异构通信终端，采用不同的通信协议接入异构融合网关；通过异构融合网关进行异构通信终端之间的通信。
所述服务器用以监控管理异构通信终端状态，下发应用指令。
在网络类型选择上，本实施例南向子网络选择WiFi Mesh网络、WiFi网络、ZigBee网络、LoRa网络，北向回传网络选择有线局域网。因此本系统可支持WiFi Mesh协议、WiFi协议、ZigBee协议以及LoRa协议的异构通信终端的接入。
本实施例中，所述服务器使用MQTT服务器作为北向的云服务器。使用MQTT客户端订阅/发布相应的主题来监控异构终端的状态信息，以及下发命令。
如图2所示，在本实施例中，所述异构融合网关包括：核心主控板模块、p个子网处理模块、q个北向通信模块、电源模块、接口转换模块。
本实施例中，p＝4，q＝1。
所述核心主控板模块负责处理进行异构数据格式转换以及流量管理功能。本实施例选择海凌科电子推出的高性能嵌入式模块HLK-RM60作为核心主控板模块，其具有高性能的ARM架构的CPU，可以运行Ubuntu操作系统。并且HLK-RM60集成了2.4G/5.8G射频收发器，实现了WiFi协议栈，可复用为WiFi Mesh网络、WiFi网络子网处理模块。
所述子网处理模块用于接收处理不同协议的数据并将不同协议的数据转发至异构融合网关的核心主控板中做进一步的处理。所述子网处理模块不限定数量与形式，其数量由系统中需要部署的子网络数量决定。需要部署的任何子网络都需要在网关上部署相应的子网处理模块。
所述子网处理模块包括：射频处理单元以及子网主控芯片。
所述射频处理单元用以收发不同频段的射频信号。所述子网主控芯片用以处理相应子网的协议栈并与异构融合网关的核心主控板进行信息与指令的交互。
本实施例中，采用Silicon Labs的EFR32MG21A020F768芯片作为ZigBee网络的子网处理模块。该芯片为2.4G无线SoC，集成了ZigBee协议栈，可复用为ZigBee网络的射频处理单元以及子网主控芯片。该芯片通过串口与接口转换模块相连，实现ZigBee协议的数据收发与格式转换。采用Semtech的SX1268芯片作为LoRa网络的射频处理单元，以及STM32L431芯片作为子网主控芯片。用以实现LoRa子网的数据收发与格式转换。同时，所用的HLK-RM60主控板模块因其集成了2.4G/5.8G射频收发器，被复用为WiFi Mesh和WiFi网络的子网处理模块。
所述北向通信模块与核心主控板相连，其负责实现异构融合网关与北向网络(包括：互联网、移动通信网络、自组网、局域网)之间的交互。其数量和形式根据不同场景下对网关北向通信的需求来确定。本实施例中，北向通信模块通过网口连接至局域网中。为保证网口高速数据传输及其抗干扰能力，选用专用网口变压器HN2409CG和HN4824CG。
所述电源模块，为异构融合网关上不同的处理单元所需的不同的能量需求提供相应的电压如5V、12V、3.3V。本实施例中，网关背负在人体身上。网关的电源模块采用12V的电池供电，并使用TI的DC-DC电源管理芯片TPS54531，通过输出端的分压电阻设定其输出电压3.3V，为后端各用电模块及核心板供电。
所述接口转换模块与所有的子网处理模块相连，其起到核心主控板模块的接口扩展的作用，将不同子网处理模块的接口统一为高速的USB接口接入核心主控板模块中。
如图3所示，在本实施例中，所述核心主控板模块包括：异构网络南向接口处理单元、异构数据处理单元、虚拟设备管理单元、通用工具管理单元、北向接口处理单元。
所述异构网络南向接口处理单元用于接收处理来自接口转换模块的数据，并完成安全校验。
所述异构数据处理单元用以处理不同协议的异构数据，并将不同协议的数据清洗为相同格式数据。此外，在此实现自定的异构通信协议，根据自定协议决定转发信息至不同端口(北向接口、异构网络南向接口)。
所述虚拟设备管理单元包括：网关设备管理单元、异构设备管理单元，用以在网关中储存管理所接入的异构设备。其接收来自异构数据处理单元的数据，经过网关的虚拟设备管理单元处理，储存其地址、拓扑信息、应用数据至网关中。
所述通用工具管理单元包括：日志管理单元、非易失性数据(NV)管理单元、定时器管理单元、配置信息管理单元，用以实现预制信息管理、日志信息管理、非易失性数据管理、定时器管理通用工具，辅助网关其他软件单元的运行。
所述北向接口处理单元包括：局域网接口单元、北向无线网络接口单元、北向有线网络接口单元，用以处理收发不同北向接口协议数据，如TCP、MQTT协议。
如图4所示，所述异构通信终端包括：终端射频处理单元、主控芯片、应用负载。在本实施例中，包含四种异构通信终端，分别是WiFi Mesh终端、WiFi终端、ZigBee终端、LoRa终端。
异构通信终端在硬件架构上与网关上的子网处理模块基本相同，不同的是根据不同的应用有着不同的负载电路。
所述终端射频处理单元以收发不同频段的射频信号。
所述的主控芯片用以处理相应的协议栈以及实现自定的异构通信协议。
所述的应用负载根据不同应用场景接入如温湿度传感器、压力传感器等的传感类设备，或电磁阀、报警装置等控制类设备。
本实施例中，所述的WiFi Mesh终端采用乐鑫科技的ESP32S2作为主控芯片，其同样搭载了2.4GHz射频链路，可实现WiFi数据的收发。在此芯片上，本发明实现WiFi Mesh协议栈，实现了一个基于WiFi链路的Mesh网络。本终端的应用负载使用蜂鸣器、LED以及SHT30温湿度传感器，用以获取温湿度信息，以及响应其他子网设备的消息。
所述的WiFi终端用以实现无线摄像头数据的回传。其同样搭载ESP32S2作为主控芯片以及终端射频处理单元。应用负载使用OmniVision公司的OV2640摄像头。摄像头通过USB口与主控芯片相连。
所述的ZigBee终端采用Silicon Labs的EFR32MG21作为主控芯片以及终端射频处理单元。应用负载使用涂鸦公司的人体存在传感器。
所述的LoRa终端采用Semtech的SX1268芯片作为LoRa网络的射频处理单元，以及STM32L431芯片作为子网主控芯片。应用负载使用薄膜式压力传感器。本实施例中，使用STM32L431的ADC外设，对薄膜式压力传感器进行压力值采集。
在本实施例中，本发明还提供了一种基于异构融合网关的融合通信方法，具体步骤如下：
本实例的系统拓扑中，异构网关背负在人体身上。每个人背负一个网关，每个网关下可接多种协议的异构终端设备，网关与网关之间靠自组网电台连接在一起，形成一个完整的班组网络。每个人身上的网关有主次之分，只有中心网关可以与服务器通信。
S1、异构融合网关进行初始化；
所述m个异构融合网关上电后首先完成自身核心程序的初始化，网关上电的同时，各子网处理模块同时工作，各子网处理模块形成对应子网络，维护异构终端的在线状态，网关在完成初始化后，依次确认挂载的各个子网处理模块是否工作正常；
当所有子网处理模块均完成确认后，网关向服务器发送上线消息，服务器收到网关上线消息，则表示网关已经成功完成初始化。
S2、如图5所示，异构融合网关完成初始化后，进行拓扑更新；
在完成初始化后，网关首先进行拓扑更新。网关依次询问各子网处理模块的当前子网拓扑，在获得本网关下的终端拓扑后将拓扑信息中存储在本设备的地址池中。记录拓扑信息后，网关判断自身是否为中心网关，若是则将此拓扑信息上报至服务器并反馈给所有其他网关。否则将拓扑信息上报至中心网关。
若网关收到拓扑信息的更新，此更新可以是来自子网处理模块的新的拓扑的上报也可以是来自其他网关的拓扑反馈，则同样判断自身是否为中心网关，若是则将此拓扑信息上报至服务器并反馈给所有其他网关。否则将拓扑信息上报至中心网关。
经过此过程，所有网关都将记录此网络的完整地址池。
S3、如图6所示，异构融合网关进行数据通信；
当网关收到来自子网处理模块(南向子网络(WiFi-Mesh\WiFi\LoRa\ZigBee))的信息。异构网关根据异构通信协议分析此数据的网络类型、源地址、目的地址信息。若目的地址指向外部网络，则网关根据自身是否是中心网关来选择将信息直接转发给服务器还是转发给中心网关。若目的地址指向设备地址，则网关查询设备地址池来查询此设备属于哪个网关。若为本网关挂载的终端设备则发送给对应异构通信终端，否则转发给中心网关。
当网关收到北向通信模块(其他网关\服务器)的信息，异构网关同样根据异构通信协议分析此数据的网络类型、源地址、目的地址信息。若目的地址指向设备地址，则网关查询设备地址池来查询此设备属于哪个网关。若为本网关挂载的终端设备则发送给对应异构通信终端，否则转发给中心网关。若目的地址指向广播地址，则网关广播此消息至所有其他节点(广播类消息将被直接广播，采用洪泛方式到达所有终端)。
为了实现异构设备之间的通信，对本发明的异构融合通信协议进一步说明，本实施例给出一种异构设备之间通信协议，包括数据包格式以及工作流程。一个完整异构通信数据帧包括：MAC帧头、数据帧和校验帧。
异构通信设备的数据包格式如图7所示。
所述的MAC帧头总共为3字节，包括4bit的网络类型、4bit的MAC类型以及2字节的包长度组成。
所述网络类型用以指示该数据帧由何种网络传入。
所述MAC类型用以指示此帧的类型如网络参数设置、ACK、网络数据帧等。根据不同的网络类型，可设置不同的MAC类型。
根据本实施例系统的子网络选择，数据格式中的NETTYPE字段分为六种，分别为WiFi Mesh网络、WiFi网络、ZigBee网络、LoRa网络，自组织网络，MCU。此字段标记了此消息来自于何种网络。其中，来自MCU，代表此条消息由网关本身发出。
不同的NETTYPE数据帧，对应着不同的MTYPE以及DataHeader。本实施例重点介绍LoRa网络下的不同MTYPE以及DataHeader。
例如LoRa子网的数据帧的MAC类型可分为网络容量设置帧、网络稳定性设置帧、网络传输设置帧、网络拓扑更新帧、网络数据帧以及错误帧。
所述的包长度用以记录后续数据帧的长度。
所述数据帧的长度可变，其包括2字节的数据帧头以及负载数据。根据不同MAC类型，数据帧头有着不同的含义。例如LoRa子网的数据帧中的网络数据帧可标定目标设备ID与源设备ID，进而标记此数据帧的目标网络。
所述的校验帧长度为2字节，采用CRC-16校验，确保此条数据帧的完整无误。
本实施例中，LoRa网络的MTYPE字段分为四种，分别为网络传输设置帧、网络拓扑更新帧、网络数据帧以及错误帧。
所述的网络传输设置帧的DataHeader包含1字节的DTYPE字段，其可分为设置帧、设置帧回复、查询帧、查询帧回复四种类型。可实现对Data字段中的通信频点、扩频因子、带宽、编码等级、前导码长度、发射功率的设置与查询。
所述的网络拓扑更新帧的DataHeader包含1字节的DTYPE字段，其可分为设置帧、设置帧回复、查询帧、查询帧回复四种类型。在Data字段中包含了该子网络的当前拓扑结构。
所述的网络数据帧的DataHeader中包含8字节的目标MAC地址与8字节的源MAC地址。Data字段中包含了此帧的应用数据。
所述的错误帧包含1字节的DTYPE字段。其可分为ACK确认帧、长度溢出、无效地址、发送超时、格式错误、CRC校验失败以及挂载测试回复七种数据类型。
综上，本发明通过一种易于扩展的，基于数据层融合的异构融合网关构建融合通信系统，异构融合网关通过添加或裁剪子网处理单元可实现不同协议的网络设备的融合接入，可根据应用场景的需要，可在不大幅改动网关的硬件以及软件的整体框架的情况下，实现子网络的拓展或裁剪，根据异构融合通信协议，系统中的异构设备使用特定的数据格式进行通信，以网关为中继实现多模融合接入以及设备与设备之间的异构通信。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于异构融合网关的融合通信系统，包括：m个异构融合网关、n个异构通信终端、1个服务器；
其中，所述异构融合网关与异构通信终端的数量根据实际网络规模决定；
所述异构融合网关，作为融合通信系统的中心节点，收取采用不同通信协议的异构通信终端的数据并回传至北向服务器；处理异构通信终端数据，充当中继节点辅助实现异构通信终端之间的通信；
其中，所述异构融合网关分为中心网关与非中心网关，只有中心网关能与服务器进行通信；
所述异构通信终端，采用不同的通信协议接入异构融合网关；通过异构融合网关进行异构通信终端之间的通信；
所述服务器用以监控管理异构通信终端状态，下发应用指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于异构融合网关的融合通信系统，其特征在于，所述异构融合网关包括：接口转换模块、p个子网处理模块、q个北向通信模块、电源模块、核心主控板模块；
所述接口转换模块与所有的子网处理模块相连，其起到核心主控板模块的接口扩展的作用，将不同子网处理模块的接口统一为高速的USB接口接入核心主控板模块中；
所述子网处理模块用于接收处理不同协议的数据并将不同协议的数据转发至异构融合网关的核心主控板中做进一步的处理；
其中，所述子网处理模块数量由系统中需要部署的子网络数量决定，需要部署的任何子网络都需要在网关上部署相应的子网处理模块；
所述北向通信模块与核心主控板模块相连，其负责实现异构融合网关与北向网络之间的交互，也负责与其他异构融合网关之间的局域网的交互；其数量和形式根据不同场景下对网关北向通信的需求来确定；
所述电源模块，为异构融合网关上不同的处理单元所需的不同的能量需求提供相应的电压；
所述核心主控板模块负责处理进行异构数据格式转换以及流量管理功能。
3.根据权利要求2所述的一种基于异构融合网关的融合通信系统，其特征在于，所述子网处理模块包括：射频处理单元以及子网主控芯片；
所述射频处理单元用以收发不同频段的射频信号；所述子网主控芯片用以处理相应子网的协议栈并与异构融合网关的核心主控板进行信息与指令的交互。
4.根据权利要求2所述的一种基于异构融合网关的融合通信系统，其特征在于，所述核心主控板模块包括：异构网络南向接口处理单元、异构数据处理单元、虚拟设备管理单元、通用工具管理单元、北向接口处理单元；
所述异构网络南向接口处理单元用于接收处理来自接口转换模块的数据，并完成安全校验；
所述异构数据处理单元用以处理不同协议的异构数据，并将不同协议的数据清洗为相同格式数据，并实现自定的异构通信协议，根据自定协议决定转发信息至不同端口；
所述虚拟设备管理单元包括：网关设备管理单元、异构设备管理单元，用以在网关中储存管理所接入的异构设备；其接收来自异构数据处理单元的数据，经过网关的虚拟设备管理单元处理，储存其地址、拓扑信息、应用数据至网关中；
所述通用工具管理单元包括：日志管理单元、非易失性数据(NV)管理单元、定时器管理单元、配置信息管理单元，用以实现预制信息管理、日志信息管理、非易失性数据管理、定时器管理通用工具，辅助网关其他软件单元的运行；
所述北向接口处理单元包括：局域网接口单元、北向无线网络接口单元、北向有线网络接口单元，用以处理收发不同北向接口协议数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于异构融合网关的融合通信系统，其特征在于，所述异构通信终端包括：终端射频处理单元、主控芯片、应用负载；
所述终端射频处理单元以收发不同频段的射频信号；
所述的主控芯片用以处理相应的协议栈以及实现自定的异构通信协议；
所述的应用负载根据不同应用场景接入传感类设备或控制类设备。
6.一种基于异构融合网关的融合通信方法，具体步骤如下：
S1、异构融合网关进行初始化；
所述m个异构融合网关上电后首先完成自身核心程序的初始化，网关上电的同时，各子网处理模块同时工作，各子网处理模块形成对应子网络，维护异构终端的在线状态，网关在完成初始化后，依次确认挂载的各个子网处理模块是否工作正常；
当所有子网处理模块均完成确认后，网关向服务器发送上线消息，服务器收到网关上线消息，则表示网关已经成功完成初始化；
S2、异构融合网关完成初始化后，进行拓扑更新；
在完成初始化后，网关首先进行拓扑更新；网关依次询问各子网处理模块的当前子网拓扑，在获得本网关下的终端拓扑后将拓扑信息中存储在本设备的地址池中；记录拓扑信息后，网关判断自身是否为中心网关，若是则将此拓扑信息上报至服务器并反馈给所有其他网关；否则将拓扑信息上报至中心网关；
若网关收到拓扑信息的更新，判断自身是否为中心网关，若是则将此拓扑信息上报至服务器并反馈给所有其他网关；否则将拓扑信息上报至中心网关；
S3、异构融合网关进行数据通信；
当网关收到来自子网处理模块的信息；异构网关根据异构通信协议分析此数据的网络类型、源地址、目的地址信息；若目的地址指向外部网络，则网关根据自身是否是中心网关来选择将信息直接转发给服务器还是转发给中心网关；若目的地址指向设备地址，则网关查询设备地址池来查询此设备属于哪个网关；若为本网关挂载的终端设备则发送给对应异构通信终端，否则转发给中心网关；
当网关收到北向通信模块的信息，异构网关同样根据异构通信协议分析此数据的网络类型、源地址、目的地址信息；若目的地址指向设备地址，则网关查询设备地址池来查询此设备属于哪个网关；若为本网关挂载的终端设备则发送给对应异构通信终端，否则转发给中心网关；若目的地址指向广播地址，则网关广播此消息至所有其他节点。
7.根据权利要求6所述的一种基于异构融合网关的融合通信方法，其特征在于，所述融合通信方法中，包括一种异构通信协议，所述异构通信协议具体如下：
一个完整异构通信数据帧包括：MAC帧头、数据帧和校验帧；
所述的MAC帧头总共为3字节，包括：4bit的网络类型、4bit的MAC类型、2字节的包长度；
所述网络类型用以指示该数据帧由何种网络传入；
所述MAC类型用以指示此帧的类型，根据不同的网络类型，可设置不同的MAC类型，
所述的包长度用以记录后续数据帧的长度；
所述数据帧的长度可变，其包括2字节的数据帧头以及负载数据；根据不同MAC类型，数据帧头有着不同的含义；
所述的校验帧长度为2字节，采用CRC-16校验，确保此条数据帧的完整无误。
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|---|---|---|---|
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| CN202311437788.8A CN117336759A (zh) | 2023-11-01 | 2023-11-01 | 一种基于异构融合网关的融合通信系统及方法 |
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