CN207166516U - 一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关 - Google Patents

Abstract

一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，包括应用层、数据层和物理层，所述物理层包括多种接口模块、开关输出模块、开关输入模块，接口模块包括RS484接口、CAN接口、LAN接口、ZigBee基站、LORA基站、WLAN接口，所述RS484接口、CAN接口、LAN接口、ZigBee基站以及LORA基站均与数据层的数据封装模块连接，所述数据层还包括与数据封装模块连接的硬件端口映射模块，所述WLAN接口、硬件端口映射模块均与应用层的协议解析模块连接，所述开关输出模块、开关输入模块均与应用层的路灯控制模块连接，所述路灯控制模块与协议解析模块连接。

Description

一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关

技术领域

本实用新型属于物联网领域，涉及一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其通过各种信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网本应该是一个开环的、泛在的网络系统，要求世界上物和物之间可以对话，但是，现阶段的物联网的应用主要为一些闭环系统，这是由于应用场景具有特殊性，这些感知类网络技术一般都应用在局部区域内，网与网之间无法通信，这样就构成了一个个信息孤岛，不是真正的全面互联互通、协同感知；此外，各类感知技术种类繁多，且采用不同的通信协议，根本无法实现互联互通。因此，物联网发展到今天，因为各行业的差异无法产生规模化效应，增加了使用复杂度与成本。

智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术，即物联网，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。随着人类社会的不断发展，未来城市将承载越来越多的人口。目前，我国正处于城镇化加速发展的时期，部分地区“城市病”问题日益严峻。为解决城市发展难题，实现城市可持续发展，建设智慧城市已成为当今世界城市发展不可逆转的历史潮流。

传统物联网设备接入网络，一般通过无线DTU，或附近宽带。前者无线连接可靠性差，和传输速率偏低，严重限制了物联网设备的发展。后者宽带连接高昂的成本也不适用一般物联网设备。传统网关是应用于高速以太网通讯，是不同网络之间建立连接必须的设备。广大物联网设备一般不具备以太网口，即使忽略互联网的接入问题，也需要中间转换设备，对设备管理颇为不便。

城市中路灯杆的控制系统保留有高速通讯网络，然而路灯的通讯数量传输量对于高速通讯网络，微乎其微，可以共享其网络成为高速通讯网关，利用路灯的网络资源。

发明内容

本实用新型提出了一种高速、高稳定、可扩展、通用性高的基于多功能路灯杆的高速物联网网关。

本实用新型采用的技术方案是：

一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，其特征在于：包括应用层、数据层和物理层，所述物理层包括多种接口模块、开关输出模块、开关输入模块，接口模块包括RS484接口、CAN接口、LAN接口、ZigBee基站、LORA基站、WLAN接口，所述RS484接口、CAN接口、LAN接口、ZigBee基站以及LORA基站均与数据层的数据封装模块连接，所述数据层还包括与数据封装模块连接的硬件端口映射模块，所述WLAN接口、硬件端口映射模块均与应用层的协议解析模块连接，所述开关输出模块、开关输入模块均与应用层的路灯控制模块连接，所述路灯控制模块与协议解析模块连接。本实用新型通过设置多种接口模块与物联网设备连通，与物联网设备共享路灯灯杆内的空闲网络，有效利用资源，通过丰富的有线和无线接入接口可以实现多种物联网设备的接入。还设置有路灯控制需要的开关量输入输出功能，可以替代原有路灯控制模块。

进一步，所述接口模块还包括音频接口，所述音频接口与应用层的音频播放模块连接，所述音频播放模块与协议解析模块连接。音频接口，可以用作城市、公园广播或者警报。

进一步，所述应用层还包括与协议解析模块连接的外挂设备状态查询模块。

进一步，所述应用层还包括与协议解析模块连接的设备运行记录模块。

进一步，所述应用层还包括与协议解析模块连接的故障报警模块。

进一步，所述应用层还包括与协议解析模块连接的设备配置模块。

进一步，所述ZigBee基站、LORA基站的天线设置在路灯灯杆的上端，方便物联网设备通过无线方式接入网关。

本实用新型的有益效果：实现了一个从多种低速端口和以太网数据交换的虚拟网关，不同设备采用独立的以太网虚拟端口然后通过接入网关集中连接互联网，从新定义了物联网接入模型，打造集高速、高稳定性、可扩展性、通用性集于一身的物联网终端设备接入点。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图。

图2是本实用新型的拓扑使用结构示意图。

图3是本实用新型在路灯灯杆上的设置结构示意图。

图4是本实用新型与物联网设备创建连接的流程图。

图5中的图5a、图5b是本实用新型与物联网设备数据传输的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

参见图1，一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，安装在多功能路灯灯杆内，包括应用层、数据层和物理层，应用层包括协议解析模块101、路灯控制模块106、音频播放模块107、外挂设备状态查询模块102、设备运行记录模块103、故障报警模块104、设备配置模块105，路灯控制模块106、音频播放模块107、外挂设备状态查询模块102、设备运行记录模块103、故障报警模块104以及设备配置模块105均与协议解析模块101连接。

所述数据层包括数据封装模块118和硬件端口映射模块117，数据封装模块118与硬件端口映射模块117连接，硬件端口映射模块117与协议解析模块101连接。

所述物理层包括多种接口模块、开关输出模块110、开关输入模块109，接口模块包括RS484接口115、CAN接口114、LAN接口113、ZigBee基站112、LORA基站111、WLAN接口116、音频接口108，所述RS484接口115、CAN接口114、LAN接口113、ZigBee基站112以及LORA基站111均与数据层的数据封装模块118连接，所述WLAN接口116与应用层的协议解析模块101连接，所述开关输出模块110、开关输入模块109均与应用层的路灯控制模块106连接，所述音频接口108与应用层的音频播放模块107连接。本实用新型通过设置多种接口模块与物联网设备连通，与物联网设备共享路灯灯杆内的空闲网络，有效利用资源，通过丰富的有线和无线接入接口可以实现多种物联网设备的接入。还设置有路灯控制需要的开关量输入输出功能，可以替代原有路灯控制模块。

本实施例中的高速物联网网关设计有2路RS485硬件总线；2路CAN硬件总线；1路100M/1000的LAN网络接口；1路Zigbee的无线自组网接口；1路LORA的无线节点接口；1路100M/1000的WLAN网络接口；和部分扩展接口。

2条RS485硬件总线设计用于外接不同的通讯速率(1200-115200)或者通讯参数的物联网模块。

2条CAN硬件总线设计用于外接不同的通讯速率下的CAN设备。以及不同协议的CAN总线协议，如CAN1总线外接CANopen协议设备；CAN2总线外接J1939协议设备，两条总线设备不会因为协议不一致造成设备不兼容的问题。总线接口物理层符合ISO11898标准。

1路Zigbee无线收发接口用于和附近的无线低功耗模块通讯，可以作为无线物联网设备的节点。

1路LORA无线节点接口用于和附近的无线低功耗模块通讯，可以作为无线物联网设备的节点

1路100M/1000的LAN网络接口用于标准的以太网高速通讯接口，可作为网络摄像头等需要高速实时传输设备的接入点。总线接口物理层符合IEEE 802.3i、IEEE 802.3x、IEEE 802.3u、IEEE 802.3z、IEEE 802.3ab标准。

1路100M/1000的WLAN网络接口用于连接互联网，可以连接调制解调器，是网关数据的总出口/入口。总线接口物理层符合IEEE 802.3i、IEEE 802.3x、IEEE 802.3u、IEEE802.3z、IEEE 802.3ab标准。

其他扩展接口输入接口、输出接口可以替换原来路灯杆的控制盒反馈模块；比如音频接口，可以用作城市、公园广播或者警报。

参见图2，城市里有广泛的路灯灯杆覆盖，在路灯灯杆上安装高速物联网网关6，以灯杆为基点铺开物联网，实现低施工成本、低运营、高集成度的物联网接入方案。同时高速物联网网关6通过运营商网络12与多个分布式服务器13连通，不同的物联网设备14可以通过配置请求不同的远程服务器，更好的融合不同的物联网厂商，多服务器的分布式服务器12部署方式还具有高可靠性。路灯灯杆加装高速物联网网关6，可以作为周边物联网设备14的中心节点，比如智能充电桩4、智能井盖8、城市地图等。

物联网设备14与高速物联网网关6具体的布置可以参见图3，智慧窨井盖8、智慧垃圾桶9可以通过无线ZigBee天线10或LoRa天线11等无线方式接入高速物联网网关，所述ZigBee基站的天线10、LORA基站的天线11设置在路灯灯杆的上端，方便物联网设备14通过无线方式接入网关；路口灯杆监控摄像头2数据接入高速物联网网关6提供实时图像传输；高速物联网网关6带有路灯控制需要的开关量输入输出功能，可以替代原有路灯控制模块；高速物联网网关6连接LED广告屏3可以实现广告投放；高速物联网网关6连接电动汽车充电桩4、5，可以为充电桩4、5提供网络覆盖。所有设备共享路灯灯杆空闲网络，有效利用资源，通过丰富的有线和无线接入接口可以实现多种设备接入。路灯杆安装时预装光纤和供电走线，施工成本和运营成本更为廉价。

高速物联网网关的协议解析模块具有通用协议报文，外扩展物联网设备必须有通用的传输协议才能对数据有效的解码，需要入网的设备必须按照该协议连接高速物联网网关才能实现数据交互。每个物联网设备可独立配置的远程服务器地址，工作流程图见图4、图5。物联网设备先与高速物联网网关创建连接，连接成功后物联网设备登陆，登陆成功则与服务器连接成功。高速物联网网关收到服务器在下行数据时，服务器不知道该物联网设备与哪组接口连接，需要根据高速物联网网关索引表找到指向的端口然后发送；高速物联网网关收到设备从端口发来数据，同样需要设备编号索引表找到改设备指向服务器地址并发送。此设计也是可独立配置的远程服务器的核心机制。

本实用新型应用于城市网络覆盖、交通指示、环境采集、智慧城市管理。高速物联网网关以路灯灯杆为依托，实现网络和CAN、RS485、LAN等多种物理总线的节点连接。丰富的端口拓展性，为各类可以远程控制的物联网设备提供网关接入，由后台实现统一的读写操作。

Claims (7)

1.一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，其特征在于：包括应用层、数据层和物理层，所述物理层包括多种接口模块、开关输出模块、开关输入模块，接口模块包括RS484接口、CAN接口、LAN接口、ZigBee基站、LORA基站、WLAN接口，所述RS484接口、CAN接口、LAN接口、ZigBee基站以及LORA基站均与数据层的数据封装模块连接，所述数据层还包括与数据封装模块连接的硬件端口映射模块，所述WLAN接口、硬件端口映射模块均与应用层的协议解析模块连接，所述开关输出模块、开关输入模块均与应用层的路灯控制模块连接，所述路灯控制模块与协议解析模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，其特征在于：所述接口模块还包括音频接口，所述音频接口与应用层的音频播放模块连接，所述音频播放模块与协议解析模块连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，其特征在于：所述应用层还包括与协议解析模块连接的外挂设备状态查询模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，其特征在于：所述应用层还包括与协议解析模块连接的设备运行记录模块。

5.根据权利要求4所述的一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，其特征在于：所述应用层还包括与协议解析模块连接的故障报警模块。

6.根据权利要求5所述的一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，其特征在于：所述应用层还包括与协议解析模块连接的设备配置模块。

7.根据权利要求6所述的一种基于多功能路灯杆的高速物联网网关，其特征在于：所述ZigBee基站、LORA基站的天线设置在路灯灯杆的上端，方便物联网设备通过无线方式接入网关。