CN210868012U - 一种支持多协议的6LoWPAN边界网关 - Google Patents
一种支持多协议的6LoWPAN边界网关 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种支持多协议的6LoWPAN边界网关，包括Linux主机电路、UPLink上联电路和射频电路；所述Linux主机电路分别与所述UPLink上联电路和所述射频电路电连接，所述Linux主机电路通过所述UPLink上联电路与外部互联网通信连接，所述Linux主机电路通过所述射频电路与外部基带模块通信连接。本实用新型架起了各种RF基带构成的6LoWPAN的无线传感网络与外部互联网之间的联系的桥梁，使得外部互联网络与内部无线传感节点间的互访变得轻松快捷，支持多种协议，兼容性和通用性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及IPv6与无线传感网络技术领域，特别涉及一种支持多协议的6LoWPAN边界网关。
背景技术
6LoWPAN(IPV6 over Low-Power Wireless Personal Area Network)是支持IPV6的低功耗无线个域网标准，它是IPv6与无线传感网络WSN相结合的产物。传统的WSN虽然支持低功耗，但是只支持IPv4地址，不支持基于IPv6的地址。要实现万物互联，让每个设备分配到IP只能依靠IPv6来实现，因此6LoWPAN是传感网络的下一代协议。
由6LoWPAN构成的无线传感网络，由于与互联网内使用的IP协议不同，因此无法直接通过IP网络来直接访问6LoWPAN的节点。为了实现外部互联网访问无线传感网络内部节点，通常在6LoWPAN协议构成的节点侧和外部互联网侧部署边界路由器或网关，这可以实现外部网络访问传感网内部节点。目前市面上很少有此种边界网关，有的也只是支持自家的独立的产品，无法与其它产品兼容。
因此，有必要设计制造一款能够支持多种协议的通用边界网关，实现外部互联网络与内部无线传感节点间的互访。
实用新型内容
本实用新型提供了一种支持多协议的6LoWPAN边界网关，解决了现有技术中6LoWPAN边界网关无法支持多种协议、兼容性和通用性差的技术问题。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种支持多协议的6LoWPAN边界网关，包括Linux主机电路、UPLink 上联电路和射频电路；
所述Linux主机电路分别与所述UPLink上联电路和所述射频电路电连接，所述Linux主机电路通过所述UPLink上联电路与外部互联网通信连接，所述Linux主机电路通过所述射频电路与外部基带模块通信连接。
本实用新型的有益效果是：Linux主机电路为整个6LoWPAN边界网关的核心，Linux主机电路分别与UPLink上联电路和射频电路电连接，而 UPLink上联电路与外部互联网通信连接，射频电路与外部基带模块通信连接，架起了各种RF基带构成的6LoWPAN的无线传感网络与外部互联网之间的联系的桥梁，使得外部互联网络与内部无线传感节点间的互访变得轻松快捷，外部基带模块所构成的6LoWPAN无线传感网络可以灵活使用多种类型，例如蓝牙、CC25XX系列、CC26XX系列、JN51XX系列、RF24XX系列、EX5438和Telos Sky等，Linux主机电路可以灵活支持多种协议，所构成的整个6LoWPAN边界网关支持多种协议，兼容性和通用性好。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还有如下改进：
进一步：所述Linux主机电路包括微处理器和设置在所述微处理器上的 DDR-RAM存储器、NandFlash闪存和第一接口组件；
所述微处理器分别与所述DDR-RAM存储器、所述NandFlash闪存、所述第一接口组件、所述UPLink上联电路和所述射频电路电连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过DDR-RAM存储器和NandFlash闪存便于存储微处理器所需的处理程序，通过第一接口组件便于微处理器与各种外设进行互联，保证整个6LoWPAN边界网关的正常运行；其中，外设包括供电设备、存储设备和多媒体设备等。
进一步：所述第一接口组件包括JTAG调试接口、USB-C供电接口、 Mirco-SD存储接口、HDMI多媒体接口和第一USB数据接口；
所述JTAG调试接口、所述USB-C供电接口、所述Mirco-SD存储接口、所述HDMI多媒体接口和所述第一USB数据接口均分别与所述微处理器电连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过JTAG调试接口便于接入调试设备，对整个6LoWPAN边界网关的性能进行调试；通过USB-C供电接口便于接入供电设备，为整个6LoWPAN边界网关的正常运行提供必需的电能；通过 Mirco-SD存储接口便于接入外设SD卡，对6LoWPAN边界网关进行扩容；通过HDMI多媒体接口便于接入多媒体设备，例如显示器、电视机等，从而灵活实现多媒体功能；通过第一USB数据接口便于与各种外设设备进行数据传递。
进一步：所述UPLink上联电路包括以太网通信端口、WIFI通信端口和 UART-4G通信端口；
所述以太网通信端口、所述WIFI通信端口和所述UART-4G通信端口均分别与所述微处理器电连接，所述以太网通信端口、所述WIFI通信端口和所述UART-4G通信端口还均分别以IPv4或IPv6方式与外部互联网通信连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述各种通信端口，便于主机侧以 IPv4或IPv6方式与各种类型的外部互联网络连接，实现内部传感节点和外部网络之间的灵活的相互访问。
进一步：所述射频电路包括SLIP驱动子电路和第二接口组件；
所述SLIP驱动子电路和第二接口组件均分别与所述微处理器电连接，所述第二接口组件还与外部基带模块通信连接。
上述进一步方案的有益效果是：Slip驱动子电路是一个基于6LBR基础之上的支持无线的服务，通过提供SLIP驱动的支持，从而使得6LoWPAN 边界网关可以访问异种的6LoWPAN无线传感网，进一步实现6LoWPAN边界网关能支持多种协议，提高了兼容性和通用性。
进一步：所述第二接口组件包括UART串行接口、BLE蓝牙接口和第二USB数据接口；
所述UART串行接口、所述BLE蓝牙接口和所述第二USB数据接口均分别与所述微处理器电连接，所述UART串行接口、所述BLE蓝牙接口和所述第二USB数据接口还均分别与外部基带模块通信连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过BLE蓝牙接口以蓝牙方式连接无线传感网络节点，通过UART串行接口，由于UART串行接口包括RS485 接口和RS232接口，因此可以实现以RS485接口与外部基带模块连接，以及以RS232接口与外部基带模块连接；通过上述第二接口组件可以便于实现外部互联网与多种类型的无线传感网络之间灵活的互访，支持多种协议，灵活性和兼容性强。
进一步：所述第二接口组件还包括SPI串行接口和I2C串行接口；
所述SPI串行接口和所述I2C串行接口均分别与所述微处理器电连接，所述SPI串行接口和所述I2C串行接口还均分别与外部基带模块通信连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过SPI串行接口，还可以实现以SPI 接口与外部基带模块连接，通过I2C串行接口，还可以实现以I2C接口与外部基带模块连接；进一步提高了外部互联网与多种类型的无线传感网络之间互访的灵活性。
进一步：所述Linux主机电路支持6LoWPANd协议、Package-Forwrd Factory协议和6LBR协议。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述支持6LoWPANd协议、Package-ForwrdFactory协议和6LBR协议的Linux主机电路，使得整个 6LoWPAN边界网关支持多种协议，有效提高了兼容性和通用性。
进一步：还包括与所述Linux主机电路电连接的辅助电路。
进一步：所述辅助电路包括时钟子电路和供电子电路；
所述时钟子电路和供电子电路均分别与所述Linux主机电路电连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述辅助电路，进一步保证了整个 6LoWPAN边界网关的正常运行，使得本实用新型的6LoWPAN边界网关能灵活实现外部互联网与多种类型的无线传感网络之间的互访。
附图说明
图1为本实用新型实施例中一种支持多协议的6LoWPAN边界网关的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中Linux主机电路的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中UPLink上联电路和射频电路的结构示意图；
图4为本实用新型实施例中另一种支持多协议的6LoWPAN边界网关的结构示意图；
图5为本实用新型实施例中辅助电路的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、Linux主机电路，2、UPLink上联电路，3、射频电路，4、辅助电路， 11、微处理器，12、DDR-RAM存储器，13、NandFlash闪存，14、第一接口组件，21、以太网通信端口，22、WIFI通信端口，23、UART-4G通信端口，31、SLIP驱动子电路，32、第二接口组件，41、时钟子电路，42、供电子电路，141、JTAG调试接口，142、USB-C供电接口，143、Mirco-SD 存储接口，144、HDMI多媒体接口，145、第一USB数据接口，321、UART 串行接口，322、BLE蓝牙接口，323、第二USB数据接口，324、SPI串行接口，325、I2C串行接口。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
下面结合附图，对本实用新型进行说明。
实施例、如图1所示，一种支持多协议的6LoWPAN边界网关，包括 Linux主机电路1、UPLink上联电路2和射频电路3；
所述Linux主机电路1分别与所述UPLink上联电路2和所述射频电路 3电连接，所述Linux主机电路1通过所述UPLink上联电路2与外部互联网通信连接，所述Linux主机电路1通过所述射频电路3与外部基带模块通信连接。
本实施例的6LoWPAN边界网关，架起了各种RF基带构成的6LoWPAN 的无线传感网络与外部互联网之间的联系的桥梁，使得外部互联网络与内部无线传感节点间的互访变得轻松快捷，外部基带模块所构成的6LoWPAN无线传感网络可以灵活使用多种类型，所构成的整个6LoWPAN边界网关支持多种协议，兼容性和通用性好。
具体地，本实施例的支持多协议的6LoWPAN边界网关的工作原理为：通过设置在Linux主机电路一侧的UPLink上联电路以IPv4或IPv6方式与外部互联网通信连接，再通过设置在Linux主机电路另一侧的射频电路与各种类型的外部基带模块(无线传感网络)通信连接，实现了外部互联网络与无线传感节点间的灵活互访。
优选地，如图2所示，所述Linux主机电路1包括微处理器11和设置在所述微处理器11上的DDR-RAM存储器12、NandFlash闪存13和第一接口组件14；
所述微处理器11分别与所述DDR-RAM存储器12、所述NandFlash闪存13、所述第一接口组件14、所述UPLink上联电路2和所述射频电路3电连接。
通过DDR-RAM存储器和NandFlash闪存便于存储微处理器所需的处理程序，通过第一接口组件便于微处理器与各种外设进行互联，保证整个 6LoWPAN边界网关的正常运行；其中，外设包括供电设备、存储设备和多媒体设备等。
具体地，本实施例的微处理器为一个双核Cortex-A72的64位CPU，型号为BCM2711，DDR-RAM存储器为一个支持1.5GHz主频、附加LPDDR4 的2G的DDR-RAM，NandFlash闪存为一个32G的NandFlash，且Linux主机电路内安装有OpenWRT或RASPBIAN操作系统和路由的核心服务程序。
优选地，如图2所示，所述第一接口组件14包括JTAG调试接口141、 USB-C供电接口142、Mirco-SD存储接口143、HDMI多媒体接口144和第一USB数据接口145；
所述JTAG调试接口141、所述USB-C供电接口142、所述Mirco-SD 存储接口143、所述HDMI多媒体接口144和所述第一USB数据接口145 均分别与所述微处理器11电连接。
通过JTAG调试接口便于接入调试设备，对整个6LoWPAN边界网关的性能进行调试；通过USB-C供电接口便于接入供电设备，为整个6LoWPAN 边界网关的正常运行提供必需的电能；通过Mirco-SD存储接口便于接入外设SD卡，对6LoWPAN边界网关进行扩容；通过HDMI多媒体接口便于接入多媒体设备，例如显示器、电视机等，从而灵活实现多媒体功能；通过第一USB数据接口便于与各种外设设备进行数据传递。
优选地，如图3所示，所述UPLink上联电路2包括以太网通信端口21、 WIFI通信端口22和UART-4G通信端口23；
所述以太网通信端口21、所述WIFI通信端口22和所述UART-4G通信端口23均分别与所述微处理器11电连接，所述以太网通信端口21、所述 WIFI通信端口22和所述UART-4G通信端口23还均分别以IPv4或IPv6方式与外部互联网通信连接。
通过上述各种通信端口，便于主机侧以IPv4或IPv6方式与各种类型的外部互联网络连接，实现内部传感节点和外部网络之间的灵活的相互访问。
具体地，本实施例中的以太网通信端口为一个支持PoE的以太网接口， WIFI通信端口为一个支持IEEE802.11.ac的2.4G和5G双频的WIFI接口。
优选地，如图3所示，所述射频电路3包括SLIP驱动子电路31和第二接口组件32；
所述SLIP驱动子电路31和第二接口组件32均分别与所述微处理器11 电连接，所述第二接口组件32还与外部基带模块通信连接。
SLIP驱动子电路是一个基于6LBR基础之上的支持无线的服务，通过提供SLIP驱动的支持，从而使得6LoWPAN边界网关可以访问异种的 6LoWPAN无线传感网，进一步实现6LoWPAN边界网关能支持多种协议，提高了兼容性和通用性。
优选地，如图3所示，所述第二接口组件32包括UART串行接口321、 BLE蓝牙接口322和第二USB数据接口323；
所述UART串行接口321、所述BLE蓝牙接口322和所述第二USB数据接口323均分别与所述微处理器11电连接，所述UART串行接口321、所述BLE蓝牙接口322和所述第二USB数据接口323还均分别与外部基带模块通信连接。
通过BLE蓝牙接口以蓝牙方式连接无线传感网络节点，通过UART串行接口，由于UART串行接口包括RS485接口和RS232接口，因此可以实现以RS485接口与外部基带模块连接，以及以RS232接口与外部基带模块连接；通过上述第二接口组件可以便于实现外部互联网与多种类型的无线传感网络之间灵活的互访，支持多种协议，灵活性和兼容性强。
具体地，本实施例的BLE蓝牙接口为支持Blueteeth5.0的BLE接口，用于以蓝牙方式连接WSN核心节点。
优选地，如图3所示，所述第二接口组件32还包括SPI串行接口324 和I2C串行接口325；
所述SPI串行接口324和所述I2C串行接口325均分别与所述微处理器 11电连接，所述SPI串行接口324和所述I2C串行接口325还均分别与外部基带模块通信连接。
通过SPI串行接口，还可以实现以SPI接口与外部基带模块连接，通过 I2C串行接口，还可以实现以I2C接口与外部基带模块连接；进一步提高了外部互联网与多种类型的无线传感网络之间互访的灵活性。
优选地，所述Linux主机电路1支持6LoWPANd协议、Package-Forwrd Factory协议和6LBR协议。
通过上述支持6LoWPANd协议、Package-Forwrd Factory协议和6LBR 协议的Linux主机电路，使得整个6LoWPAN边界网关支持多种协议，有效提高了兼容性和通用性。
优选地，如图4所示，还包括与所述Linux主机电路1电连接的辅助电路4。
具体地，如图5所示，所述辅助电路4包括时钟子电路41和供电子电路42；
所述时钟子电路42和供电子电路42均分别与所述Linux主机电路1电连接。
通过上述辅助电路，进一步保证了整个6LoWPAN边界网关的正常运行，使得本实用新型的6LoWPAN边界网关能灵活实现外部互联网与多种类型的无线传感网络之间的互访。
具体地，对于本实施例的6LoWPAN边界网关，是由ARM构成的嵌入式系统，其内核的Linux主机电路内安装有OpenWRT或RASPBIAN操作系统和路由的核心服务程序，RASPBIAN是RaspberryPI的常用的操作系统，OpenWRT是一个开源的路由操作系统，二者都是基于Linux内核的系统，因此构建边界网关只需要编译Linux的路由内核，启动守护进程服务，即可提供各种服务。
具体地，本实施例的边界网关的Linux内核下支持6LoWPAN的服务众多，如6LoWPANd，Package-Forwrd Factory、6LBR等协议。我们可用选择支持跨平台的6LBR，下载6LBR源码，在Linux下编译OpenWRT或 RASPBIAN平台的程序，部署到系统内设置可执行权限，并在加载到初始启动项内，则主机即实现了6LBR的守护进程的路由服务。
具体地，对于本实施例的边界网关的SLPI驱动子电路，使用SLIP-Radio 的射频技术，是一个基于6LBR基础之上的支持无线的服务，通过提供SLIP 驱动的支持，从而使得边界路由可以访问异种的6LoWPAN传感网，例如可以支持CC25XX系列、CC26XX系列、JN51XX系列和RL24XX系列等。
具体地，对于本实施例的边界网关的管理内核，提供了基于BRamble 基础之上的优化的管理内核服务，管理内核以WebServer服务的方式提供服务；用户可以通过访问边界网关WEB页面，来实现对传感网内部节点地址、访问端口、节点拓扑、访问加密方式等实施配置；
为了路由与节点能更好的低功耗运行，这里使用两种通信协议，即CoAP 协议和MQTT协议，其中，CoAP协议是一种基于UDP的通信协议，而MQTT 协议是基于TCP的一种通信协议，二者并列，但可根据不同的环境需求选择协议，详细说明如下：
CoAP协议：CoAP协议是物联网中常用的一种协议，它是一个单向协议，其服务机理与一般协议不同，由于协议简洁，因此常在节点侧作为服务端，而服务器端作为CoAP客户端，因此，在CoAP协议实现时，我们在节点侧内置CoAP_Server，在外网端通过CoAP_Client不断的轮询，从而实现 CoAP协议的支持，在边界路由内程序中需要配置传感器，对传感器初始化设置，通过GET和POST方式最后将传感器采集的数据发送到客户端从而实现基于CoAP的基于IPv6地址的访问。
MQTT协议：MQTT也是物联网中一个重要通信协议，它是基于TCP 的协议，协议的运行过程，需要三个角色，分别是PUBLISHER、SUBSCRIBER 和BROKER；在外网需要安装MQTT的服务器或使用诸如阿里云等的云端 MQTT服务器，使用时在边界路由上设置内网节点地址，端口和访问密码，然后通过客户端与服务器端的订阅服务即可实现服务器与客户端的MQTT数据传输服务。
具体地，本实施例的边界网关具有以下优点：
1、架起了以低功耗6LoWPAN协议IPv6的传感网络和外部IPV6网络之间联系的桥梁，使其相互访问变得轻松快捷；
2、以开源路由操作系统OpenWRT或RASBIAN操作系统为基础，搭建了简洁通用的6LoWPAN的边界路由器，大大降低了构建边界路由的成本；
3、使用SLIP-Radio的射频技术，可以灵活使用各种RF基带构成的 6LoWPAN的无线传感网，如蓝牙、CC25XX系列、CC26XX系列、JN51XX 系列、RF24XX系列、EX5438和Telos Sky等；
4、构建了以PoE供电的千兆以太口，或支持双频2.4/5G的WIFI接口，或通过串口连接4G-Modem，轻松与外网实现灵活地上联。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，包括Linux主机电路(1)、UPLink上联电路(2)和射频电路(3)；
所述Linux主机电路(1)分别与所述UPLink上联电路(2)和所述射频电路(3)电连接，所述Linux主机电路(1)通过所述UPLink上联电路(2)与外部互联网通信连接，所述Linux主机电路(1)通过所述射频电路(3)与外部基带模块通信连接。
2.根据权利要求1所述的支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，所述Linux主机电路(1)包括微处理器(11)和设置在所述微处理器(11)上的DDR-RAM存储器(12)、NandFlash闪存(13)和第一接口组件(14)；
所述微处理器(11)分别与所述DDR-RAM存储器(12)、所述NandFlash闪存(13)、所述第一接口组件(14)、所述UPLink上联电路(2)和所述射频电路(3)电连接。
3.根据权利要求2所述的支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，所述第一接口组件(14)包括JTAG调试接口(141)、USB-C供电接口(142)、Mirco-SD存储接口(143)、HDMI多媒体接口(144)和第一USB数据接口(145)；
所述JTAG调试接口(141)、所述USB-C供电接口(142)、所述Mirco-SD存储接口(143)、所述HDMI多媒体接口(144)和所述第一USB数据接口(145)均分别与所述微处理器(11)电连接。
4.根据权利要求2所述的支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，所述UPLink上联电路(2)包括以太网通信端口(21)、WIFI通信端口(22)和UART-4G通信端口(23)；
所述以太网通信端口(21)、所述WIFI通信端口(22)和所述UART-4G通信端口(23)均分别与所述微处理器(11)电连接，所述以太网通信端口(21)、所述WIFI通信端口(22)和所述UART-4G通信端口(23)还均分别以IPv4或IPv6方式与外部互联网通信连接。
5.根据权利要求2所述的支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，所述射频电路(3)包括SLIP驱动子电路(31)和第二接口组件(32)；
所述SLIP驱动子电路(31)和第二接口组件(32)均分别与所述微处理器(11)电连接，所述第二接口组件(32)还与外部基带模块通信连接。
6.根据权利要求5所述的支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，所述第二接口组件(32)包括UART串行接口(321)、BLE蓝牙接口(322)和第二USB数据接口(323)；
所述UART串行接口(321)、所述BLE蓝牙接口(322)和所述第二USB数据接口(323)均分别与所述微处理器(11)电连接，所述UART串行接口(321)、所述BLE蓝牙接口(322)和所述第二USB数据接口(323)还均分别与外部基带模块通信连接。
7.根据权利要求6所述的支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，所述第二接口组件(32)还包括SPI串行接口(324)和I2C串行接口(325)；
所述SPI串行接口(324)和所述I2C串行接口(325)均分别与所述微处理器(11)电连接，所述SPI串行接口(324)和所述I2C串行接口(325)还均分别与外部基带模块通信连接。
8.根据权利要求1至7任一项所述的支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，所述Linux主机电路(1)支持6LoWPANd协议、Package-Forwrd Factory协议和6LBR协议。
9.根据权利要求1至7任一项所述的支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，还包括与所述Linux主机电路(1)电连接的辅助电路(4)。
10.根据权利要求9所述的支持多协议的6LoWPAN边界网关，其特征在于，所述辅助电路(4)包括时钟子电路(41)和供电子电路(42)；
所述时钟子电路(41)和供电子电路(42)均分别与所述Linux主机电路(1)电连接。
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