多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其包括：Zigbee協(xié)調(diào)器，用于監(jiān)聽Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器節(jié)點的Zigbee廣播數(shù)據(jù)包，并將解析后的Zigbee廣播數(shù)據(jù)包傳輸給ARM處理器；藍牙網(wǎng)關(guān)，用于監(jiān)聽藍牙網(wǎng)絡(luò)中的藍牙設(shè)備的藍牙廣播數(shù)據(jù)包，并將解析后的藍牙廣播數(shù)據(jù)包傳輸給ARM處理器；以及ARM處理器，用于將Zigbee廣播數(shù)據(jù)包和藍牙廣播數(shù)據(jù)包分別轉(zhuǎn)換為TCP/IP格式數(shù)據(jù)，并將所述TCP/IP格式數(shù)據(jù)通過一以太網(wǎng)接口傳輸至因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明能適應(yīng)多協(xié)議傳感器網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境，解決信道互擾問題，與高速Internet網(wǎng)互聯(lián)互通。
【專利說明】多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]無線傳感網(wǎng)絡(luò)是指大規(guī)模、無線、自組織、多跳、無分區(qū)、無基礎(chǔ)設(shè)施支持的網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點是同構(gòu)的，成本低廉，體積較小，節(jié)點不移動，隨意撒布在工作區(qū)域。傳感器通過射頻識別RFID、Zigbee、藍牙、WIFI等無線通信技術(shù)，與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和無線通信協(xié)議的豐富，初期簡單的以解決一種低速網(wǎng)絡(luò)與中高速互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備已不能滿足多協(xié)議通信網(wǎng)絡(luò)共存、信息交換、接入互聯(lián)網(wǎng)等需求。所以需要研制一種多協(xié)議傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，接入中高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備具有一定的現(xiàn)實意義和預(yù)見性，使傳感器網(wǎng)絡(luò)具備信息豐富、數(shù)據(jù)精準等優(yōu)勢，有效延伸了傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推廣提供更廣闊的平臺。
[0005]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括傳感器節(jié)點(采集節(jié)點)、系統(tǒng)設(shè)備(匯聚節(jié)點)和接入設(shè)備(網(wǎng)關(guān)節(jié)點)。傳輸信息包括數(shù)據(jù)和音頻等信息，信息量巨大。底層微傳感網(wǎng)或低速傳感器網(wǎng)絡(luò)，作為短距高密度感知網(wǎng)絡(luò)，為高速互聯(lián)網(wǎng)提供傳輸?shù)囊环N信息源。低速傳感器網(wǎng)絡(luò)使用的通信協(xié)議具有多樣性，其中包括Zigbee協(xié)議，藍牙協(xié)議，WIFI協(xié)議等，在健康家居管理系統(tǒng)、智能家居、智慧城市等廣泛應(yīng)用，在同一應(yīng)用場合，可能多種無線協(xié)議的傳感網(wǎng)絡(luò)同時并存，呈現(xiàn)時空交叉性，信道共用互擾性等特點；同時無線傳感網(wǎng)具有距離短、規(guī)模大、節(jié)點多、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)變化快、節(jié)點易失效、能源有限以及計算和存儲能力有限的特性。
[0006]針對以上傳感網(wǎng)的現(xiàn)狀和應(yīng)用的缺陷，需研制一種多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換設(shè)備具有現(xiàn)實意義和發(fā)展預(yù)見性，為各行業(yè)應(yīng)用示范系統(tǒng)的大規(guī)模推廣和統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)提供更廣闊的平臺支持服務(wù)。
[0007]多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換設(shè)備，必須結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的共性需求和典型應(yīng)用特點，攻克Zigbee組網(wǎng)技術(shù)，藍牙組網(wǎng)技術(shù)，同頻信號互擾，以及無線協(xié)議與TCP/IP協(xié)議互轉(zhuǎn)等關(guān)鍵技術(shù)。
[0008]現(xiàn)有的信息交換設(shè)備主要關(guān)注Internet (因特網(wǎng))局域網(wǎng)、城域網(wǎng)等公共基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通，或者針對具體引用中一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)的信息交換，尚未有針對多協(xié)議感知層網(wǎng)絡(luò)與高速Internet網(wǎng)絡(luò)之間的交換設(shè)備。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提出一種多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其能適應(yīng)多協(xié)議傳感器網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境，解決信道互擾問題，與高速Internet網(wǎng)互聯(lián)互通。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其包括:
Zigbee協(xié)調(diào)器,用于監(jiān)聽Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器節(jié)點的Zigbee廣播數(shù)據(jù)包,并將解析后的Zigbee廣播數(shù)據(jù)包傳輸給ARM處理器；
藍牙網(wǎng)關(guān)，用于監(jiān)聽藍牙網(wǎng)絡(luò)中的藍牙設(shè)備的藍牙廣播數(shù)據(jù)包，并將解析后的藍牙廣播數(shù)據(jù)包傳輸給ARM處理器；
ARM處理器，用于將Zigbee廣播數(shù)據(jù)包和藍牙廣播數(shù)據(jù)包分別轉(zhuǎn)換為TCP/IP格式數(shù)據(jù)，并將所述TCP/IP格式數(shù)據(jù)通過一以太網(wǎng)接口傳輸至因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
[0012]優(yōu)選的，該多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器還包括:WIFI模塊，用于與WIFI網(wǎng)絡(luò)中的WIFI設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互；WIFI模塊與ARM處理器電性連接。
[0013]優(yōu)選的，該多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器還包括:3G模塊，用于與3G網(wǎng)絡(luò)中的3G設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互；3G模塊與ARM處理器電性連接。
[0014]優(yōu)選的，所述ARM處理器還連接一外部調(diào)試接口。
[0015]優(yōu)選的，所述以太網(wǎng)接口為RJ45接口。
[0016]優(yōu)選的，所述ARM處理器還連接有USB接口。
[0017]本發(fā)明具有如下有益效果:
1.正常工作于Zigbee網(wǎng)絡(luò)，藍牙網(wǎng)絡(luò)時空交錯的復(fù)雜工作環(huán)境。
[0018]2.多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)共存時，解決同頻信號相互干擾問題。
[0019]3.實現(xiàn)數(shù)據(jù)透傳和協(xié)議轉(zhuǎn)換，Zigbee網(wǎng)、藍牙局域網(wǎng)與因特網(wǎng)互聯(lián)互通。
[0020]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明較佳實施例的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為Zigbee協(xié)議與IP協(xié)議映射關(guān)系圖。
[0022]
【具體實施方式】
[0023]下面，結(jié)合附圖以及【具體實施方式】，對本發(fā)明做進一步描述。
[0024]如圖1和圖2所不,一種多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其包括:ARM處理器、Zigbee協(xié)調(diào)器、藍牙網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)接口、USB接口、WIFI模塊、3G模塊、外部調(diào)試接口和電源模塊。Zi gbee協(xié)調(diào)器、藍牙網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)接口、USB接口、WIFI模塊、3G模塊、外部調(diào)試接口和電源模塊分別與ARM處理器電性連接。本實施例的所述以太網(wǎng)接口為RJ45接口。
[0025]Zigbee協(xié)調(diào)器，用于監(jiān)聽Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器節(jié)點的Zigbee廣播數(shù)據(jù)包，并將解析后的Zigbee廣播數(shù)據(jù)包傳輸給ARM處理器。
[0026]藍牙網(wǎng)關(guān)，用于監(jiān)聽藍牙網(wǎng)絡(luò)中的藍牙設(shè)備的藍牙廣播數(shù)據(jù)包，并將解析后的藍牙廣播數(shù)據(jù)包傳輸給ARM處理器。
[0027]ARM處理器，用于將Zigbee廣播數(shù)據(jù)包和藍牙廣播數(shù)據(jù)包分別轉(zhuǎn)換為TCP/IP格式數(shù)據(jù)，并將所述TCP/IP格式數(shù)據(jù)通過一以太網(wǎng)接口傳輸至因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。[0028]WIFI模塊，用于與WIFI網(wǎng)絡(luò)中的WIFI設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互。
[0029]3G模塊，用于與3G網(wǎng)絡(luò)中的3G設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互。
[0030]總而言之，本實施例的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器具有以下特點:
I)具備Zigbee協(xié)調(diào)器組建Zigbee網(wǎng)絡(luò)。在TI CC2530硬件平臺上，運行Zigbee協(xié)議棧(Zigbee stack)，該協(xié)議基于IEEE802.15.4標準定義的MAC和PHY層，以及網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APP)和安全服務(wù)提供層。Zigbee協(xié)調(diào)器完成啟動和配置網(wǎng)絡(luò)；選擇射頻波段和信道；設(shè)置星型、樹型、Mesh型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)；管理網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點加入和退出；收集網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點的信息。
[0031]2)具備藍牙網(wǎng)關(guān)組建藍牙局域網(wǎng)。在CSR-BC04硬件平臺上，運行藍牙V2.0標準協(xié)議。藍牙網(wǎng)關(guān)通過對鏈接的發(fā)送、交換、實施身份鑒權(quán)和加密，并通過協(xié)商確定基帶數(shù)據(jù)分組的大小，控制射頻部分的電源模式、工作周期及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)藍牙設(shè)備的連接狀態(tài)；在藍牙的基帶上仿真RS-232的功能，實現(xiàn)設(shè)備串行通信，將AT命令發(fā)送到調(diào)制解調(diào)器，再傳送到局域網(wǎng)，建立連接后，通過RFCOMM提供的串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
[0032]3)具備WIFI熱點共享WIFI網(wǎng)絡(luò)。WIFI協(xié)議使用標準IEEE802.llb/g/n，WIFI功能啟動后，在WIFI局域網(wǎng)內(nèi)擔任WIFI熱點，實現(xiàn)路由功能，負責與WIFI局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的連接和分組數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
[0033]4)多協(xié)議同頻段網(wǎng)絡(luò)共存，不相互干擾。多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，由于采用的Zigbee、藍牙、WIFI等無線通訊協(xié)議均使用ISM波段的2.4Ghz頻段，呈現(xiàn)時空交叉性，為保證多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)共存，互不干擾性。藍牙采用采用跳頻技術(shù)，短數(shù)據(jù)包，抗信號衰減；采用快速跳頻和前向糾錯方案以保證鏈路穩(wěn)定，減少同頻干擾和遠距離傳輸時的隨機噪聲影響。Zigbee采用ADOV平面距離矢量路由算法，增加CRC校驗和FCS校驗，減少同頻干擾的影響。
[0034]5)實現(xiàn)多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸和信息匯聚于設(shè)備。Zigbee協(xié)調(diào)器監(jiān)聽Zigbee網(wǎng)絡(luò)，收集網(wǎng)絡(luò)中無線傳感器節(jié)點廣播數(shù)據(jù)包，將解析數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)給ARM處理器集中存儲；藍牙網(wǎng)關(guān)監(jiān)聽藍牙局域網(wǎng)，收集藍牙網(wǎng)絡(luò)的藍牙設(shè)備廣播數(shù)據(jù)包，解析數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)給ARM處理器集中存儲。
[0035]6)實現(xiàn)多協(xié)議無線網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一協(xié)議轉(zhuǎn)換TCP/IP協(xié)議。ARM處理器收集Zigbee協(xié)調(diào)器和藍牙網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)，在IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層以上實現(xiàn)BlueTooth/IP轉(zhuǎn)換、ZigBee/IP轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)幀統(tǒng)一封裝成標準的TCP/IP幀格式，以便與高速因特網(wǎng)互聯(lián)互通。
[0036]無線通信設(shè)備數(shù)量理論上沒有限制，具體實施時根據(jù)被測空間網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣度決定。
[0037]測試網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)協(xié)議，主要有:
I)底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù):節(jié)點位置、當前時間、消耗能量、節(jié)點狀態(tài)、信道信號強度、信道數(shù)據(jù)幀、信道頻譜情況。由無線傳感器節(jié)點測量生成。
[0038]2)中間層數(shù)據(jù):Zigbee、藍牙數(shù)據(jù)幀中PHY、MAC、NWK等源地址，目標地址對應(yīng)轉(zhuǎn)換TCP/IP IPV4標準數(shù)據(jù)幀地址。
[0039]3)高層數(shù)據(jù):Zigbee、藍牙數(shù)據(jù)幀中APP幀轉(zhuǎn)換TCP/IP-1PV4 UDP/TCP數(shù)據(jù)幀透傳，多協(xié)議網(wǎng)關(guān)與遠端建立連接后，ZigBee各層數(shù)據(jù)直接作為UDP/TCP數(shù)據(jù)負荷進行傳輸。
[0040]多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器具有系統(tǒng)設(shè)備(匯聚節(jié)點)和接入設(shè)備(網(wǎng)關(guān)節(jié)點)的功能。通過Zigbee、藍牙等通訊技術(shù)的無線傳感器節(jié)點完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息獲取，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容傳輸?shù)裙δ堋＞哂卸嘣畔⒉杉芰Φ臒o線傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，利用各類無線傳感器采集和感知監(jiān)測對象和監(jiān)測區(qū)域的關(guān)鍵信息和狀態(tài)；多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器執(zhí)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)組織和網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，設(shè)備具有組建Zigbee的Mesh網(wǎng)，藍牙的Piconet網(wǎng)等能力，負責多種協(xié)議無線傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)的高效匯聚和處理；同時，設(shè)備執(zhí)行WSN的網(wǎng)關(guān)職能，具有高速數(shù)據(jù)高效傳輸和網(wǎng)內(nèi)處理功能，負責將WSN網(wǎng)絡(luò)與TD蜂窩網(wǎng)、IP網(wǎng)等其它網(wǎng)絡(luò)之間的接入，保證了低速感知層傳感器網(wǎng)絡(luò)與核心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。
[0041]多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器利用寬帶傳輸鏈路，擴寬了 WSN的數(shù)據(jù)帶寬，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署需求，可通過增加或減少多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器無線通信設(shè)備的數(shù)量，控制網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，合理利用寬帶帶寬，提供冗余，穩(wěn)健的帶寬為感知層和中高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。
[0042]對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其特征在于，包括: Zigbee協(xié)調(diào)器,用于監(jiān)聽Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器節(jié)點的Zigbee廣播數(shù)據(jù)包,并將解析后的Zigbee廣播數(shù)據(jù)包傳輸給ARM處理器； 藍牙網(wǎng)關(guān)，用于監(jiān)聽藍牙網(wǎng)絡(luò)中的藍牙設(shè)備的藍牙廣播數(shù)據(jù)包，并將解析后的藍牙廣播數(shù)據(jù)包傳輸給ARM處理器； ARM處理器，用于將Zigbee廣播數(shù)據(jù)包和藍牙廣播數(shù)據(jù)包分別轉(zhuǎn)換為TCP/IP格式數(shù)據(jù)，并將所述TCP/IP格式數(shù)據(jù)通過一以太網(wǎng)接口傳輸至因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
2.如權(quán)利要求1所述的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其特征在于，還包括=WIFI模塊，用于與WIFI網(wǎng)絡(luò)中的WIFI設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互；WIFI模塊與ARM處理器電性連接。
3.如權(quán)利要求1所述的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其特征在于，還包括:3G模塊，用于與3G網(wǎng)絡(luò)中的3G設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互；3G模塊與ARM處理器電性連接。
4.如權(quán)利要求1所述的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其特征在于，所述ARM處理器還連接一外部調(diào)試接口。
5.如權(quán)利要求1所述的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其特征在于，所述以太網(wǎng)接口為RJ45 接口。
6.如權(quán)利要求1所述的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)匯聚信息交換器，其特征在于，所述ARM處理器還連接有USB接口。
【文檔編號】H04L12/66GK103581004SQ201310504711
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】李慶源, 周洋帆, 藍海盛, 丘志豪 申請人:廣州市弘宇科技有限公司