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物联网网关概述及体系规划

发布时间:2021-06-30 19:24:18           来源:乐鱼会员投注           作者:乐鱼手机登录           浏览次数:26

  物联网是指经过射频辨认(RFID)、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备,按约好的协议,完结任何时刻、任何地址、任何物体进行信息交流和通讯,以完结智能化辨认、定位、盯梢、监控和办理的一种网络。物联网是具有全面感知、牢靠传输、智能处理特征的衔接物理国际的网络。

  物联网用处广泛,广泛智能交通、环境保护、政府作业、公共安全、安全家居、智能消防、工业监测、白叟护理、个人健康、*卉培养、水系监测、食物溯源、敌情侦办和情报搜集等多个范畴。

  物联网的接入方法是多种多样的,如广域的PSTN、短距离的Z-Wave等,物联网网关设备是将多种接入手法整合起来,一致互联到接入网络的关键设备。它可满意部分区域短距离通讯的接入需求,完结与公共网络的衔接,一起完结转发、操控、信令交流和编解码等功用,而终端办理、安全认证等功用确保了物联网事务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网年代将会扮演着非常重要的人物,能够完结感知延伸网络与接入网络之间的协议转化,既能够完结广域互联,也能够完结局域互联,将广泛运用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。

  物联网组网选用分层的通讯体系架构,包含感知延伸体系、传输体系、事务运营办理体系和各种运用,在不同的层次上支撑不同的通讯协议,如图1所示。感知延伸体系包含感知和操控技能,由感知延伸层设备以及网关组成,支撑包含Lonworks、UPnP、ZigBee等通讯协议在内的多种感知延伸网络。感知设备能够经过多种接入技能衔接到中心网,完结数据的长途传输。事务运营办理体系面向物联网范围内的耗能设备,包含了运用体系和事务办理支撑体系。运用体系为最终用户供应计量计算、长途测控、智能联动以及其他的扩展类型事务。事务办理支撑体系完结用户办理、安全、认证、授权、计费等功用。

  物联网网关在未来的物联网年代将会扮演非常重要的人物,它将成为衔接感知网络与传统通讯网络的枢纽。物联网网关能够完结感知网络和根底网络以及不同类型的感知网络之间的协议转化,既能够完结广域互联,也能够完结局域互联。物联网网关具有如下几个功用。

  现在用于近程通讯的技能规范许多,仅常见的WSN技能就包含Lonworks、ZigBee、6LowPAN、RUBEE等。各类技能首要针对某一运用打开,缺少兼容性和体系规划,如Lonworks首要运用于楼宇自动化,RUBEE适用于歹意环境。怎么完结协议的兼容性、接口和体系规划,现在在国内外已经有多个安排在展开物联网网关的规范化作业,如3GPP、传感器作业组,以完结各种通讯技能规范的互联互通。

  从不同的感知网络到接入网络的协议转化,将基层的规范格局的数据一致封装,确保不同的感知网络的协议能够变成一致的数据和信令;将上层下发的数据包解析成感知层协议能够辨认的信令和操控指令。

  强壮的办理能力,关于任何大型网络都是必不可少的。首要要对网关进行办理,如注册办理、权限办理、状况监管等。网关完结子网内节点的办理,如获取节点的标识、状况、特点、能量等以及长途唤醒、操控、确诊、晋级和保护等。因为子网的技能规范不同,协议的复杂性不同,所以网关具有的办理能力不同。本文提出依据模块化物联网网关方法来办理不同的感知网络、不同的运用,确保能够运用一致的办理接口技能对末梢网络节点进行一致办理。

  物联网网关能够完结感知网络和根底网络以及不同类型的感知网络之间的协议转化,既能够完结广域互联,也能够完结局域互联。本物联网网关规划面向感知网络的异构数据感知环境,为有用屏蔽底层通讯差异化进行有用网络交融和数据通讯,选用模块化规划、一致数据表明、一致地址转化等完结。下面从物联网网关的层次结构、信息交互流程和体系完结3个方面来进行论述。

  物联网网关支撑感知延伸设备之间的多种通讯协议和数据类型,完结多种感知延伸设备之间数据通讯格局的转化,对上传的数据格局进行一致,一起对下到达感知延伸网络的收集或操控指令进行映射,发生契合详细设备通讯协议的音讯。物联网网关对感知延伸设备进行一致操控与办理,向上层屏蔽底层感知延伸网络的异构性,共分为4层,分别为事务服务层、规范音讯构成层、协议适配层和感知延伸层,如图2所示。

  事务服务层由音讯接纳模块和音讯发送模块组成。音讯接纳模块担任接纳来自物联网事务运营办理体系的规范音讯,将音讯传递给规范音讯构成层。音讯发送模块担任向事务运营办理体系牢靠地传送感知延伸网络所收集的数据信息。该层接纳与发送的音讯有必要契合规范的音讯格局。

  规范音讯构成层由音讯解析模块和音讯转化模块组成。音讯解析模块解析来自事务服务层的规范音讯,调用音讯转化模块将规范音讯转化为底层感知延伸设备能够了解的依靠于详细设备通讯协议的数据格局。当感知延伸层上传数据时,该层的音讯解析模块则解析依靠于详细设备通讯协议的音讯,调用音讯转化模块将其转化为事务服务层能够接纳的规范格局的音讯。音讯构成层是物联网网关的中心,完结对规范音讯以及依靠于特定感知延伸网络的音讯的解析,并完结两者之间的彼此转化,到达一致操控和办理底层感知延伸网络,向上屏蔽底层网络通讯协议异构性的意图。

  此层面向底层感知延伸设备,包含音讯发送与音讯接纳两个子模块。音讯发送模块担任将经过音讯构成层转化后的可被特定感知延伸设备了解的音讯发送给底层设备。

  感知延伸网络由感知设备组成,包含射RFID、GPS、视频监控体系、各类型传感器等。感知延伸设备之间支撑多种通讯协议,能够组成Lonworks和Zigbee以及其他多种感知延伸网络。

  (5)感知延伸服务层的音讯发送模块挑选适宜的传输方法,将依靠设备通讯协议的特定音讯发送至详细的底层设备。

  (6)底层设备依据特定音讯履行信息收集操作,并将成果回来给网关感知延伸服务层的音讯接纳模块。

  (7)网关的感知延伸服务层的音讯接纳模块将依靠设备通讯协议的特定音讯传送至规范音讯构成层的音讯解析模块。

  从图3能够看出,物联网网关处理了物联网网络内不同设备无法一致操控和办理的问题,到达屏蔽底层通讯差异的意图,并使得最终用户无需知道底层设备的详细通讯细节,完结对不同感知延伸层设备的一致拜访。

  依据物联网的典型运用结构如图4所示。无线传感器节点收集相应数据信息,经过无线多跳自安排方法将数据发送到网关,固定式阅读器读取RFID标签内容发送到网关;网关将这些数据经过WCDMA网络发送到服务器;服务器对这些数据进行处理、存储,并供应一个信息渠道,供用户(包含PC用户和手机用户)运用。从图4中能够看出物联网网关是架起感知网络和接入网络的桥梁,扮演着重要的人物。

  在物联网网关规划时,选用模块化思维,规划面向不同感知网络和根底网络,完结通用低成本的网关。依照模块化的思维,将物联网网关体系分为数据聚集模块、处理/存储模块、接入模块和供电模块,如图5(a)所示。

  接入模块:将网关接入广域网,或许选用的方法包含有线(以太、ADSL、FTTx等)、无线(WLAN、GPRS、3G和卫星等),本体系选用WCDMA的接入方法。

  供电办理模块:担任整套体系的电源供应,体系的安稳运转与电源模块的安稳功用关系密切,此处规划的电源模块兼有热插拔和电压转化功用。或许的供电方法包含市电、太阳能、蓄电池等。

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