物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的設計與研究

　　2.3 協(xié)議適配層

　　協(xié)議適配層保證不同的感知延伸層協(xié)議能夠通過(guò)此層變成格式統一的數據和控制信令。

　　2.4感知延伸層

　　此層面向底層感知延伸設備，包含消息發(fā)送與消息接收兩個(gè)子模塊。消息發(fā)送模塊負責將經(jīng)過(guò)消息構成層轉換后的可被特定感知延伸設備理解的消息發(fā)送給底層設備。消息接收模塊則接收來(lái)自底層設備的消息，發(fā)送至標準消息構成層進(jìn)行解析。感知延伸網(wǎng)絡(luò )由感知設備組成，包括射RFID、GPS、視頻監控系統、各類(lèi)型傳感器等。感知延伸設備之間支持多種通信協(xié)議，可以組成Lonworks和Zigbee以及其他多種感知延伸網(wǎng)絡(luò )。

　　圖3展示了物聯(lián)網(wǎng)中信息交互流程，可以看出，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)解決了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )內不同設備無(wú)法統一控制和管理的問(wèn)題，達到屏蔽底層通信差異的目的，并使得最終用戶(hù)無(wú)需知道底層設備的具體通信細節，實(shí)現對不同感知延伸層設備的統一訪(fǎng)問(wèn)。

　　3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設計

　　3.1 硬件結構

　　網(wǎng)關(guān)的總體結構如圖4 圖所示，數據采集模塊實(shí)現物理世界數據的采集或者匯聚，它可以是傳感器網(wǎng)絡(luò )的匯聚節點(diǎn)、RFID網(wǎng)絡(luò )的閱讀器、視頻采集設備、GPS等。處理/存儲模塊是網(wǎng)關(guān)的核心模塊，它實(shí)現協(xié)議轉換、管理、安全等各個(gè)方面的數據處理及存儲。接入模塊將網(wǎng)關(guān)接入廣域網(wǎng)，可能采用的方式包括有線(xiàn)（以太、ADSL、FTT等）、無(wú)線(xiàn)（WLAN、GPRS、3G、衛星等）。供電模塊負責為網(wǎng)關(guān)供電，可能的供電方式包括市電、太陽(yáng)能、蓄電池等。

　　在此，將數據采集模塊和處理/存儲模塊之間的接口稱(chēng)為A接口，將接入模塊和處理/存儲模塊之間的接口稱(chēng)為B接口。A接口的類(lèi)型可能有UART（用得最多的方式）、RS232/RS485（如各種儀器、儀表）、SPI（直接對短距離RF模塊進(jìn)行操作時(shí)用）、USB（視頻頭）、Ethernet、AD總線(xiàn)等；B接口的類(lèi)型可能有UART、USB、AD總線(xiàn)等。需要在開(kāi)發(fā)過(guò)程中逐漸定義出A接口和B接口的規范及標準。

　　3.2 軟件結構

　　網(wǎng)關(guān)的設計思路是以模塊化的方式實(shí)現軟硬件的各個(gè)部分，使得模塊之間的替換非常容易。其中硬件模塊采用總線(xiàn)形式（如UART、USB、PCI、本地總線(xiàn)等）進(jìn)行連接，軟件則采用模塊化可加載的方式運行，并將共同部分抽象成公共模塊，如圖5所示。因此，支持新的數據匯聚模塊和接入模塊則只需要開(kāi)發(fā)相應的硬件模塊和驅動(dòng)程序即可。另外，將處理過(guò)程中的數據進(jìn)行統一，負載部分采用TLV（Type、Length、Value）的方式進(jìn)行組織，如圖6所示。

　　4 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)DEMO版

　　目前需要開(kāi)發(fā)的DEMO系統整體結構如圖7所示，無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)采集環(huán)境中的溫度等信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)多跳自組織方式將數據發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，固定式閱讀器讀取RFID標簽內容發(fā)送到網(wǎng)關(guān)；網(wǎng)關(guān)將這些數據通過(guò)WCDMA網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到服務(wù)器；服務(wù)器對這些數據進(jìn)行處理、存儲，并提供一個(gè)信息平臺，供用戶(hù)（包括PC用戶(hù)和手機用戶(hù)）使用。通過(guò)實(shí)現這個(gè)DEMO系統，可以對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。