一種多功能網關的製作方法

2023-06-10 07:44:36 2

專利名稱：一種多功能網關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及網絡技術，尤其涉及一種多功能網關。
背景技術：
分布式網絡化嵌入式系統中的網關，主要是實現分布式網絡化嵌入式系統與其它 網絡之間的協議轉換，實現多種網絡的連接。目前分布式網絡化嵌入式系統的網關多是兩 種協議的互相轉換，這些網關適應場景單一，不能靈活接入多種網絡協議的信號。某些領域的應用系統，是由多個分布式網絡化嵌入式系統構成的一個龐大的系 統，而且各個分布式網絡化嵌入式系統可以選取的接入方式又可能不盡相同。更進一步的， 各個分布式網絡化嵌入式系統上的數據是相關的，要求具有嚴格的時間同步精度。因此，需要提供一種多功能網關，靈活通過多種接入方式實現多種分布式網絡化 嵌入式系統(如無線傳感器網絡、現場總線系統等)與多種公用基礎網絡(如網際網路、專 網、有線寬帶網、ADSL網、無線寬帶如WiFi及WiMax、各種移動通信網絡等)的互聯互通。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是需要提供一種多功能網關，靈活實現分布式網 絡化嵌入式系統與公用基礎網絡的互聯互通。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種多功能網關，包括第一接口組、第 二接口組、協議存儲模塊、協議轉換模塊、業務處理模塊，其中第一接口組，集成有兩種或兩種以上的無線廣域網接口 ；第二接口組，集成有兩種或兩種以上的無線個域網接口 ；協議存儲模塊，存儲有無線廣域網通信協議以及無線個域網通信協議；協議轉換模塊，與第一接口組、第二接口組以及協議存儲模塊相連，從源接口上接 收源數據後，根據所述源接口與通信協議的對應關係從所述協議存儲模塊獲得源通信協 議，根據所述源通信協議對所述源數據進行協議解析，獲得目標通信協議、業務處理消息以 及以統一格式表示的數據體；並接收所述業務處理模塊反饋的業務處理結果，根據所述目 標通信協議將所述業務處理結果封裝成目標數據，轉發給目標接口 ；業務處理模塊，與所述協議轉換模塊相連，根據所述業務處理消息及數據體進行 業務處理，獲得所述業務處理結果反饋給所述協議轉換模塊；其中，所述源接口與所述目標接口為所述第一接口組及第二接口組中的網絡接口 ；所述源通信協議與所述目標通信協議為所述協議存儲模塊所存儲的無線廣域網 通信協議以及無線個域網通信協議中的通信協議。優選地，該網關還包括第三接口組，與所述協議轉換模塊相連，集成有乙太網接口、現場總線網絡接口以 及外設接口中的至少一種；[0017]其中，所述協議存儲模塊進一步存儲有乙太網通信協議、現場總線網絡通信協議以及外 設通信協議；所述源接口或所述目標接口包括所述乙太網接口、現場總線網絡接口或外設接 Π ；所述源通信協議或所述目標通信協議包括所述乙太網通信協議、現場總線網絡通 信協議或外設通信協議。優選地，所述第一接口組集成的所述無線廣域網接口包括通用無線分組業務網絡 接口、第三代移動通訊網絡接口、無線保真網絡接口以及多載波無線信息本地環路網絡接 口中的至少兩種。優選地，所述第二接口組集成的所述無線個域網接口包括ZigBee網絡接口以及 無線高速可尋址遠程變換器協議網絡接口。優選地，所述第二接口組中集成的所述無線個域網接口以2. 4G赫茲的標準頻率 和/或433Μ赫茲的標準頻率接入所述無線個域網。優選地，該網關還包括業務存儲模塊，與所述業務處理模塊相連，存儲有適合自適應應答的歷史業務，在 所述業務處理消息針對所述歷史業務時，將所述歷史業務作為所述業務處理結果發送給所 述業務處理模塊。優選地，該網關還包括網絡管理模塊，與所述第二接口組相連，將對無線個域網中的網絡節點進行管理 的無線個域網管理信息發送給所述第二接口組中相應的無線個域網接口。優選地，該網關還包括網絡同步模塊，根據全球衛星導航系統的授時信息對連接到所述網關的無線個域 網的工作時間進行同步。優選地，所述網絡同步模塊包括接收子模塊和同步子模塊，其中所述接收子模塊，接收GPS定位導航系統、北鬥定位導航系統、格洛納斯定位導航 系統或者伽利略定位導航系統的所述授時信息；所述同步子模塊，根據所述授時信息對連接到所述網關的無線個域網的工作時間 進行所述同步。優選地，該網關還包括切換模塊，對所述無線個域網與上位機、乙太網或無線廣域網之間的連接進行切換。與現有技術相比，本實用新型公開的多功能網關的實施例，可以實現將無線個域 網以多種方式接入hternet等無線廣域網的功能，可以實現在不同無線網絡之間的協議 轉換，可以實現安全鑑權管理。本實用新型公開的多功能網關，可以實現分布式網絡的維 護，包括拓撲控制和路由等，實現了無線個域網時間上的精確同步。

圖1是本實用新型實施例多功能網關的組成示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本實用新型的實施方式，藉此對本實用新型 如何應用技術手段來解決技術問題，並達成技術效果的實現過程能充分理解並據以實施。圖1為本實用新型多功能網關實施例的組成示意圖。如圖1所示，本實用新型的 多功能網關主要包括第一接口組110、第二接口組120、第三接口組130、協議存儲模塊140、 協議轉換模塊150、業務處理模塊160、業務存儲模塊170、網絡管理模塊180以及人機接口 190，其中第一接口組110，集成有兩種或兩種以上的無線廣域網接口，比如包括GPRS網絡 接口、第三代移動通訊網絡(3G)接口、無線保真(Wireless Fidelity, WiFi)網絡接口以及 多載波無線信息本地環路(Multi-Carrier WirelessInformation Local Loop,Mcffi 11)網 絡接口 ；第二接口組120，集成有兩種或兩種以上的無線個域網接口，比如包括ZigBee網 絡接口以及無線高速可尋址遠程變換器協議(WirelessHART)網絡接口 ；接收網絡管理模 塊180發送的無線個域網管理信息並轉發給無線個域網中相應的網絡節點；第三接口組130，集成有乙太網(Ethernet)接口、現場總線網絡(如Modbus、 RS485等)接口以及外設(如計算機)接口中的至少一種接口 ；其中的現場總線網絡接口接 收網絡管理模塊180發送的現場總線管理信息並轉發給現場總線網絡中相應的工作節點；協議存儲模塊140，存儲有對應於第一接口組110中的各種無線廣域網接口的 無線廣域網通信協議，包括GPRS網絡通信協議、3G網絡通信協議、WiFi網絡通信協議、 Mcffill網絡通信協議等；存儲有對應於第二接口組120中的各種無線個域網接口的無線個 域網通信協議，包括ZigBee網絡通信協議、WirelessHART網絡通信協議；還存儲有對應於 第三接口組130中的各種接口的通信協議，包括Khernet網絡通信協議、Modbus通信協議、 RS485通信協議以及其它外設接口通信協議；協議轉換模塊150，與第一接口組110、第二接口組120、第三接口組130以及協議 存儲模塊140相連，從第一接口組110、第二接口組120或第三接口組130的源接口上接收 源數據後，根據源接口與通信協議的對應關係從協議存儲模塊140中獲得源數據所採用的 源通信協議，根據源通信協議對源數據進行協議解析，獲得目標通信協議、業務處理消息以 及以統一格式表示的數據體，將業務處理消息以及數據體發送給業務處理模塊160，其中的 業務處理消息包括查詢消息、命令消息、控制消息或者數據融合消息等；並接收業務處理模 塊160反饋的業務處理結果和最終確定的目標通信協議類型，從協議存儲模塊所存儲的通 信協議中調用目標通信協議的封裝模塊，將業務處理結果封裝成目標數據，轉發給第一接 口組110、第二接口組120或第三接口組130中的目標接口；業務處理模塊160，與協議轉換模塊150相連，根據協議轉換模塊150發送的業務 處理消息以及數據體進行業務處理，獲得業務處理結果反饋給協議轉換模塊150 ；若業務處理消息是查詢消息，則業務處理模塊160對數據體中的用戶信息進行合 法性鑑權後，判斷是否進行業務自適應應答，並決定是否進行查詢消息轉發；若業務處理消息是命令消息，則業務處理模塊160對數據體中的用戶信息進行合 法性鑑權後，根據命令消息執行相應的命令操作，獲得相應的命令操作結果；[0047]若業務處理消息是控制消息，則業務處理模塊160對數據體中的用戶信息進行合 法性鑑權後，根據控制消息執行相應的控制操作，獲得相應的控制操作結果；若業務處理消息是數據融合消息，則業務處理模塊160對數據體中的數據信息進 行融合處理，獲得相應的融合處理結果；業務存儲模塊170，與業務處理模塊160相連，存儲有適合自適應應答的歷史業 務，在業務處理消息針對的是適合自適應應答的歷史業務時，將歷史業務作為業務處理結 果發送給業務處理模塊160 ；比如以周或者以月為變化周期的冬季水文記錄，可以看作是 適合自適應應答的歷史業務數據；網絡管理模塊180，與第二接口組120及第三接口組130相連，將對無線個域網中 的網絡節點進行管理的無線個域網管理信息發送給第二接口組120中相應的無線個域網 接口，將對現場總線網絡中的工作節點進行管理的現場總線網絡管理信息發送給第三接口 組130中的現場總線網絡接口 ；人機接口 190，與協議轉換模塊150及網絡管理模塊180相連，向用戶顯示協議轉 換模塊150進行協議轉換過程中的調試信息和網絡管理模塊的調試信息，接受用戶編輯的 無線個域網管理信息以及現場總線管理信息並發送給網絡管理模塊180，接受用戶對網關 本身的配置信息，如各個接口組接口、抽象埠、協議類型的對應關係等；人機接口 190典 型的可以是觸控螢幕。本實施例中，源通信協議與目標通信協議為協議存儲模塊140所存儲的無線廣域 網通信協議、無線個域網通信協議、乙太網通信協議、現場總線網絡通信協議以及外設接口 通信協議中的通信協議。源接口與目標接口為第一接口組110、第二接口組120以及第三接 口組130中的網絡接口。上述第一接口組110中的GPRS網絡接口，其可以實現無線個域網與無線廣域網 的通訊。GPRS網絡具有覆蓋範圍廣、數據傳輸快、通信質量高、永遠在線和按流量計費等特 點，支持TCP/IP協議，可直接與hternet網互通，無需經過其他網絡(如公用電話網)的 轉接，傳輸效率高。上述第二接口組120中的無線個域網接口可以以2. 4G赫茲(Hz)的標準頻率和/ 或433MHz的標準頻率接入無線個域網。以上第一接口組110、第二接口組120以及第三接口組130中的各種接口，通過 可插拔的模塊化接口技術實現。其中，第一接口組110根據現有廣域網接入模塊的接口類 型設計，可選用串口、USB接口等；第二接口組120依據現有的各種無線個域網射頻晶片 的接口，目前主要是RS232、UART ；第三接口組130中的現場總線網絡接口主要為RS485和 Modbus 接口等。第三接口組130中的外設接口，包括RS232接口和通用異步串行接口，其中的 RS232接口提供RS232連接方式，通用異步串行接口提供通用異步傳輸連接方式，支持網關 與上位機的直接RS232連接或者通用異步串行接口連接。上述協議存儲模塊140可以是只讀存儲器(ROM)、隨機存儲器(RAM)或者快閃記憶體 (FLASH)，也可以是ROM、RAM以及FLASH的各種組合。在本實施例中，只讀存儲器保存系統 參數，隨機存儲器緩存過程數據，快閃記憶體保存網關的固件程序。本實施例可以選擇配置採用太陽能供電技術的電源，如此本實施例具有野外工作
7適用能力。在本實用新型多功能網關的另一個實施例中，還可以包括網絡同步模塊，器根據 全球衛星導航系統的授時信息對連接到本網關的各無線個域網的工作時間進行同步(比 如可以同步成世界協調時間(UTC)等)。上述網絡同步模塊可以包括接收子模塊和同步子模塊，其中接收子模塊，接收全球衛星導航系統的授時信息；同步子模塊，根據接收子模塊所接收的授時信息對連接到本網關的各無線個域網 的工作時間進行同步。上述的接收子模塊是全球衛星導航模塊。具體的，可以是GPS接收子模塊(接收 GPS定位導航系統的授時信息)，可以是北鬥接收子模塊(接收北鬥定位導航系統的授時信 息)，可以是格洛納斯(GL0NASS)接收子模塊(接收格洛納斯定位導航系統的授時信息)， 也可以是伽利略(feilileo)接收子模塊(接收伽利略定位導航系統的授時信息)。本實用新型的多功能網關，在其他實施例中，還可以包括切換模塊，其對無線個域 網與上位機、乙太網或無線廣域網之間的連接進行切換。實現以下三個連接模式的切換(1)切換到無線個域網到上位機的連接；無線個域網可以通過RS232接口、UART接 口或乙太網接口直接和上位機進行連接；(2)切換到無線個域網到乙太網的連接；無線個域網通過乙太網網絡接口和交換 機相連，接入乙太網；(3)切換到無線個域網到無線廣域網的連接，無線個域網通過第一接口組110中 的無線廣域網接口(如GPRS網絡接口 )等接入公網或專網。在進行以上三個模式的切換時，在硬體上可以通過跳線來實現，在軟體上可以通 過可裁剪、可組裝的加載模式實現，根據實際網絡環境選擇工作模式。比如，當使用GPRS接 入方式時，可以在硬體電路板上將Khernet接入方式屏蔽掉，並且在協議轉換模塊化組裝 階段僅裝載GPRS協議處理部分和自主化設計的WSN協議棧。在現有技術中，網關面向應用，僅能實現一對協議的互相轉換。本實用新型的實施 例實現了多種協議的互相轉換，根據實際場景可以選擇3G、GPRS、WLAN、LAN、WIFI、ZigBee 等網絡接入，也可以選擇UART、USB等上位機直接接入，大大加強了實用性，提高了網關的 適應能力，可通過有線方式和/或無線方式靈活擴展網絡規模。在功耗上，本實用新型實施例通過業務自適應的應答機制和安全鑑權管理，在網 絡層次上降低全網的能耗，延長了網絡壽命。而且，業務自適應應答機制適應無線個域網能 量有限的特點，基於歷史數據和業務需求進行自應答，減少了無線個域網的網絡流量，降低 了無線個域網的功耗。在同步的準確性上，本實用新型實施例可以實現無線個域網的精確同步，使得無 線個域網上的數據達到毫秒(ms)級的同步，並將同步計算分配到相應的專用晶片，節省了 處理器的計算資源，解決了無線個域網的同步難題，可以滿足無線個域網地域性廣、實時性 要求高的應用需求。在安全性上，現有的網關沒有考慮到不合法用戶的匿名查詢造成的網絡不堪重負 導致網絡癱瘓而無法提供正常的數據採集服務的情形，以及無線個域網非法節點連續發送數據佔用網關的情形。本實用新型實施例利用網關多有外用電源的優勢，在網關實現鑑權 管理，既保證了網絡的安全，又減少了無線個域網節點的計算資源和電能資源，延長了節 點的使用時間，從而延長了整個無線個域網的壽命。而且，安全鑑權管理讓有許可權的數據 包通過，而對沒有許可權的數據包進行攔截和丟棄，提高了無線個域網的安全度。
雖然本實用新型所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便於理解本實用 新型而採用的實施方式，並非用以限定本實用新型。任何本實用新型所屬技術領域內的技 術人員，在不脫離本實用新型所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施的形式上及細節 上作任何的修改與變化，但本實用新型的專利保護範圍，仍須以所附的權利要求書所界定 的範圍為準。
權利要求1.一種多功能網關，其特徵在於，包括第一接口組、第二接口組、協議存儲模塊、協議轉 換模塊、業務處理模塊，其中第一接口組，集成有兩種或兩種以上的無線廣域網接口 ； 第二接口組，集成有兩種或兩種以上的無線個域網接口 ； 協議存儲模塊，存儲有無線廣域網通信協議以及無線個域網通信協議； 協議轉換模塊，與第一接口組、第二接口組以及協議存儲模塊相連，從源接口上接收源 數據後，根據所述源接口與通信協議的對應關係從所述協議存儲模塊獲得源通信協議，根 據所述源通信協議對所述源數據進行協議解析，獲得目標通信協議、業務處理消息以及以 統一格式表示的數據體；並接收所述業務處理模塊反饋的業務處理結果，根據所述目標通 信協議將所述業務處理結果封裝成目標數據，轉發給目標接口 ；業務處理模塊，與所述協議轉換模塊相連，根據所述業務處理消息及數據體進行業務 處理，獲得所述業務處理結果反饋給所述協議轉換模塊； 其中，所述源接口與所述目標接口為所述第一接口組及第二接口組中的網絡接口； 所述源通信協議與所述目標通信協議為所述協議存儲模塊所存儲的無線廣域網通信 協議以及無線個域網通信協議中的通信協議。
2.根據權利要求1所述的多功能網關，其特徵在於，該網關還包括第三接口組，與所述協議轉換模塊相連，集成有乙太網接口、現場總線網絡接口以及外 設接口中的至少一種； 其中，所述協議存儲模塊進一步存儲有乙太網通信協議、現場總線網絡通信協議以及外設通 信協議；所述源接口或所述目標接口包括所述乙太網接口、現場總線網絡接口或外設接口 ； 所述源通信協議或所述目標通信協議包括所述乙太網通信協議、現場總線網絡通信協 議或外設通信協議。
3.根據權利要求1或2所述的多功能網關，其特徵在於所述第一接口組集成的所述無線廣域網接口包括通用無線分組業務網絡接口、第三代 移動通訊網絡接口、無線保真網絡接口以及多載波無線信息本地環路網絡接口中的至少兩 種。
4.根據權利要求1或2所述的多功能網關，其特徵在於所述第二接口組集成的所述無線個域網接口包括ZigBee網絡接口以及無線高速可尋 址遠程變換器協議網絡接口。
5.根據權利要求1或2所述的多功能網關，其特徵在於所述第二接口組中集成的所述無線個域網接口以2. 4G赫茲的標準頻率和/或433M赫 茲的標準頻率接入所述無線個域網。
6.根據權利要求1或2所述的多功能網關，其特徵在於，該網關還包括業務存儲模塊，與所述業務處理模塊相連，存儲有適合自適應應答的歷史業務，在所述 業務處理消息針對所述歷史業務時，將所述歷史業務作為所述業務處理結果發送給所述業 務處理模塊。
7.根據權利要求1或2所述的多功能網關，其特徵在於，該網關還包括網絡管理模塊，與所述第二接口組相連，將對無線個域網中的網絡節點進行管理的無 線個域網管理信息發送給所述第二接口組中相應的無線個域網接口。
8.根據權利要求1或2所述的多功能網關，其特徵在於，該網關還包括網絡同步模塊，根據全球衛星導航系統的授時信息對連接到所述網關的無線個域網的 工作時間進行同步。
9.根據權利要求8所述的多功能網關，其特徵在於，所述網絡同步模塊包括接收子模 塊和同步子模塊，其中所述接收子模塊，接收GPS定位導航系統、北鬥定位導航系統、格洛納斯定位導航系統 或者伽利略定位導航系統的所述授時信息；所述同步子模塊，根據所述授時信息對連接到所述網關的無線個域網的工作時間進行 所述同步。
10.根據權利要求1或2所述的多功能網關，其特徵在於，該網關還包括切換模塊，對所述無線個域網與上位機、乙太網或無線廣域網之間的連接進行切換。
專利摘要本實用新型公開了一種多功能網關，靈活實現分布式網絡化嵌入式系統與公用基礎網絡的互聯互通。該網關包括第一接口組集成有無線廣域網接口；第二接口組集成有無線個域網接口；協議存儲模塊存儲有無線廣域網及無線個域網通信協議；協議轉換模塊接收源數據後，根據源接口與通信協議的對應關係獲得源通信協議對源數據進行協議解析，獲得目標通信協議、業務處理消息以及以統一格式表示的數據體；並接收業務處理模塊反饋的業務處理結果，根據目標通信協議將業務處理結果封裝成目標數據，轉發給目標接口；業務處理模塊，根據業務處理消息及數據體進行業務處理，獲得業務處理結果反饋給協議轉換模塊。本實用新型可實現不同無線網絡之間的協議轉換。
文檔編號H04W88/16GK201928443SQ20102069685
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者樊勇, 潘光榮, 魏劍平, 黃孝斌 申請人:北京時代凌宇科技有限公司