工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)資料

1、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)系統(tǒng)與高級計算、分析、傳感技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)的高度融合。簡單的說就是將機器、人連接。 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)充分融合傳感器、計算機網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)分析處理等現(xiàn)代化技術(shù)，以低成本、低投資及高度適用性 等優(yōu)勢，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)流程的“泛在感知”，以更便捷、更高效的方式獲取傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)線上難以獲取的重要 過程參數(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)：典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)共有 3 個層次。一是感知層，即利用 RFID 、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息； 二是網(wǎng)絡(luò)層，通過電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去；三是應(yīng)用層，把感知層得到的 信息進行處理，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟

2、蹤、監(jiān)控和管理等實際應(yīng)用。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)：無線網(wǎng)關(guān)無線網(wǎng)關(guān)廣義上理解為一個網(wǎng)絡(luò)連接到另一個網(wǎng)絡(luò)的接口，具體是指集成有簡單路由功能的無線AP,即無線網(wǎng)關(guān)通過不同設(shè)置可完成無線網(wǎng)橋和無線路由器的功能，也可以直接連接外部網(wǎng)絡(luò)(如WAN)，同時實現(xiàn) AP功能。一種無線網(wǎng)關(guān)功能分析：(1) 無線網(wǎng)絡(luò)管理由網(wǎng)關(guān)來啟動一個新的無線網(wǎng)絡(luò)， 允許其他無線節(jié)點設(shè)備加入形成的網(wǎng)絡(luò)： 進行無線網(wǎng)絡(luò)信息的維護， 管理 無線節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)加入及離開；與無線節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信。(2) 協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的功能主要體現(xiàn)在 Zigbee 無線通信協(xié)議與以太網(wǎng)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。將無線節(jié)點的信息轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)通信數(shù) 據(jù)傳送給上層服務(wù)器設(shè)備；將

3、服務(wù)器下達給無線節(jié)點的控制信息通過網(wǎng)關(guān)傳送給指定節(jié)點。(3) 支持 Web 訪問 網(wǎng)關(guān)支持在沒有上層服務(wù)器的情況下使用瀏覽器對節(jié)點進行在線訪問和監(jiān)控，平臺兼容性強， 便于實時數(shù)據(jù)分析和故障診斷。物聯(lián)網(wǎng) (The Internet of things)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，可以看做是互聯(lián)網(wǎng)的升級與擴展，根據(jù)國際電信聯(lián)盟(ITU )的定義，物聯(lián)網(wǎng)主要解決物品與物品(Thing to Thing, T2T)，人與物品 (Human to Thing，H2T)，人與人(Human to Human，H2H)之間的互連。通過以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。簡

4、言之物 聯(lián)網(wǎng)就是 “物物相連的互聯(lián)網(wǎng) ”。 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其中連接感知層和網(wǎng)絡(luò)層 的關(guān)鍵技術(shù)即物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。在物聯(lián)網(wǎng)時代中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將會是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)之間的關(guān)系：TSMP寸間同步網(wǎng)格協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)功能：（1）廣泛的接入能力目前用于近程通信的技術(shù)標準很多，僅常見的WSN技術(shù)就包括 Lon works、ZigBee、6LowPAN、RUBEE等。各類技術(shù)主要針對某一應(yīng)用展開，缺乏兼容性和體系規(guī)劃，如Lon works主要應(yīng)用于樓宇自動化，RUBEE適用于惡意環(huán)境。 如何實現(xiàn)協(xié)議的兼容性、

5、 接口和體系規(guī)劃， 目前在國內(nèi)外已經(jīng)有多個組織在開展物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的標準化 工作，如3GPP傳感器工作組，以實現(xiàn)各種通信技術(shù)標準的互聯(lián)互通。（2）協(xié)議轉(zhuǎn)換能力從不同的感知網(wǎng)絡(luò)到接入網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換， 將下層的標準格式的數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝， 保證不同的感知網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議 能夠變成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信令；將上層下發(fā)的數(shù)據(jù)包解析成感知層協(xié)議可以識別的信令和控制指令。（ 3 ）可管理能力 強大的管理能力，對于任何大型網(wǎng)絡(luò)都是必不可少的。首先要對網(wǎng)關(guān)進行管理，如注冊管理、權(quán)限管理、狀 態(tài)監(jiān)管等。網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)節(jié)點的管理，如獲取節(jié)點的標識、狀態(tài)、屬性、能量等以及遠程喚醒、控制、診斷、 升級和維護等。由于子網(wǎng)的技術(shù)標準不同，協(xié)議

6、的復(fù)雜性不同，所以網(wǎng)關(guān)具有的管理能力不同。本文提出基于模 塊化物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)方式來管理不同的感知網(wǎng)絡(luò)、 不同的應(yīng)用， 保證能夠使用統(tǒng)一的管理接口技術(shù)對末梢網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進 行統(tǒng)一管理。層次結(jié)構(gòu)：1）業(yè)務(wù)服務(wù)層業(yè)務(wù)服務(wù)層由消息接收模塊和消息發(fā)送模塊組成。 消息接收模塊負責(zé)接收來自物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運營管理系統(tǒng)的標 準消息， 將消息傳遞給標準消息構(gòu)成層。 消息發(fā)送模塊負責(zé)向業(yè)務(wù)運營管理系統(tǒng)可靠地傳送感知延伸網(wǎng)絡(luò)所采集 的數(shù)據(jù)信息。該層接收與發(fā)送的消息必須符合標準的消息格式。（ 2）標準消息構(gòu)成層標準消息構(gòu)成層由消息解析模塊和消息轉(zhuǎn)換模塊組成。消息解析模塊解析來自業(yè)務(wù)服務(wù)層的標準消息， 調(diào)用消息轉(zhuǎn)換模塊將標準消息轉(zhuǎn)換

7、為底層感知延伸設(shè)備能夠理解的依賴于具體設(shè)備通信協(xié)議的數(shù)據(jù)格式。當感知延伸層上傳數(shù)據(jù)時， 該層的消息解析模塊則解析依賴于具體設(shè)備通信協(xié)議的消息，調(diào)用消息轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)服務(wù)層能夠接收的標準格式的消息。 消息構(gòu)成層是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的核心， 完成對標準消息以及依賴于特定感知延伸 網(wǎng)絡(luò)的消息的解析， 并實現(xiàn)兩者之間的相互轉(zhuǎn)換， 達到統(tǒng)一控制和管理底層感知延伸網(wǎng)絡(luò)， 向上屏蔽底層網(wǎng)絡(luò)通 信協(xié)議異構(gòu)性的目的。（ 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)議能夠通過此層變成格式統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和控制信令。（ 4）感知延伸層此層面向底層感知延伸設(shè)備， 包含消息發(fā)送與消息接收兩個子模塊。 消息發(fā)送模塊負責(zé)將經(jīng)

8、過消息構(gòu)成層轉(zhuǎn) 換后的可被特定感知延伸設(shè)備理解的消息發(fā)送給底層設(shè)備。消息接收模塊則接收來自底層設(shè)備的消息，發(fā)送至標準消息構(gòu)成層進行解析。感知延伸網(wǎng)絡(luò)由感知設(shè)備組成，包括射RFID GPS視頻監(jiān)控系統(tǒng)、各類型傳感器等。感知延伸設(shè)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)。信息交互流程（1）最終用戶產(chǎn)生符合標準數(shù)據(jù)格式的消息，并將其發(fā)送至網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)層的消息接收模塊。（2）業(yè)務(wù)服務(wù)層消息接收模塊將標準消息發(fā)送至標準消息構(gòu)成層的消息解析模塊。（3）消息解析模塊調(diào)用相應(yīng)的消息轉(zhuǎn)換功能，將標準信息轉(zhuǎn)換為依賴于具體設(shè)備通信協(xié)議的消息。（4）消息解析模塊將

9、轉(zhuǎn)換為依賴于具體設(shè)備通信協(xié)議的消息傳送至感知延伸服務(wù)層的消息發(fā)送模塊。（5）感知延伸服務(wù)層的消息發(fā)送模塊選擇合適的傳輸方式，將依賴設(shè)備通信協(xié)議的特定消息發(fā)送至具體的 底層設(shè)備。（ 6）底層設(shè)備根據(jù)特定消息執(zhí)行信息采集操作，并將結(jié)果返回給網(wǎng)關(guān)感知延伸服務(wù)層的消息接收模塊。（ 7）網(wǎng)關(guān)的感知延伸服務(wù)層的消息接收模塊將依賴設(shè)備通信協(xié)議的特定消息傳送至標準消息構(gòu)成層的消息 解析模塊。（ 8）消息解析模塊調(diào)用信息轉(zhuǎn)換模塊，將依賴于設(shè)備通信協(xié)議的特定消息轉(zhuǎn)換為標準消息。從圖 3 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(nèi)不同設(shè)備無法統(tǒng)一控制和管理的問題， 達到屏蔽底層通信 差異的目的，并使得最終用戶無需知道

10、底層設(shè)備的具體通信細節(jié)，實現(xiàn)對不同感知延伸層設(shè)備的統(tǒng)一訪問。關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計中解決了以下幾個關(guān)鍵技術(shù)。軟件交互協(xié)議的統(tǒng)一： 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計思路是以模塊化的方式實現(xiàn)軟硬件的各個部分， 使得模塊之間 的替換非常容易，以實現(xiàn)不同的感知延伸網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，屏蔽底層通信差異。其中硬件模塊采用UART總線形式進行連接，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。因此，支持新的數(shù)據(jù)匯 聚模塊和接入模塊則只需要開發(fā)相應(yīng)的硬件模塊和驅(qū)動程序即可。另外， 添加統(tǒng)一的協(xié)議適配層 （如圖 6 所示），將應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)一提取出來，按照TLV（ type ， length ， value

11、 ）的方式進行組織，然后封裝數(shù)據(jù)包。使得在接入網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)亩际菢藴实腎P數(shù)據(jù)包，其中封裝了 TLV格式的采集數(shù)據(jù)。統(tǒng)一地址轉(zhuǎn)換：不同的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)使用不同的編址方式，如ZigBee中有16位短地址，6LowPan中有64位地址。在應(yīng)用中只需要能定位到具體的節(jié)點即可，不需要關(guān)心節(jié)點是采用IP地址還是16位短地址，也不關(guān)心節(jié)點間的組網(wǎng)是采用 ZigBee還是6LowPan或者其他方式。將這些地址轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的表示方式，有利于應(yīng)用的開 發(fā)，因此在網(wǎng)關(guān)中實現(xiàn)一種地址映射機制，將IP或者16位短地址映射為統(tǒng)一的ID,在與應(yīng)用交互過程中只需要關(guān)注這個 ID 即可。具體的映射方式可以采用從 1 累加的方式，當網(wǎng)關(guān)接收到第一個節(jié)點數(shù)據(jù)時，將該節(jié)點的地 址映射為 1 ,后續(xù)的依次加 1,將這個映射表保存在網(wǎng)關(guān)中。同時還采用老化機制,在一定時間內(nèi)沒有收到該節(jié) 點的數(shù)據(jù)時,將此條映射關(guān)系刪除。采集模塊數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一：采集模塊與網(wǎng)關(guān)之間定義AT指令集，節(jié)點通過 ZigBee協(xié)議組網(wǎng)。在與網(wǎng)關(guān)的接口之間