物联网网关系统设计
1 物联网网关概述
物联网是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现任何时间、任何地点、任何物体进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。
物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、*卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。
物联网的接入方式是多种多样的，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段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求，实现与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色，可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联，将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。
物联网组网采用分层的通信系统架构，包括感知延伸系统、传输系统、业务运营管理系统和各种应用，在不同的层次上支持不同的通信协议，。感知延伸系统包括感知和控制技术，由感知延伸层设备以及网关组成，支持包括Lonworks、UPnP、ZigBee 等通信协议在内的多种感知延伸网络。感知设备可以通过多种接入技术连接到核心网，实现数据的远程传输。业务运营管理系统面向物联网范围内的耗能设施，包括了应用系统和业务管理支撑系统。应用系统为最终用户提供计量统计、远程测控、智能联动以及其他的扩展类型业务。业务管理支撑系统实现用户管理、安全、认证、授权、计费等功能。
2 物联网网关功能
物联网网关在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色，它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。物联网网关具备如下几个功能。
（1）广泛的接入能力
目前用于近程通信的技术标准很多，仅常见的WSN技术就包括Lonworks、ZigBee、6LowPAN、RUBEE 等。各类技术主要针对某一应用展开，缺乏兼容性和体系规划，如Lonworks 主要应用于楼宇自动化，RUBEE 适用于恶意环境。如何实现协议的兼容性、接口和体系规划，目前在国内外已经有多个组织在开展物联网网关的标准化工作，如3GPP、传感器工作组，以实现各种通信技术标准的互联互通。
（2）协议转换能力
从不同的感知网络到接入网络的协议转换，将下层的标准格式的数据统一封装，保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令；将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。
（3）可管理能力
强大的管理能力，对于任何大型网络都是必不可少的。首先要对网关进行管理，如注册管理、权限管理、状态监管等。网关实现子网内节点的管理，如获取节点的标识、状态、属性、能量等以及远程唤醒、控制、诊断、升级和维护等。由于子网的技术标准不同，协议的复杂性不同，所以网关具有的管理能力不同。本文提出基于模块化物联网网关方式来管理不同的感知网络、不同的应用，保证能够使用统一的管理接口技术对末梢网络节点进行统一管理。
3 物联网网关系统设计
物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。本物联网网关设计面向感知网络的异构数据感知环境，为有效屏蔽底层通信差异化进行有效网络融合和数据通信，采用模块化设计、统一数据表
示、统一地址转换等实现。下面从物联网网关的层次结构、信息交互流程和系统实现3 个方面来进行阐述。
3.1 层次结构
物联网网关支持感知延伸设备之间的多种通信协议和数据类型，实现多种感知延伸设备之间数据通信格式的转换，对上传的数据格式进行统一，同时对下达到感知延伸网络的采集或控制命令进行映射，产生符合具体设备通信协议的消息。物联网网关对感知延伸设备进行统一控制与管理，向上层屏蔽底层感知延伸网络的异构性，共分为4 层，分别为业务服务层、标准消息构成层、协议适配层和感知延伸层，。
（1）业务服务层
业务服务层由消息接收模块和消息发送模块组成。消息接收模块负责接收来自物联网业务运营管理系统的标准消息，将消息传递给标准消息构成层。消息发送模块负责向业务运营管理系统可靠地传送感知延伸网络所采集的数据信息。该层接收与发送的消息必须符合标准的消息格式。
（2）标准消息构成层
标准消息构成层由消息解析模块和消息转换模块组成。消息解析模块解析来自业务服务层的标准消息，调用消息转换模块将标准消息转换为底层感知延伸设备能够理解的依赖于具体设备通信协议的数据格式。当感知延伸层上传数据时，该层的消息解析模块则解析依赖于具体设备通信协议的消息，调用消息转换模块将其转换为业务服务层能够接收的标准格式的消息。消息构成层是物联网网关的核心，完成对标准消息以及依赖于特定感知延伸网络的消息的解析，并实现两者之间的相互转换，达到统一控制和管理底层感知延伸网络，向上屏蔽底层网络通信协议异构性的目的。
（3）协议适配层
协议适配层保证不同的感知延伸层协议能够通过此层变成格式统一的数据和控制信令。
（4）感知延伸层
此层面向底层感知延伸设备，包含消息发送与消息接收两个子模块。消息发送模块负责将经过消息构成层转换后的可被特定感知延伸设备理解的消息发送给底层设备。
消息接收模块则接收来自底层设备的消息，发送至标准消息构成层进行解析。
感知延伸网络由感知设备组成，包括射RFID、GPS、视频监控系统、各类型传感器等。感知延伸设备之间支持多种通信协议，可以组成Lonworks 和Zigbee 以及其他多种感知延伸网络。
3.2 信息交互流程
图3 展示了物联网中信息交互流程，具体流程分析如下。
（1）最终用户产生符合标准数据格式的消息，并将其发送至网关业务服务层的消息接收模块。
（2）业务服务层消息接收模块将标准消息发送至标准消息构成层的消息解析模块。
（3）消息解析模块调用相应的消息转换功能，将标准信息转换为依赖于具体设备通信协议的消息。
（4）消息解析模块将转换为依赖于具体设备通信协议的消息传送至感知延伸服务层的消息发送模块。
（5）感知延伸服务层的消息发送模块选择合适的传输方式，将依赖设备通信协议的特定消息发送至具体的底层设备。
（6）底层设备根据特定消息执行信息采集操作，并将结果返回给网关感知延伸服务层的消息接收模块。
（7）网关的感知延伸服务层的消息接收模块将依赖设备通信协议的特定消息传送至标准消息构成层的消息解析模块。
（8）消息解析模块调用信息转换模块，将依赖于设备通信协议的特定消息转换为标准消息。
从图3 可以看出，物联网网关解决了物联网网络内不同设备无法统一控制和管理的问题，达到屏蔽底层通信差异的目的，并使得最终用户无需知道底层设备的具体通信细节，实现对不同感知延伸层设备的统一访问。
3.3 系统设计
基于物联网的典型应用结构。无线传感器节点采集相应数据信息，通过无线多跳自组织方式将数据发送到网关，固定式阅读器读取RFID 标签内容发送到网关；网关将这些数据通过WCDMA 网络发送到服务器；服务器对这些数据进行处理、存储，并提供一个信息平台，供用户（包括PC 用户和手机用户）使用。从图4 中可以看出物联网网关是架起感知网络和接入网络的桥梁，扮演着重要的角色。
在物联网网关设计时，采用模块化思想，设计面向不同感知网络和基础网络，实现通用低成本的网关。按照模块化的思想，将物联网网关系统分为数据汇集模块、处理/存储模块、接入模块和供电模块，。
数据汇聚模块：实现物理世界数据的采集或者汇聚。
本网关系统采用传感器网络的汇聚节点和RFID 网络的阅读器作为数据汇集设备。
处理/存储模块：是网关的核心模块，它实现协议转换、管理、安全等各个方面的数据处理及存储。
接入模块：将网关接入广域网，可能采用的方式包括有线（以太、ADSL、FTTx 等）、无线（WLAN、GPRS、3G 和卫星等），本系统采用WCDMA 的接入方式。
供电管理模块：负责整套系统的电源供给，系统的稳定运行与电源模块的稳定性能关系密切，此处设计的电源模块兼有热插拔和电压转换功能。可能的供电方式包括市电、太阳能、蓄电池等。
数据汇聚模块和处理/存储模块之间的接口类型采用UART 方式。接入模块和处理/存储模块之间的接口类型采用PCIE 方式。网关软件设计时采用分层结构，最后在应用层实现协议数据的相互转换。在进行物联网网关硬件模块化的同时，实现网关的软件功能的模块化，不同的硬件模块对应不同的驱动模块；采用动态可加载方式运行，分别提取出接入模块和数据汇集模块的公共驱动，根据接入的硬件模块不同加载不同的驱动模块，达到驱动硬件模块的目的，。
3.4 关键技术
物联网网关系统设计中解决了以下几个关键技术。
软件交互协议的统一：物联网网关系统的设计思路是以模块化的方式实现软硬件的各个部分，使得模块之间的替换非常容易，以实现不同的感知延伸网络和接入网络互联，屏蔽底层通信差异。其中硬件模块采用UART总线形式进行连接，软件则采用模块化可加载的方式运行，并将共同部分抽象成公共模块。因此，支持新的数据汇聚模块和接入模块则只需要开发相应的硬件模块和驱动程序即可。另外，添加统一的协议适配层（），将应用数据统一提取出来，按照TLV（type ， length，value）的方式进行组织，然后封装数据包。使得在接入网络中传输的都是标准的IP 数据包，其中封装了TLV 格式的采集数据。
统一地址转换：不同的数据采集网络使用不同的编址方式，如ZigBee 中有16 位短地址，6LowPan 中有64 位地址。在应用中只需要能定位到具体的节点即可，不需要关心节点是采用IP 地址还是16 位短地址，也不关心节点间的组网是采用ZigBee 还是6LowPan 或者其他方式。将这些地址转换为统一的表示方式，有利于应用的开发，因此在网关中实现一种地址映射机制，将IP 或者16 位短地址映射为统一的ID，在与应用交互过程中只需要关注这个ID 即可。具体的映射方式可以采用从1 累加的方式，当网关接收到第一个节点数据时，将该节点的地址映射为1，后续的依次加1，将这个映射表保存在网关中。同时还采用老化机制，在一定时间内没有收到该节点的数据时，将此条映射关系删除。
采集模块数据接口的统一：采集模块与网关之间定义AT 指令集，节点通过ZigBee 协议组网。在与网关的接口之间只关注一些对采集模块的控制指令和数据交互指令，不关注具体的组网协议，实现组网协议无关性。
数据映射关系管理：如何管理网关连接的两种或多种系统中的设备在通信数据中的映射关系，即通常意义上的寻址，是很重要的步骤。而这一部分针对网关所连接的不同，总线设备也有很大区别。本网关对所有可能下挂的模块的输入输出数据格式进行分析，然后分别定义了各个模块对应的通信接口配置字。
4 结束语
本文旨在研究一种能支持各种传感器网络及接入网络的网关设备，它能支持不同类型的传感器节点和接入方式，并能为中间件或者应用程序提供统一的数据格式，从而为应用屏蔽不同的传感器网络及接入网络，使得应用程序只需要关注于应用环境的数据处理。
物联网网关系统设计 1 物联网网关概述 物联网是指通过射频识别（）、红外感应器、、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现任何时间、任何地点、任何物体进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、*卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。 物联网的接入方式是多种多样的，如广域的、短距离的等，物联网网关设备是将多种接入手段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求，实现与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色，可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联，将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。 物联网组网采用分层的通信系统架构，包括感知延伸系统、传输系统、业务运营管理系统和各种应用，在不同的层次上支持不同的通信协议，。感知延伸系统包括感知和控制技术，由感知延伸层设备以及网关组成，支持包括、、等通信协议在内的多种感知延伸网络。感知设备可以通过多种接入技术连接到核心网，实现数据的远程传输。业务运营管理系统面向物联网范围内的耗能设施，包括了应用系统和业务管理支撑系统。应用系统为最终用户提供计量统计、远程测控、智能联动以及其他的扩展类型业务。业务管理支撑系统实现用户管理、安全、认证、授权、计费等功能。 2 物联网网关功能 物联网网关在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色，它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。物联网网关具备如下几个功能。 （1）广泛的接入能力 目前用于近程通信的技术标准很多，仅常见的技术就包括、、6、等。各类技术主要针对某一应用展开，缺乏兼容性和体系规划，如主要应用于楼宇自动化，适用于恶意环境。如何实现协议的兼容性、接口和体系规划，目前在国内外已经有多个组织在开展物联网网关的标准化工作，如3、传感器工作组，以实现各种通信技术标准的互联互通。 （2）协议转换能力 从不同的感知网络到接入网络的协议转换，将下层的标准格式的数据统一封装，保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令；将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。 （3）可管理能力 强大的管理能力，对于任何大型网络都是必不可少的。首先要对网关进行管理，如注册管理、权限管理、状态监管等。网关实现子网内节点的管理，如获取节点的标识、状态、属性、能量等以及远程唤醒、控制、诊断、升级和维护等。由于子网的技术标准不同，协议的复杂性不同，所以网关具有的管理能力不同。本文提出基于模块化物联网网关方式来管理不同的感知网络、不同的应用，保证能够使用统一的管理接口技术对末梢网络节点进行统一管理。 3 物联网网关系统设计 物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。本物联网网关设计面向感知网络的异构数据感知环
物联网智能网关适合哪些应用场景 工业物联网网关在整个网络监控系统中占有非常重要的地位，可以说占据了“半边天”，是因为只要搭建无线监控，就离不开它。它弥补了有线监控的弊端：布线受限、组网不灵活、成本太高等。那么有哪些场所比较适合使用物联网智能网关呢？ 1、危险地区及监管人员不容易接近的场所 如：易燃易爆等危险场所、疾病传染区、其他微生物危险区等。 这些地方比较危险，监管人员无法接近，采用远程无线监控可以有效地保障监管人员的监控需求和人身健康及安全。 2、有线网络无法到达或布线成本较高的场所 如：高速公路、环境监测、森林防火、路灯、石油开采、石油输油管线、电力高压线线路、防洪抢险等。 这些场所，有线网络无法到达或者布线成本过高，而无线监控的布点不受地理位置的限制，施工和后期维护成本相对有线监控方式要低很多。 3、监控地点零散分布的场所 如：智能变电站、水库河流监控、无人值守机房监控等。 这些地方的监控点比较分散，且较为偏僻，有线监控不好部署。而无线网桥可以很好的解决问题，能够实现对多点的集中监控，有效地节省人力成本，提高监管效率。 4、临时搭建及可移动的场所 如：临时建筑工地、临时活动场所、会展中心、公安侦查临时布防、部队野战训练等。 这些地方相对不固定，需要随搭随拆，有线网络的成本太高，且非常麻烦，而采用无线网桥来传输视频监控数据大大地减少施工周期，避免成本浪费。 5、后期维护成本较高的监控场所 如：电梯、码头、分布散落的乡镇等。 这些地方偏远，且有线布线非常不便，使用无线监控，有效节省了施工以及后期维护成本，后期改造和升级十分简单。
总而言之，在随时可移动、不方便布线、布线困难、监控点分散、有线维护成本较高、场所不固定的情况下、无线监控方案成为首选，自然需要用到智能网关。有人生产的物联网无线网关，深受广大用户的好评，帮助用户快速接入高速互联网，实现安全可靠的数据传输。
基于工业物联网的智能网关设计 发表时间：2018-09-18T16:19:00.493Z 来源：《基层建设》2018年第25期作者：王畋富 [导读] 摘要：目前传感器、无线通信、嵌入式等各类信息技术的发展，全面建设物联网已是大势所趋。 天津明匠智能系统工程有限公司天津 300462 摘要：目前传感器、无线通信、嵌入式等各类信息技术的发展，全面建设物联网已是大势所趋。物联网正应用在社会生活的方方面面，如智能物流、智能交通、智能家居等等，而这些应用都依托于强大的物联网网关。同时物联网时代的到来也为我国的工业领域带来了新的机遇和挑战。它将快速引导传统的工业进入现代化。智能制造应用服务实施的关键是设备和网络。因此本文基于工业物联网，设计了一种面向现场仪表的智能网关，实现了现场仪表与网络层的互联互通。 关键词：工业物联网；智能网关；设计 作为工业4.0的组成部分之一，生产与办公信息系统之间的网络互联呈现出日新月异的持续性发展。通过基于云技术采集、分析生产数据，能够显著优化生产。但现有工厂在这一方面的网络互联存在着一个巨大的挑战，即：不同制造商生产的机器设备以及不同技术水平的生产设备通常采用了不同的数据语言。此时，解决办法通常是进行耗时耗力的、复杂的改造。对于这类情况，利用智能网关完成不同数据源间的通信协调和分析、再将通信内容转发给相应接收者是一个相对而言易于实现的解决方案。即使现有工厂，也可采用该解决方案实现能够满足未来需求的生产方案。 一、智能制造环境下的工业物联网 智能制造环境下的服务网和互联网是信息网的两大主题，与生产计划、物流相关的ERP、SCR、CRM和与产品设计、技术相关的PLM处在最上层与服务网紧密相连；与制造生产设备和生产线控制、调度相关的PCS、MES功能通过CPS信息物理系统实现，这一层和工业互联网紧密相连。从产品形成到产品生命周期服务的角度，还需要智慧原材料供应、智慧售后服务等信息互联互通，这需要充分利用服务网和互联网的功能，而物联网和服务网的融合需要CPS的参与，其是智能制造的核心技术。 二、智能网关工作原理 智能网关是一种采集仪表数据的通信设备，主要功能有：为仪表供电、与仪表通信进行曼彻斯特编码，ME）调制等。智能网关硬件部分由现场可编程门阵列（FPGA）核心板与采集底板组成。其中，采集底板部分包括以太网、信号隔离电路、曼彻斯特调制电路。FGPA 核心板实现曼彻斯特编码与解码，以及以太网的网络层媒体访问控制（MAC）子层协议的部分功能。采集底板有多个独立通道，每个通道都通过两线制连接一组仪表，实现供电和曼彻斯特编码通信功能。控制端通过以太网口与FPGA进行通信，并向下发送数据。FPGA收到数据后进行曼彻斯特编码，再由曼彻斯特调制电路进行调制后通过传输线发送至仪表；仪表进行数据处理后，再返回数据；返回数据通过智能网关中的采集底板解调后发送至FPGA，经处理后再通过以太网传输至控制端进行结果显示。 例如SIMATIC IOT2000是用于生产环境数据采集、处理和传输的可靠性开放性平台，是云或公司IT层和生产系统之间的理想网关，作为数据接口可实现双向通信，将在云平台分析后的数据传送给生产控制设备。这种连续的数据传输使生产优化过程形成控制闭环。 IOT2000支持多种通信协议和高级语言的开放性，可实现定制化的解决方案。用户可将SIMATIC IOT2000方便地集成到现有工厂中。因此，实现对老旧机器设备进行经济、安全的彻底改造。各机器设备的改造也可逐步进行。久经验证的SIMATIC品质，可确保在苛刻的工业环境中长期稳定运行。 三、工业物联网的智能网关设计 （一）FPGA核心板 FPGA是在可编程阵列逻辑（PAL）、通用阵列逻辑（GAL）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）等可编程器件的基础上进一步发展而来的。它实际上是一种半定制的电路，能够弥补定制电路的缺点。由硬件描述语言Verilog完成的电路设计，可以快速地烧录至FPGA上进行测试，是集成电路设计的主流技术。逻辑单元存在于FPGA内部，是用于搭建逻辑电路、完成用户设计逻辑的最小单元。这些单元能实现逻辑门电路或者一些组合功能。FPGA内部的逻辑块可通过程序设计连接起来，类似芯片内的集成电路。因为逻辑块和连接方式可任意改变，所以FPGA具有较大的灵活性，可按需要实现相应的逻辑功能。智能网关中的FPGA核心板采用基于XilinxZYNQ系列系统级芯片（SoC）器件，内部集成AＲM公司双核Cortex-A9处理器的核心板，集成512MBDDＲ3SDＲAM，1GB内存资源；具有丰富的外设资源，通过外部扩展，可以实现高速USB、SD卡、总线、10/100/1000Mbit/s以太网、调试接口等功能。 （二）电源方案 1.FPGA及隔离电路供电方案 选用24V转5V电源模块，输入电压+24V，输出电压+5V，功率6W，带载能力1.2A。此部分电源可保证FPGA核心板以及信号隔离电路正常工作。 2.调制电路通道供电 每个调制电路通道是相互独立的，由总电源24V给每个通道供电。每个调制电路通道采用一个独立的24V转18V电源模块，将总电源24V转换成独立的18V，为通道供电。24V转18V电源模块输出功率为2W；最大带载能力为2W/18V≈111mA。 （三）曼彻斯特调制电路 曼彻斯特调制电路分为信号发送电路和信号接收电路两部分。发送电路将FPGA核心板发送的曼彻斯特编码调制后发送；接收电路负责接收仪表传送的曼彻斯特编码，并将其解调后传送至FPGA核心板进行解码处理。信号发送电路由过压过流保护电路、滤波电路、放大电路、稳压电路组成。过压过流保护电路可在电路中出现过压过流情况时，及时切断电源，对电路进行保护。滤波电路用于滤除传输数据中包含的其他频率成分的信号，以增加抗干扰能力。放大电路对数据波形进行运算放大处理。稳压电路为整个信号发送电路提供稳定的工作电压。信号接收电路由滤波电路、放大电路、耦合电路组成。滤波电路、放大电路功能与信号发送电路中滤波电路、放大电路的功能类似；耦合电路用于将数据波形进行整形，以便FPGA进行处理。 （四）网络通信 智能网关中包含三路以太网。以太网包括网络层MAC协议、物理层（PHY）物理接口收发器以及以及网络接口三部分。三路以太网中，两路的MAC协议部分由FPGA的专用输入输出接口搭建，另外一路由FPGA的普通输入/输出接口搭建。MAC协议主要负责控制与连接
物联网网关系统设计方案． 物联网网关系统设计方案 物联网网关概述 1 等信息传感设备，按约定的协议，扫描器感应器、GPS 物联网是指通过射频识别（RFID）、红外、激光
实现任何时间、任何地点、任何物体进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、 卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。老人护理、个人健康、*物联网网关设备是将多种 Z-Wave 等，物联网的接入方式是多种多样的，如广域的 PSTN、短距离的实现接入手段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求，与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证可以实现感了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色， 知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联，将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。传输系统、物联网组网采用分层的通信系统架构，包括感知延伸系统、业务运营管理系统和各种应用， 在不同的层次上支持不同的通信协议，如图1 所示。感知延伸系统包括感知和控制技术，由感知延伸层设备以及网关组成，支持包括Lonworks、UPnP、ZigBee 等通信协议在内的多种感知延伸网络。感知设备可以通过多种接入技术连接到核心网，实现数据的远程传输。业务运营管理系统面向物联网范围内的耗能设施，包括了应用系统和业务管理支撑系
物联网智能网关、工业采集网关、数据采集网关的功能及应用方案 无线通讯网关，亦称数据采集网关，数据采集、协议转换网关，工业采集网关，可采用GPRS，433，2.4G，,wifi及以太网等多种通讯方式，快速实现近距离、中远程数据采集传输，适用于工业、农业、建筑、环保、医疗、运输等领域。目前，比较常用的工业智能网关主要包括XL91智能网关和XL90智能网关。 一、XL91智能网关，也叫无线网关，工业物联网智能网关，工业通信网关，无线传感管理主机等，集通讯管理、数据接收、协议转换、数据处理转发等功能，支持手机WiFi现场调试的，属于无线传感器网络产品。 XL91智能网关，可同时接收多个 无线传感器数据，支持1路以太 网口（Ethernet）、1路RS485 串口、无线传输等上行方式，可 选GPRS，433MHZ，2.4GHZ，WI-FI 等无线传输方式。
特点： 1、XL91 适用于构建小容量的传感网络； 2、读取、处理、转发传感节点的数据：通讯管理、协议转换、数据处理、数据转发； 3、提供用户要求的协议； 4、1路2.4GHz或490MHz，组成星型或MESH型的网络； 5、可提供用户要求的协议； 构建小型智能传感网络； 协调、管理传感网络节点通讯； 智能传感网络和外部网络枢纽和桥梁：通讯网络转换、通信协议转换；拓扑图如下↓ XL91 物联网智能网关应用领域： 1、油田、油井、气田监测； 2、蒸汽管道、供暖管道监测；
3、水泵房的监测； 4、冷藏、仓储环境监测； 5、农业、养殖环境监测。 XL91 物联网智能网关应用方案一：拓扑图如下↓ 1、构建小型智能传感网络； 2、传感网络和外部网络的网络转换和协议转换设备。 3、通过433MHz、2.4GHz无线方式读取传感节点的数据； 4、通过GPRS方式将数据上传至云服务器； 5、可在现场加装触摸屏，用于现场监视； 6、能源管理系统（EMS）：采集局部传感接点的数据上传。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/f72709626.html, 基于Arduino和ZigBee的物联网智能网关设计与实现 作者：方中纯李海荣 来源：《山东工业技术》2018年第02期 摘要：给出了一种能够在ZigBee网络和传统网络进行透明协议高效转换的物联网智能网关的解决方法。该方法利用MQTT服务器作为数据进入传统网络的中转站，ZigBee网络的数据通过网关上的路由功能接收数据，然后通过串口把数据转发给NodeMCU，最后数据通过MQTT协议发送到数据中转站。经过智能蔬菜大棚的实际应用证明，本文设计的网关造价低廉，实用性好，效率高。关键词：物联网；网关；ZigBee；NodeMCU DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/f72709626.html,ki.37-1222/t.2018.02.087 0引言 物联网（Internet 0f things，简称IoT）是“信息化”时代的重要发展阶段，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。要实现物物相连，工程真正的意义上的物联网，就需要把各种网络互联在一起，那么网关功能的设备在物联网应用中就起着非常重要的作用。物联网涉及到多种网络的互联，因此设计一个能够互联所有网络的物联网网关是不现实的，更没有必要，这样不仅成本高而且研发周期长。因此，在实际的物联网应用系统中，针对涉及到的网络，研究特定功能的物联网网关不仅能够降低成本而且也会缩短研发周期。而在当前的物联网中，由于ZigBee广泛应用，那么数据在ZigBee网络和传统以太网之间的相互转发就显得非常重要。 本文主要研究ZigBee网络和以太网之间的数据转发，同时为了方便用户二次开发，也提供数据获取和控制数据传送WebAPI。基于此，本文的研究内容包括：基于MQTT的数据收发、ZigBee网络的实现、基于MongoDB的数据持久化服务的开发以及提供二次开发的WebAPI接口。 1相关技术和理论 （1）MQTr（Message QueuingTelemetry Transport，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器和制动器的通信协议。（2）NodeMCU是一个开源的物联网平台，它自身就可以作 为物联网终端节点使用，可以应用于某些物联网中。像Arduino一样，它是简单的开源可编程固件。本文通过MQTT协议，实现网关与数据中转站相互传输数据。（3）CC2530是用于 2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。（4）ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。
工业物联网 工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网的高度融合。简单的说就是将机器、人连接。 工业物联网充分融合传感器、计算机网络、大数据分析处理等现代化技术，以低成本、低投资及高度适用性等优势，实现对工业生产流程的“泛在感知”，以更便捷、更高效的方式获取传统工业生产线上难以获取的重要过程参数，优化生产管理，提高生产效率。 ●工业物联网的体系架构： 典型的物联网系统架构共有3个层次。一是感知层，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是网络层，通过电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是应用层，把感知层得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。●工业物联网关键技术： 无线网关 无线网关广义上理解为一个网络连接到另一个网络的接口，具体是指集成有简单路由功能的无线AP，即无线网关通过不同设置可完成无线网桥和无线路由器的功能，也可以直接连接外部网络（如WAN），同时实现AP功能。 一种无线网关功能分析： (1)无线网络管理 由网关来启动一个新的无线网络，允许其他无线节点设备加入形成的网络：进行无线网络信息的维护，管理无线节点的网络加入及离开；与无线节点进行数据通信。 (2)协议转换 网关的功能主要体现在Zigbee无线通信协议与以太网通信协议的转换。将无线节点的信息转化为以太网通信数据传送给上层服务器设备；将服务器下达给无线节点的控制信息通过网关传送给指定节点。 (3)支持Web访问 网关支持在没有上层服务器的情况下使用浏览器对节点进行在线访问和监控，平台兼容性强，便于实时数据分析和故障诊断。 物联网（The Internet of things） 是新一代信息技术的重要组成部分，可以看做是互联网的升级与扩展，根据国际电信联盟（ITU）的定义，物联网主要解决物品与物品（Thing to Thing，T2T），人与物品（Human to Thing，H2T），人与人（Human to Human，H2H）之间的互连。通过以互联网为基础延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。简言之物联网就是“物物相连的互联网”。物联网架构可分为三层：感知层、网络层和应用层，其中连接感知层和网络层的关键技术即物联网网关。在物联网时代中，物联网网关将会是至关重要的环节。
物联网网关系统设计方案 1 物联网网关概述 物联网是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现任何时间、任何地点、任何物体进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、*卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。 物联网的接入方式是多种多样的，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段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求，实现与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色，可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联，将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。 物联网组网采用分层的通信系统架构，包括感知延伸系统、传输系统、业务运营管理系统和各种应用，在不同的层次上支持不同的通信协议，如图1 所示。感知延伸系统包括感知和控制技术，由感知延伸层设备以及网关组成，支持包括Lonworks、UPnP、ZigBee 等通信协议在内的多种感知延伸网络。感知设备可以通过多种接入技术连接到核心网，实现数据的远程传输。业务运营管理系统面向物联网范围内的耗能设施，包括了应用系统和业务管理支撑系统。应用系统为最终用户提供计量统计、远程测控、智能联动以及其他的扩展类型业务。业务管理支撑系统实现用户管理、安全、认证、授权、计费等功能。
多功能融合型通信网关项目研发及产业化 项目解决的问题 1.提供一种多功能融合产品，部署在企业客户端或物联网关位置，降低运营商 和用户投资； 2.提供一种网络管理和业务部署系统，协助运营商实现远程网络维护管理、业 务部署，降低运营商网络维护成本； 3.解决路由、交换、安全、无线、物联网网关、三网融合通信中音/视频通信等 技术有机集成，各种业务流识别、区分服务等问题。 项目实施内容 1.研发系列多功能融合型通信网关； a)包括结构、电源、主板、通信接口模块、物联网感知层信号收集模块、 音/视频信号处理模块等硬件研发； b)包括路由、交换、无线、安全等基础通信系统的功能软件开发; c)包括物联网网关协议、三网融合应用中音/视频控制和媒体处理等功能软 件研发。 2.研发配套的网络管理和业务部署系统； a)包括设备端的SNMP、TR069客户端协议/功能软件开发； b)包括服务器端网络管理系统和业务部署系统软件开发； 项目特点：多功能融合，通过一台设备可提供如下功能 1.互联网接入功能：通过2个WAN可以使企业接入互联网，并实现负载均衡。 2.3G网络接入功能：通过TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA 3G网络接入 互联网，利用无线技术，能实现快速部署。 3.VPN（虚拟专网）功能，帮助运营商给企业提供VPN业务： a)通过IPsecVPN协议以及DES、3DES、AES等加密模块实现VPN业务， b)通过MPLS L2/L3VPN功能实现VPN业务， 4.无线接入功能：通过IEEE802.11b/g无线接入点功能，实现运营商无线热点
覆盖。 5.物联网网关功能：多功能融合网关能提供统一数据格式转换与传输，轻松实现物联 网数据的收集/下发与传输。物联网网关支持感知层设备的多种通信协议和数据类型，通过将多种感知层信息进行统一格式的转换处理，并借助融合型网关丰富的网络通信功能，简化物联网数据收集和传输系统的设计，并提供良好的可维护性。 6.融合通信：多功能融合网关能面向企业用户提供语音、视频通信功能，方便企业客 户快速部署低成本的企业融合通信方案，并提供方便的维护能力。 7.安全防护功能：通过状态防火墙、入侵检测、用户连接控制等功能帮助运营 商给企业客户提供网络安全服务，也可以提高物联网系统的安全性、提高融合通信系统的安全性。 立项理由 1．通过多功能融合型通信网关，降低电信运营商投资 2008年5月17日中国电信新一轮的电信重组和改革，形成了中国电信、中国移动、中国联通三家大型综合电信业务运营商，同时拉开了中国电信市场全面竞争的局面。各家电信运营商为了提高ARPU值，纷纷推出了针对集团客户（例如政府、企业等）的综合电信服务，来争夺集团客户资源，例如中国电信的“商务领航”品牌；中国联通的“宽带商务”品牌；中国移动的“商务宝”品牌。 为了争夺集团客户资源，电信运营商需要首先自己提供接入设备把客户接入到自己的网络，后续才能够提供更多的服务，提高单一用户的ARPU值，以往的解决方案（图1）：普通路由器实现用户网络接入，网络安全设备实现IPSec VPN 以及FW等功能、以太网交换机实现客户PC接入、无线AP实现无线终端设备接入，这样电信运营商需要给用户投资4台网络设备，不仅投资高，并且网络维护成本高、设备功耗高。 多功能融合型通信网关通过ALL-IN-ONE的解决方案，用一台网络设备替代原来的四台网络设备（图2），并且实现了原来四台设备的所有功能，不仅节约了电信运营商投资，并且通过综合网络管理系统实现设备的远程维护和业务部署，降低电信运营商网络维护费用。原来电信运营商发展一个集团客户需要投资7500元以上，采用多功能融合型通信网关后，投资额为：每用户4000元，每用
物联网智能网关工业采集网关数据采集网关的功能及应用方案 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
物联网智能网关、工业采集网关、数据采集网关的功能及应用方案 无线通讯网关，亦称数据采集网关，数据采集、协议转换网关，工业采集网关，可采用GPRS，433，，,wifi及以太网等多种通讯方式，快速实现近距离、中远程数据采集传输，适用于工业、农业、建筑、环保、医疗、运输等领域。目前，比较常用的工业智能网关主要包括XL91智能网关和XL90智能网关。 一、XL91智能网关，也叫无线网关，工业物联网智能网关，，无线传感管理主机等，集通讯管理、数据接收、协议转换、数据处理转发等功能，支持手机现场调试的，属于无线传感器网络产品。 XL91智能网关，可同时接收多个无线传感器数据，支持1路以太网口（Ethernet）、1路RS485串口、无线传输等上行方式，可选GPRS，433MHZ，，WI-FI等无线传输方式。 特点： 1、XL91适用于构建小容量的传感网络； 2、读取、处理、转发传感节点的数据：通讯管理、协议转换、数据处理、数据转发； 3、提供用户要求的协议； 4、1路或490MHz，组成星型或MESH型的网络； 5、可提供用户要求的协议； 构建小型智能传感网络； 协调、管理传感网络节点通讯；
智能传感网络和外部网络枢纽和桥梁：通讯网络转换、通信协议转换；拓扑图如下↓ XL91物联网智能网关应用领域： 1、油田、油井、气田监测； 2、蒸汽管道、供暖管道监测； 3、水泵房的监测； 4、冷藏、仓储环境监测； 5、农业、养殖环境监测。 XL91物联网智能网关应用方案一：拓扑图如下↓ 1、构建小型智能传感网络； 2、传感网络和外部网络的网络转换和协议转换设备。 3、通过433MHz、无线方式读取传感节点的数据； 4、通过GPRS方式将数据上传至云服务器； 5、可在现场加装触摸屏，用于现场监视； 6、能源管理系统（EMS）：采集局部传感接点的数据上传。 XL91物联网智能网关应用方案二：拓扑图如下↓ 1、构建小型智能传感网络； 2、传感网络和外部网络的网络转换和协议转换设备。 3、通过433MHz、无线方式读取传感节点的数据； 4、通过Ethernet将数据上传至监控计算机； 5、DCS系统：采集压力、温度、气体等节点数据，通过Ethernet、RS485上传至DCS；
For personal use only in study and research; not for commercial use 物联网网关系统设计 1 物联网网关概述 物联网是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备， 按约定的协议，实现任何时间、任何地点、任何物体进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、*卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多 个领域。 物联网的接入方式是多种多样的，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段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部区域短距离通信的接入需求，实现与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色，可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以 实现广域互联，也可以实现局域互联，将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。 物联网组网采用分层的通信系统架构，包括感知延伸系统、传输系统、业务运营管理系统和各种应用，在不同的层次上支持不同的通信协议，。感知延伸系统包括感知和控制技术， 由感知延伸层设备以及网关组成，支持包括Lonworks、UPnP、ZigBee 等通信协议在内的 多种感知延伸网络。感知设备可以通过多种接入技术连接到核心网，实现数据的远程传输。业务运营管理系统面向物联网范围内的耗能设施，包括了应用系统和业务管理支撑系统。应用系统为最终用户提供计量统计、远程测控、智能联动以及其他的扩展类型业务。业务管理支撑系统实现用户管理、安全、认证、授权、计费等功能。 2 物联网网关功能 物联网网关在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色，它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。物联网网关具备如下几个功能。 （1）广泛的接入能力 目前用于近程通信的技术标准很多，仅常见的WSN技术就包括Lonworks、ZigBee、 6LowPAN、RUBEE 等。各类技术主要针对某一应用展开，缺乏兼容性和体系规划，如Lonworks 主要应用于楼宇自动化，RUBEE 适用于恶意环境。如何实现协议的兼容性、接口
物联网智能网关 物联网智能网关是将RFID、传感器以及各种动力或电器设备进行联网，为用户提供环境、视频、安全防范、火灾报警及消防、采暖通风、照明以及空调、风机、水泵等控制的智能终端设备。特别适合应用在基站、变电站、铁路机房、银行金库等需要集中监控的场所。HT500物联网网关功能： 恒钛HT500物联网智能网关，又称辅助控制主机，环境数据处理单元、智能采集器。是针对通信行业基站和电力行业变电站等内部的动力、环境、安防等监测和控制而设计生产的一款产品。 实现对电源、UPS等各种动力设备以及消防主机的监控管理：通过串行数据和网络IP包之间的数据转换，从而完成远程管理，扩展串口，将传统的串行设备联网，串行设备互相通信等功能。 可接入8路开关量（2U设备HT502扩展至24路），实现电子围栏、水浸、红外、烟感、防盗等报警监控功能。 可接入6路模拟量，实现对温度、湿度、风速、液位、SF6等模拟量的接入。 支持8路继电器（2U设备HT502扩展至24路）输出，实现对灯光、风机、水泵等设备的控制功能。 可通过空调遥控器（接到RS485接口），实现对空调的开机、关机、制冷、制热、调节温度以及通风等功能。 可实现一路门禁的管理，并在此基础上实现巡检、巡视人员的考勤管理。 可通过网络对服务器进行远程参数配置。 串口具有15KV ESD浪涌保护，网口具有2500V隔离保护。 所有输入输出端口均配有光耦隔离，具有500W雷击保护。 远程管理，远程固件升级。 处理器 NXP32位工业级芯片 通讯接口4个以太网口，4个RS485/422 速率：1200-38400bps 串口 保护器件：防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率 RJ45，10/100M自适应 网口 保护：内嵌2500V电气隔离 开关量输入8路开关量（2U设备HT502扩展至24路，均为无源触点）
JL-204 TI Cortex-A8架构导轨式工业级物联网关，支持4个串口，2个网口，GPRS/3G/4G ，SD 存储 √工业级Cortex-A8架构的AM335X 处理器√系统主频800MHz ，最大可达1G MHz √512MB DDR3SDRAM 16位√512MB NAND FLASH √2个10/100M 自适应工业以太网接口√4路RS232/485接口 √1路GPRS/3G/4G 接口（选装）√可选配大容量TF 存储卡√内置实时时钟（RTC ） √内置硬件加密√预装Linux3.6 √支持-40～80℃工业宽温应用 JL204采用TI Cortex-A8架构的AM335X 系列主控作为主处理器，运行速度最大可达1GHz，支持2个10/100M 自适应工业以太网、4个RS232/485串行通讯接口、1路GPRS/3G/4G 接口(选装)、大容量SD 存储、RTC、及硬件加密电路等，可为用户提供强 CPU ：工业级Cortex-A8架构，800MHz RAM ：512DDR3SDRAM Flash ： 512MB Flash 存储扩展：大容量SD 存储卡，最大64GB 网络接口 LAN ： 10/100Mbps 自适应，RJ45 隔离保护：15KV 空气放电及8KV 接触放电保护 串行接口 标准：RS485（DATA ＋、DATA －、GND ）RS232（TXD 、RXD 、GND ） 光电隔离：每通道独立光电隔离 串口保护：所有信号线均提供15KV ESD 流向控制：RS485自动数据流向控制 GPRS 射频波段：850/900/1800/1900MHz 大的运算能力和灵活多样的通讯模式。 该系列产品内置丰富的规约转换库非常适合于协议转换或现场通讯管理等应用；内置远程运维管理模块，可以对远程设备进行调试、跟踪、下载等功能。 标准：Class 8/10 3G 射频波段：1950/2000/2100MHz 标 准： CDMA2000/WCDMA/TD-SCDMA 4G 射频波段：1880/2300/2600MHz 标准：TDD-LTE/FDD-LTE LED 指示灯 系 统： 电源、运行 串口：TX/RX 网络：ACT/LINK （位于RJ45连接器）GPRS ： 工作状态指示 按钮 功 能： 支持“重置为出厂默认设置”RTC RTC ： 内嵌后备锂电池RTC
基于物联网的嵌入式智能网关的设计 目前，全球都十分关注物联网技术以及其所带来的价值，掌握物联网技术无疑占据了主动的地位，因此不能忽视其广泛的市场前景。 1 物联网网关概述 目前，物联网的结构有三种分类：感知层、网络层以及应用层。 1.1 感知层 同人体的感知一样，物联网也有感知层。该结构主要是借助传感器去感知，同人们一样去识别相关信息，这赋予了物联网以智能感知的功能。 1.2 网络层 网络层的功能就像是人体神经系统对信息进行处理一样，与感知层相比，其功能更加强大，也更加复杂。 1.3 应用层 应用层是第三层结构，也是物联网结构的顶层，能够实现物联网技术和其他技术的结合，实现物联网的多领域、多行业应用。并且，这三种结构缺一不可。 感知层能够起到感知信息的作用，其主要是借助传感器来实现的，如果没有太多的传感器，还可以借助网络与设备的连接实现传感器的功能，但这样会造成资源浪费。为了节省资源，顺利实现数据传送，最好能够将所有的设备与网络层相连，实现数据的统一传送。为了避免传感器设备不足造成的资源浪费问题，最好能够在感知层和网络层之间设置一个汇聚层，通过该汇聚层衔接这两个结构，就不会出
现资源浪费的问题，并且能够实现数据的传送。 1.1 物联网系统的分析 物联网网关需要高度重视，其功能先进，全面，不仅可以感知，还能够实现远程监控，并且可以接入不同的网络。物联网网关的感知功能主要是以网络形式来体现的，并且配合多功能传感器获取不同的信息进行感知。这些传感器的接入形式不同，从目前来看，主要可分为有线和无线两种接入模式。有线接入的速度较慢，不具备无线接入的某些功能，因此，无线网络的应用越来越频繁。目前，常见的移动设备都具备无线网络的接入功能，并能够实现快速传送，这样就可以大大提高无线网络的使用范围。随着无线网络的不断发展，其必定会成为主要的接入方式。 不同结构进行网络互通所采用的传感器不同，对信息的感知也会不同，为了实现不同结构的网络互通，需要设置一个协议网络。因为，协议网络可以实现不同结构的网络互通，如果沒有协议网络的支持，数据的交流就会变得十分困难。目前常见的协议网络主为Mod bus，在许多领域都有其身影。 在物联网系统中，检测控制管理是一个重要的功能，其主要目的是对数据进行监控，实现科学的管理。首先，在网关中有许多不同的功能，对这些功能进行合理控制，就能够实现物联网技术的突破，为人们的生产和生活带来方便。其次，对网络连接进行集中管理，也是检测控制管理的常见功能。检测控制管理主要是对系统和外界的网络进行内外监控与管理，其功能更加全面。
物联网网关设计 罗俊海1,2，周应宾2，邓霄博2 1（电子科技大学电工学院，成都611731 ） 2（迈普通信技术股份有限公司，成都610041） 摘要: 关键词: 物联网；网关；泛在网; 信息物理系统 Design for Gateway in Internet of Things Junhai luo1,2, Yingbin Zhou2, Xiaobo Deng2 1(University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu China 611731) 2(Maipu Communication Technology Co. Ltd, Chengdu China 610041) Abstract: 1Key W ords: Internet of Things; Gateway; Ubiquitous Network; Cyber Physical Systems 1 网联网网关概述 1.1 物联网网关背景 物联网没有统一的定义标准，物联网是指RFID、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现任何时间、任何地点、任何物体进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网具有全面感知、可靠传输、智能处理特征的连接物理世界的网络。 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。 物联网的接入方式是多种多样的，物联网网关设备是最适合将多种接入手段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备，网关可满足局部区域短距离通信的接入需求，实现与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在未来的物联网时代将会扮演着非常重要的角色。网联网网关可以实现感知延伸网络与接入网络，以及不同类型感知延伸网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。物联网网关将广泛应用于智能家居、智能社区、数字医院、智能交通等各行各业。 1基金项目：国家自然科学基金（61001086） 作者简介：罗俊海
目录 一、物联网网关概述 (2) 二、物联网网关相关技术 (2) 三、物联网网关功能分析 (3) 四、综合物联网网关实现 (4) 五、物联网网关发展前景 (5)
一、物联网网关概述 物联网网关，作为一个新的名词，在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色，它将成为连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备，物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换．既可以实现广域互联．也可以实现局域互联。此外物联网网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制。 二、物联网网关相关技术 移动互联网技术 移动互联网已成为全球关注的热点。就如移动语音是相对于固定电话而言，移动互联网是相对固定互联网而言的。虽然目前业界对移动互联网并没有一个统一定义，但对其概念却有一个基本的判断，即从网络角度来看，移动互联网是指以宽带IP为技术核心，可同时提供语音、数据、多媒体等业务服务的开V放式基础电信网络；从用户行为角度来看，移动互联网是指采用移动终端通过移动通信网络访问互联网并使用互联网业务，这里对于移动终端的理解既可以认为是手机也可以认为是包括手机在内的上网本、PDA、数据卡方式的笔记本电脑等多种类型，其中前者是对移动互联网的狭义理解，后者是对移动互联网的广义理解。 从层次上看，移动互联网可分为：终端\设备层、接入\网络层和应用\业务层。其最大的特点是应用和业务种类的多样性（继承了互联网的特点），对应的通信模式和服务质量要求也各不相同：在接入层支持多种无线接入模式，但在网络层以IP协议为主；终端种类繁多，注重个性化和智能化，一个终端上通常会同时运行多种应用。 嵌入式系统技术 嵌入式系统(Embedded System)是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它包括硬件和软件两部分。硬件包括微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等；软件部分包括操作系统和应用程序，有时设计人员把这两种软件组合在一起。操作系统控制着应用程序与硬件的交互作用；而应用程序控制着系统的运作和行为。 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit,
基于Android平台的物联网网关方案设计 中国已成为第一大移动互联网市场，在移动互联网和物联网的市场非常广阔，这将使得物联网应用借助移动互联网平台深入到各个领域，实现泛在的接入。目前移动互联网平台常见的嵌入式操作系统主要足Linux、WindowsCE、MeeGo、Android、Palm等；其中Android系统的网络集成性很高，被公认为是一个基于Linux内核并针对移动设备的操作系统。针对移动终端融合物联网具有很大的意义，而物联网接入互联网的瓶颈是网关本文提出了基于Android 平台、采用蓝牙连接物联网的网关方案，从而有效避免了物联网网关的开发瓶颈。1 基于Android平台的WSN网关简介星云测控系统是由一个WSN主节点和很多WSN测控节点构成一个分布式的测控系统，用于野外的暂时和长期测量、桥梁检测和大型结构瞬态测试等。基于Android平台蓝牙串口通信的星云测控(WSN)网关结构示意图： 网关采用基于Android的带有蓝牙和Wifi／WLAN功能的智能平板，采用蓝牙连接基于STM32W 的WSN测控系统主节点；网关将实现显示、存储、人机交互、远距离通信和网络通信等功能。网关软件在Android2．3操作系统下运行，程序在Android Eclipse下开发完成。其工作过程大致为：将网关蓝牙与ZigBee主控节点蓝牙进行配对、连接和数据传输，同时网关通过同一局域网的WiFi连接至远程终端，实现对ZigBee网络测控信息的显示、存储和控制等，实现网关的通信和管理，完成WSN和互联网的双向数据传输和控制。2 Android平台的物联网网关的设计方案网关通过蓝牙串口实现与WSN中心节点间的通信，在Android平台上实现WSN 节点信息管理并通过Andrid的网络资源实现互联网接入，从而在WSN与互联网之间搭建一条透明的数据传输通道，完成对无线节点的数据进行远程和实时的监测控制。图2为基于Android平台的网关设计框图，Android平台下的物联网网关的软件实现，需要完成以下步骤：(1)设置蓝牙和Wi—Fi；(2)发现已经配对或者附近的蓝牙设备；(3)连接设备；(4)在不同设备之间传输数据；(5)使用Wi—Fi通过无线路南连接同一无线局域网，通过Socket建立基于TCP／IP协议的网络通信。(6)网关实现对WSN的管理。 图3为网关工作流程。 Android的物联网网关的设计实现了以下功能：启动蓝牙、启动Wi—Fi、蓝牙设备是否可见、搜索蓝牙、蓝牙设备的配对与连接、蓝牙串口通信和网络通信和网关管理。 3 Android网关的蓝牙串口通信和网络通信3．1 Android网关的蓝牙串口通信“蓝牙”是一种短距离的无线连接技术标准的代称，实质内容就是要建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。Android的蓝牙(Bluetooth)协议栈使用BlueZ (Linux官方的Bluetooth栈)来实现对GAP、SDP和RFCOMM等应用规范提供支持，并获得了SIG认证。BlueZ 的RFCOMM提供Bluetooth上的串行仿真，这使得串行端口应用程序和协议不加更改地在Bluetooth上运行。RFC OMM模块和用户模式dund的后台进程实现了Bluetooth拨号网络。Bluetooth规范支持针对Bluetooth HCI数据分组的UART(通用异步接收器／传送器)和USB 传输机制。BluZ栈同时支持这两个传输机制(drivers／Bluetooth／)。图4为Android Bluetooth部分的关系图。 Android包含了对蓝牙协议栈的支持，这使得蓝牙设备能够无线连接其他蓝牙设备交换数据。Android的应用程序框架提供了访问蓝牙功能API，实现点对点或点对多点的无线交互功能。使用蓝牙API，一个Android应用程序能够实现下列功能：扫描其他蓝牙设备、查询本地蓝