一種多數據協議轉換的物聯網智能網關制造技術

一種多數據協議轉換的物聯網智能網關，屬于物聯網智能網關技術領域。包括以下功能，設備管理，多協議接入，協議轉換與標準數據格式數據傳輸。物聯網智能網關包括嵌入式硬件平臺，操作系統和應用軟件三部分。優點在于，解決了物聯網應用中多節點，多協議設備,接入物聯網云平臺，效率低，復雜度高的困局。支持多種協議的設備接入和物聯網協議數據上傳到云平臺，從而方便其在工業和城市物聯網項目中的推廣和移植。本發明專利技術加入了設備管理與配置模塊，極大的方便了用戶的使用。

【技術實現步驟摘要】
一種多數據協議轉換的物聯網智能網關
本專利技術屬于物聯網智能網關
，尤其涉及一種多數據協議轉換的物聯網智能網關。
技術介紹
物聯網是指通過信息感知節點，按照相互約定的協議將傳感器、執行器或者嵌入式設備與互聯網連接起來，進行信息交換與通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。物聯網在近幾年迅猛發展，各種各樣的基于物聯網的應用應運而生。物聯網應用十分廣泛，工業生產、環境保護、軍隊布防、倉儲管理、智能家居、社交網絡、醫療研究等各個方面都需要借助物聯網設備和應用來進一步提高效率。物聯網應用通過傳感器間接或者直接將設備運行狀態以及數據上傳到云服務器，便可以利用云計算和大數據等先進技術手段對數據進行處理，從而為用戶更好的服務，方便更好的利用控制設備。在物聯網環境中，分布著成千上萬的數據節點，每個節點都在不停的更新數據。由于數據信息完全分散，節點支持數據傳輸協議不盡相同，給數據收集、數據查詢帶來很大的難度。顯然，如果不對數據進行綜合采集，將會產生很大的網絡開銷，而且不便于管理，傳輸效率、傳輸安全也得不到保障。在這種情況下，我們需要一種設備能同時通過近場通訊和遠程通訊的方式對設備進行管理，不同協議之間進行轉換，包括節點配置、數據采集、數據處理、設備控制等功能，這就是物聯網智能網關。綜上所述，本專利技術主要實現以下功能，設備管理，多協議接入功能，協議轉換與標準數據傳輸協議。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種多數據協議轉換的物聯網智能網關，解決了物聯網應用中多節點，多協議設備,接入物聯網云平臺，效率低，復雜度高的困局。支持多種協議的設備接入和物聯網協議數據上傳到云平臺，從而方便其在工業和城市物聯網項目中的推廣和移植。本專利技術加入了設備管理與配置模塊，極大的方便了用戶的使用。基于物聯網技術的智能網關，包括以下功能，設備管理，多協議接入，協議轉換與標準數據格式數據傳輸。為了實現前述功能，本專利技術包括以下技術方案：物聯網智能網關包括嵌入式硬件平臺，操作系統和應用軟件三部分。所述嵌入式硬件平臺主要由嵌入式處理器和外部設備組成。嵌入式處理器采用TI(德州儀器)am3352處理器，該處理器采基于ARMCortex-A8架構，擁有二級高速緩存，通用內存接口(支持DDR/DDR2/DDR3),通用存儲接口，內部集成了兩個千兆以太網鏈路層接口功能(以太網接口1，以太網接口2)，6個UART(串口)，2個McSPI,3個I2C接口和一個Jtag接口。外部設備包括512MDDR3內存，512Mnandflash存儲器，一個網口，一個藍牙模塊，一個WIFI模塊，一個CAN模塊，4個485模塊所述藍牙模塊、WIFI模塊和4個485模塊分別通過UART接口與嵌入式處理器連接；DDR3連接到通用內存接口；nandflash連接的通用存儲接口；網口連接到以太網接口1；CAN模塊用MCP2510CAN控制芯片實現，通過McSPI接口與嵌入式處理器連接。所述操作系統為開源的linux3.2.0系統，通過Jlink仿真器和Jtag接口，將TI提供的uboot和linux3.2.0燒錄到nandfalsh中，然后將TI提供的接口驅動安裝完畢，實現操作系統在硬件中的部署，同時為應用軟件運行提供了必要環境。所述應用軟件主要實現業務功能，由三部分組成包括：多協議數據接入系統、網關內部管理系統、網關內部數據緩存系統。應用軟件是基于linux操作系統的應用開發。通過gcc編譯器將應用軟件編譯為可執行文件，后通過串口下載到linux操作系統中，并設置應用軟件隨操作系統自動啟動。所述多協議數據接入系統中由4個Connecter模塊組成。所述Connecter為本專利技術提出的抽象概念，每一個Connecter實現一種協議數據交互和解析。Connecter為接入設備和協議以及包含的動作的抽象，每個Connecter就是一個智能體。它可以根據配置，自動識別設備，進行數據讀寫，數據解析，將數據傳遞給需要的Connecter。在計算機系統中每個Connecter也是一個進程。這樣就可以根據硬件接口增加或者刪減Connecter，可以做到靈活擴展網關功能。本專利技術目前支持CanConnecter、ModBusConnecter、MQTTConnecter、HttpConnecter四種，但可以根據硬件和協議定制添加Connecter。所述網關內部管理系統簡稱CMS(ConnecterManagementSystem)，主要用來做Connecter的管理。由于每個Connecter都是單獨的進程，這樣Connecter的啟動，暫停，停止，等一系列的操控需要專門的系統做管理。CMS根據客戶端的json配置文檔，來啟動需要的Connecter,并分配Connecter運行的json配置文檔。這樣每個啟動的Connecter，就會按照用戶的定義運行起來。由上可知網關運行需要配置文檔，本專利技術配置文檔采用json格式。常見的配置文件格式一般有ini,xml,lua或者是一般的text文件，這些格式比較突出的一個問題就是數據格式過于冗余，而且功能不夠強大，不支持正則匹配，或者實現解析文件的代碼過多，效率不高等等。而已經在web前端流行的json數據交互格式，簡潔易用日益成為新的交換格式的標準。所述網關內部緩存系統采用高性能的Redis內存數據庫，由于每個Connecter是一個獨立的進程，那么Connecter之間的數據交互,就涉及到了進程間的通信。常見的進程間的通信用管道，信號量，消息隊列，共享內存，套接字(socket)通信等。經過分析本專利技術采用基于套接字的Redis內存數據庫做數據緩沖。Redis是一個key-value存儲系統。它支持存儲的value類型相對更多，包括string(字符串)、list(鏈表)、set(集合)、zset(sortedset--有序集合)和hash(哈希類型)。這些數據類型都支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集及更豐富的操作，而且這些操作都是原子性的。本專利技術主要采用Redis基本string存儲，做一對一的Connecter之間的通信，一對多的Connecter模型中采用Redis訂閱發布模式，這樣一個Connecter向Redis服務器發布數據，那么訂閱此數據的Connecter都可以接收到數據。本專利技術與傳統網關不同的地方在于，本專利技術支持現有流行的物聯網協議MQTT與數據平臺進行交互。MQTT使用發布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發布，解除應用程序耦合，對負載內容屏蔽的消息傳輸，小型傳輸，開銷很小(固定長度的頭部是2字節)，協議交換最小化，以降低網絡流量。作為一種優化方案本專利技術也支持HTTP協議，HTTP協議已經成為互聯網上應用最為廣泛的協議。HTTP協議穩定，安全，但是開銷大，而MQTT輕巧，快速，二者可以互補。作為優化方案在與平臺交互的數據格式采用json格式，json數據有一個個鍵值對組成，我們可以方便的定義數據，賦予數據更多含義，比如數據包括數據來源，數據物理含義，數據單位，數據長度等等，這樣云平臺對數據利用更加方便。附圖說明圖1為網關硬件模塊連接圖。圖2為本專利技術基于物聯網技術的智能網關整體結構圖。圖3為本專利技術網關內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多數據協議轉換的物聯網智能網關，其特征在于，包括嵌入式硬件平臺，操作系統和應用軟件三部分；所述嵌入式硬件平臺包括嵌入式處理器和外部設備；嵌入式處理器采用TIam3352處理器，該處理器采基于ARM?Cortex?A8架構，擁有二級高速緩存，通用內存接口支持DDR/DDR2/DDR3,通用存儲接口，內部集成了兩個千兆以太網鏈路層接口功能，6個UART串口，2個McSPI,3個I2C接口和一個Jtag接口；外部設備包括512MDDR3內存，512Mnandflash存儲器，一個網口，一個藍牙模塊，一個WIFI模塊，一個CAN模塊，4個485模塊；所述藍牙模塊、WIFI模塊和4個485模塊分別通過UART接口與嵌入式處理器連接；DDR3連接到通用內存接口；nandflash連接的通用存儲接口；網口連接到以太網接口1；CAN模塊用MCP2510CAN控制芯片實現，通過McSPI接口與嵌入式處理器連接；所述操作系統為開源的linux3.2.0系統，通過Jlink仿真器和Jtag接口，將TI提供的uboot和linux3.2.0燒錄到nandfalsh中，然后將TI提供的接口驅動安裝完畢，實現操作系統在硬件中的部署，同時為應用軟件運行提供了必要環境；所述應用軟件主要實現業務功能，由三部分組成包括：多協議數據接入系統、網關內部管理系統、網關內部數據緩存系統。應用軟件是基于linux操作系統的應用開發。通過gcc編譯器將應用軟件編譯為可執行文件，后通過串口下載到linux操作系統中，并設置應用軟件隨操作系統自動啟動。...

【技術特征摘要】
1.一種多數據協議轉換的物聯網智能網關，其特征在于，包括嵌入式硬件平臺，操作系統和應用軟件三部分；所述嵌入式硬件平臺包括嵌入式處理器和外部設備；嵌入式處理器采用TIam3352處理器，該處理器采基于ARMCortex-A8架構，擁有二級高速緩存，通用內存接口支持DDR/DDR2/DDR3,通用存儲接口，內部集成了兩個千兆以太網鏈路層接口功能，6個UART串口，2個McSPI,3個I2C接口和一個Jtag接口；外部設備包括512MDDR3內存，512Mnandflash存儲器，一個網口，一個藍牙模塊，一個WIFI模塊，一個CAN模塊，4個485模塊；所述藍牙模塊、WIFI模塊和4個485模塊分別通過UART接口與嵌入式處理器連接；DDR3連接到通用內存接口；nandflash連接的通用存儲接口；網口連接到以太網接口1；CAN模塊用MCP2510CAN控制芯片實現，通過McSPI接口與嵌入式處理器連接；所述操作系統為開源的linux3.2.0系統，通過Jlink仿真器和Jtag接口，將TI提供的uboot和linux3.2.0燒錄到nandfalsh中，然后將TI提供的接口驅動安裝完畢，實現操作系統在硬件中的部署，同時為應用軟件運行提供了必要環境；所述應用軟件主要實現業務功能，由三部分組成包括：多協議數據接入系統、網關內部管理系統、網關內部數據緩存系統。應用軟件是基于linux操作系統的應用開發。通過gcc編譯器將應用軟件編譯為可執行文件，后通過串口下載到linux操作系統中，并設置應用軟件隨操作系統自動啟動。2.根據權利要求1所述的多數據協議轉換的物聯網智能網關，其特征在于，所述多協議數據接入系統中由4個Connecter模塊組成；每一個Connecter實現一種協議數據交互和解析；Connecter為接入設備和協議以及包含的動作的抽象，每個Connecter就是一個智能體；它根據配置，自動識...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王麗娜，范利偉，于景峰，孫希艷，湯學明，
申請(專利權)人：冶金自動化研究設計院，
類型：發明
國別省市：北京,11