物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)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)議能夠通過此層變成格式統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和控制信令。

　　2.4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(gè)子模塊。消息發(fā)送模塊負(fù)責(zé)將經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)消息構(gòu)成層進(jìn)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)。

　　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(nèi)不同設(shè)備無法統(tǒng)一控制和管理的問題，達(dá)到屏蔽底層通信差異的目的，并使得最終用戶無需知道底層設(shè)備的具體通信細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對不同感知延伸層設(shè)備的統(tǒng)一訪問。

　　3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

　　3.1 硬件結(jié)構(gòu)

　　網(wǎng)關(guān)的總體結(jié)構(gòu)如圖4 圖所示，數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)物理世界數(shù)據(jù)的采集或者匯聚，它可以是傳感器網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)、RFID網(wǎng)絡(luò)的閱讀器、視頻采集設(shè)備、GPS等。處理/存儲(chǔ)模塊是網(wǎng)關(guān)的核心模塊，它實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、管理、安全等各個(gè)方面的數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)。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（以太、ADSL、FTT等）、無線（WLAN、GPRS、3G、衛(wèi)星等）。供電模塊負(fù)責(zé)為網(wǎng)關(guān)供電，可能的供電方式包括市電、太陽能、蓄電池等。

　　在此，將數(shù)據(jù)采集模塊和處理/存儲(chǔ)模塊之間的接口稱為A接口，將接入模塊和處理/存儲(chǔ)模塊之間的接口稱為B接口。A接口的類型可能有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總線等；B接口的類型可能有UART、USB、AD總線等。需要在開發(fā)過程中逐漸定義出A接口和B接口的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.2 軟件結(jié)構(gòu)

　　網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)思路是以模塊化的方式實(shí)現(xiàn)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形式（如UART、USB、PCI、本地總線等）進(jìn)行連接，軟件則采用模塊化可加載的方式運(yùn)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(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(dòng)程序即可。另外，將處理過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，負(fù)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

　　目前需要開發(fā)的DEMO系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖7所示，無線傳感器節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境中的溫度等信息，通過無線多跳自組織方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，固定式閱讀器讀取RFID標(biāo)簽內(nèi)容發(fā)送到網(wǎng)關(guān)；網(wǎng)關(guān)將這些數(shù)據(jù)通過WCDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器；服務(wù)器對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，并提供一個(gè)信息平臺(tái)，供用戶（包括PC用戶和手機(jī)用戶）使用。通過實(shí)現(xiàn)這個(gè)DEMO系統(tǒng)，可以對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。