工業(yè)物聯網網關資料(共9頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上工業(yè)物聯網工業(yè)系統與高級計算、分析、傳感技術及互聯網的高度融合。簡單的說就是將機器、人連接。工業(yè)物聯網充分融合傳感器、計算機網絡、大數據分析處理等現代化技術，以低成本、低投資及高度適用性等優(yōu)勢，實現對工業(yè)生產流程的“泛在感知”，以更便捷、更高效的方式獲取傳統工業(yè)生產線上難以獲取的重要過程參數，優(yōu)化生產管理，提高生產效率。l 工業(yè)物聯網的體系架構：典型的物聯網系統架構共有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；二是網絡層，通過電信網絡與互聯網的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去；三是應用層，把感知層得到的信息進行處理，實現智能化識

2、別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等實際應用。l 工業(yè)物聯網關鍵技術：無線網關無線網關廣義上理解為一個網絡連接到另一個網絡的接口，具體是指集成有簡單路由功能的，即無線網關通過不同設置可完成無線和的功能，也可以直接連接外部網絡（如WAN），同時實現AP功能。一種無線網關功能分析：(1)無線網絡管理由網關來啟動一個新的無線網絡，允許其他無線節(jié)點設備加入形成的網絡：進行無線網絡信息的維護，管理無線節(jié)點的網絡加入及離開；與無線節(jié)點進行數據通信。(2)協議轉換網關的功能主要體現在Zigbee無線通信協議與以太網通信協議的轉換。將無線節(jié)點的信息轉化為以太網通信數據傳送給上層服務器設備；將服務器下達給無線節(jié)點的控制

3、信息通過網關傳送給指定節(jié)點。(3)支持Web訪問網關支持在沒有上層服務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，便于實時數據分析和故障診斷。物聯網 （The Internet of things）是新一代信息技術的重要組成部分，可以看做是互聯網的升級與擴展，根據國際電信聯盟（ITU）的定義，物聯網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。通過以互聯網為基礎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。簡言之物聯網就是“物物相連的互聯網”。 物

4、聯網架構可分為三層：感知層、網絡層和應用層，其中連接感知層和網絡層的關鍵技術即物聯網網關。在物聯網時代中，物聯網網關將會是至關重要的環(huán)節(jié)。無線網格網絡工業(yè)互聯網、物聯網、傳統互聯網、移動互聯網、大數據之間的關系：TSMP時間同步網格協議物聯網網關設計物聯網網關功能：（1）廣泛的接入能力目前用于近程通信的技術標準很多，僅常見的WSN技術就包括Lonworks、ZigBee、6LowPAN、RUBEE等。各類技術主要針對某一應用展開，缺乏兼容性和體系規(guī)劃，如Lonworks主要應用于樓宇自動化，RUBEE適用于惡意環(huán)境。如何實現協議的兼容性、接口和體系規(guī)劃，目前在國內外已經有多個組織在開展物聯網網

5、關的標準化工作，如3GPP、傳感器工作組，以實現各種通信技術標準的互聯互通。（2）協議轉換能力從不同的感知網絡到接入網絡的協議轉換，將下層的標準格式的數據統一封裝，保證不同的感知網絡的協議能夠變成統一的數據和信令；將上層下發(fā)的數據包解析成感知層協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，對于任何大型網絡都是必不可少的。首先要對網關進行管理，如注冊管理、權限管理、狀態(tài)監(jiān)管等。網關實現子網內節(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。由于子網的技術標準不同，協議的復雜性不同，所以網關具有的管理能力不同。本文提出基于模塊化物聯網網關方式來

6、管理不同的感知網絡、不同的應用，保證能夠使用統一的管理接口技術對末梢網絡節(jié)點進行統一管理。層次結構：1）業(yè)務服務層業(yè)務服務層由消息接收模塊和消息發(fā)送模塊組成。消息接收模塊負責接收來自物聯網業(yè)務運營管理系統的標準消息，將消息傳遞給標準消息構成層。消息發(fā)送模塊負責向業(yè)務運營管理系統可靠地傳送感知延伸網絡所采集的數據信息。該層接收與發(fā)送的消息必須符合標準的消息格式。（2）標準消息構成層標準消息構成層由消息解析模塊和消息轉換模塊組成。消息解析模塊解析來自業(yè)務服務層的標準消息，調用消息轉換模塊將標準消息轉換為底層感知延伸設備能夠理解的依賴于具體設備通信協議的數據格式。當感知延伸層上傳數據時，該層的消息解

7、析模塊則解析依賴于具體設備通信協議的消息，調用消息轉換模塊將其轉換為業(yè)務服務層能夠接收的標準格式的消息。消息構成層是物聯網網關的核心，完成對標準消息以及依賴于特定感知延伸網絡的消息的解析，并實現兩者之間的相互轉換，達到統一控制和管理底層感知延伸網絡，向上屏蔽底層網絡通信協議異構性的目的。（3）協議適配層協議適配層保證不同的感知延伸層協議能夠通過此層變成格式統一的數據和控制信令。（4）感知延伸層此層面向底層感知延伸設備，包含消息發(fā)送與消息接收兩個子模塊。消息發(fā)送模塊負責將經過消息構成層轉換后的可被特定感知延伸設備理解的消息發(fā)送給底層設備。消息接收模塊則接收來自底層設備的消息，發(fā)送至標準消息構成層

8、進行解析。感知延伸網絡由感知設備組成，包括射RFID、GPS、視頻監(jiān)控系統、各類型傳感器等。感知延伸設備之間支持多種通信協議，可以組成Lonworks和Zigbee以及其他多種感知延伸網絡。信息交互流程（1）最終用戶產生符合標準數據格式的消息，并將其發(fā)送至網關業(yè)務服務層的消息接收模塊。（2）業(yè)務服務層消息接收模塊將標準消息發(fā)送至標準消息構成層的消息解析模塊。（3）消息解析模塊調用相應的消息轉換功能，將標準信息轉換為依賴于具體設備通信協議的消息。（4）消息解析模塊將轉換為依賴于具體設備通信協議的消息傳送至感知延伸服務層的消息發(fā)送模塊。（5）感知延伸服務層的消息發(fā)送模塊選擇合適的傳輸方式，將依賴設

9、備通信協議的特定消息發(fā)送至具體的底層設備。（6）底層設備根據特定消息執(zhí)行信息采集操作，并將結果返回給網關感知延伸服務層的消息接收模塊。（7）網關的感知延伸服務層的消息接收模塊將依賴設備通信協議的特定消息傳送至標準消息構成層的消息解析模塊。（8）消息解析模塊調用信息轉換模塊，將依賴于設備通信協議的特定消息轉換為標準消息。從圖3可以看出，物聯網網關解決了物聯網網絡內不同設備無法統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底層設備的具體通信細節(jié)，實現對不同感知延伸層設備的統一訪問。關鍵技術物聯網網關系統設計中解決了以下幾個關鍵技術。軟件交互協議的統一：物聯網網關系統的設計

10、思路是以模塊化的方式實現軟硬件的各個部分，使得模塊之間的替換非常容易，以實現不同的感知延伸網絡和接入網絡互聯，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，支持新的數據匯聚模塊和接入模塊則只需要開發(fā)相應的硬件模塊和驅動程序即可。另外，添加統一的協議適配層（如圖6所示），將應用數據統一提取出來，按照TLV（type，length，value）的方式進行組織，然后封裝數據包。使得在接入網絡中傳輸的都是標準的IP數據包，其中封裝了TLV格式的采集數據。統一地址轉換：不同的數據采集網絡使用不同的編址方式，如ZigBee中

11、有16位短地址，6LowPan中有64位地址。在應用中只需要能定位到具體的節(jié)點即可，不需要關心節(jié)點是采用IP地址還是16位短地址，也不關心節(jié)點間的組網是采用ZigBee還是6LowPan或者其他方式。將這些地址轉換為統一的表示方式，有利于應用的開發(fā)，因此在網關中實現一種地址映射機制，將IP或者16位短地址映射為統一的ID，在與應用交互過程中只需要關注這個ID即可。具體的映射方式可以采用從1累加的方式，當網關接收到第一個節(jié)點數據時，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關中。同時還采用老化機制，在一定時間內沒有收到該節(jié)點的數據時，將此條映射關系刪除。采集模塊數據接口的統一：采集模塊與網關之間定義AT指令集，節(jié)點通過ZigBee協議組網。在與網關的接口之間只關注一些對采集模塊的