物聯網網關的設計與研究

　　2.3 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。

　　2.4感知延伸層

　　此層面向底層感知延伸設備，包含消息發送與消息接收兩個子模塊。消息發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，發送至標準消息構成層進行解析。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。

　　圖3展示了物聯網中信息交互流程，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，實現對不同感知延伸層設備的統一訪問。

　　3 物聯網網關設計

　　3.1 硬件結構

　　網關的總體結構如圖4 圖所示，數據采集模塊實現物理世界數據的采集或者匯聚，它可以是傳感器網絡的匯聚節點、RFID網絡的閱讀器、視頻采集設備、GPS等。處理/存儲模塊是網關的核心模塊，它實現協議轉換、管理、安全等各個方面的數據處理及存儲。接入模塊將網關接入廣域網，可能采用的方式包括有線（以太、ADSL、FTT等）、無線（WLAN、GPRS、3G、衛星等）。供電模塊負責為網關供電，可能的供電方式包括市電、太陽能、蓄電池等。

　　在此，將數據采集模塊和處理/存儲模塊之間的接口稱為A接口，將接入模塊和處理/存儲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模塊進行操作時用）、USB（視頻頭）、Ethernet、AD總線等；B接口的類型可能有UART、USB、AD總線等。需要在開發過程中逐漸定義出A接口和B接口的規范及標準。

　　3.2 軟件結構

　　網關的設計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。其中硬件模塊采用總線形式（如UART、USB、PCI、本地總線等）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，如圖5所示。因此，支持新的數據匯聚模塊和接入模塊則只需要開發相應的硬件模塊和驅動程序即可。另外，將處理過程中的數據進行統一，負載部分采用TLV（Type、Length、Value）的方式進行組織，如圖6所示。

　　4 物聯網網關DEMO版

　　目前需要開發的DEMO系統整體結構如圖7所示，無線傳感器節點采集環境中的溫度等信息，通過無線多跳自組織方式將數據發送到網關，固定式閱讀器讀取RFID標簽內容發送到網關；網關將這些數據通過WCDMA網絡發送到服務器；服務器對這些數據進行處理、存儲，并提供一個信息平臺，供用戶（包括PC用戶和手機用戶）使用。通過實現這個DEMO系統，可以對物聯網相關的關鍵技術進行研究。