物联网网关系统设计

。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如图4所示。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，如图5（a）所示。

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，如图5（b）所示。

3.4 关键技术

物联网网关