一種基于云計(jì)算的zigbee網(wǎng)關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于云計(jì)算的zigbee網(wǎng)關(guān)，包括硬件層、軟件支持層和應(yīng)用層；所述的硬件層包括供電模塊、主控模塊、存儲(chǔ)模塊、輸入與顯示模塊、GPRS模塊和Zigbee模塊；所述的軟件支持層包括Zigbee協(xié)議棧與Tcp/ip協(xié)議棧；所述的應(yīng)用層包括應(yīng)用地址適配層和應(yīng)用協(xié)議層。本發(fā)明可享有云計(jì)算與云存儲(chǔ)所帶來(lái)的安全可靠、虛擬化，便捷性、按需服務(wù)、低成本等優(yōu)點(diǎn)，有利于更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與智能決策；能夠應(yīng)用于基于無(wú)線傳感網(wǎng)的圖書(shū)館消防系統(tǒng)中，也可應(yīng)用于基于無(wú)線傳感網(wǎng)的其它類型防災(zāi)、預(yù)警系統(tǒng)中。
【專利說(shuō)明】—種基于云計(jì)算的zigbee網(wǎng)關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線傳感網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是一種基于云計(jì)算的zigbee網(wǎng)關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指由大量成本相對(duì)低廉的，具有感知能力、計(jì)算能力、實(shí)時(shí)通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的嵌入式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。建立在IEEE 802.15.4上的Zigbee協(xié)議是應(yīng)用于無(wú)線監(jiān)測(cè)與控制的全球性無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的首選技術(shù)之一。
[0003]網(wǎng)關(guān)是建立在傳輸層以上的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，通常它連接兩個(gè)或多個(gè)相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，每接收一種協(xié)議的數(shù)據(jù)包后，在轉(zhuǎn)發(fā)之前將它轉(zhuǎn)換為另一種協(xié)議的格式。網(wǎng)關(guān)在整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中具有唯一性，所有Zigbee節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)均發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，并由其進(jìn)行地址、協(xié)議轉(zhuǎn)換，提取出有效信息數(shù)據(jù)重新封裝成TCP/IP數(shù)據(jù)包后發(fā)送給服務(wù)器；反之，服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)也需由網(wǎng)關(guān)進(jìn)行地址、協(xié)議轉(zhuǎn)換后，才發(fā)送給Zigbee網(wǎng)絡(luò)?？傊琙igbee網(wǎng)關(guān)是Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的中轉(zhuǎn)站。
[0004]云計(jì)算是一種基于網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)計(jì)算模式，其基本原理就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無(wú)數(shù)個(gè)較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)進(jìn)行搜尋、計(jì)算分析并將處理結(jié)果回傳給用戶。數(shù)據(jù)計(jì)算分布在許多分布式計(jì)算機(jī)上，而不是放在本地計(jì)算機(jī)或放在遠(yuǎn)程服務(wù)器上，這樣用戶可以根據(jù)要求訪問(wèn)計(jì)算機(jī)及存儲(chǔ)系統(tǒng)，且將資源轉(zhuǎn)換到需要的應(yīng)用上。在基于無(wú)線傳感網(wǎng)的圖書(shū)館消防系統(tǒng)中以及其它基于無(wú)線傳感網(wǎng)的防災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中使用云計(jì)算與云存儲(chǔ)技術(shù)，有利于更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)的協(xié)作和共享?？梢詫⒈居脩舻臄?shù)據(jù)共享給政府部門(mén)與其他用戶，也可以分享使用政府部門(mén)與其他用戶的數(shù)據(jù)系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)等，有利于更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與智能決策。
[0005]傳統(tǒng)zigbee網(wǎng)關(guān)是將數(shù)據(jù)發(fā)送給本地服務(wù)器或接收本地服務(wù)器的指令，不能使用云計(jì)算與云存儲(chǔ)技術(shù)，無(wú)法享有云計(jì)算與云存儲(chǔ)所帶來(lái)的安全可靠、虛擬化，便捷性、按需服務(wù)、低成本等優(yōu)點(diǎn)，也無(wú)法分享使用政府部門(mén)與其他用戶的數(shù)據(jù)系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)等，不利于較好地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與智能決策。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提出一種基于云計(jì)算的zigbee網(wǎng)關(guān)，可享有云計(jì)算與云存儲(chǔ)所帶來(lái)的安全可靠、虛擬化，便捷性、按需服務(wù)、低成本等優(yōu)點(diǎn)，有利于更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與智能決策。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種基于云計(jì)算的zigbee網(wǎng)關(guān)，包括硬件層、軟件支持層和應(yīng)用層；所述的硬件層包括供電模塊、主控模塊、存儲(chǔ)模塊、輸入與顯示模塊、GPRS模塊和Zigbee模塊；所述的供電模塊提供5V的輸入電壓；并通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生3.3V以及1.8V的工作電壓；所述的主控模塊對(duì)zigbee網(wǎng)絡(luò)及TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)、網(wǎng)間協(xié)議轉(zhuǎn)換以及網(wǎng)間地址解析；所述的主控模塊分別連接供電模塊、存儲(chǔ)模塊、輸入與顯示模塊、GPRS模塊和Zigbee模塊；所述的軟件支持層包括Zigbee協(xié)議棧與Tcp/ip協(xié)議棧；所述的應(yīng)用層包括應(yīng)用地址適配層和應(yīng)用協(xié)議層；所述的應(yīng)用地址適配層將Zigbee地址、IP地址與應(yīng)用層地址形成映射關(guān)系，將不同類型的網(wǎng)絡(luò)地址適配到應(yīng)用地址上，使得節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用層同屬于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)；所述的應(yīng)用協(xié)議層在應(yīng)用地址適配層的基礎(chǔ)上通過(guò)制定統(tǒng)一的應(yīng)用協(xié)議，規(guī)范化節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)交換的格式。
[0008]本發(fā)明所述的zigbee網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、封裝與收發(fā)、并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)和接收云計(jì)算平臺(tái)的指令；云計(jì)算與云存儲(chǔ)平臺(tái)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和計(jì)算。
[0009]進(jìn)一步的說(shuō)，本發(fā)明所述的應(yīng)用協(xié)議層是運(yùn)行在Zigbee與Tcp/ip之上，用于規(guī)范應(yīng)用層的數(shù)據(jù)交換而制定的協(xié)議層，協(xié)議基本格式包括幀類型、幀長(zhǎng)、序列號(hào)、目的地址、發(fā)送地址、數(shù)據(jù)包以及校驗(yàn)；其中目的地址與發(fā)送地址指的是應(yīng)用層地址；數(shù)據(jù)包是本幀所要發(fā)送的內(nèi)容，數(shù)據(jù)包的大小、格式與幀類型相關(guān)，但不大于上限長(zhǎng)度；序列號(hào)為協(xié)議數(shù)據(jù)包的流水號(hào)，是由請(qǐng)求端產(chǎn)生由應(yīng)答端帶回，以確定消息是否己正常接收和處理，如果沒(méi)有則需要重發(fā)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:可享有云計(jì)算與云存儲(chǔ)所帶來(lái)的安全可靠、虛擬化，便捷性、按需服務(wù)、低成本等優(yōu)點(diǎn)，有利于更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與智能決策；能夠應(yīng)用于基于無(wú)線傳感網(wǎng)的圖書(shū)館消防系統(tǒng)中，也可應(yīng)用于基于無(wú)線傳感網(wǎng)的其它類型防災(zāi)、預(yù)警系統(tǒng)中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]圖1是本發(fā)明Zigbee網(wǎng)關(guān)與云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2是本發(fā)明Zigbee網(wǎng)關(guān)總體結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖3是本發(fā)明Zigbee網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖4是本發(fā)明應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0017]圖1為Zigbee網(wǎng)關(guān)與云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖?？傮w結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
[0018]如圖1所示，zigbee網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)消防系統(tǒng)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)封裝與收發(fā)、通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)和接收云計(jì)算平臺(tái)的指令等。云計(jì)算與云存儲(chǔ)平臺(tái)主要負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析和計(jì)算。用戶可通過(guò)廣域網(wǎng)訪問(wèn)云服務(wù)。瀏覽系統(tǒng)數(shù)據(jù)與發(fā)布命令。也可通過(guò)人機(jī)接口對(duì)Zigbee網(wǎng)關(guān)進(jìn)行基本設(shè)置與查詢。
[0019]基于云計(jì)算的Zigbee網(wǎng)關(guān)采用模塊化分層設(shè)計(jì)方案，由硬件層、軟件支持層和應(yīng)用層構(gòu)成，參見(jiàn)圖2。
[0020]按硬件模塊劃分網(wǎng)關(guān)主要由供電模塊、主控模塊、存儲(chǔ)模塊、輸入與顯示模塊、GPRS模塊和Zigbee模塊等組成，如圖2所示。供電模塊5V DC輸入，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片為系統(tǒng)提供3.3V，1.8V兩種電壓；主控模塊為整個(gè)網(wǎng)關(guān)的核心模塊，負(fù)責(zé)Zigbee網(wǎng)絡(luò)及TCP/IP數(shù)據(jù)的收發(fā)、網(wǎng)間協(xié)議轉(zhuǎn)換、網(wǎng)間地址解析等。選取基于ARM920T內(nèi)核的S3C2410芯片，配置64M字節(jié)SDRAM和256M字節(jié)NAND Flash,顯示部分采用的是SHARP公司的LQ084V1DG21，是帶觸摸屏8.4英寸TFT數(shù)字液晶顯示屏，分辨率為640 X 480 ；GPRS模塊選取西門(mén)子公司提供的MC52i GPRS模塊，Zigbee模塊的射頻收發(fā)芯片選用CC2530。
[0021]Zigbee網(wǎng)關(guān)軟件主要由硬件設(shè)備底層驅(qū)動(dòng)、操作系統(tǒng)與協(xié)議棧和網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序構(gòu)成。
[0022]網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序按運(yùn)行平臺(tái)分為兩部分:運(yùn)行在CC2530芯片上的Zigbee應(yīng)用程序與運(yùn)行在S3c2410芯片上的網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)邏輯程序，涉及兩類協(xié)議=Zigbee協(xié)議與Tcp/ip協(xié)議。為了使節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)交換透明化，在網(wǎng)關(guān)軟件支持層的Zigbee協(xié)議與Tcp/ip協(xié)議之上添加了應(yīng)用地址適配層和應(yīng)用協(xié)議層兩個(gè)應(yīng)用子層。應(yīng)用地址適配層的作用在于將Zigbee地址、IP地址與應(yīng)用層地址形成映射關(guān)系，將不同類型的網(wǎng)絡(luò)地址適配到應(yīng)用地址上來(lái)，使得節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用層同屬于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，為節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的透明交換提供了基礎(chǔ)。應(yīng)用協(xié)議層是在應(yīng)用地址適配層的基礎(chǔ)上通過(guò)制定統(tǒng)一的應(yīng)用協(xié)議，規(guī)范化了節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)交換的格式，從而解決了節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)透明交換的問(wèn)題。應(yīng)用協(xié)議層是運(yùn)行在Zigbee與Tcp/ip之上，用于規(guī)范應(yīng)用層的數(shù)據(jù)交換而制定的協(xié)議層，協(xié)議基本格式為:幀類型+幀長(zhǎng)+序列號(hào)+目的地址+發(fā)送地址+數(shù)據(jù)包+校驗(yàn)。其中目的地址與發(fā)送地址指的是應(yīng)用層地址；數(shù)據(jù)包是本幀所要發(fā)送的內(nèi)容，數(shù)據(jù)包的大小、格式等與幀類型相關(guān)，但不能大于上限長(zhǎng)度。序列號(hào)為協(xié)議數(shù)據(jù)包的流水號(hào)，它是由請(qǐng)求端產(chǎn)生由應(yīng)答端帶回，這樣可以確定消息是否己正常接收和處理，如果沒(méi)有則需要重發(fā)。
[0023]當(dāng)網(wǎng)關(guān)向云端發(fā)送數(shù)據(jù)前，需要先通過(guò)GPRS模塊與云端建立TCP/IP連接，并登錄云端服務(wù)器驗(yàn)證用戶名與密碼。用戶按照應(yīng)用協(xié)議層所規(guī)定的協(xié)議格式向云端上報(bào)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，數(shù)據(jù)包的內(nèi)容包括，節(jié)點(diǎn)環(huán)境溫度值、環(huán)境濕度值、煙感傳感器狀態(tài)、記錄時(shí)刻、節(jié)點(diǎn)位置等，其中幀類型為狀態(tài)上報(bào)。當(dāng)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)測(cè)量值超過(guò)閾值需要報(bào)警時(shí)，上報(bào)幀類型為報(bào)警，網(wǎng)關(guān)根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議格式將節(jié)點(diǎn)環(huán)境溫度值、環(huán)境濕度值、煙感傳感器狀態(tài)、記錄時(shí)亥|J、節(jié)點(diǎn)位置等上報(bào)給云端。云端接收到Zigbee網(wǎng)關(guān)發(fā)送的信息后，發(fā)送應(yīng)答幀表明云端已經(jīng)收到信息。Zigbee網(wǎng)關(guān)在向云端發(fā)送數(shù)據(jù)后，等待一段設(shè)定的時(shí)間，如果沒(méi)有收到云端的應(yīng)答幀確認(rèn)，就重新發(fā)送上報(bào)信息或報(bào)警信息。
[0024]當(dāng)云端向網(wǎng)關(guān)發(fā)送命令時(shí)，云端按應(yīng)用協(xié)議層所規(guī)定的協(xié)議格式向網(wǎng)關(guān)發(fā)送命令信息，數(shù)據(jù)包的內(nèi)容包括，查詢指定節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)、設(shè)置參數(shù)命令等。Zigbee網(wǎng)關(guān)接收到云端發(fā)送的命令后，將應(yīng)用層地址解析為Zigbee地址，主控器將命令發(fā)送給zigbee模塊。網(wǎng)關(guān)Zigbee模塊在Zigbee網(wǎng)絡(luò)中做為協(xié)調(diào)器，向相應(yīng)的Zigbee節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令。查詢節(jié)點(diǎn)狀態(tài)命令要求相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)將當(dāng)前的環(huán)境溫度值、環(huán)境濕度值、煙感傳感器狀態(tài)上報(bào)；設(shè)置命令設(shè)置相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，如:設(shè)置語(yǔ)音播放節(jié)點(diǎn)需播放的語(yǔ)音提示信息所對(duì)應(yīng)的編號(hào)、圖文播放節(jié)點(diǎn)顯示的圖文信息所對(duì)應(yīng)的編號(hào)。以上命令要求相應(yīng)的具有語(yǔ)音播放裝置和圖文指示裝置的節(jié)點(diǎn)，播放相應(yīng)的語(yǔ)音信息和顯示相應(yīng)的圖文信息，引導(dǎo)與提示人員反應(yīng)和輔助人員撤離。Zigbee網(wǎng)關(guān)接收到云端發(fā)送的命令后，發(fā)送應(yīng)答幀表明Zigbee網(wǎng)關(guān)已經(jīng)收到信息。云端在向Zigbee網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)后，等待一段設(shè)定的時(shí)間，如果沒(méi)有收到Zigbee網(wǎng)關(guān)的應(yīng)答幀確認(rèn)，就重新發(fā)送命令。
[0025]以上說(shuō)明書(shū)中描述的只是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，各種舉例說(shuō)明不對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了說(shuō)明書(shū)后可以對(duì)以前所述的【具體實(shí)施方式】做修改或變形，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于云計(jì)算的Zigbee網(wǎng)關(guān)，其特征在于:包括硬件層、軟件支持層和應(yīng)用層；所述的硬件層包括供電模塊、主控模塊、存儲(chǔ)模塊、輸入與顯示模塊、GPRS模塊和Zigbee模塊；所述的供電模塊提供5V的輸入電壓；并通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生3.3V以及1.8V的工作電壓；所述的主控模塊對(duì)zigbee網(wǎng)絡(luò)及TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)、網(wǎng)間協(xié)議轉(zhuǎn)換以及網(wǎng)間地址解析；所述的主控模塊分別連接供電模塊、存儲(chǔ)模塊、輸入與顯示模塊、GPRS模塊和Zigbee模塊；所述的軟件支持層包括Zigbee協(xié)議棧與Tcp/ip協(xié)議棧；所述的應(yīng)用層包括應(yīng)用地址適配層和應(yīng)用協(xié)議層；所述的應(yīng)用地址適配層將Zigbee地址、IP地址與應(yīng)用層地址形成映射關(guān)系，將不同類型的網(wǎng)絡(luò)地址適配到應(yīng)用地址上，使得節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用層同屬于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)；所述的應(yīng)用協(xié)議層在應(yīng)用地址適配層的基礎(chǔ)上通過(guò)制定統(tǒng)一的應(yīng)用協(xié)議，規(guī)范化節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)交換的格式。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于云計(jì)算的zigbee網(wǎng)關(guān),其特征在于:所述的zigbee網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、封裝與收發(fā)、并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)和接收云計(jì)算平臺(tái)的指令；云計(jì)算與云存儲(chǔ)平臺(tái)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和計(jì)算。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于云計(jì)算的zigbee網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述的應(yīng)用協(xié)議層是運(yùn)行在Zigbee與Tcp/ip之上，用于規(guī)范應(yīng)用層的數(shù)據(jù)交換而制定的協(xié)議層，協(xié)議基本格式包括幀類型、幀長(zhǎng)、序列號(hào)、目的地址、發(fā)送地址、數(shù)據(jù)包以及校驗(yàn)；其中目的地址與發(fā)送地址指的是應(yīng)用層地址；數(shù)據(jù)包是本幀所要發(fā)送的內(nèi)容，數(shù)據(jù)包的大小、格式與幀類型相關(guān)，但不大于上限長(zhǎng)度；序列號(hào)為協(xié)議數(shù)據(jù)包的流水號(hào)，是由請(qǐng)求端產(chǎn)生由應(yīng)答端帶回，以確定消息是否己正常接收和處理，如果沒(méi)有則需要重發(fā)。
【文檔編號(hào)】H04L12/66GK104333508SQ201410606112
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】喬宏哲, 陶國(guó)正, 虞文武, 劉翠梅 申請(qǐng)人:常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院