CN102255908A - 一种物联网网关协议一致性的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种在物联网技术应用中，终端感知网络设备与标准网络之间通过物联网网关将不同的接入协议转换成一致性协议的方法。在物联网中，感知层的设备之间存在着异构性，即物联网网关从感知层网络接收到的数据所遵循不同的协议格式，数据格式有较明显的差异。通过本发明所描述的物联网网关***，可以实现对不同感知层网络的接入，并将存在差异的数据格式转换成统一格式的数据，屏蔽底层通信差异。在应用层，不需要在考虑数据的来源与模式，只需要将统一格式数据作为应用层的数据段封装在标准通信协议中进行传输。

Description

一种物联网网关协议一致性的方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，是一种物联网终端感知网络设备与标准网络之间通过物联网网关将不同的接入协议转换成一致性协议的方法。

技术背景

物联网是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位***、激光扫描器等信息传感设备，按预定的协议，把任何物体与互联网相连接、进行信息交换和通信，以实现对物体的只能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网的基本网络构架包括感知层、网络层、应用层。传统的网络，包括互联网、有线无线网等，终端设备局限于设备中嵌入了相应的数据收发模块，能直接的接入到网络，如PC、手机等设备，并通过ADSL、3G、GPRS等手段直接接入到网络。而物联网终端设备比这些要广泛的多；任何物体与网络相连接，这些物体都属于传感层范围，如同网络的神经末梢，延伸到网络的各个角落。问题也在于这些设备都无法直接的连接到网络，因此必须有这么一种设备，能够使这些末梢设备无缝的连接到互联网，这种设备就是物联网网关。传统网关无论是软件协议还是硬件接口方面都已经有完整的技术标准，而物联网网关随着物联网的兴起，还处于发展阶段，没有统一的协议，没有一致的接口，严重阻碍了物联网的进一步发展。

就目前对物联网的研究，无线传感网络(WSN)的使用情况基本都是对单一场景的应用。应用较广的有zigbee传感网络，RFID射频识别***等。

图1.1是zigbee传感网络及其网关协议模型。zigbee网络协议分层模型包括802.15物理层(PHY)、802.15媒体访问层(MAC)、网络层和应用层。在网关端，zigbee接收同样具有对等的协议分层。图1.2是zigbee网络体系结构。如图所示，Zigbee网络通过传感网络中各个节点将采集数据以多跳变的方式传送到zigbee汇聚节点，汇聚节点将数据发送到网关，网关进行zigbee数据包解析，从数据包中提取有效信息数据，进行协议转换和数据包重新封装成符合传输网络的数据包格式，发送到控制中心。

图2是RFID射频识别***模型。RFID射频识别***组成包括电子标签、天线、读写器。目前，还未形成完善的关于RFID的国际和国内标准，RFID的标准化涉及识别编码规范、操作协议及应用***接口规范等多个部分。当前主要的RFID相关规范有欧美的EPC规范，日本的UID(Ubiquitous ID)规范和ISO18000系列标准。由于没有统一的协议标准，对于网关接收端来讲，同一类设备协议上存在细微的差异，通常的接入方式是使用同一类型协议的设备，而不会选择同类、协议上存在差异的设备。对于不同协议的设备，需要开发相应的应用软件。当异构设备数量增加时，对网关的应用软件的开发变的越来越复杂。

本发明内容

本发明的一个目的是为了克服当前物联网网关接入能力受限的问题，提供一种物联网网关协议一致性的处理方法，优化网关对异构传感网网络的接入能力，满足物联网网关在不同场景的需求，提高应用能力和应用范围。同时，本发明还提出了一种新型的物联网网关模型，基于该模型实现上述目的。这种方法的过程是将多种异构感知层网络，通过各自的汇聚模块把感知层数据传送到网关。由于不同感知层网络彼此之间的数据组成结构存在的明显的差异，仅使用一种模式对不同的感知层网络数据进行适配有很大的难度；当添加新的异构网络时，需要将原有的模式进行修改，增添了复杂度。因此在网关的适配层，我们采用模块可加载的方法进行操作，对不同的网络数据进行独立配置，并将配置的数据转换成统一的数据格式，完成异构网络在网关的接入和协议一致性转换的过程。这种方法的核心部分在于对不同感知层数据格式中代表不同含义的数据进行提取，并对这些数据做相应的变换，可保留相同的数据格式，或者将一部分有差异数据格式统一映射成同一类型的数据格式，以实现异构网络在网关完成数据的统一适配过程。

根据上述描述，本发明是提供了一种物联网网关协议一致性转换的方法。其目的在于将来自不同异构网络的信息通过物联网网关统一处理，最终实现将异构网络数据转换成统一的数据格式信息，并进行标准方式传输。该方法是按照以下步骤实现的：本发明提出的物联网网关***包括协议适配层、统一格式信息转换层、标准信息构成层。

在协议适配层，一方面将各个异构感知网络数据汇聚上来，通过该层将数据信息进行解析，以获得有效数据；另一方面，将来自上层的数据重新组织成符合感知网络的数据格式，使得数据能在感知网络中传输。

在统一格式信息转换层，一方面将适配层的有效数据进行统一的提取和压缩并实现相关的映射处理，转换成统一格式的信息数据；另一方面将来自标准信息构成层的数据重新解封装并进行信息重组，以符合在协议适配层能正确理解数据信息格式。

最后在标准信息构成层，根据标准协议栈，一方面将来自统一格式信息转换层的信息作为数据封装在标准协议的中并通过相应的通信接口进行数据传输，另一方面将来自外部网络的标准信息进行接收处理。

本发明具有如下的技术优势和有益效果：

1.感知层网络接入采用模块化设计思路，以此大大增加了对异构网络适配的灵活度，使模块之间的替换变得容易，以实现不同的感知网络和接入网络互连，屏蔽底层通信的差异。

2.在物联网网关中将不同的传感层网络的信息，转换成统一格式的数据包，通过标准传输协议封装在数据信息中，对网络中用户终端对信息提取和处理变得更加方便。对终端设备应用层来讲，只需要考虑信息内容的区别，而不再需要考虑信息格式的差异。提高了应用层的信息处理效率。

附图说明

图1.1是zigbee传感网络及其网关协议模型；

图1.2是zigbee传感网络体系结构；

图2是RFID射频识别***模型；

图3是结合本发明所提出的一种物联网网关模型；

具体实施方式

通过参照下面对示例性的非限定性的实施例和附图的详细描述，本发明的优点和特征以及实现本发明的方法可更易于理解。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，而不应被解释为受限于在此阐释的实施例。此外，提供这些实施例从而该公开将是彻底的和完全的，并完整地将本发明的构思传达给本领域技术人员，本发明将仅由所附权利要求定义。

图3显示了物联网网关***模型结构，该模型由协议适配层、统一格式信息转换层、标准信息构成层三部分构成。

协议适配层保证在不同的感知层网络中，协议能通过该适配层解析出具体的数据信息和控制信息等。作为一个双向通道，一方面需要将来自感知层网络的数据解析后传送给上层应用；另一方面，需要将来自外界的一些控制信息解析成符合感知层网络的数据格式。由于不同的感知网络数据结构存在着显著差异，因此通过同一的模式对不同的网络进行适配有很大的难度和复杂度。因此该适配层采用模块可加载的方式进行操作，通过灵活的添加不同的硬件接入设备以及相应的硬件驱动软件，实现不同网络在该适配层进行统一配置。协议适配层对于适配层的转换功能，存在两层意义上的理解，包括语法级的转换和语义上的转换。语法级的转换：这种方法直接将一种信息模型的描述语法映射成为另一种语法，这种映射关系仅仅在语法一级完成，它不需要对信息所包含的语义进行解释和转换。语义级的转换：这种方法首先分析一种信息定义的语义，再尽可能的将它映射到另一种体系机构中去，这种方法可以实现两种体系结构最大程度上的集成，可以将目标体系结构中的通用、抽象的类作为这种方法的基础。该适配层实现语法级的转换，根据上述定义需要解决一个问题，即解决上层统一信息转换层中对适配层数据和信令中所需信息的要求。对于上层应用来讲，若数据是传送给本网关设备，应用只需要知道该数据网络号，节点号，有效数据以及数据长度，数据遵循的转换协议等。而其他一些信息等可以弱化或者缩减。若该数据还需要通过本网关转发给其他网络，因此还需要配置源地址和目的地址信息等。可以看出本适配层中，需要解析的信息包括：源地址、目的地址、网络号、节点号、数据长度、数据信息、数据协议。

统一信息转换层将协议适配层的数据组织成统一的数据格式，这对协议转换带来了很大的便利。该层也是一个双向交互的过程，上行过程包括有效信息提取、相关信息映射处理、统一格式信息转换；下行过程包括统一格式信息提取、相关信息反映射处理、有效信息恢复重组。有效信息提取完成源地址、目的地址、网络号、节点号、数据长度、数据信息、数据协议等信息的提取。相关信息映射处理完成不同感知网络编址的统一映射和不同网络号到上层应用端口的映射。统一格式信息转换完成将数据进行统一顺序组织封装，作为上层标准帧的数据段。在应用服务器中，对不同感知层网络设备的识别，是通过端口号来区分的。在信息转换过程中，建立相应的网络号与端口号映射关系，将不同感知层网络分配的网络号映射到相应分配的端口号，在应用服务器中通过区分端口号实现不同的应用数据处理。应用数据的识别包括提取节点号、数据长度、数据信息以及数据协议，这里把节点号也写入应用数据，主要是为了在应用层能过区分来自同一传感网络的不同节点的数据信息。

封装过程完全由本身网关协议栈能力完成，将上述需要表达的数据加载到相应的协议栈数据位置，封装成标准的数据格式发送的网络。通信接口实现多种接入方式，一般常用的有3G、ADSL、CDMA等，网关可以在与外界网络通信中加入相应的硬件来实现数据发送功能。

Claims (4)

1.一种物联网网关协议一致性的方法，其特征在于，将多种异构感知层网络，通过各自的汇聚模块把感知层数据传送到网关，由于不同感知层网络彼此之间的数据组成结构存在的明显的差异，仅使用一种模式对不同的感知层网络数据进行适配有很大的难度；当添加新的异构网络时，需要将原有的模式进行修改，增添了复杂度。因此在网关的适配层，我们采用模块可加载的方法进行操作，对不同的网络数据进行独立配置，并将配置的数据转换成统一的数据格式，完成异构网络在网关的接入和协议一致性转换的过程。这种方法的核心部分在于对不同感知层数据格式中代表不同含义的数据进行提取，并对这些数据做相应的变换，可保留相同的数据格式，或者将一部分有差异数据格式统一映射成同一类型的数据格式，以实现异构网络在网关完成数据的统一适配过程。

2.根据权利要求1所述的一种物联网网关协议一致性的方法，其特征在于，将物联网网关分成协议适配层、统一格式信息转换层、标准信息构成层三个部分。各个异构感知网络数据汇聚上来，通过协议解析层，将数据信息进行解析。在统一格式信息转换层，将解析层的数据进行统一的提取和压缩并实现相关的映射处理，转换成统一格式的信息，或者将来自外部网络的数据重新映射并进行信息重组，以符合下层感知层能识别的信息。最后在标准信息构成层，根据标准协议栈，将统一格式信息作为数据封装在标准协议中。通过相应的通信接口进行数据传输。

3.根据权利要求2所述的一种物联网网关协议一致性的方法，其特征在于，适配层采用模块可加载的方式进行操作，通过灵活的添加不同的硬件接入设备以及相应的硬件驱动软件，实现不同网络在该适配层进行统一配置。即实现对不同网络进行统一的信息提取，具体信息包括源地址、目的地址、网络号、节点号、数据长度、数据信息、数据协议。统一信息转换层将协议适配层的数据组织成统一的数据格式该层是一个双向交互的过程，上行过程包括有效信息提取、相关信息映射处理、统一格式信息转换；下行过程包括统一格式信息提取、相关信息反映射处理、有效信息恢复重组。有效信息提取完成源地址、目的地址、网络号、节点号、数据长度、数据信息、数据协议等信息的提取。相关信息映射处理完成不同感知网络编址的统一映射和不同网络号到上层应用端口的映射。统一格式信息转换完成将数据进行统一顺序组织封装，作为上层标准帧的数据段。

4.根据权利要求3所述的一种物联网网关协议一致性的方法，其特征在于，应用服务器中，对不同感知层网络设备的识别，是通过端口号来区分的。在信息转换过程中，建立相应的网络号与端口号映射关系，将不同感知层网络分配的网络号映射到相应分配的端口号，在应用服务器中通过区分端口号实现不同的应用数据处理。应用数据的识别包括提取节点号、数据长度、数据信息以及数据协议，这里把节点号也写入应用数据，主要是为了在应用层能过区分来自同一传感网络的不同节点的数据信息。

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