CN111065082B - 一种无线网关的通信控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线网关的通信控制方法及***，***包括数据源、无线网关和无线终端；所述无线网关包括直接存储器访问控制器、总线***、通用异步收发器、第一缓冲存储、第二缓冲存储以及主控单元；所述无线终端包括无线终端主控模块和无线终端从机。方法包括：建立无线网关与数据源之间的通信连接；由无线网关接收数据源发送的通信数据；将接收的通信数据存入第一级缓冲存储，并确定所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；将所述通信数据从第一级缓冲存储转移至第二级缓冲存储，更新所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；将所述通信数据从第二级缓冲存储发送至无线终端。本发明提高了无线网关的数据通信速度，还提高了无线网关的吞吐量，可广泛应用于通信技术领域。

Description

一种无线网关的通信控制方法及***

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是一种无线网关的通信控制方法及***。

背景技术

目前市场上流行的无线物联网网关通常仅提供一至两种网络的通信功能，如基于TCP/IP网络层协议的Wi-Fi或以太网络，不能同时支持BLE、ZigBee等无线网络。若在手机、电脑或路由器的基础上增加硬件设备则可解决通用性问题，但硬件成本过高，通信效率亦较低，缺乏便携性、易安装性和模块化设计。通常这些支持BLE、ZigBee的物联网网关设备只具备单路的通信功能，同时只能与一台BLE或ZigBee等无线设备进行数据通信，受到通信通道数目的限制，都不能够并行完成多个无线设备的数据通信，极大地限制了通信和控制效率，成为物联网应用中的瓶颈。

上述现有技术中，物联网网关功能单一、吞吐量低，网关功耗大。一般采用的低功耗策略仅是简单利用主控单元在工作状态及睡眠状态之间切换而牺牲性能来实现的。

所有现有技术均未提及如何在保证高吞吐量的前提下以更低的功耗实现物联网网关的通信。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种高吞吐量且低功耗的，无线网关的通信控制方法及***。

本发明的第一方面提供了一种无线网关的通信控制方法，包括：

建立无线网关与数据源之间的通信连接；

由无线网关接收数据源发送的通信数据；

将接收的通信数据存入第一级缓冲存储，并确定所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；

将所述通信数据从第一级缓冲存储转移至第二级缓冲存储，更新所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；

将所述通信数据从第二级缓冲存储发送至无线终端。

进一步，所述将所述通信数据从第二级缓冲存储发送至无线终端，包括以下步骤：

基于预设的时钟周期，控制无线网关的主控单元进入中断调度服务；

通过无线网关的直接存储器访问控制器从所述第二级缓冲存储中读取通信数据；

通过无线网关的总线***和通用异步收发器，将所述通信数据传输至无线终端主控模块；

通过所述无线终端主控模块将所述通信数据传输至无线终端从机。

进一步，所述通过所述无线终端主控模块将所述通信数据传输至无线终端从机，包括：

建立所述无线终端主控模块与无线终端从机之间的通信连接；

由无线终端主控模块获取服务号；

根据所述服务号确定通信指令；

根据通信指令将所述通信数据传输至无线终端从机。

进一步，所述通过无线网关的总线***和通用异步收发器，将所述通信数据传输至无线终端主控模块，包括：

由无线终端主控模块判断无线终端数据发送完成标志是否有效：

若所述无线终端数据发送完成标志无效，则：

根据通用异步收发器忙标志，启动直接存储器访问控制器，控制无线网关的主控单元以第一低功耗模式运行；所述直接存储器访问控制器从第二缓冲存储中分批读取数据，并由总线***和通用异步收发器，将所述通信数据传输至无线终端主控模块；最后确定无线终端数据发送完成标志；

若所述无线终端数据发送完成标志有效，则：

根据通用异步收发器忙标志，控制无线网关的主控单元以第一低功耗模式运行；或者，根据通用异步收发器忙标志，控制无线网关的主控单元以第二低功耗模式运行。

进一步，所述由无线网关接收数据源发送的通信数据，包括：

所述数据源接收数据推送的操作指令；

所述数据源根据所述操作指令，通过无线网关的通用异步收发器将通信数据发送至无线网关的WiFi设备；

所述WiFi设备通过无线网关的总线***将所述通信数据发送至所述第一级缓冲存储。

进一步，所述将接收的通信数据存入第一级缓冲存储，并确定所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志，包括：

通过所述第一级缓冲存储接收所述通信数据中的数据帧；

当所述第一级缓冲存储的存储空间满后，确定所述接收缓存满标志。

进一步，所述将所述通信数据从第一级缓冲存储转移至第二级缓冲存储，更新所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志，包括：

将所述第一级缓冲存储中的数据帧拷贝到第二级缓冲存储中；

当所述第二级缓冲存储的存储空间满后，确定所述发送缓存满标志，以及确定无线终点数据发送标志；

每次将第一级缓冲存储中的数据帧拷贝到第二级缓冲存储中时，就修改所述接收缓存满标志，以使所述第一级缓冲存储继续接收来自数据源的通信数据。

进一步，还包括：

无线终端从机采用广播或者通信服务的方式与无线网关进行数据通信；

其中，所述无线终端从机采用广播的方式与无线网关进行数据通信的步骤中，广播的数据帧包括无线终端地址、固件版本信息、无线终端从机电量及保留信息；所述广播的时间间隔动态可调；

所述通信服务包括读服务和写服务，所述读服务用于像无线网关发送数据；所述写服务用于接收无线网关发送的数据。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无线网关的通信控制***，包括数据源、无线网关和无线终端；

所述无线网关包括直接存储器访问控制器、总线***、通用异步收发器、第一缓冲存储、第二缓冲存储以及主控单元；

所述无线终端包括无线终端主控模块和无线终端从机。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无线网关的通信控制***，包括：

通信建立模块，用于建立无线网关与数据源之间的通信连接；

第一数据发送模块，用于由无线网关接收数据源发送的通信数据；

第一缓冲模块，用于将接收的通信数据存入第一级缓冲存储，并确定所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；

第二缓冲模块，用于将所述通信数据从第一级缓冲存储转移至第二级缓冲存储，更新所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；

第二数据发送模块，用于将所述通信数据从第二级缓冲存储发送至无线终端。

上述本发明实施例中的一个或多个技术方案具有如下优点：本发明的实施例在接收到数据源发送的通信数据后，首先将接收的通信数据存入第一级缓冲存储，然后将所述通信数据从第一级缓冲存储转移至第二级缓冲存储，建立了两级数据队列来进行数据通讯，提高了无线网关的数据通信速度，还提高了无线网关的吞吐量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的无线网关结构示意图；

图2为本发明实施例的无线网关数据流图；

图3为本发明实施例的无线终端主控模块与无线终端从机之间的通信流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。对于本发明实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

针对现有技术的物联网网关功能单一、吞吐量低以及网关功耗大的问题，本申请实施例提供了一种无线网关的通信控制方法及***，本发明的目的是实现跨越若干异质网络的链路层或传输层之间的可靠通信，提供相邻的两种或若干种异质网络的网关功能，可以使用ZigBee、BLE或Wi-Fi等一种或多种无线网络技术与覆盖范围内的众多无线设备交换数据，并在保证高吞吐量的前提实现可靠、稳定并节能的通信。

特别的，通过建立两级“乒乓”缓冲数据队列提高无线物联网网关的数据通信速度。

通过直接存储器访问控制器(DMAC)与主控单元(MCU)协同工作的方式实现多路无线终端设备并行通信提高无线物联网网关的吞吐量，并同时降低无线物联网网关功耗。

通过基于时间触发的协同式调度器实现稳定、可靠的通信，并通过状态判断进入不同的低功耗模式保证在高吞吐量前提下的无线物联网网关以更低的功耗进行通信。

首先，如图1所示，本申请实施例的无线物联网网关结构包括主控单元(MCU)，直接存储器访问控制器(DMAC)，总线***，SDRAM(即本申请实施例的第一缓冲存储)，SRAM(即本申请实施例的第二缓冲存储)，UART设备1，UART设备2，UART设备3。其中，UART设备1连接Wi-Fi模块实现基于互联网的数据源推送通信，UART设备2和UART设备3可以连接ZigBee、BLE等一种或多种无线设备模块实现基于特定协议的数据源推送通信。

参照图2，本申请实施例的无线物联网网关中各部分的数据流包括以下步骤：

1、无线物联网网关发起与数据源建立连接的请求；

2、数据源响应请求、建立连接并维持连接；

3、无线物联网网关定时向数据源发出“心跳”信息以验证连接存在；

4、数据源响应“心跳”；

5、完成无线物联网网关与数据源的通信；

6、完成无线物联网网关与无线终端从机的通信；

7、完成无线物联网网关对无线终端从机数据推送的响应。

8、完成数据源与无线物联网网关数据推送的响应。

无线物联网网关与数据源的通信是基于客户端/服务端模式的，其中无线物联网网关为客户端，数据源为服务端。

数据源实时判断是否接收到数据推送的操作指令，若是，则执行相应的操作指令后，完成数据源与无线物联网网关之间的通信，并由无线物联网网关反馈通信的结果。

无线物联网网关与无线终端从机的通信是基于客户端/服务端模式的，其中无线物联网网关为客户端，无线终端从机为服务端。

无线物联网网关实时判断是否接收到数据源的操作指令，若是，则根据无线终端从机地址进行扫描，扫描发现相应无线终端从机后发出服务申请请求，在完成无线物联网网关与无线终端从机之间的通信后反馈通信的结果，并把无线物联网网关与无线终端从机之间的通信连接断开，至此完成一次完整的数据源与无线终端之间的数据通信过程。

也就是说，本申请实施例利用软硬件协同实现两级“乒乓缓存”及多路无线终端设备的并行通信以提高无线物联网网关的吞吐量。还设计了两种不同的低功耗模式，通过直接存储器访问控制器(DMAC)与主控单元(MCU)协同工作的方式在保证高吞吐量前提下降低无线物联网网关功耗。

在一些实施例中：通过UART设备1连接Wi-Fi模块实现基于互联网的数据源推送通信，通过UART设备2、和UART设备3连接BLE无线终端主控模块。

下面描述本申请的数据源与无线物联网网关之间的通信过程：

无线物联网网关与数据源的通信是基于客户端/服务端模式的，其中无线物联网网关为客户端，数据源为服务端。

数据源实时判断是否接收到数据推送的操作指令，若是，则执行相应的操作指令后，将数据发送到连接至UART设备1的Wi-Fi设备，无线物联网网关通过Wi-Fi设备将接收的数据通过总线***存储至SDRAM的两级“乒乓”缓冲存储中：第一级缓冲存储是“接收缓存”，用于接收数据源推送的的数据帧，并在“接收缓存”满后给出对应“接收缓存满标志”；第二级缓冲存储是“发送缓存”，即将“接收缓存”的数据帧拷贝至其中，并在“发送缓存”满后给出对应“发送缓存满标志”，同时设置“无线终端数据发送标志”为有效；每释放一个接收缓存区则修改其“接收缓存满标志”以保证“接收缓存”可以继续接收来自数据源的推送数据，至此完成数据源与无线物联网网关之间的推送，然后反馈通信结果。

需要说明的是，本申请实施例的BLE无线终端包括BLE无线终端主控模块及BLE无线终端从机，BLE无线终端从机有两种服务工作状态：广播与通信服务，其中通信服务包括读取/发送数据。

广播的数据帧带有无线终端地址、固件版本、无线终端从机电量及保留信息等数据，广播的间隔可动态调整，越长的间隔意味着更省电的工作方式。

BLE无线终端从机提供两个基本服务，分别为读特性及写特性，前者用于向无线物联网网关发送数据，后者用于接收无线物联网网关的数据。

参照图3，下面详细说明无线物联网网关与无线终端从机之间的通信过程，主要包括两个部分P1和P2。

第一部分P1是主控单元(MCU)按照设定的“时钟周期”进入中断调度服务，利用直接存储器访问控制器(DMAC)实现从SDRAM的“发送缓存”中读取设定数量的数据通过总线***到UART设备2或UART设备3连接的BLE无线终端主控模块的通信。主控单元(MCU)首先判断“无线终端数据发送完成标志”是否有效：

-1：若无效，则判断“UART设备忙标志”状态，若不忙，则启动直接存储器访问控制器(DMAC)，同时使主控单元(MCU)进入“Low Power Mode 1”以实现低功耗运行，直到下一个“时钟周期”中断再次进入正常工作。直接存储器访问控制器(DMAC)按照设置的数据量从SDRAM的“发送缓存”中分批读取数据通过总线***发送至UART设备2或UART设备3连接的BLE无线终端主控模块，并设置“UART设备2”或“UART设备3”“UART设备忙标志”，直至“发送缓存”中的数据发送完毕为止，同时设置“无线终端数据发送完成标志”。

-2：若有效，则判断“UART设备忙标志”状态，若忙则使主控单元(MCU)进入“LowPower Mode 1”(即第一低功耗模式)以实现低功耗运行，直到下一个“时钟周期”中断再次进入正常工作；若不忙，则将主控单元(MCU)设置为“Low Power Mode 2”(即第二低功耗模式)进入极低功耗工作状态，直到下一个“时钟周期”中断再次进入正常工作。

第二部分P2是BLE无线终端主控模块到BLE无线终端从机的通信如图3所示，BLE无线终端主控模块与BLE无线终端从机通信的前提是已经建立了通信连接且已接收到在直接存储器访问控制器(DMAC)控制下由SDRAM的“发送缓存”中读取的设定数量的数据并通过总线***发送到UART设备2或UART设备3连接的BLE无线终端主控模块中。BLE无线终端从机的每个服务都有唯一的UUID号，不同的UUID代表不同的服务。BLE无线终端主控模块通过服务的UUID可以找到服务里面由哪些特性组成，每一个特性也有其唯一的UUID号，BLE无线终端主控模块得到特性的UUID后，即可以通过该特性的UUID获取特性的句柄，得到了特性的句柄(handler)后，即可以向特性值写数据，以实现从BLE无线终端主控模块到BLE无线终端从机的数据通信，并获取通信成功与否的状态。

本发明实施例还提供了一种无线网关的通信控制***，包括数据源、无线网关和无线终端；

所述无线网关包括直接存储器访问控制器、总线***、通用异步收发器、第一缓冲存储、第二缓冲存储以及主控单元；

所述无线终端包括无线终端主控模块和无线终端从机。

本发明实施例还提供了一种无线网关的通信控制***，包括：

通信建立模块，用于建立无线网关与数据源之间的通信连接；

第一数据发送模块，用于由无线网关接收数据源发送的通信数据；

第一缓冲模块，用于将接收的通信数据存入第一级缓冲存储，并确定所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；

第二缓冲模块，用于将所述通信数据从第一级缓冲存储转移至第二级缓冲存储，更新所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；

第二数据发送模块，用于将所述通信数据从第二级缓冲存储发送至无线终端。

综上所述，本申请一种无线网关的通信控制方法及***具有以下优点：

本申请设计了一种无线物联网网关，实现跨越若干异质网络的链路层或传输层之间的可靠通信，提供相邻的两种或若干种异质网络的网关功能，可以使用ZigBee、BLE或Wi-Fi等一种或多种无线网络技术与覆盖范围内的众多无线终端设备交换数据，并在保证高吞吐量的前提实现可靠、稳定并节能的通信。

通过建立两级“乒乓缓存”数据队列提高无线物联网网关的数据通信速度，通过直接存储器访问控制器(DMAC)与主控单元(MCU)协同工作的方式实现多路无线终端设备并行通信提高无线物联网网关的吞吐量，并设计两种不同低功耗模式以降低无线物联网网关功耗。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种无线网关的通信控制方法，其特征在于，包括：

建立无线网关与数据源之间的通信连接；

由无线网关接收数据源发送的通信数据；

将接收的通信数据存入第一级缓冲存储，并确定所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；

将所述通信数据从第一级缓冲存储转移至第二级缓冲存储，更新所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志；

将所述通信数据从第二级缓冲存储发送至无线终端；

所述将所述通信数据从第二级缓冲存储发送至无线终端，包括以下步骤：

基于预设的时钟周期，控制无线网关的主控单元进入中断调度服务；

通过无线网关的直接存储器访问控制器从所述第二级缓冲存储中读取通信数据；

通过无线网关的总线***和通用异步收发器，将所述通信数据传输至无线终端主控模块；

通过所述无线终端主控模块将所述通信数据传输至无线终端从机；

所述通过所述无线终端主控模块将所述通信数据传输至无线终端从机，包括：

建立所述无线终端主控模块与无线终端从机之间的通信连接；

由无线终端主控模块获取服务号；

根据所述服务号确定通信指令；

根据通信指令将所述通信数据传输至无线终端从机；

所述通过无线网关的总线***和通用异步收发器，将所述通信数据传输至无线终端主控模块，包括：

由无线终端主控模块判断无线终端数据发送完成标志是否有效：

若所述无线终端数据发送完成标志无效，则：

根据通用异步收发器忙标志，启动直接存储器访问控制器，控制无线网关的主控单元以第一低功耗模式运行；所述直接存储器访问控制器从第二缓冲存储中分批读取数据，并由总线***和通用异步收发器，将所述通信数据传输至无线终端主控模块；最后确定无线终端数据发送完成标志；

若所述无线终端数据发送完成标志有效，则：

根据通用异步收发器忙标志，控制无线网关的主控单元以第一低功耗模式运行；或者，根据通用异步收发器忙标志，控制无线网关的主控单元以第二低功耗模式运行。

2.根据权利要求1所述的一种无线网关的通信控制方法，其特征在于，所述由无线网关接收数据源发送的通信数据，包括：

所述数据源接收数据推送的操作指令；

所述数据源根据所述操作指令，通过无线网关的通用异步收发器将通信数据发送至无线网关的WiFi设备；

所述WiFi设备通过无线网关的总线***将所述通信数据发送至所述第一级缓冲存储。

3.根据权利要求1所述的一种无线网关的通信控制方法，其特征在于，所述将接收的通信数据存入第一级缓冲存储，并确定所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志，包括：

通过所述第一级缓冲存储接收所述通信数据中的数据帧；

当所述第一级缓冲存储的存储空间满后，确定所述接收缓存满标志。

4.根据权利要求3所述的一种无线网关的通信控制方法，其特征在于，所述将所述通信数据从第一级缓冲存储转移至第二级缓冲存储，更新所述第一级缓冲存储的接收缓存满标志，包括：

将所述第一级缓冲存储中的数据帧拷贝到第二级缓冲存储中；

当所述第二级缓冲存储的存储空间满后，确定发送缓存满标志，以及确定无线终点数据发送标志；

每次将第一级缓冲存储中的数据帧拷贝到第二级缓冲存储中时，就修改所述接收缓存满标志，以使所述第一级缓冲存储继续接收来自数据源的通信数据。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种无线网关的通信控制方法，其特征在于，还包括：

无线终端从机采用广播或者通信服务的方式与无线网关进行数据通信；

其中，所述无线终端从机采用广播的方式与无线网关进行数据通信的步骤中，广播的数据帧包括无线终端地址、固件版本信息、无线终端从机电量及保留信息；所述广播的时间间隔动态可调；

所述通信服务包括读服务和写服务，所述读服务用于像无线网关发送数据；所述写服务用于接收无线网关发送的数据。

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