一种基于云计算的zigbee网关的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于云计算的zigbee网关，包括硬件层、软件支持层和应用层；所述的硬件层包括供电模块、主控模块、存储模块、输入与显示模块、GPRS模块和Zigbee模块；所述的软件支持层包括Zigbee协议栈与Tcp/ip协议栈；所述的应用层包括应用地址适配层和应用协议层。本发明可享有云计算与云存储所带来的安全可靠、虚拟化，便捷性、按需服务、低成本等优点，有利于更好地进行数据挖掘与智能决策；能够应用于基于无线传感网的图书馆消防系统中，也可应用于基于无线传感网的其它类型防灾、预警系统中。
【专利说明】—种基于云计算的zigbee网关
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感网领域，尤其是一种基于云计算的zigbee网关。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络是指由大量成本相对低廉的，具有感知能力、计算能力、实时通信能力的传感器节点组成的嵌入式无线网络。建立在IEEE 802.15.4上的Zigbee协议是应用于无线监测与控制的全球性无线通信标准，是无线传感器网络组网的首选技术之一。
[0003]网关是建立在传输层以上的协议转换器，通常它连接两个或多个相互独立的网络，每接收一种协议的数据包后，在转发之前将它转换为另一种协议的格式。网关在整个无线网络中具有唯一性，所有Zigbee节点数据均发送给网关，并由其进行地址、协议转换，提取出有效信息数据重新封装成TCP/IP数据包后发送给服务器；反之，服务器发送的数据也需由网关进行地址、协议转换后，才发送给Zigbee网络。总之，Zigbee网关是Zigbee无线网络与服务器进行数据交换的中转站。
[0004]云计算是一种基于网络的超级计算模式，其基本原理就是通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统进行搜寻、计算分析并将处理结果回传给用户。数据计算分布在许多分布式计算机上，而不是放在本地计算机或放在远程服务器上，这样用户可以根据要求访问计算机及存储系统，且将资源转换到需要的应用上。在基于无线传感网的图书馆消防系统中以及其它基于无线传感网的防灾预警系统中使用云计算与云存储技术，有利于更好地进行数据的协作和共享。可以将本用户的数据共享给政府部门与其他用户，也可以分享使用政府部门与其他用户的数据系统、知识库等，有利于更好地进行数据挖掘与智能决策。
[0005]传统zigbee网关是将数据发送给本地服务器或接收本地服务器的指令，不能使用云计算与云存储技术，无法享有云计算与云存储所带来的安全可靠、虚拟化，便捷性、按需服务、低成本等优点，也无法分享使用政府部门与其他用户的数据系统、知识库等，不利于较好地进行数据挖掘与智能决策。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:提出一种基于云计算的zigbee网关，可享有云计算与云存储所带来的安全可靠、虚拟化，便捷性、按需服务、低成本等优点，有利于更好地进行数据挖掘与智能决策。
[0007]本发明所采用的技术方案为:一种基于云计算的zigbee网关，包括硬件层、软件支持层和应用层；所述的硬件层包括供电模块、主控模块、存储模块、输入与显示模块、GPRS模块和Zigbee模块；所述的供电模块提供5V的输入电压；并通过电平转换芯片产生3.3V以及1.8V的工作电压；所述的主控模块对zigbee网络及TCP/IP进行数据的收发、网间协议转换以及网间地址解析；所述的主控模块分别连接供电模块、存储模块、输入与显示模块、GPRS模块和Zigbee模块；所述的软件支持层包括Zigbee协议栈与Tcp/ip协议栈；所述的应用层包括应用地址适配层和应用协议层；所述的应用地址适配层将Zigbee地址、IP地址与应用层地址形成映射关系，将不同类型的网络地址适配到应用地址上，使得节点在应用层同属于一个网络；所述的应用协议层在应用地址适配层的基础上通过制定统一的应用协议，规范化节点间数据交换的格式。
[0008]本发明所述的zigbee网关对数据进行采集、封装与收发、并通过GPRS网络进行数据上报和接收云计算平台的指令；云计算与云存储平台将采集到的数据进行存储、分析和计算。
[0009]进一步的说，本发明所述的应用协议层是运行在Zigbee与Tcp/ip之上，用于规范应用层的数据交换而制定的协议层，协议基本格式包括帧类型、帧长、序列号、目的地址、发送地址、数据包以及校验；其中目的地址与发送地址指的是应用层地址；数据包是本帧所要发送的内容，数据包的大小、格式与帧类型相关，但不大于上限长度；序列号为协议数据包的流水号，是由请求端产生由应答端带回，以确定消息是否己正常接收和处理，如果没有则需要重发。
[0010]本发明的有益效果是:可享有云计算与云存储所带来的安全可靠、虚拟化，便捷性、按需服务、低成本等优点，有利于更好地进行数据挖掘与智能决策；能够应用于基于无线传感网的图书馆消防系统中，也可应用于基于无线传感网的其它类型防灾、预警系统中。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]图1是本发明Zigbee网关与云计算平台进行通信系统结构图；
[0013]图2是本发明Zigbee网关总体结构图；
[0014]图3是本发明Zigbee网关硬件结构图；
[0015]图4是本发明应用软件结构图。
【具体实施方式】
[0016]现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0017]图1为Zigbee网关与云计算平台进行通信系统结构图。总体结构图如图2所示，硬件结构图如图3所示。
[0018]如图1所示，zigbee网关负责消防系统传感网节点相关数据的采集、数据封装与收发、通过GPRS网络进行数据上报和接收云计算平台的指令等。云计算与云存储平台主要负责采集数据的存储、分析和计算。用户可通过广域网访问云服务。浏览系统数据与发布命令。也可通过人机接口对Zigbee网关进行基本设置与查询。
[0019]基于云计算的Zigbee网关采用模块化分层设计方案，由硬件层、软件支持层和应用层构成，参见图2。
[0020]按硬件模块划分网关主要由供电模块、主控模块、存储模块、输入与显示模块、GPRS模块和Zigbee模块等组成，如图2所示。供电模块5V DC输入，通过电平转换芯片为系统提供3.3V，1.8V两种电压；主控模块为整个网关的核心模块，负责Zigbee网络及TCP/IP数据的收发、网间协议转换、网间地址解析等。选取基于ARM920T内核的S3C2410芯片，配置64M字节SDRAM和256M字节NAND Flash,显示部分采用的是SHARP公司的LQ084V1DG21，是带触摸屏8.4英寸TFT数字液晶显示屏，分辨率为640 X 480 ；GPRS模块选取西门子公司提供的MC52i GPRS模块，Zigbee模块的射频收发芯片选用CC2530。
[0021]Zigbee网关软件主要由硬件设备底层驱动、操作系统与协议栈和网关应用程序构成。
[0022]网关应用程序按运行平台分为两部分:运行在CC2530芯片上的Zigbee应用程序与运行在S3c2410芯片上的网关业务逻辑程序，涉及两类协议=Zigbee协议与Tcp/ip协议。为了使节点间数据交换透明化，在网关软件支持层的Zigbee协议与Tcp/ip协议之上添加了应用地址适配层和应用协议层两个应用子层。应用地址适配层的作用在于将Zigbee地址、IP地址与应用层地址形成映射关系，将不同类型的网络地址适配到应用地址上来，使得节点在应用层同属于一个网络，为节点间数据的透明交换提供了基础。应用协议层是在应用地址适配层的基础上通过制定统一的应用协议，规范化了节点间数据交换的格式，从而解决了节点数据透明交换的问题。应用协议层是运行在Zigbee与Tcp/ip之上，用于规范应用层的数据交换而制定的协议层，协议基本格式为:帧类型+帧长+序列号+目的地址+发送地址+数据包+校验。其中目的地址与发送地址指的是应用层地址；数据包是本帧所要发送的内容，数据包的大小、格式等与帧类型相关，但不能大于上限长度。序列号为协议数据包的流水号，它是由请求端产生由应答端带回，这样可以确定消息是否己正常接收和处理，如果没有则需要重发。
[0023]当网关向云端发送数据前，需要先通过GPRS模块与云端建立TCP/IP连接，并登录云端服务器验证用户名与密码。用户按照应用协议层所规定的协议格式向云端上报节点状态信息，数据包的内容包括，节点环境温度值、环境湿度值、烟感传感器状态、记录时刻、节点位置等，其中帧类型为状态上报。当出现节点测量值超过阈值需要报警时，上报帧类型为报警，网关根据相应的协议格式将节点环境温度值、环境湿度值、烟感传感器状态、记录时亥|J、节点位置等上报给云端。云端接收到Zigbee网关发送的信息后，发送应答帧表明云端已经收到信息。Zigbee网关在向云端发送数据后，等待一段设定的时间，如果没有收到云端的应答帧确认，就重新发送上报信息或报警信息。
[0024]当云端向网关发送命令时，云端按应用协议层所规定的协议格式向网关发送命令信息，数据包的内容包括，查询指定节点的当前状态、设置参数命令等。Zigbee网关接收到云端发送的命令后，将应用层地址解析为Zigbee地址，主控器将命令发送给zigbee模块。网关Zigbee模块在Zigbee网络中做为协调器，向相应的Zigbee节点发送命令。查询节点状态命令要求相应的节点将当前的环境温度值、环境湿度值、烟感传感器状态上报；设置命令设置相应节点的参数，如:设置语音播放节点需播放的语音提示信息所对应的编号、图文播放节点显示的图文信息所对应的编号。以上命令要求相应的具有语音播放装置和图文指示装置的节点，播放相应的语音信息和显示相应的图文信息，引导与提示人员反应和辅助人员撤离。Zigbee网关接收到云端发送的命令后，发送应答帧表明Zigbee网关已经收到信息。云端在向Zigbee网关发送数据后，等待一段设定的时间，如果没有收到Zigbee网关的应答帧确认，就重新发送命令。
[0025]以上说明书中描述的只是本发明的【具体实施方式】，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属【技术领域】的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的【具体实施方式】做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
【权利要求】
1.一种基于云计算的Zigbee网关，其特征在于:包括硬件层、软件支持层和应用层；所述的硬件层包括供电模块、主控模块、存储模块、输入与显示模块、GPRS模块和Zigbee模块；所述的供电模块提供5V的输入电压；并通过电平转换芯片产生3.3V以及1.8V的工作电压；所述的主控模块对zigbee网络及TCP/IP进行数据的收发、网间协议转换以及网间地址解析；所述的主控模块分别连接供电模块、存储模块、输入与显示模块、GPRS模块和Zigbee模块；所述的软件支持层包括Zigbee协议栈与Tcp/ip协议栈；所述的应用层包括应用地址适配层和应用协议层；所述的应用地址适配层将Zigbee地址、IP地址与应用层地址形成映射关系，将不同类型的网络地址适配到应用地址上，使得节点在应用层同属于一个网络；所述的应用协议层在应用地址适配层的基础上通过制定统一的应用协议，规范化节点间数据交换的格式。
2.如权利要求1所述的一种基于云计算的zigbee网关,其特征在于:所述的zigbee网关对数据进行采集、封装与收发、并通过GPRS网络进行数据上报和接收云计算平台的指令；云计算与云存储平台将采集到的数据进行存储、分析和计算。
3.如权利要求1所述的一种基于云计算的zigbee网关，其特征在于:所述的应用协议层是运行在Zigbee与Tcp/ip之上，用于规范应用层的数据交换而制定的协议层，协议基本格式包括帧类型、帧长、序列号、目的地址、发送地址、数据包以及校验；其中目的地址与发送地址指的是应用层地址；数据包是本帧所要发送的内容，数据包的大小、格式与帧类型相关，但不大于上限长度；序列号为协议数据包的流水号，是由请求端产生由应答端带回，以确定消息是否己正常接收和处理，如果没有则需要重发。
【文档编号】H04L12/66GK104333508SQ201410606112
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】乔宏哲, 陶国正, 虞文武, 刘翠梅 申请人:常州机电职业技术学院