一种面向ZigBee无线传感网络与IPv4网络的物联网网关及应用的制作方法

本发明涉及一种面向ZigBee无线传感网络与IPv4网络的物联网网关及应用，属于计算机的技术领域。

背景技术：

ZigBee无线传感网络具有通信距离短、自组织、结构简单、成本低、功耗低及数据传输速率低的特点，被称为最具有应用前景的十大技术之一。随着物联网的发展，ZigBee在物联网中的应用也越来越多，然而ZigBee与IPv4具有不同的协议栈，彼此之间无法实现直接通信，使得人们无法远程管控物联网设备。ZigBee节点包括路由节点、终端节点和协调器节点。每个节点均含有一个64位的MAC地址，该短地址可以用来唯一识别该设备。终端节点实现数据采集，路由节点实现数据采集和信息转发，协调器节点实现管控终端节点及数据传输。ZigBee无线传感网络是一种自组织网络，ZigBee节点上电后，协调器节点处于无限循环监听是否有新节点的加入；当有节点申请入网时，协调器为该节点分配该自组网中一个具有唯一标识16位网络地址，用于网内节点通信。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种面向ZigBee无线传感网络与IPv4网络的物联网网关。

本发明还包括上述物联网网关的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种面向ZigBee无线传感网络与IPv4网络的物联网网关，包括：物联网网关控制器，在所述物联网网关控制器中定义地址映射表，所述地址映射表存储有ZigBee节点虚拟IP地址及与其对应16位网络地址。应用时，ZigBee网络通过物联网网关实现与以太网直接的通信，ZigBee网络由多个ZigBee节点组成，网络中还包括IP用户端。

如上述物联网网关的工作方法，包括：当ZigBee节点向所述物联网网关传输数据时，物联网网关根据ZigBee数据帧格式进行解包，并根据所述地址映射表将目标地址转换成以太网中的IPv4地址，源地址根据地址映射表转为对应节点的16位网络地址，并按照IPv4帧格式进行封包、发送。

根据本发明优选的，所述物联网网关中定义了数据包报文格式、命令包报文格式、配置包报文格式和确认包报文格式。

根据本发明优选的，所述数据包报文格式包括设备类型、数据包类型、包序号、节点编号和数据部分；如图2所示的数据载荷，所述设备类型分为两种:终端节点和路由节点，所述终端节点设为End，路由节点设为Route；当数据包类型为0x01时，该报文类型为数据包报文；如果数据载荷超过单包容量，则将该数据包进行分别发送；

所述包序号表示数据分包后数据包发送的次序；

所述节点编号是物联网网关分配给ZigBee节点的唯一标识网络地址；

所述数据部分为十六进制表示的本次待发送的数据。

根据本发明优选的，配置包用于路由节点或终端节点向物联网网关发送配置数据；所述配置包报文格式包括设备类型、数据包类型、节点编号、网络地址、MAC地址和父节点地址；如图3所示，当数据包类型值为0x02时，该包为配置包，16位网络地址用十六进制字符表示时，占4字节数。64位MAC地址用十六进制字符表示为16个字节数，父节点地址表示路由节点或终端节点在路由拓扑中父节点的网络地址，占4个字节数。

根据本发明优选的，命令包用于物联网网关发至路由节点或终端节点的命令，具体格式如表4所示，所述命令包报文格式包括通信类型、目的地址、命令类型、命令操作和传感器类型；

所述通信类型为物联网网关与路由节点或终端节点之间的通信方式，分为单播、多播或者广播；所述单播通信时用0x01表示，多播通信时用0x02表示，广播通信时用0x03表示；

所述目的地址是此次通信发往的目的节点的网络地址；

所述命令类型包括：打开数据采集、关闭数据采集和设置报警；

所述命令操作和命令类型相对应，当命令类型为打开数据采集时，命令操作有意义，包括：持续采集和时间点采集。

根据本发明优选的，所述确认包报文格式包括设备类型、数据包类型、包序号、传感器编号、网络地址和数据；当数据包类型数值为0x03时，该包为确认包，具体如图5所示。

本发明的优势在于：

本发明所述一种面向ZigBee无线传感网络与IPv4网络的物联网网关用于实现ZigBee无线传感网络与以太网之间的互联互通，本发明通过在物联网网关内设置地址映射表、定义不同的数据包报文格式，实现了IP用户端与ZigBee节点之间端到端的通信方式，提高了IP用户端对ZigBee节点的管控效率。

附图说明

图1是所述物联网网关的连接示意图；

图2是数据包报文格式图；

图3是配置包报文格式图；

图4是命令包报文格式图；

图5是确认包报文格式图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

实施例1、

一种面向ZigBee无线传感网络与IPv4网络的物联网网关，包括：物联网网关控制器，在所述物联网网关控制器中定义地址映射表，所述地址映射表存储有ZigBee节点虚拟IP地址及与其对应16位网络地址。

实施例2、

如实施例1所述物联网网关的工作方法，包括：当ZigBee节点向所述物联网网关传输数据时，物联网网关根据ZigBee数据帧格式进行解包，并根据所述地址映射表将目标地址转换成以太网中的IPv4地址，源地址根据地址映射表转为对应节点的16位网络地址，并按照IPv4帧格式进行封包、发送。

如图1，当物联网网关收到数据时，进行数据报文解析，针对不同协议类型的数据包，采用不同的解析方式。查询地址映射表解析出目标节点的IP地址。对解析出的数据包按照目标节点的网络类型进行重新封包，并发往目标节点。反之亦然。

所述物联网网关中定义了数据包报文格式、命令包报文格式、配置包报文格式和确认包报文格式。

所述数据包报文格式包括设备类型、数据包类型、包序号、节点编号和数据部分；如图2所示的数据载荷，所述设备类型分为两种:终端节点和路由节点，所述终端节点设为End，路由节点设为Route；当数据包类型为0x01时，该报文类型为数据包报文；如果数据载荷超过单包容量，则将该数据包进行分别发送；

所述包序号表示数据分包后数据包发送的次序；

所述节点编号是物联网网关分配给ZigBee节点的唯一标识网络地址；

所述数据部分为十六进制表示的本次待发送的数据。

配置包用于路由节点或终端节点向物联网网关发送配置数据；所述配置包报文格式包括设备类型、数据包类型、节点编号、网络地址、MAC地址和父节点地址；如图3所示，当数据包类型值为0x02时，该包为配置包，16位网络地址用十六进制字符表示时，占4字节数。64位MAC地址用十六进制字符表示为16个字节数，父节点地址表示路由节点或终端节点在路由拓扑中父节点的网络地址，占4个字节数。

命令包用于物联网网关发至路由节点或终端节点的命令，具体格式如表4所示，所述命令包报文格式包括通信类型、目的地址、命令类型、命令操作和传感器类型；

所述通信类型为物联网网关与路由节点或终端节点之间的通信方式，分为单播、多播或者广播；所述单播通信时用0x01表示，多播通信时用0x02表示，广播通信时用0x03表示；

所述目的地址是此次通信发往的目的节点的网络地址；

所述命令类型包括：打开数据采集、关闭数据采集和设置报警；

所述命令操作和命令类型相对应，当命令类型为打开数据采集时，命令操作有意义，包括：持续采集和时间点采集。

所述确认包报文格式包括设备类型、数据包类型、包序号、传感器编号、网络地址和数据；当数据包类型数值为0x03时，该包为确认包，具体如图5所示。