专利名称：机器互联无线网络系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及机器互联无线网络系统。
背景技术：
机器互联即Machine-to-Machine,简称M2M。 M2M技术的目标是让各类机器设备具备联网 和通信能力，使各类机器之间以及机器与操作人员之间可互联通信。
目前在工业自动化领域实现机器互联有传统的有线互连方式和正在兴起的无线互连方式。
其中有线互联方式主要采用标准的工业总线和工业有线以太网实现机器之间的短距离互 联。由于有线布线的局限性和机器之间的远距离互联的需求越来越旺盛，机器之间的无线互 联正在兴起。
目前，M2M的无线互联方式主要有基于GPS技术的无线互联、基于移动通信(GSM、 CDMA) 的无线互联、基于WiFi的无线局域网(WLAN)及个域网(如BlueTooth、 ZigBee)的无线联 网。
基于GPS技术的无线互联主要用于机器和设备的全球定位，不适合用于机器的联网和控制。
基于移动通信(GSM、 CDMA)的M2M技术是利用移动通信公司的无线网络实现机器之间、 人和机器之间的无线通信和控制，H前使用比较普遍。由于带宽的限制，这种方式无法实现 高速数据传输(如视频实时传输)，同时须向移动公司支付一定网络费。这种方式比较适合 联网设备少、且设备地域分布很广的设备的联网控制，如水文监测等，不适合设备多、且集 中、控制复杂的工厂、办公大楼等场所。
个域网如ZigBee、 BlueTooth，为短距离、低速率无线网络，适合于近距离、对功耗敏感、 数据率低且设备较少的联网，不适合工厂、医院、办公大楼等较大区域的无线布网。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种融合光纤无线电分布系统的机器互联 无线网络系统，可应用于大范围、多设备、控制复杂的工厂、办公大楼等场所。 实现本发明目的的技术方案如下
一种机器互联无线网络系统，其特征在于包括中心服务器、WiFi无线互联控制站、远 端节点以及WiFi终端；
所述WiFi无线互联控制站，用于提供WiR终端的接入连接、分配接入WiFi局域网的 WiFi终端的网络地址以及路由转发网络数据；
所述中心服务器通过有线方式或无线方式与WiFi无线互联控制站进行通信；所述WiFi无线互联控制站通过光纤与远端节点相连；
所述WiFi无线互联控制站通过光纤及远端节点与WiFi终端进行无线通信，以^ViFi无线 互联控制站为中心，与WiFi终端构建成WiFi局域网；
WiFi终端包括但不限于WiFi设备服务器，所述WiFi设备服务器通过标准工业数据接口 连接工业机器设备；
所述中心服务器，采用通用的工业电脑，用于机器互联无线网络系统的整体管理，实现 工业机器设备的远程控制和管理。
进一步的，WiFi终端还包括WiFi/RFID读卡器、WiFi标签、WiFi传感器、WiFi数据服 务器、WiFi笔记本电脑、WiFi PDA以及WiFi手机中的一种或多种；
所述WiFi/RFID读卡器用于读取附着于物资、设备或人员的RFID标签，并将RFID标签 信息传送到WiFi无线互联控制站以转发；
所述WiFi标签附着于物资、设备或人员，用于物资、设备或人员的定位；
所述WiFi传感器用于远程实时监测；
所述WiFi数据服务器，采用带WiFi适配器的电脑，用于获取、处理WiFi标签和WiFi 传感器的信息并建立相应的数据库供授权用户通过WiFi局域网进行查询；
所述WiFi笔记本电脑、WiFi PDA以及WiFi手机用于获得授权后对机器互联无线网络系 统进行控制和管理。
进一歩的，所述WiFi数据服务器内置Web网络服务器，授权用户通过网页浏览器即能够 访问WiFi数据服务器，从而获取到WiFi标签和WiFi传感器的信息。
进一步的，所述WiFi设备服务器内置Web网络服务器，授权用户通过网页浏览器即能够 访问WiFi设备服务器，从而对与WiFi设备服务器相连的工业机器设备进行远程控制和管理。
进一步的，WiFi无线互联控制站设有用于连接外部互联网的高速宽带接口 。
进一步的，WiFi无线互联控制站包括
——网络处理器，用于实现网络数据的路由转换以及与外部网络的连接； ——多媒体处理器，用于网络数据的处理、WiFi局域网的地址分配以及WiFi接入点的 负载分配；
——多个WiFi接入点；
——WiFi射频交换模块，用于射频信号的多路切换、子载频复用和解复用；
——多个光电/电光转换模块，将WiR射频交换模块传送来的射频电信号转换成光信号经
过光纤传送到远端节点；将远端节点经光纤传送来的光信号转换成射频电信号，然后传送给 WiFi射频交换模块；
网络处理器与多媒体处理器相连，每个WiFi接入点均与多媒体处理器及WiFi射频交换 模块相连，每个光电/电光转换模块均与WiFi射频交换模块相连；依次相连的光电/电光转换模块、光纤以及远程节点构成光纤无线电链路。
进一步的，所述光电/电光转换模块包括第一模拟光调制器、与模拟光调制器相连的第一
激光器、第一光探测器、第一滤波器以及第一微波开关；所述远端节点包括第二光探测器、
第二滤波器、微波功率放大器、低噪声放大器、第二模拟光调制器、与模拟光调制器相连的
第二激光器以及第二微波开关和辐射天线；
所述光纤无线电链路包括发射状态和接收状态，由第一微波开关协同第二微波幵关进行
切换；
当光纤无线电链路处于发射状态时，射频电信号经过第一微波开关传送到第一模拟光调 制器转换成光信号，然后经光纤传送到第二光探测器转换成电信号，再经滤波器、微波功率 放大器、第二微波开关送到辐射天线辐射出去；
当光纤无线电链路处于接收状态时，辐射天线接收到的射频电信号经第二微波开关、低 噪声放大器传送到第二模拟光调制器转换成光信号，然后经光纤传送到第一光探测器转换成 电信号，再经第一滤波器、第一微波开关传送到WiFi射频交换模块。
进一步的，所述WiFi设备服务器包括嵌入式处理器、WiFi网络接口、 FLASH、 SDRAM 以及标准工业数据接口； WiFi网络接口、 FLASH、 SDRAM以及标准工业数据接口均与嵌入 式处理器相连。所述标准工业数据接口包括RS232、 RS485以及GPIO中的一种或多种。进 一步的，所述嵌入式处理器为ARM9微处理器。
进一步的，为保证系统可靠运行，该系统的关键部分WiFi无线互联控制站和中心服务器 具有备份系统。
本发明具有如下有益效果
(1) 本发明的机器互联无线网络系统采用光纤无线电分布系统，实现WiFi射频信号的 低成本、远距离、大范围分布。
基于WiFi的无线局域网(WLAN)属于宽带无线局域网，如802. llg的数据传输率高达 54Mbps，即将发布的802. 11n标准的数据传输率更高达300Mbps，其信号覆盖范围为100~ 150 米，非常适合局部的无线信号分布。
结合光纤无线电技术和WiFi宽带无线网络技术即可构建远距离、大范围的宽带无线网络， 建立较大区域的机器互联无线网络系统，实现联网设备的自动控制和管理。
(2) 本发明的WiFi无线互联控制站集中管理和控制WiFi局域网，可以大大提高系统的 可靠性、方便网络的管理和维护、系统网络升级容易。
(3) 本发明的远端节点和辐射天线结构简单，降低远端接入点的复杂度。
(4) 本发明采用标准的TCP/IP网络协议，系统扩展容易。
(5) 本发明的机器互联无线网络系统，可以通过WiFi局域网实现远程控制、管理和数 据采集。(6)本发明的机器互联无线网络系统，融合了光纤无线电分布系统、WiFi局域网、嵌入 式Web设备服务器、RFID射频识别技术，实现了计算机、通信和控制的融合。
图1示出本发明的示例性实施例的机器互联无线网络系统的结构示意图。 图2示出本发明的示例性实施例的WiFi无线互联控制站的结构示意图。 图3示出本发明的示例性实施例的光纤无线电链路的示意图。 图4示出本发明的示例性实施例的WiFi设备服务器的结构示意图。 图5示出本发明的示例性实施例的WiFi传感器的结构示意图。 图6示出本发明的示例性实施例的WiFi/RFID读卡器的结构示意图。 图7示出本发明的示例性实施例的中心服务器中的程序功能模块图。 图8示出本发明的示例性实施例的WiFi数据服务器中的程序功能模块图。
具体实施例方式
下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中，附图中相同的标号全部 指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则 将其省略。
图1示出本发明的示例性实施例的机器互联无线网络系统的结构示意图。机器互联无线 网络系统包括WiFi无线互联控制站100、中心服务器101、光纤102、远端节点1031、 1032、 1033、 WiFi笔记本电脑105、 WiFi/RFID读卡器106、 WiFi设备服务器107、 WiFi标签108、 WiFi传感器109、 WiFi数据服务器110、 RFID标签111以及高速宽带接口 120。其中远端节 点1031、 1032、 1033的结构和功能相同，每个远端节点均包括一个辐射天线，辐射天线1041、 1042、 1043的结构和功能相同，但不同的远端节点及其辐射天线传输的射频信号的频率和功 率可以不同。
以WiFi无线互联控制站100为中心，通过光纤102,将WiFi射频信号分布到远端节点 1031、 1032、 1033，并通过其辐射天线1041、 1042、 1043辐射出去，实现WiFi无线射频信 号的远距离分布。
以WiFi无线互联控制站100为中心，通过WiFi无线网络协议，将WiFi笔记本电脑105、 WiFi/RFID读卡器106、 WiFi设备服务器107、 WiFi标签108、 WiFi传感器109、 WiFi数据 服务器110连接在一起，构成高速WiFi局域网，每个WiFi终端都有独立的IP地址，其IP 地址由WiFi无线互联控制站100统一分配和管理。其中WiFi设备服务器107和WiFi数据服 务器110内嵌Web网络服务器。
WiFi终端是指具有WiFi适配器的终端设备，如WiFi笔记本电脑105、 WiFi/RFID读卡器 106、 WiFi设备服务器107、 WiFi标签108、 WiFi传感器109、 WiFi数据服务器110等。
WiFi无线互联控制站的主要功能连接内部局域网与外部网络；提供内部有线网络设备的接入连接；提供WiFi终端的接入连接；分配接入WiFi终端的网络地址；路由转发网络数 据；实现WiFi射频信号的路由交换。
WiFi无线互联控制站100除具有WiFi无线接入功能外，还有有线网络接口，网络设备可 以以有线方式或无线方式接入内部局域网(WiFi局域网)。有线接入设备和无线接入设备的 IP地址统一分配，处于同一网段。
WiFi无线互联控制站100通过高速宽带接口 120连接外部主干网，提供系统内部的网络 设备访问外部网络，同时允许授权的外部用户访问系统内部局域网。
WiFi无线互联控制站100内置防火墙，具备严格的访问权限认证，外网用户须经过严格 的安全认证才能访问内部局域网，确保内部局域M的安全；内部WiFi终端的接入采用加密认 证及MAC地址过滤，确保内部局域网的安全。
在本发明的示例性实施例中中心服务器101采用高性能的工业电脑，通过有线方式连接 WiFi无线互联控制站100。
中心服务器101的主要功能管理和配置WiFi无线互联控制站100;管理和控制WiFi 终端的接入；远程管理和控制WiFi/RFID读卡器；通过WiFi设备服务器107远程管理和控制 工业机器设备；读取WiFi数据服务器110的数据，实现物资、设备和人员的跟踪、定位和管 理。
中心服务器101安装网络配置及管理程序，通过网络协议管理、配置WiFi无线互联控制 站100，定位网络故障。
中心服务器101安装有RFID远程读取程序及RFID数据处理程序，通过WiFi/RFID读卡 器读取附属于物资、设备及人员等的RFTD标签Ill的信息，实现物资、设备及人员等的射频 识别和远程管理。
中心服务器101安装有读取及处理WiFi数据服务器110中的数据的程序。通过WiFi数 据服务器110获取附属于物资、设备、人员等的WiFi标签108的信息，进行物资、设备、人 员等的跟踪和定位；通过WiFi数据服务器110获取WiFi传感器109的数据，实现对控制区 域的温度、湿度等的远程监控。
屮心服务器101安装有WiFi远程控制程序。通过WiFi设备服务器107获取设备的丄作 参数、运行状态等数据，并实施远程控制。
中心服务器101也可以安装企业管理软件，对企业进行智能化管理和控制。 中心服务器101也可内置WiFi适配器，以无线方式连接WiFi无线互联控制站100。 本发明的示例性实施例中WiFi笔记本电脑105，可以通过WiFi无线互联控制站100连接 至外部网络；也可以在获得授权的情况下，访问内部局域网的其它WiFi终端及对设备和机器 实施远程控制。
本发明的示例性实施例中的WiFi/RFID读卡器106由具有WiFi适配器的嵌入式模块和RFID读卡模块组成。WiFi/RFID读卡器106读取RFID标签1U的数据，转换为网络数据，通
过WiFi局域网发送给中心服务器101。
本发明的示例性实施例中的WiFi设备服务器107为具有WiFi适配器的嵌入式模块，内
嵌Web网络服务器，对外有标准的RS232、 RS485和GPIO接口 ，方便连接各种工业机器设备。
授权的远程控制端可以通过网络浏览器浏览WiFi设备服务器107的控制页面，读取设备信息
及对设备进行远程控制。
本发明的示例性实施例中的WiFi标签108为微功耗的WiFi模块，能够发出特征信息。 本发明的示例性实施例中的WiFi传感器109为带温度、湿度、压力传感器和加速度传感
器的微功耗WiFi模块。WiFi传感器109将采集到的传感器数据通过WiFi局域网发送至WiFi
数据服务器IIO。
WiFi标签，是指具有WiFi功能、通过WiFi局域网发送用于定位的特征信息，微功耗、 体积小的嵌入式模块。
本发明的示例性实施例中的WiFi.数据服务器110为带WiFi适配器的普通台式电脑，安 装Web网络服务器软件、WiFi实时定位系统软件和传感器数据处理软件。WiFi数据服务器 110接收WiFi标签108的特征信息，计算出WiFi标签108的位置，实现物资和人员的跟踪 和定位；WiFi数据服务器110接收WiFi传感器109的测量数据，处理、分析、保存传感器 数据；授权的远程控制终端可以通过网络浏览器浏览WiFi数据服务器110的网页，获取WiFi 标签及WiFi传感器的信息。
上述机器互联无线网络系统融合光纤无线电分布系统、WiFi局域网、嵌入式Web设备服 务器、RFID射频识别等技术于一体，实现计算机、通信和控制的融合。
图2示出本发明的示例性实施例的WiFi无线互联控制站100的结构示意图。WiFi无线互 联控制站100包括网络处理器200、多媒体处理器201、 WiFi模块组202、 WiFi射频交换 模块203、光电/电光转换模块204。
在本发明的示例性实施例中WiFi无线互联控制站100的WiFi模块组202包括3个WiFi 接入点(AP)。
WiFi接入点(WiFi-1、 WiFi-2、 WiFi-3)、 WiFi射频交换模块203、光电/电光转换模块 204、光纤102、以及远端节点103及其辐射天线104构成光纤无线电链路。
在本发明的示例性实施例中3根辐射天线1041、 1042、 1043在空间上相距150米；3个 WiFi接入点(AP)采用802. llg的标准，工作在2.4GHz ISM频段，为避免干扰，分别工作在 第l、第6和第11频道。每条光纤102并非固定传输一个WiFi接入点(AP)的信号，WiFi 无线互联控制站100能够根据WiFi接入点(AP)负载的不同，进行动态分配，以平衡各WiF工 接入点(AP)的负载。
网络处理器200实现网络数据的路由转换、内部网络与外部网络的连接。在本发明的示例性实施例中，中心服务器101采用有线方式连接至网络处理器200。高速宽带接口 120与 网络处理器200相连。
多媒体处理器201用于网络数据的处理、内部网络的地址分配、以及内部网络的负载分配。
本发明的示例性实施例中的WiFi模块组202采用三个802.11g标准的WiFi接入点(AP)， 分别为WiFi-l、 WiFi-2、 WiFi-3，工作频道分别为频道1、频道6和频道11。系统内部的WiFi 终端通过WiFi接入点(AP)接入WiFi局域网。
WiFi射频交换模块203为射频开关矩阵，实现射频信号的多路切换。通过WiFi射频交换 模块203，三路WiFi接入点(AP)的射频信号可以连接到三路光电/电光转换模块中的任何 一路，从而馈入辐射天线1041、 1042、 1043。
光电/电光转换模块204，包括光电转换模块和电光转换模块；电光转换模块实现射频电 信号到光信号的转换；光电转换模块实现光信号到射频电信号的转换。
本发明的示例性实施例中，三个光电/电光转换模块204通过光纤102分别连接远端节点 1031、 1032、 1033。
如图2所示，当WiFi局域网内接入设备较少或三个WiFi接入点(AP) (WiFi-l、 WiFi-2、 WiFi-3)负载均匀时，接入点WiFi-1工作在频道1，其射频电信号通过WiFi射频交换模块 203、光电/电光转换模块204、光纤102、远端节点1031馈入辐射天线1041;接入点WiFi-2 工作在频道6，其射频电信号通过WiFi射频交换模块203、光电/电光转换模块204、光纤102、 远端节点1032馈入辐射天线1042;接入点WiFi-3工作在频道11，其射频电信号通过WiFi 射频交换模块203、光电/电光转换模块204、光纤102、远端节点1033馈入辐射天线1043。
本发明的示例性实施例中辐射天线1041与辐射天线1042在空间上相邻、辐射天线1042 与辐射天线1043在空间上相邻。
当WiFi接入点的网络负载出现较大不平衡时，WiFi无线互联控制站100能够自动调整三 个WiFi接入点的负载，提高网络数据传输的可靠性和频谱资源的利用率。例如当接入点 WiFi-l的负载大幅度增加，通过辐射天线1041接入接入点WiFi-l的WiFi终端较多时，WiFi 无线互联控制站100自动进行负载分流，将部分负载分配到接入点WiFi-3上，通过WiFi射 频交换模块203，自动将接入点WiFi-3的射频信号也馈入辐射天线1041，此时辐射天线1041 上辐射频道1和频道11的射频信号。
当WiFi终端在三根辐射天线104间漫游时，本发明采用射频交换的方式，实现WiFi终 端的无缝漫游。例如当WiFi终端由辐射天线1043覆盖的区域漫游到辐射天线1042覆盖的区 域时，漫游设备收发的数据自动切换为由接入点WiFi-2转发，WiFi终端的射频信号频道由 频道11切换为频道6，漫游设备的IP地址不变，不需要再做接入认证，从而避免数据的丢 失，实现无缝漫游。图3示出本发明的示例性实施例的光纤无线电链路的示意图。光纤无线电链路由WiFi无 线互联控制站100中的光电/电光转换模块204、光纤102、远端节点103构成。
本发明的示例性实施例中每条光纤无线电链路由发射、接收两条光纤线路构成，如图3 所示，光纤无线电链路的发射部分包括第一激光器302、第一模拟光调制器303、光纤102、 第二光探测器306、第二滤波器307、微波功率放大器(PA) 308、辐射天线104;光纤无线 电链路的接收部分包括辐射天线104、低噪声放大器(LNA) 310、第二激光器311、第二模 拟光调制器312、光纤102、第一光探测器304、第一滤波器305;发射与接收的切换由两端 的第一微波开关301、第二微波开关309进行切换。如果在光纤的两头接上光开关进行发射 与接收的切换， 一条光纤无线电链路也可只使用一条光纤。
当WiFi接入点(AP)输出数据时，第一微波开关301和第二微波开关309接通上面的线 路(如图3所示)，输出射频电信号经第一模拟光调制器303、光纤102、第二光探测器306、 第二滤波器307、微波功率放大器308，最后由辐射天线104发射出去。当接收数据时，第一 微波开关301、第二微波开关309接通下面的线路(如图3所示)，射频电信号经过下面的线 路输入到WiFi接入点(AP)。
图4示出本发明的示例性实施例的WiFi设备服务器107的结构示意图。WiFi设备服务器 107包括嵌入式处理器(CPU) 400、辐射天线401 、 WiFi网络接口 402、 FLASH 403、 SDRAM 404、 GPIO接口 405、 RS232接口 406、 RS485接口 407。
WiFi设备服务器107内置网络数据与硬件接口 (GPIO接口 405、 RS232接口 406、 RS485 接口 407)数据的转换程序，网络数据到硬件接口数据的转换，通过WiFi局域网实现远程配 置和控制工业机器设备；硬件接口数据到网络数据的转换，通过WiFi局域网远程实时采集工 业机器设备的各种数据，实现远程监测。
WiFi设备服务器107还内置Web网络服务器，中心服务器101或其他授权用户(远程控 制终端)可以通过网页浏览器访问WiFi设备服务器107的控制网页，实现远程控制和监测。
CPU 400为32位嵌入式处理器，本示例性实施例中采用ARM9微处理器。
本示例性实施例中WiFi网络接口 402为802.11g标准的WiFi适配器。
FLASH 403是非易失性存储器，用于存储程序，如引导程序、操作系统、网络服务器程 序、控制程序和配置数据等需要掉电保护的程序和数据。
SDRAM 404用于程序运行和中间数据暂存。
GPIO接口 405、 RS232接口 406和RS485接口 407为通用的标准接口 ，用于与工业机器 设备408相连。
图5示出本发明的示例性实施例的WiFi传感器109的结构示意图。WiR传感器109包括 嵌入式微处理器(CPU) 500、辐射天线501、 WiFi网络接口 502、 FLASH 503、 SDRAM 504、 传感器接口 505、传感器506、数字接口 507。传感器506为如温度传感器、湿度传感器、高度传感器、加速度传感器等传感器，用于
无线实时测量温度、湿度、高度、加速度等数据。
WiFi传感器109通过传感器接口 505采集传感器506的数据，由WiFi局域网发送给WiFi
数据服务器110，实现远程传感器数据采集；WiFi数据服务器110也通过WiFi局域网发出数
据给WiFi传感器109，远程配置和控制传感器506。
CPU 500为32位嵌入式处理器，本示例性实施例中采用ARM9微处理器。
本示例性实施例中WiFi网络接口 502为802.11g标准的WiFi适配器
FLASH 503是非易失性存储器，用于存储程序，如引导程序、操作系统、应用程序和配
置数据等需要掉电保护的程序和数据。
SDRAM 504用于程序运行和中间数据暂存。 传感器接口 505为通用的传感器接口 ，可采用SPI和IIC接口 。 传感器506为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加速度传感器等。 数字接口 507为扩展接口 ，如GPIO接口 。
图6示出本发明的示例性实施例的WiFi/RFID读卡器106的结构示意图。WiFi/RFID读卡 器106实现RFID标签111的数据读取，并将数据转换为网络数据，通过WiFi局域网上传至 中心服务器101。 WiFi/RFID读卡器106包括嵌入式处理器(CPU) 600、辐射天线601、 WiFi网络接口 602、 FLASH 603、 SDRAM 604、数字接口 605、 RFID读卡模块606。
RFID读卡模块606读取RFID标签111的数据，由CPU 600处理，转换为网络数据，由 WiFi局域网发送给中心服务器101或WiFi数据服务器110，实现WiFi局域网络与RFID技术 的结合，远程射频识别和管理物资、车辆等。
CPU 600为32位嵌入式处理器，本示例性实施例中采用ARM9微处理器。
本示例性实施例中WiFi网络接口 602为802.llg标准的WiFi适配器
FLASH 603是非易失性存储器，用于存储程序，如引导程序、操作系统、应用程序和配 置数据等需要掉电保护的程序和数据。
SDRAM 604用于程序运行和中间数据暂存。
数字接口 605为扩展接口 ，如RS232接口 。
本示例性实施例中RFID读卡模块606可采用以PN512芯片为核心的非接触式RFID读卡 模块，频率为13.56MHz，也可以采用其他芯片、工作在其他频段的接触式或非接触式RFID 读卡模块。
图7示出本发明的示例性实施例的中心服务器101中的程序功能模块图。中心服务器101
中的程序模块包括操作系统/系统软件700、网络配置及管理程序701、网络服务器软件702、
WiFi远程监视程序703、 WiFi远程控制程序704、 WiFi数据服务器数据读取程序708、 WiFi
数据服务器的数据处理程序705、 RFID远程读取程序707、 RFID数据处理程序706。本示例性实施例中操作系统/系统软件700采用Linux操作系统，SQL数据库管理软件， 及Apache网络服务器。
网络配置及管理程序701用于配置WiFi无线互联控制站100，管理无线网络，定位网络 故障。
网络服务器软件702用于提供授权的外部网络终端和内部网络终端访问中心服务器101 的部分资源。为保障网络的安全，对授权的外部网络终端和内部网络终端应实现严格的权限管理。
WiFi数据服务器数据读取程序708用于读取WiFi数据服务器110的数据，WiR数据服 务器的数据处理程序705用于对读取后的数据进行处理。本实施例中主要是读取WiFi标签的 位置信息，建立电子地图和WiFi标签信息数据库，实现物资、设备和人员的跟踪和定位；读 取WiFi传感器的数据，建立传感器实时测量数据库。
RFID远程读取程序707和RFID数据处理程序706用于控制WiFi/RFID读卡器，读取RFID 标签111的信息数据，并做相应处理。如用于实现WiFi/RFID打卡系统和WiFi/RFID门禁系 统。
WiFi远程监视程序703和WiFi远程控制程序704用于通过WiFi局域网实现远程的监视 和控制。本示例性实施例中实现了通过WiFi设备服务器107远程读取设备信息、及向WiFi 设备服务器107发出控制指令。
图8示出本发明的示例性实施例的WiFi数据服务器110中的程序功能模块图。WiFi数据 服务器110中的程序功能模块包括操作系统/系统软件800、 Web网络服务器软件801、 WiFi 传感器数据读取程序802、 WiFi传感器数据处理程序803、 WiFi标签信息读取程序804、 WiFi 标签实时定位系统处理程序805。
本示例性实施例中操作系统/系统软件800采用Linux操作系统;Web网络服务器软件801 采用Apache网络服务器，提供网内供其他授权用户通过网络查询WiFi数据服务器110的数 据。
WiFi传感器数据读取程序802用于读取WiFi传感器109的实时测量数据，WiFi传感器 数据处理程序803并根据不同类型的传感器做数据转换、补偿等处理，保存传感器测量数据， 并上传给中心服务器101。
WiFi标签信息读取程序804用于获取WiFi标签108的特征信息，WiFi实时定位系统处 理程序805通过实时定位系统软件计算出标签的位置，保存相关数据，同时上传给中心服务 器101。
上面的描述清楚地示出了本发明的示例性实施例提供一种融合光纤无线电分布系统、 WiFi局域网、嵌入式Web设备服务器、RFID射频识别技术于一体的机器互联无线网络系统， 实现计算机、通信和控制的融合。本发明的示例性实施例中外部网络的接口 120采用有线电缆宽带接口，也可以采用其方 式的宽带接入，如光纤接入和无线宽带接入。
本发明的示例性实施例中WiFi数据服务器110主要用于WiFi标签108及WiFi传感器的 数据获取和处理。当系统较小时，这部分功能也可以合并到中心服务器IOI中。
本发明的示例性实施例中实现了 WiFi和无线射频识别RFID的融合，也可以通过WiR 接口实现与其他无线网络的融合。如通过WiFi/ZigBee转换模块，可以将无线传感网ZigBee 接入该系统，实现WiFi和ZigBee的融合。
本发明的示例性实施例中实现了三个WiFi接入点(AP)的光纤射频信号分布，当需要覆 盖较大区域时，可扩展WiFi接入点(AP)的数目，但为避免相互干扰，相邻辐射天线1041、 1042、 1043间的频道应错幵。
本发明的示例性实施例中三个WiFi接入点(AP)处于同一个子网段，当接入的设备较多 时，可以采用不同子网段，在WiFi无线互联控制站100中增加跨网段漫游功能，实现覆盖区 域的漫游。
本发明的示例性实施例中每条光纤无线电链路由接收、发射两条光纤线路构成，也可以 在WiFi无线互联控制站100和远端节点103中增加配对的光复用/解复用模块，实现单根光 纤完成接收、发射双向传输。
本发明的示例性实施例中，WiFi局域网标准采用802. llg。当速度更快、频道更多的 802. lln的标准颁布后，可以采用5GHz频率的802. lln的标准，进一步增加WiFi接入点(AP) 数目、扩大信号的覆盖范围、提高无线网络的速度。
另外通过在系统内，可以实现实时视频监控。
为确保整个网络的安全、稳定运行，WiFi无线互联控制站100可设有备份系统，WiFi无 线互联控制站100出现故障，即自动切换为备用系统。
为确保整个系统数据的安全，中心服务器101可设有备份系统，当中心服务器IOI出现 故障，即自动切换为备用系统。
系统通过扩展，增加其它WiFi模块，可以实现其他功能，如增加WiFi摄像头实现无 线视频监控、增加WiFi手机实现局域网内语音通话等。
在系统中增加WiFi/ZigBee模块，可以将ZigBee传感网络接入本系统，实现多种无线网 络的统一的管理、数据采集及设备控制。
外部互联网终端，在获得授权的情况下，可通过WiFi无线互联控制站100访问中心服务 器IOI，可以获取系统信息，监督、管理和控制系统工业机器设备。
本发明的中心服务器101可安装多功能的企业管理系统，实现全系统的综合管理和控制。 虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不 脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权 利要求及其等同物限定。
权利要求
1、一种机器互联无线网络系统，其特征在于包括中心服务器、WiFi无线互联控制站、远端节点以及WiFi终端；所述WiFi无线互联控制站，用于提供WiFi终端的接入连接、分配接入WiFi局域网的WiFi终端的网络地址以及路由转发网络数据；所述中心服务器通过有线方式或无线方式与WiFi无线互联控制站进行通信；所述WiFi无线互联控制站通过光纤与远端节点相连；所述WiFi无线互联控制站通过光纤及远端节点与WiFi终端进行无线通信，以WiFi无线互联控制站为中心，与WiFi终端构建成WiFi局域网；WiFi终端包括但不限于WiFi设备服务器，所述WiFi设备服务器通过标准工业数据接口连接工业机器设备；所述中心服务器，采用通用的工业电脑，用于机器互联无线网络系统的整体管理，实现工业机器设备的远程控制和管理。
2、 根据权利要求1所述的机器互联无线网络系统，其特征在于WiFi终端还包括 WiFi/RFID读卡器、WiFi标签、WiFi传感器、WiFi数据服务器、WiFi笔记本电脑、WiFi PDA 以及WiFi手机中的一种或多种；所述WiFi/RFID读卡器用于读取附着于物资、设各或人员的RFID标签，并将RFID标签 信息传送到WiFi无线互联控制站以转发；所述WiR标签附着于物资、设备或人员，用于物资、设备或人员的定位； 所述WiFi传感器用于远程实时监测；所述WiFi数据服务器，采用带WiFi适配器的电脑，用于获取、处理WiFi标签和WiFi 传感器的信息并建立相应的数据库供授权用户通过WiFi局域网进行査询；所述WiFi笔记本电脑、WiFi PDA以及WiFi手机用于获得授权后对机器互联无线网络系 统进行控制和管理。
3、 根据权利要求2所述的机器互联无线网络系统，其特征在于所述WiFi数据服务器 内置Web网络服务器，授权用户通过网页浏览器即能够访问WiFi数据服务器，从而获取到 WiFi标签和WiFi传感器的信息。
4、 根据权利要求1至3任一项所述的机器互联无线网络系统，其特征在于^)f述WiFi 设备服务器内置Web网络服务器，授权用户通过网页浏览器即能够访问WiFi设备服务器， 从而对与WiFi设备服务器相连的工业机器设备进行远程控制和管理。
5、 根据权利要求1所述的机器互联无线网络系统，其特征在于WiFi无线互联控制站设 有用于连接外部互联网的高速宽带接口。
6、 根据权利要求1所述的机器互联无线网络系统，其特征在于WiFi无线互联控制站包括——网络处理器，用于实现网络数据的路由转换以及与外部网络的连接； ——多媒体处理器，用于网络数据的处理、WiFi局域网的地址分配以及WiFi接入点的 负载分配；——多个WiFi接入点；——WiFi射频交换模块，用于射频信号的多路切换、子载频复用和解复用；——多个光电/电光转换模块，将WiFi射频交换模块传送来的射频电信号转换成光信号经过光纤传送到远端节点；将远端节点经光纤传送来的光信号转换成射频电信号，然后传送给WiFi射频交换模块；网络处理器与多媒体处理器相连，每个WiFi接入点均与多媒体处理器及WiFi射频交换 模块相连，每个光电/电光转换模块均与WiFi射频交换模块相连；依次相连的光电/电光转换模块、光纤以及远程节点构成光纤无线电链路。
7、 根据权利要求6所述的机器互联无线网络系统，其特征在于所述光电/电光转换模块 包括第一模拟光调制器、与模拟光调制器相连的第一激光器、第一光探测器、第一滤波器以 及第一微波开关；所述远端节点包括第二光探测器、第二滤波器、微波功率放大器、低噪声 放大器、第二模拟光调制器、与模拟光调制器相连的第二激光器以及第二微波开关和辐射天 线；所述光纤无线电链路包括发射状态和接收状态，由第一微波开关协同第二微波开关进行 切换；当光纤无线电链路处于发射状态时，射频电信号经过第-微波开关传送到第一模拟光调 制器转换成光信号，然后经光纤传送到第二光探测器转换成电信号，再经滤波器、微波功率 放大器、第二微波开关送到辐射天线辐射出去；当光纤无线电链路处于接收状态时，辐射天线接收到的射频电信号经第二微波开关、低 噪声放大器传送到第二模拟光调制器转换成光信号，然后经光纤传送到第一光探测器转换成 电信号，再经第一滤波器、第一微波开关传送到WiFi射频交换模块。
8、 根据权利要求1所述的机器互联无线网络系统，其特征在于所述WiFi设备服务器 包括嵌入式处理器、WiFi网络接口、 FLASH、 SDRAM以及标准工业数据接口； WiFi网络接 口、 FLASH、 SDRAM以及标准工业数据接U均与嵌入式处理器相连。
9、 根据权利要求8所述的机器互联无线网络系统，其特征在于所述标准工业数据接口 包括RS232、 RS485以及GPIO中的一种或多种。
10、 根据 利要求8所述的机器互联无线网络系统，其特征在于所述嵌入式处理器为 ARM9微处理器。
全文摘要
本发明公开了一种机器互联无线网络系统，包括中心服务器、WiFi无线互联控制站、远端节点以及WiFi终端；所述WiFi无线互联控制站，用于提供WiFi终端的接入连接、分配接入WiFi局域网的WiFi终端的网络地址以及路由转发网络数据，通过光纤及远端节点与WiFi终端进行无线通信，以WiFi无线互联控制站为中心，与WiFi终端构建成WiFi局域网；WiFi终端包括但不限于WiFi设备服务器，所述WiFi设备服务器通过标准工业数据接口连接工业机器设备。本发明采用光纤无线电分布系统，实现WiFi射频信号的低成本、远距离、大范围分布，可应用于大范围、多设备、控制复杂的工厂、办公大楼等场所。
文档编号H04W84/12GK101626629SQ200910041440
公开日2010年1月13日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者孟学军, 庞文凤 申请人:广州飞瑞敖电子科技有限公司