智能网关的制作方法

本实用新型涉及一种智能网关，尤其是支持具有多种接口和通信协议的设备之间的数据通信的智能网关。

背景技术：

在例如生命科学实验室或综合检测实验室的监控系统中，各种传感器、仪器和仪表以及执行器等现场设备种类繁多，且来自于不同的厂家。这些设备通常具有多种不同的通信接口且采用多种不同的通信协议。同时，监控系统中进行数据采集、处理以及控制的控制设备(例如中央计算机或服务器)，或中间控制设备(例如直接数字控制器(DDC)或可编程逻辑控制器(PLC))也可能具有与这些现场设备不同的通信接口和通信协议。这导致在实验室环境下的监控系统中各个设备间通信的不兼容问题日益突显。为了解决上述问题，通常采用一种具有协议间直接转换芯片的网关来进行不同设备间的通信转换，但是采用一个协议间直接转化芯片只能实现固定的两种协议间的转换，转换方式不灵活。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种智能网关，其能够灵活方便地支持具有多种通信接口和多种通信协议的设备之间进行数据通信。本实用新型的另一个目的在于提供一种对于通信协议具有更好扩展性的智能网关。

本实用新型提供一种用于监控系统的智能网关。该监控系统包括能够经由智能网关传递业务数据的至少一个源设备和至少一个目标设备，源设备和目标设备采用不同的通信协议封装的协议数据包发送或接收业务数据。该智能网关包括：至少一个通信接口、一个处理单元和一个存储单元。所述源设备和所述目标设备分别与所述至少一个通信接口中之一通信连接，其中，与所述源设备连接的所述通信接口从所述源设备接收源协议数据包，与所述目标设备连接的所述通信接口向所述目标设备发送目标协议数据包。所述处理单元与所述至少一个通信接口中的每一个通信连接，所述处理器单元还包括：一个协议处理模块，该协议处理模块具有至少两个协议驱动，每个所述协议驱动实现所述不同的通信协议中一种通信协议的解析和封装。所述存储单元与所述处理器单元通信连接，用于存储来自所述源设备的业务数据。其中，所述协议处理模块配置成启动与所述源设备对应的一个所述协议驱动以从经由与所述源设备连接的所述通信接口接收到的一个所述源协议数据包中解析出业务数据，并将解析得到的所述业务数据存储到所述存储单元；协议处理模块还配置成读取所述存储单元内存储的所述业务数据，并通过启动与所述目标设备对应的一个所述协议驱动将所述业务数据封装成一个所述目标协议数据包。

上述智能网关具有至少一个种通信接口，并且通过处理器单元的协议处理模块，能够接收采用不同的通信协议封装的协议数据包并转化为不包含协议信息的业务数据，还能够将业务数据转化为采用不同协议封装的协议数据包发出，实现不同协议的接口之间的数据通信。

在智能网关的再一种示意性实施方式中，每个协议驱动实现的协议包括Modbus RTU、 Modbus TCP、BACnet MSTP和/或BACnet IP。

在智能网关的又一种示意性实施方式中，通信接口包括紫蜂接口、保真接口，蓝牙接口、射频识别接口、无线低频通信接口、3G接口、GPRS接口、RS-485接口和/或以太网接口。

在智能网关的再一种示意性实施方式中，源设备为一个服务器，所述处理器单元能够接收所述服务器发送的协议驱动，并根据所述协议驱动增加或更新所述协议处理模块内的协议驱动。当需要扩充采用不同协议的接口时，只需增加相应的通信接口和协议驱动，转换方法灵活，且扩展性好。

在智能网关的另一种示意性实施方式中，源设备为监控系统中的传感器、探测器、执行器、测试仪表中的任意一种，且目标设备为服务器、数字控制器、移动控制终端中任意一种，或者，源设备为服务器、数字控制器、移动控制终端中任意一种，且源设备为监控系统中的传感器、探测器、执行器、测试仪表中任意一种。

优选地，在智能网关的再一种示意性实施方式中，处理器单元采用ARM Cortex-A9内核的处理器芯片。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对智能网关的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1是智能网关的一种示意性实施方式的结构示意图。

图2是智能网关的另一种示意性实施方式的结构示意图。

标号说明

100 智能网关，10 处理器单元

12 协议处理模块

122、124 协议驱动

20 存储单元

31、33、34 通信接口

42、46 源设备

44 目标设备

45、48 移动控制端

50 服务器。

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

图1示意性地示出了根据本实用新型一个实施例的智能网关100的结构框图。在依据图1所示的示意性实施方式中，监控系统可以是任何具有现场设备和中央控制设备的监控系统。例如，监控系统可以是实验室环境下的实验系统，其现场设备例如是各种不同类型的传感器、探测器、监控仪器或仪表，或例如步进电机、阀门控制等执行器、甚或由继电器控制的机械开关。在本实用新型中，优选地，监控系统可以是生命特征监控系统，其现场设备例如为用于监测生命特征的探测器等。这些现场设备和中央控制设备均连接到如图 1所示的智能网关100上且经由智能网关100进行通信。

为了描述方便，图1的例子仅仅示意性地示出了监控系统中两个设备经由智能网关100 相互通信的情况，一个设备为源设备42，另一个设备为目标设备44。源设备42经由智能网关100传递业务数据给目标设备44。这里，在一种情况下，源设备42可以为监控系统中上述的任一现场设备，如传感器或测量仪表，目标设备44可以为中央计算机、服务器或中间控制设备中任一，或者反之。在一种实例中，作为源设备42的传感器将其采集的数据(可称之为业务数据或实体数据)经由智能网关100传递给作为目标设备44的服务器，以在服务器侧进行大规模的数据处理或数据分析。另一种实例中，作为源设备42的中央计算机/控制器将其指令或配置参数(可称之为业务数据或实体数据)经由智能网关 100传递给作为目标设备44的传感器或执行器，以指示现场的执行器动作或配置现场的传感器。

如前述及，在图1的例子中，监控系统包括能够经由智能网关100传递业务数据的一个源设备42和一个目标设备44，源设备42和目标设备44各自采用彼此不同的通信协议封装的协议数据包发送或接收数据。

如图1所述，根据本实用新型提出的智能网关100包括多个通信接口31和33、一个处理器单元10和一个存储单元20。这里，通信接口的种类和数量取决于智能网关100所应用于的监控系统内源设备42与目标设备44所使用的通信接口类型和接入的源设备42 与目标设备44的数量。例如，通信接口可以包括紫蜂(Zigbee)接口、保真(WiFi)接口，蓝牙(Bluetooth)接口、3G接口、GPRS接口、射频识别(RFID)接口、无线低频通信(433M) 接口31、RS-485接口和以太网接口中的至少之一。当然并不局限于此，在其他示意性实施方式中，也可以根据实际需要增加其他需要的通信接口。在图1示意性实施方式中，源设备42与通信接口31采用无线通信(例如WiFi)连接，目标设备44与通信接口33采用有限通信连接。当然，如果源设备42和目标设备44都为采用无线方式连接智能网关100 时，也可以经由智能网关100上的同一个无线通信接口(例如WIFI接口31)连接到智能网关。当然，实际使用中，源设备42和目标设备44一般按照如图1示意的情况连接到不同的通信接口。

在图1例子中，处理器单元10与通信接口31、33中的每一个通信连接。处理器单元 10包括一个协议处理模块12，协议处理模块12具有例如两个协议驱动122、124。这里，协议驱动的种类和数目同样取决于所应用于的监控系统内源设备42与目标设备44所使用的通信协议的种类和数目，并可在构建监控系统时预先为智能网关配备所需的多个协议驱动。在示意性实施方式中，协议驱动所实现的协议包括Modbus RTU、Modbus TCP、BACnet MSTP和BACnet IP，甚或任何用户自定义的协议等。当然并不局限于此，在其他示意性实施方式中，也可以根据实际需要增加其他需要的协议驱动。每个协议驱动122、124实现一种通信协议的解析和封装。每个协议驱动可以为一个现有的协议处理芯片，例如 MODBUS TCP芯片或BACnet IP芯片，也可以是实现为FPGA形式的芯片。通信协议(协议驱动)与通信接口彼此独立，一个接口可支持多种协议，同样协议也可用于不同接口。例如，MODBUS RTU协议可用于RS485或无线低频通信等接口；MODBUS TCP可用于以太网、wifi，甚或3G等接口；BACnet MSTP协议用于有线RS485接口，BACnet IP协议用于以太网或wifi等接口。

存储单元20与处理器单元10通信连接，用于存储来自源设备42的业务数据。存储单元20所存储的业务数据为所需传递的净数据与任何协议无关。在运行过程中，例如通信接口31接收源设备42发送的源协议数据包。协议处理模块12经过预先配置能够接收来自通信接口31的源协议数据包(例如BACnet IP协议数据包)，并通过启动预先设置好的与源设备42所采用的通信协议对应的一个协议驱动122，从协议数据包解析出业务数据，并将解析得到的业务数据存储到存储单元20。协议处理模块12还配置成能够读取存储单元20内存储的业务数据，并通过启动预先设置好的与目标设备44对应的一个协议驱动124 将业务数据封装成一个目标协议数据包(例如MODBUS TCP)，并将封装的目标协议数据包经由通信接口33(例如以太网接口)发送给目标设备44。

如上所述，智能网关100通过处理器单元的协议处理模块，能够接收采用不同的通信协议封装的协议数据包并转化为不包含协议信息的业务数据，还能够将业务数据转化为采用不同协议封装的协议数据包并发出，实现不同协议的接口之间的数据通信，当需要扩充采用不同协议源设备或目标设备时，只需增加相应的通信接口和协议驱动芯片。由此，这种智能网关的协议转换更加灵活，且扩展性好。

在示意性实施方式中，通信接口包括紫蜂接口、保真接口，蓝牙接口、射频识别接口、无线低频通信接口、GPRS接口、3G接口、RS-485接口和以太网接口。当然并不局限于此，在其他示意性实施方式中，也可以根据实际需要增加其他需要的通信接口。

图2示意性地示出了根据本实用新型另一个实施例的智能网关200。在依据图2所示的示意性监控系统中，移动控制端45、48以及一个服务器50均可以连接到智能网关200 上，以对现场设备42、46进行控制。监控系统中新增了一个源设备46(例如传感器)，其使用例如有线的RS485接口与智能网关200中的RS485接口34通信连接。源设备46 所使用的通信协议例如为BACnet MSTP协议，目前智能网关200尚且不能支持。对于这种情况，智能网关200可以与一个服务器50通信连接，例如经由以太网线等有线连接。这时，服务器50充当源设备。处理器单元10能够经由智能网关200上的一个以太网通信接口(未示出)从服务器50接收以太网协议数据，该以太网协议数据包括一个BACnet MSTP驱动。协议处理单元12从以太网协议数据包中解析出BACnet MSTP驱动，并以此更新该协议处理模块12内的协议驱动，即，增加一个协议驱动126。可选地，协议处理模块12还可以将解析出的BACnet MSTP驱动烧录到一个该模块12内的一个协议驱动芯片中，从而更新一个已有的协议驱动芯片。采用这种方式，智能网关可以灵活地根据实际需要扩展或更新其所支持的通信协议，从而使得智能网关在应用范围上的扩展更加灵活。

在依据图1和图2所示的示意性实施方式中，源设备42为监控系统中的传感器、探测器、执行器、测试仪表中的任意一种，且目标设备44为服务器50、数字控制器、移动控制终端45、48中任意一种；或者，源设备42为服务器50、数字控制器、移动控制终端中任意一种，且源设备42为监控系统中的传感器、探测器、执行器、测试仪表中任意一种。事实上，数据通信在智能网关通信的双方是双向的。

本实用新型还提供一种监控系统，如图1或图2所示，该监控系统包括至少一个源设备42、至少一个目标设备44和一个上述的智能网关，所述源设备42和所述目标设备44 采用不同的通信协议封装的协议数据包发送或接收所述业务数据。

在示意性实施方式中，处理器单元10采用ARM Cortex-A15内核的处理器芯片。当然并不局限于此，在其他示意性方式中可以为任意满足硬件需求的处理器电路或处理器芯片。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。