一种基于分级网关的异构物联网数据转发装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于分级网关的异构物联网数据转发装置。

背景技术：

目前，在物联网应用领域存在多种结构的无线传感网(ADHOC)，如ZigBee无线传感网、6LowPan自组织网等混杂共存的局面，如图1所示。当一个组织内部多种网络并存时，需要将其有效连通起来，方便管理和使用。但是却面临以下问题：

1.用不同类型的异质传感网之间不能跨网通信；

2。多个同质无线传感网在局部范围内同时存在时，会互相影响，使终端节点常常连网错误，这一方面使主控节点失去对终端节点的控制与感知，另一方面也暴露了无线传感网的安全问题；

因此，有必要设计一种基于分级网关的异构物联网数据转发装置。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于分级网关的异构物联网数据转发装置，该基于分级网关的异构物联网数据转发装置能实现异构物联网中数据的安全跨网传输。

实用新型的技术解决方案如下：

一种基于分级网关的异构物联网数据转发装置，包括布置于异构物联网中的ZigBee-6LowPan网关和6LowPan-WLan网关；6LowPan-WLan网关又称6LowPan-WLan边界网关；

ZigBee-6LowPan网关采用双CPU设计，且2个CPU之间通过SPI接口通讯；

所述的6LowPan-WLan网关包括ARM微控制器、WiFi模块、MCU和存储器模块；WiFi模块、MCU和存储器模块均与ARM微控制器相连；WiFi模块用于通过无线局域网连上因特网；

所述的异构物联网是指包括ZigBee节点、6LowPan节点和WiFi模块的物联网；

ZigBee-6LowPan网关和6LowPan-WLan网关均具有支持6LowPan网络的2.4G通信模块通信，ZigBee-6LowPan网关和6LowPan-WLan网关通过所述的支持6LowPan网络的2.4G通信模块通信连接。

ZigBee-6LowPan网关的CPU为CC2530无线单片机。

ARM微控制器采用STM32F103器件；

WiFi模块采用HX-SPI01器件；HX-SPI01具体为串口转wifi/SPI接口模块。

MCU采用CC2530无线单片机。

所述的基于分级网关的异构物联网数据转发装置还包括WLAN路由器；WLAN路由器用于与WiFi模块通信。

存储器模块包括SD卡与SD卡读卡器。

不管传感网是ZigBee网络，还是6LowPan网络，还是WIFI网络，都使用2.4GHz无线通信频带。

但是不同无线网络的信号都用了码分多址/冲突避免机制，不会相互干扰，也不会降低传输速度。只是在各传感网建立阶段有一定的时延。

ZigBee-6LowPan网关上有两个无线收发器，可以同时接收来自ZigBee网络和6lowPan网络的无线信号。

6LowPan-WiFi网关上除了有一个WiFi模块收发WiFi无线信号外，还有一个收发模块可以收发6LowPan网络无线信号；因此，ZigBee-6LowPan网关和6LowPan-WLan网关均具有支持6lowPan网络的2.4G通信模块通信，ZigBee-6LowPan网关和6LowPan-WLan网关通过所述的支持6lowPan网络的2.4G通信模块通信连接。

有益效果：

本实用新型的基于分级网关的异构物联网数据转发装置，针对ZigBee网络、6LowPan网络、WIFI网络混杂异构的环境，在6LowPan和WIFI无线局域网边界处分别配置不同级别的专用网关(包括ZigBee-6LowPan网关和6LowPan-WiFi网关)，其结构分别如图2和图3所示，实现了异构物联网中数据的安全跨网传输。

附图说明

图1为异构物联网拓扑结构示意图；

图2为ZigBee-6LowPan网关结构图；

图3为6LowPan-WiFi边界网关结构图；

图4为ZigBee-6LowPan网关电路原理图；

图5为U5(STM32F103RCT6)接线原理图；

图6为U6(HX-SPI01WiFi模块)接线原理图；

图7为U7(CC2530)接线原理图；

图8为U8(MicroSD读卡器模块)接线原理图。

标号说明：1-第一ZigBee节点，2-第二ZigBee节点，3-6LowPan节点，4-WiFi节点，5-ZigBee-6LowPan网关，6-6LowPan-WLan网关；7-边界网关。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：如图1～8，一种基于分级网关的异构物联网数据转发装置，包括布置于异构物联网中的ZigBee-6LowPan网关和6LowPan-WLan网关；

ZigBee-6LowPan网关采用双CPU设计，且2个CPU之间通过SPI接口通讯；

所述的6LowPan-WLan网关包括ARM微控制器、WiFi模块、MCU和存储器模块；WiFi模块、MCU和存储器模块均与ARM微控制器相连；WiFi模块用于通过无线局域网连上因特网；

所述的异构物联网是指包括ZigBee节点、6LowPan节点和WiFi模块的物联网。

ZigBee-6LowPan网关的CPU为CC2530无线单片机。

ARM微控制器采用STM32F103器件；

WiFi模块采用HX-SPI01器件；HX-SPI01具体为串口转wifi/SPI接口模块。

MCU采用CC2530无线单片机。

所述的基于分级网关的异构物联网数据转发装置还包括WLAN路由器；WLAN路由器用于与WiFi模块通信。

存储器模块包括SD卡与SD卡读卡器。

具体介绍如下：

1.ZigBee-6LowPan网关

该网关布局结构如图2所示，电路原理图如图4所示。采用双CPU设计，U1和U2芯片型号均为CC2530无线单片机，U1和U2之间采用高速SPI接口进行数据通信。

其中A芯片(U1)上固化(运行)有6LowPan协议栈，B芯片(U2)上固化(运行)有ZigBee协议栈。6LowPan协议栈位于芯片自带的存储器中，为现有成熟技术。

U1内部具有一个端口映射表单元。端口映射表单元中每一个条目对应ZigBee网络中的每一个合法节点，每个条目由端口号和识别码构成，每个节点有一个唯一的16位识别码。这些端口共用分配给U1的Ipv6地址。

U2作为协调器，用于将U2中的节点表将定期发送给U1。U2还收集zigBee网络中的所有传感器节点数据，然后将数据通过SPI接口转发给U1。同时接收6LowPan模块转发过来的控制信息，并将控制信息发送给目标ZigBee传感节点。2、6LowPan-WLAN网关

6LowPan-WiFi边界网关采用异构多CPU结构，如图3所示，其电路原理如图5、图6、图7和图8所示。其中U7芯片型号为CC2530，其上固化有Ipv6协议栈；U5芯片型号为STM32F103RCT6；U6为HX-SPI01WiFi模块，用于连接使用IPV4协议栈的无线局域网，通过无线局域网连上因特网；U8为MicroSD读卡器模块，用于在缓冲区满时暂存未及时转发的数据。

U7的MOSI、MISO和SCK脚分别通过电阻R26，R27和R28接U5的SPI1_MOSI、SPI1_MISO和SPI1_SCK。

图4中，U3和U4为无线收发模块的外置天线电路，为现有成熟技术。图4中，U1的1-4脚与U2的1-4脚短接在一起。