一种基于异构融合网关的融合通信系统及方法

本发明属于无线通信网络，具体涉及一种基于异构融合网关的融合通信系统及方法。

背景技术：

1、随着物联网技术的发展，越来越多不同协议、不同制式的通信设备不断涌现。这些通信设备在协议、数据格式、带宽和延迟等方面存在差异，使得它们难以直接互通和协作。例如在智能家居场景中，智能灯泡可能使用wi-fi连接，智能空调可能使用zigbee连接，智能音响可能使用bluetooth连接。由于这些不同的协议，无法通过一个中央控制器来集中管理这些设备，而需要使用多个应用程序或控制器，导致不便和混乱。

2、异构融合网关旨在整合不同类型、不同协议、不同网络架构的通信系统，以实现更高效、更灵活、更可靠的数据传输和交互。其可以充当中介，将不同类型的通信系统连接在一起，并提供协议转换、数据格式转换、安全性增强和流量管理等功能。这使得不同网络之间的数据和信息可以更自由地流动，为各种应用场景提供了更多可能性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于异构融合网关的融合通信系统及方法。

2、本发明采用的技术方案为：一种基于异构融合网关的融合通信系统，包括：m个异构融合网关、n个异构通信终端、1个服务器。

3、其中，所述异构融合网关与异构通信终端的数量根据实际网络规模决定。

4、所述异构融合网关，作为融合通信系统的中心节点，收取采用不同通信协议的异构通信终端的数据并回传至北向服务器；处理异构通信终端数据，充当中继节点辅助实现异构通信终端之间的通信。异构融合网关分为中心网关与非中心网关，只有中心网关能与服务器进行通信。

5、所述异构通信终端，采用不同的通信协议接入异构融合网关；通过异构融合网关进行异构通信终端之间的通信。

6、所述服务器用以监控管理异构通信终端状态，下发应用指令。

7、进一步地，所述异构融合网关包括：接口转换模块、p个子网处理模块、q个北向通信模块、电源模块、核心主控板模块。

8、所述接口转换模块与所有的子网处理模块相连，其起到核心主控板模块的接口扩展的作用，将不同子网处理模块的接口统一为高速的usb接口接入核心主控板模块中。

9、所述子网处理模块用于接收处理不同协议的数据并将不同协议的数据转发至异构融合网关的核心主控板中做进一步的处理。

10、其中，所述子网处理模块数量由系统中需要部署的子网络数量决定，需要部署的任何子网络都需要在网关上部署相应的子网处理模块。

11、所述北向通信模块与核心主控板模块相连，其负责实现异构融合网关与北向网络之间的交互，也负责与其他异构融合网关之间的局域网的交互。其数量和形式根据不同场景下对网关北向通信的需求来确定。

12、所述电源模块，为异构融合网关上不同的处理单元所需的不同的能量需求提供相应的电压。

13、所述核心主控板模块负责处理进行异构数据格式转换以及流量管理功能。

14、进一步地，所述子网处理模块包括：射频处理单元以及子网主控芯片。

15、所述射频处理单元用以收发不同频段的射频信号。所述子网主控芯片用以处理相应子网的协议栈并与异构融合网关的核心主控板进行信息与指令的交互。

16、进一步地，所述核心主控板模块包括：异构网络南向接口处理单元、异构数据处理单元、虚拟设备管理单元、通用工具管理单元、北向接口处理单元。

17、所述异构网络南向接口处理单元用于接收处理来自接口转换模块的数据，并完成安全校验。

18、所述异构数据处理单元用以处理不同协议的异构数据，并将不同协议的数据清洗为相同格式数据，并实现自定的异构通信协议，根据自定协议决定转发信息至不同端口。

19、所述虚拟设备管理单元包括：网关设备管理单元、异构设备管理单元，用以在网关中储存管理所接入的异构设备。其接收来自异构数据处理单元的数据，经过网关的虚拟设备管理单元处理，储存其地址、拓扑信息、应用数据至网关中。

20、所述通用工具管理单元包括：日志管理单元、非易失性数据(nv)管理单元、定时器管理单元、配置信息管理单元，用以实现预制信息管理、日志信息管理、非易失性数据管理、定时器管理通用工具，辅助网关其他软件单元的运行。

21、所述北向接口处理单元包括：局域网接口单元、北向无线网络接口单元、北向有线网络接口单元，用以处理收发不同北向接口协议数据。

22、进一步地，所述异构通信终端包括：终端射频处理单元、主控芯片、应用负载。

23、所述终端射频处理单元以收发不同频段的射频信号。

24、所述的主控芯片用以处理相应的协议栈以及实现自定的异构通信协议。

25、所述的应用负载根据不同应用场景接入传感类设备或控制类设备。

26、本发明还提供了一种基于异构融合网关的融合通信方法，具体步骤如下：

27、s1、异构融合网关进行初始化；

28、所述m个异构融合网关上电后首先完成自身核心程序的初始化，网关上电的同时，各子网处理模块同时工作，各子网处理模块形成对应子网络，维护异构终端的在线状态，网关在完成初始化后，依次确认挂载的各个子网处理模块是否工作正常；

29、当所有子网处理模块均完成确认后，网关向服务器发送上线消息，服务器收到网关上线消息，则表示网关已经成功完成初始化。

30、s2、异构融合网关完成初始化后，进行拓扑更新；

31、在完成初始化后，网关首先进行拓扑更新；网关依次询问各子网处理模块的当前子网拓扑，在获得本网关下的终端拓扑后将拓扑信息中存储在本设备的地址池中；记录拓扑信息后，网关判断自身是否为中心网关，若是则将此拓扑信息上报至服务器并反馈给所有其他网关；否则将拓扑信息上报至中心网关；

32、若网关收到拓扑信息的更新，判断自身是否为中心网关，若是则将此拓扑信息上报至服务器并反馈给所有其他网关；否则将拓扑信息上报至中心网关；

33、s3、异构融合网关进行数据通信；

34、当网关收到来自子网处理模块的信息。异构网关根据异构通信协议分析此数据的网络类型、源地址、目的地址信息。若目的地址指向外部网络，则网关根据自身是否是中心网关来选择将信息直接转发给服务器还是转发给中心网关。若目的地址指向设备地址，则网关查询设备地址池来查询此设备属于哪个网关。若为本网关挂载的终端设备则发送给对应异构通信终端，否则转发给中心网关。

35、当网关收到北向通信模块的信息，异构网关同样根据异构通信协议分析此数据的网络类型、源地址、目的地址信息。若目的地址指向设备地址，则网关查询设备地址池来查询此设备属于哪个网关。若为本网关挂载的终端设备则发送给对应异构通信终端，否则转发给中心网关。若目的地址指向广播地址，则网关广播此消息至所有其他节点。

36、进一步地，所述融合通信方法中，包括一种异构通信协议，所述异构通信协议具体如下：

37、一个完整异构通信数据帧包括：mac帧头、数据帧和校验帧。

38、所述的mac帧头总共为3字节，包括：4bit的网络类型、4bit的mac类型、2字节的包长度。

39、所述网络类型用以指示该数据帧由何种网络传入。

40、所述mac类型用以指示此帧的类型，根据不同的网络类型，可设置不同的mac类型，

41、所述的包长度用以记录后续数据帧的长度。

42、所述数据帧的长度可变，其包括2字节的数据帧头以及负载数据。根据不同mac类型，数据帧头有着不同的含义。

43、所述的校验帧长度为2字节，采用crc-16校验，确保此条数据帧的完整无误。

44、本发明的有益效果：本发明所述系统包括：m个异构融合网关、n个异构通信终端、1个服务器。本发明通过一种易于扩展的，基于数据层融合的异构融合网关构建融合通信系统；异构融合网关通过添加或裁剪子网处理单元可实现不同协议的网络设备的融合接入，可根据应用场景的需要，可在不大幅改动网关的硬件以及软件的整体框架的情况下，实现子网络的拓展或裁剪；根据异构融合通信协议，系统中的异构设备使用特定的数据格式进行通信，以网关为中继实现多模融合接入以及设备与设备之间的异构通信。