物联网网关的设计与研究

　　2.3 协议适配层

　　协议适配层保证不同的感知延伸层协议能够通过此层变成格式统一的数据和控制信令。

　　2.4感知延伸层

　　此层面向底层感知延伸设备，包含消息发送与消息接收两个子模块。消息发送模块负责将经过消息构成层转换后的可被特定感知延伸设备理解的消息发送给底层设备。消息接收模块则接收来自底层设备的消息，发送至标准消息构成层进行解析。感知延伸网络由感知设备组成，包括射RFID、GPS、视频监控系统、各类型传感器等。感知延伸设备之间支持多种通信协议，可以组成Lonworks和Zigbee以及其他多种感知延伸网络。

　　图3展示了物联网中信息交互流程，可以看出，物联网网关解决了物联网网络内不同设备无法统一控制和管理的问题，达到屏蔽底层通信差异的目的，并使得最终用户无需知道底层设备的具体通信细节，实现对不同感知延伸层设备的统一访问。

　　3 物联网网关设计

　　3.1 硬件结构

　　网关的总体结构如图4 图所示，数据采集模块实现物理世界数据的采集或者汇聚，它可以是传感器网络的汇聚节点、RFID网络的阅读器、视频采集设备、GPS等。处理/存储模块是网关的核心模块，它实现协议转换、管理、安全等各个方面的数据处理及存储。接入模块将网关接入广域网，可能采用的方式包括有线（以太、ADSL、FTT等）、无线（WLAN、GPRS、3G、卫星等）。供电模块负责为网关供电，可能的供电方式包括市电、太阳能、蓄电池等。

　　在此，将数据采集模块和处理/存储模块之间的接口称为A接口，将接入模块和处理/存储模块之间的接口称为B接口。A接口的类型可能有UART（用得最多的方式）、RS232/RS485（如各种仪器、仪表）、SPI（直接对短距离RF模块进行操作时用）、USB（视频头）、Ethernet、AD总线等；B接口的类型可能有UART、USB、AD总线等。需要在开发过程中逐渐定义出A接口和B接口的规范及标准。

　　3.2 软件结构

　　网关的设计思路是以模块化的方式实现软硬件的各个部分，使得模块之间的替换非常容易。其中硬件模块采用总线形式（如UART、USB、PCI、本地总线等）进行连接，软件则采用模块化可加载的方式运行，并将共同部分抽象成公共模块，如图5所示。因此，支持新的数据汇聚模块和接入模块则只需要开发相应的硬件模块和驱动程序即可。另外，将处理过程中的数据进行统一，负载部分采用TLV（Type、Length、Value）的方式进行组织，如图6所示。

　　4 物联网网关DEMO版

　　目前需要开发的DEMO系统整体结构如图7所示，无线传感器节点采集环境中的温度等信息，通过无线多跳自组织方式将数据发送到网关，固定式阅读器读取RFID标签内容发送到网关；网关将这些数据通过WCDMA网络发送到服务器；服务器对这些数据进行处理、存储，并提供一个信息平台，供用户（包括PC用户和手机用户）使用。通过实现这个DEMO系统，可以对物联网相关的关键技术进行研究。