[發(fā)明專利]基于無(wú)線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710157519.0
• 申請(qǐng)日: 2007-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101414985A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于海斌;徐皚冬;王忠鋒;趙雪峰;白占元;王樂(lè)輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): H04L12/66
• 分類號(hào): H04L12/66;H04L12/28;H04L29/06
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種基于無(wú)線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著以太網(wǎng)TCP/UDP(Transfer?Control?Protocol，User?DatagramProtocol)技術(shù)的迅速發(fā)展，以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、辦公網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。同時(shí)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是當(dāng)今前沿性的熱點(diǎn)研究方向之一，有著巨大的科學(xué)意義和應(yīng)用前景，被認(rèn)為是將對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的高技術(shù)之一。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和大量無(wú)人值守、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理、維護(hù)和組網(wǎng)工作；傳感器節(jié)點(diǎn)用來(lái)收集大量的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)多跳路由方式傳遞到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)的收集與融合。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)因?yàn)槠湟子诓渴稹⒊杀据^低等特點(diǎn)逐漸成為面向工業(yè)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的重要手段。

目前，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)間的通信主要采用串口方式或其他總線方式，如485總線。由于串口和485總線通信速率較低，因此不適合傳輸大量的數(shù)據(jù)。而以太網(wǎng)的通信速率可以達(dá)到100Mbit/s，甚至是1Gbit/s，適合于傳輸大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。

將無(wú)線通信技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，提高網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)間的通信速率，用于信息的傳輸和處理的技術(shù)方案目前尚未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于無(wú)線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，它將無(wú)線通信技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)無(wú)線通信模塊管理和維護(hù)無(wú)線設(shè)備，通過(guò)以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信，從而提高網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)間的通信速率，便于信息的傳輸和處理。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

包括無(wú)線通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊兩部分，其中：

-無(wú)線通信模塊，運(yùn)行無(wú)線通信協(xié)議，負(fù)責(zé)無(wú)線通信功能；

-以太網(wǎng)通信模塊，通過(guò)串口與無(wú)線通信模塊相連；

其中：在所述無(wú)線通信模塊中由微控制器存儲(chǔ)有無(wú)線通信協(xié)議，通過(guò)SPI接口操作射頻器(RF)。

所述無(wú)線通信協(xié)議負(fù)責(zé)無(wú)線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、設(shè)備的管理和維護(hù)，以及網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)同步、收集并處理采集的數(shù)據(jù)，對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照所定義的格式進(jìn)行封裝，并通過(guò)射頻器發(fā)送；同時(shí)對(duì)射頻器接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，按照數(shù)據(jù)的內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)操作。

所述無(wú)線通信協(xié)議的工作步驟為：通過(guò)接收處理來(lái)自射頻器的喚醒幀完成基本信息收集工作，將數(shù)據(jù)寫入信息表；通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀，獲取所采集的信息數(shù)據(jù)，并等待接收來(lái)自射頻器RF的數(shù)據(jù)響應(yīng)幀；接收到數(shù)據(jù)響應(yīng)幀后，通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)通信模塊；通過(guò)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)同步幀，發(fā)布當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息。其中所定義格式為：每種類型的幀具有統(tǒng)一的幀頭部分，及可選的數(shù)據(jù)部分；所述幀頭部分包括：

網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)；源地址；目的地址；幀類型，分別為喚醒幀、數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀、數(shù)據(jù)響應(yīng)幀和網(wǎng)絡(luò)同步幀；幀序列號(hào)。

所述數(shù)據(jù)響應(yīng)幀和網(wǎng)絡(luò)同步幀具有數(shù)據(jù)部分；數(shù)據(jù)響應(yīng)幀的數(shù)據(jù)部分用來(lái)表示所采集的數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡(luò)同步幀的數(shù)據(jù)部分用來(lái)表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)間信息。

本發(fā)明解決了無(wú)線通信協(xié)議棧開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，提供了用來(lái)完成過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。將網(wǎng)關(guān)設(shè)備的核心技術(shù)——無(wú)線通信協(xié)議與以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，更具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.應(yīng)用廣泛。可以應(yīng)用于化工、制藥、冶金、食品加工、能源、環(huán)境監(jiān)控等行業(yè)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域。

2.降低成本。本發(fā)明采用無(wú)線通信方式，可以節(jié)省傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的布線成本，大大降低系統(tǒng)造價(jià)。

3.與以太網(wǎng)無(wú)縫集成。本發(fā)明通過(guò)無(wú)線通信模塊可以輕易實(shí)現(xiàn)與以太網(wǎng)的無(wú)縫集成。

4.高傳輸速率。由于采用以太網(wǎng)通信模塊，其傳輸速率達(dá)100Mbit/s，甚至是1Gbit/s，所以采用本發(fā)明能充分滿足數(shù)據(jù)信息傳輸需求，特別適合于傳輸大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。

由于本發(fā)明有以上特點(diǎn)，使系統(tǒng)從設(shè)備、安裝到正常運(yùn)行及其檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。如：

1.節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于本發(fā)明可以同時(shí)對(duì)多個(gè)無(wú)線設(shè)備進(jìn)行管理和維護(hù)，從而節(jié)省了一大筆硬件投資。

2.節(jié)省安裝費(fèi)用。由于采用了無(wú)線通信技術(shù)，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，無(wú)需增設(shè)新的電纜，即可直接使用，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。

3.節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷。由于本發(fā)明提供設(shè)備管理與維護(hù)功能，用戶可以在線查詢所有設(shè)備的運(yùn)行信息。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明的無(wú)線通信模塊框圖。

圖3是本發(fā)明的以太網(wǎng)通信模塊框圖。