支持各种射频通讯融合工作的网关的制作方法
【专利摘要】一种支持各种射频通讯融合工作的网关，包括网关控制模块和与网关控制模块相连的各种通讯模块，以及扫频模块；网关控制模块负责对各模块的工作进行必要的支持、协调及维护，完成外部网络与内部网络的无缝连接，并为各个通讯设备运用调控策略分配通讯信道，协调其工作；各种通讯模块负责接入的各种标准协议及自定义协议设备的数据交换；扫频模块负责不间断地扫描各频段的分布和使用情况，为控制模块提供必要的信息，本发明通过多通讯自动频分网关调控策略及装置，实现网关自动扫频，识别各个使用不同通讯协议和通讯频段的设备，在网关资源受限的情况下对各设备与网关的通讯进行动态调控，以增加系统吞吐量，提高系统性能。
【专利说明】支持各种射频通讯融合工作的网关
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种支持各种射频通讯融合工作的网关。
【背景技术】
[0002]目前，无线通讯设备使用的通讯协议和频段日益增多。目前常用的无线通讯方式有Wif1、蓝牙、Zigbee、2G/3G、红外和各种没有统一通讯协议、工作在不同的频段的设备。通讯协议和频段的差异性导致这些设备难以被统一调控和频段使用冲突等问题。在同时使用多种不同通讯设备时，要同时安装多个不同的网关，成本较高，操作较为繁琐，并且无法解决频带冲突等引起的整体无线网络性能下降问题。比如，中国专利201320198225.3公开了一种基于多网络融合的智能网关设备，可以融合LTE网络、TD-SCDM网络、WCDMA网络等，但是对Zigbee网络没有涉及；中国专利201220629291.7中公开了一种智能网关物联网模块，只能处理Wifi网络；中国专利201220456830.1中公开了一种基于Zigbee网络的多网关系统，智能处理Zigbee网络。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供支持各种射频通讯融合工作的网关，具备通用性，不仅支持现有的WiF1、Zigbee、LTE、TD等无线通讯方式，同时在工作方法上还支持未来的其它射频通讯方式，实现网关自动扫频，识别各个使用不同通讯协议和通讯频段的设备，在网关资源受限的情况下对各设备与网关的通讯进行动态调控，以增加系统吞吐量，提高系统性能。
[0004]为达到以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种支持各种射频通讯融合工作的网关，包括网关控制模块和与网关控制模块相连的各种通讯模块，以及扫频模块；
[0006]所述网关控制模块负责对各模块的工作进行必要的支持、协调及维护，完成外部网络与内部网络的无缝连接，并为各个通讯设备运用调控策略分配通讯信道，协调其工作；
[0007]所述各种通讯模块负责接入的各种标准协议及自定义协议设备的数据交换；
[0008]所述扫频模块负责不间断地扫描各频段的分布和使用情况，为控制模块提供必要的信息。
[0009]所述通讯模块支持使用现有标准通讯协议的通讯设备，以及自定义通讯协议的通讯设备，对于自定义通讯协议的通讯设备，通过提供控制协议或者使用自带的通讯协议实现对多种传感器的支持。
[0010]在某一射频设备进行数据传输时，由相应的通讯模块将请求发给网关控制模块，网关控制模块根据从扫频模块获取到的当前频段使用情况，采用调控策略对于传输进行优化，最大程度利用频谱资源，优化整个系统的吞吐量，对于需要处理的数据，通过调用本地计算资源或者请求上位计算单元接入，以充分满足多元化的应用需要。[0011]上述所述的一种多通讯自动频分网关的运行方法，首先由设备管理模块进行自动扫频，监听是否有通讯设备发出建立通讯连接请求，只要有通讯设备进入到网关的覆盖范围，该设备将被设备管理模块识别；然后由调度管理模块使用调控策略选择性能最佳的通讯信道，分配给通讯设备进行通讯；主管理模块协调各模块的运行，并建立外部网络与内部网络的无缝连接。
[0012]所述调控策略是:根据网关从扫频模块获取到的当前频段使用情况，为使用自定义通讯协议的通讯设备分配通讯频段；为使用标准通讯协议，但通讯频段有重叠的通讯设备首先分配不重叠的通讯子频段；若由于通讯设备过多，早成网关分配的子频段重叠，则使用时分方法，协调频段重叠的通讯设备的工作。
[0013]针对精简化设备上传的原始数据，需要进行处理后得出有效的信息，此时优先考虑利用本地的计算资源，当本地计算资源不足以满足计算需求时，向上高速接入多服务器集群或云计算单元，充分满足海量数据的处理需求。
[0014]本发明和现有技术相比，优点如下:
[0015]本发明可为所有无线设备和有线设备提供接口，并对其通讯进行控制。当使用不同通讯协议和通讯频段的设备处于网关覆盖范围内时，本发明所述的装置可以提供标准协议及自定义协议支持，与各个设备建立通讯，不再需要使用多个网关负责与不同通讯设备进行通讯。在网关资源受限的情况下，通过调控策略的优化，实现多种、多量的通讯设备的并发运行，增加了系统吞吐量，提高了系统性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明网关的整体架构图。
[0017]图2为本发明网关的接入示意图。
[0018]图3为本发明设备接入设置过程图。
[0019]图4为本发明优先级抢占调度方式示意图。
【具体实施方式】:
[0020]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0021]如图1所示，一种支持各种射频通讯融合工作的网关，包括:网关控制模块，各种通讯模块(如DM9000以太网模块、APM6658蓝牙wifi模块、cc2530zigbee模块、MF2103G模块、CC1101433/915Mhz无线收发器等)和扫频模块。各种通讯模块为各种通讯方式的实现提供物理设备，并与网关控制模块相连，负责接入的各种标准协议及自定义协议设备的数据交换；网关控制模块负责对各模块的工作进行必要的支持、协调及维护(如分配地址、响应通讯模块的服务原语、周期性检查模块工作状态等)，完成外部网络与网关内部网络的无缝连接，并为各个通讯设备运用调控策略分配通讯信道，协调其工作；扫频模块负责监控频段分布与使用情况并为控制模块提供必要的信息(如当前各信道的使用情况，是否有新设备的接入请求等)。工作环境中包括了大量要通过网关进行数据交换的设备，这些设备通过有线或无线的方式同网关连接。
[0022]如图2所示，当网关收到一个设备的入网请求时，首先根据其工作的频段及模式做出相应处理:若其工作在自定义通讯协议的频段且网关尚未缓存相应的通讯协议，则向云端发出请求，下载并解析相应的通讯协议从而完成该设备的接入。设备接入后，可以根据其设备ID对其优先级进行自动赋值，也可由用户自行定义优先级。设置完成后将该设备相应的?目息存储在网关中。
[0023]如图3和图4所示，当网关收到一个设备的通讯请求时，首先判断其工作的信道是否收到干扰。若未受到干扰时，则直接进行数据传输。当检测到干扰并影响正常通讯时，则对该设备及当前占用信道设备的优先级进行比较。当该设备优先级较高时，则将该设备的传输任务放至任务队列的队首，并适当减少甚至停止当前占用信道设备的工作；当该设备优先级较低时，则暂缓该设备的通讯请求，将其传输任务放至任务队列队尾等候调度。在该频段内的设备优先级相差不大时，也可以采用时间片轮转等方式尽可能地减少每个设备的传输延迟。传输时，根据包的传输目的地址判断是发往内部的还是发往外部的，如果是发往外部的则通过外部通讯端口发出；若是发往内部的则判断要发往的通讯模块后打包传出。
[0024]针对某些重要程度较高的通讯设备，可设置定时发送的数据帧避免由于当前信道过于繁忙而始终无法发送数据的状况。当网关有较长时间未收到周期性数据帧时，也可根据设置信息对当前占用信道的设备进行传输控制，以类似于轮询的方式保证重要数据的可靠传输。
[0025]在一个设备退出组网时，在相应的设备记录表中将该项删除，并清理其占用的存储空间。若该设备退出后相应通讯模块无工作必要，可将网关内相应通讯模块转入低功耗模式节约能源。
【权利要求】
1.一种支持各种射频通讯融合工作的网关，其特征在于:包括网关控制模块和与网关控制模块相连的各种通讯模块，以及扫频模块； 所述网关控制模块负责对各模块的工作进行必要的支持、协调及维护，完成外部网络与内部网络的无缝连接，并为各个通讯设备运用调控策略分配通讯信道，协调其工作； 所述各种通讯模块负责接入的各种标准协议及自定义协议设备的数据交换； 所述扫频模块负责不间断地扫描各频段的分布和使用情况，为控制模块提供必要的信肩、O
2.权利要求1所述支持各种射频通讯融合工作的网关，其特征在于:所述通讯模块支持使用现有标准通讯协议的通讯设备，以及自定义通讯协议的通讯设备，对于自定义通讯协议的通讯设备，通过提供控制协议或者使用自带的通讯协议实现对多种传感器的支持。
3.权利要求1所述支持各种射频通讯融合工作的网关，其特征在于:在某一射频设备进行数据传输时，由相应的通讯模块将请求发给网关控制模块，网关控制模块根据从扫频模块获取到的当前频段使用情况，采用调控策略对于传输进行优化，最大程度利用频谱资源，优化整个系统的吞吐量，对于需要处理的数据，通过调用本地计算资源或者请求上位计算单元接入，以充分满足多元化的应用需要。
4.根据权利要求3所述支持各种射频通讯融合工作的网关，其特征在于，所述调控策略是:根据网关从扫频模块获取到的当前频段使用情况，为使用自定义通讯协议的通讯设备分配通讯频段；为使用标准通讯协议，但通讯频段有重叠的通讯设备首先分配不重叠的通讯子频段；若由于通讯设备过多，早成网关分配的子频段重叠，则使用时分方法，协调频段重叠的通讯设备的工作。
5.根据权利要求3所述支持各种射频通讯融合工作的网关，其特征在于，针对精简化设备上传的原始数据，需要进行处理后得出有效的信息，此时优先考虑利用本地的计算资源，当本地计算资源不足以满足计算需求时，向上高速接入多服务器集群或云计算单元，充分满足海量数据的处理需求。
【文档编号】H04W88/16GK103874241SQ201410098814
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2014年3月17日
【发明者】吕勇强, 陈渝, 史元春, 吕培, 李世晶 申请人:清华大学, 北京水木元生科技有限责任公司