支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)的制作方法
【專利摘要】一種支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)，包括網(wǎng)關(guān)控制模塊和與網(wǎng)關(guān)控制模塊相連的各種通訊模塊，以及掃頻模塊；網(wǎng)關(guān)控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)各模塊的工作進(jìn)行必要的支持、協(xié)調(diào)及維護(hù)，完成外部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，并為各個(gè)通訊設(shè)備運(yùn)用調(diào)控策略分配通訊信道，協(xié)調(diào)其工作；各種通訊模塊負(fù)責(zé)接入的各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及自定義協(xié)議設(shè)備的數(shù)據(jù)交換；掃頻模塊負(fù)責(zé)不間斷地掃描各頻段的分布和使用情況，為控制模塊提供必要的信息，本發(fā)明通過多通訊自動(dòng)頻分網(wǎng)關(guān)調(diào)控策略及裝置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)自動(dòng)掃頻，識(shí)別各個(gè)使用不同通訊協(xié)議和通訊頻段的設(shè)備，在網(wǎng)關(guān)資源受限的情況下對(duì)各設(shè)備與網(wǎng)關(guān)的通訊進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，以增加系統(tǒng)吞吐量，提高系統(tǒng)性能。
【專利說明】支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，無線通訊設(shè)備使用的通訊協(xié)議和頻段日益增多。目前常用的無線通訊方式有Wif1、藍(lán)牙、Zigbee、2G/3G、紅外和各種沒有統(tǒng)一通訊協(xié)議、工作在不同的頻段的設(shè)備。通訊協(xié)議和頻段的差異性導(dǎo)致這些設(shè)備難以被統(tǒng)一調(diào)控和頻段使用沖突等問題。在同時(shí)使用多種不同通訊設(shè)備時(shí)，要同時(shí)安裝多個(gè)不同的網(wǎng)關(guān)，成本較高，操作較為繁瑣，并且無法解決頻帶沖突等引起的整體無線網(wǎng)絡(luò)性能下降問題。比如，中國專利201320198225.3公開了一種基于多網(wǎng)絡(luò)融合的智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，可以融合LTE網(wǎng)絡(luò)、TD-SCDM網(wǎng)絡(luò)、WCDMA網(wǎng)絡(luò)等，但是對(duì)Zigbee網(wǎng)絡(luò)沒有涉及；中國專利201220629291.7中公開了一種智能網(wǎng)關(guān)物聯(lián)網(wǎng)模塊，只能處理Wifi網(wǎng)絡(luò)；中國專利201220456830.1中公開了一種基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的多網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，智能處理Zigbee網(wǎng)絡(luò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)，具備通用性，不僅支持現(xiàn)有的WiF1、Zigbee、LTE、TD等無線通訊方式，同時(shí)在工作方法上還支持未來的其它射頻通訊方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)自動(dòng)掃頻，識(shí)別各個(gè)使用不同通訊協(xié)議和通訊頻段的設(shè)備，在網(wǎng)關(guān)資源受限的情況下對(duì)各設(shè)備與網(wǎng)關(guān)的通訊進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，以增加系統(tǒng)吞吐量，提高系統(tǒng)性能。
[0004]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)，包括網(wǎng)關(guān)控制模塊和與網(wǎng)關(guān)控制模塊相連的各種通訊模塊，以及掃頻模塊；
[0006]所述網(wǎng)關(guān)控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)各模塊的工作進(jìn)行必要的支持、協(xié)調(diào)及維護(hù)，完成外部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，并為各個(gè)通訊設(shè)備運(yùn)用調(diào)控策略分配通訊信道，協(xié)調(diào)其工作；
[0007]所述各種通訊模塊負(fù)責(zé)接入的各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及自定義協(xié)議設(shè)備的數(shù)據(jù)交換；
[0008]所述掃頻模塊負(fù)責(zé)不間斷地掃描各頻段的分布和使用情況，為控制模塊提供必要的信息。
[0009]所述通訊模塊支持使用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的通訊設(shè)備，以及自定義通訊協(xié)議的通訊設(shè)備，對(duì)于自定義通訊協(xié)議的通訊設(shè)備，通過提供控制協(xié)議或者使用自帶的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)多種傳感器的支持。
[0010]在某一射頻設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，由相應(yīng)的通訊模塊將請(qǐng)求發(fā)給網(wǎng)關(guān)控制模塊，網(wǎng)關(guān)控制模塊根據(jù)從掃頻模塊獲取到的當(dāng)前頻段使用情況，采用調(diào)控策略對(duì)于傳輸進(jìn)行優(yōu)化，最大程度利用頻譜資源，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量，對(duì)于需要處理的數(shù)據(jù)，通過調(diào)用本地計(jì)算資源或者請(qǐng)求上位計(jì)算單元接入，以充分滿足多元化的應(yīng)用需要。[0011]上述所述的一種多通訊自動(dòng)頻分網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行方法，首先由設(shè)備管理模塊進(jìn)行自動(dòng)掃頻，監(jiān)聽是否有通訊設(shè)備發(fā)出建立通訊連接請(qǐng)求，只要有通訊設(shè)備進(jìn)入到網(wǎng)關(guān)的覆蓋范圍，該設(shè)備將被設(shè)備管理模塊識(shí)別；然后由調(diào)度管理模塊使用調(diào)控策略選擇性能最佳的通訊信道，分配給通訊設(shè)備進(jìn)行通訊；主管理模塊協(xié)調(diào)各模塊的運(yùn)行，并建立外部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。
[0012]所述調(diào)控策略是:根據(jù)網(wǎng)關(guān)從掃頻模塊獲取到的當(dāng)前頻段使用情況，為使用自定義通訊協(xié)議的通訊設(shè)備分配通訊頻段；為使用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，但通訊頻段有重疊的通訊設(shè)備首先分配不重疊的通訊子頻段；若由于通訊設(shè)備過多，早成網(wǎng)關(guān)分配的子頻段重疊，則使用時(shí)分方法，協(xié)調(diào)頻段重疊的通訊設(shè)備的工作。
[0013]針對(duì)精簡化設(shè)備上傳的原始數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行處理后得出有效的信息，此時(shí)優(yōu)先考慮利用本地的計(jì)算資源，當(dāng)本地計(jì)算資源不足以滿足計(jì)算需求時(shí)，向上高速接入多服務(wù)器集群或云計(jì)算單元，充分滿足海量數(shù)據(jù)的處理需求。
[0014]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)如下:
[0015]本發(fā)明可為所有無線設(shè)備和有線設(shè)備提供接口，并對(duì)其通訊進(jìn)行控制。當(dāng)使用不同通訊協(xié)議和通訊頻段的設(shè)備處于網(wǎng)關(guān)覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，本發(fā)明所述的裝置可以提供標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及自定義協(xié)議支持，與各個(gè)設(shè)備建立通訊，不再需要使用多個(gè)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)與不同通訊設(shè)備進(jìn)行通訊。在網(wǎng)關(guān)資源受限的情況下，通過調(diào)控策略的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多種、多量的通訊設(shè)備的并發(fā)運(yùn)行，增加了系統(tǒng)吞吐量，提高了系統(tǒng)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明網(wǎng)關(guān)的整體架構(gòu)圖。
[0017]圖2為本發(fā)明網(wǎng)關(guān)的接入示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明設(shè)備接入設(shè)置過程圖。
[0019]圖4為本發(fā)明優(yōu)先級(jí)搶占調(diào)度方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0021]如圖1所示，一種支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)，包括:網(wǎng)關(guān)控制模塊，各種通訊模塊(如DM9000以太網(wǎng)模塊、APM6658藍(lán)牙wifi模塊、cc2530zigbee模塊、MF2103G模塊、CC1101433/915Mhz無線收發(fā)器等)和掃頻模塊。各種通訊模塊為各種通訊方式的實(shí)現(xiàn)提供物理設(shè)備，并與網(wǎng)關(guān)控制模塊相連，負(fù)責(zé)接入的各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及自定義協(xié)議設(shè)備的數(shù)據(jù)交換；網(wǎng)關(guān)控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)各模塊的工作進(jìn)行必要的支持、協(xié)調(diào)及維護(hù)(如分配地址、響應(yīng)通訊模塊的服務(wù)原語、周期性檢查模塊工作狀態(tài)等)，完成外部網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，并為各個(gè)通訊設(shè)備運(yùn)用調(diào)控策略分配通訊信道，協(xié)調(diào)其工作；掃頻模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控頻段分布與使用情況并為控制模塊提供必要的信息(如當(dāng)前各信道的使用情況，是否有新設(shè)備的接入請(qǐng)求等)。工作環(huán)境中包括了大量要通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的設(shè)備，這些設(shè)備通過有線或無線的方式同網(wǎng)關(guān)連接。
[0022]如圖2所示，當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到一個(gè)設(shè)備的入網(wǎng)請(qǐng)求時(shí)，首先根據(jù)其工作的頻段及模式做出相應(yīng)處理:若其工作在自定義通訊協(xié)議的頻段且網(wǎng)關(guān)尚未緩存相應(yīng)的通訊協(xié)議，則向云端發(fā)出請(qǐng)求，下載并解析相應(yīng)的通訊協(xié)議從而完成該設(shè)備的接入。設(shè)備接入后，可以根據(jù)其設(shè)備ID對(duì)其優(yōu)先級(jí)進(jìn)行自動(dòng)賦值，也可由用戶自行定義優(yōu)先級(jí)。設(shè)置完成后將該設(shè)備相應(yīng)的?目息存儲(chǔ)在網(wǎng)關(guān)中。
[0023]如圖3和圖4所示，當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到一個(gè)設(shè)備的通訊請(qǐng)求時(shí)，首先判斷其工作的信道是否收到干擾。若未受到干擾時(shí)，則直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)檢測到干擾并影響正常通訊時(shí)，則對(duì)該設(shè)備及當(dāng)前占用信道設(shè)備的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行比較。當(dāng)該設(shè)備優(yōu)先級(jí)較高時(shí)，則將該設(shè)備的傳輸任務(wù)放至任務(wù)隊(duì)列的隊(duì)首，并適當(dāng)減少甚至停止當(dāng)前占用信道設(shè)備的工作；當(dāng)該設(shè)備優(yōu)先級(jí)較低時(shí)，則暫緩該設(shè)備的通訊請(qǐng)求，將其傳輸任務(wù)放至任務(wù)隊(duì)列隊(duì)尾等候調(diào)度。在該頻段內(nèi)的設(shè)備優(yōu)先級(jí)相差不大時(shí)，也可以采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)等方式盡可能地減少每個(gè)設(shè)備的傳輸延遲。傳輸時(shí)，根據(jù)包的傳輸目的地址判斷是發(fā)往內(nèi)部的還是發(fā)往外部的，如果是發(fā)往外部的則通過外部通訊端口發(fā)出；若是發(fā)往內(nèi)部的則判斷要發(fā)往的通訊模塊后打包傳出。
[0024]針對(duì)某些重要程度較高的通訊設(shè)備，可設(shè)置定時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀避免由于當(dāng)前信道過于繁忙而始終無法發(fā)送數(shù)據(jù)的狀況。當(dāng)網(wǎng)關(guān)有較長時(shí)間未收到周期性數(shù)據(jù)幀時(shí)，也可根據(jù)設(shè)置信息對(duì)當(dāng)前占用信道的設(shè)備進(jìn)行傳輸控制，以類似于輪詢的方式保證重要數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
[0025]在一個(gè)設(shè)備退出組網(wǎng)時(shí)，在相應(yīng)的設(shè)備記錄表中將該項(xiàng)刪除，并清理其占用的存儲(chǔ)空間。若該設(shè)備退出后相應(yīng)通訊模塊無工作必要，可將網(wǎng)關(guān)內(nèi)相應(yīng)通訊模塊轉(zhuǎn)入低功耗模式節(jié)約能源。
【權(quán)利要求】
1.一種支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)，其特征在于:包括網(wǎng)關(guān)控制模塊和與網(wǎng)關(guān)控制模塊相連的各種通訊模塊，以及掃頻模塊； 所述網(wǎng)關(guān)控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)各模塊的工作進(jìn)行必要的支持、協(xié)調(diào)及維護(hù)，完成外部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，并為各個(gè)通訊設(shè)備運(yùn)用調(diào)控策略分配通訊信道，協(xié)調(diào)其工作； 所述各種通訊模塊負(fù)責(zé)接入的各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及自定義協(xié)議設(shè)備的數(shù)據(jù)交換； 所述掃頻模塊負(fù)責(zé)不間斷地掃描各頻段的分布和使用情況，為控制模塊提供必要的信肩、O
2.權(quán)利要求1所述支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)，其特征在于:所述通訊模塊支持使用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的通訊設(shè)備，以及自定義通訊協(xié)議的通訊設(shè)備，對(duì)于自定義通訊協(xié)議的通訊設(shè)備，通過提供控制協(xié)議或者使用自帶的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)多種傳感器的支持。
3.權(quán)利要求1所述支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)，其特征在于:在某一射頻設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，由相應(yīng)的通訊模塊將請(qǐng)求發(fā)給網(wǎng)關(guān)控制模塊，網(wǎng)關(guān)控制模塊根據(jù)從掃頻模塊獲取到的當(dāng)前頻段使用情況，采用調(diào)控策略對(duì)于傳輸進(jìn)行優(yōu)化，最大程度利用頻譜資源，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量，對(duì)于需要處理的數(shù)據(jù)，通過調(diào)用本地計(jì)算資源或者請(qǐng)求上位計(jì)算單元接入，以充分滿足多元化的應(yīng)用需要。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述調(diào)控策略是:根據(jù)網(wǎng)關(guān)從掃頻模塊獲取到的當(dāng)前頻段使用情況，為使用自定義通訊協(xié)議的通訊設(shè)備分配通訊頻段；為使用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，但通訊頻段有重疊的通訊設(shè)備首先分配不重疊的通訊子頻段；若由于通訊設(shè)備過多，早成網(wǎng)關(guān)分配的子頻段重疊，則使用時(shí)分方法，協(xié)調(diào)頻段重疊的通訊設(shè)備的工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述支持各種射頻通訊融合工作的網(wǎng)關(guān)，其特征在于，針對(duì)精簡化設(shè)備上傳的原始數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行處理后得出有效的信息，此時(shí)優(yōu)先考慮利用本地的計(jì)算資源，當(dāng)本地計(jì)算資源不足以滿足計(jì)算需求時(shí)，向上高速接入多服務(wù)器集群或云計(jì)算單元，充分滿足海量數(shù)據(jù)的處理需求。
【文檔編號(hào)】H04W88/16GK103874241SQ201410098814
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】呂勇強(qiáng), 陳渝, 史元春, 呂培, 李世晶 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 北京水木元生科技有限責(zé)任公司