專利名稱：一種可組態物聯網接入網關的制作方法
技術領域：
本發明涉及計算機通訊領域，尤其涉及一種可組態物聯網接入網關。
背景技術：
目前普遍應用的通訊網關如以太路由器只能完成基于IP到IP的通訊界面轉換，無法適應常規的物聯網感知層設備的友好接入(I)因為復雜度、成本、功耗的問題，新的感知層設備通常不能支持以太網絡；(2)基于傳承或性能(如實時性)等方面的原因，目前已投入使用的大量智能設備(如PLC、驅動控制器、電源、風機等)一般都是使用各種現場如RS485、CAN等總線，無法直接接入。一些特殊的通訊網關如串口通訊服務器，可以完成串口到以太的介質轉 換，可以滿足上述部分智能設備的聯網需求，但是其所支持的介質接口類型是有限的，其與中心匯聚節點的連接通道通常是唯一的，更重要的是，這些設備只能完成介質轉換而沒有任何的應用層“語義"處理能力，能且只能完成其出廠預設的簡單協議/介質轉換。近年亦出了一些新型的多協議轉換器，可以通過內置的通訊協議/設備庫以多種通訊界面(主要是RS232/RS485)駁接各種智能設備，但是這些設備通常用于特定行業，其協議/規約庫也是針對于特定應用而開發，不具有普遍性，在針對新的應用時，需要廠商和專業人員的支持，周期長，應用復雜，也不能支持目前日益發展的無線傳感器網絡，不能適應當前物聯網的聯網需求，此外尚未發現支持wifi的協議轉換器。針對物聯網的聯網需求，很多企業已做出很多有益的探索和嘗試專利號201010613738. 7提出一種物聯網網關，采用多種可擴展的接口，以滿足多種通訊介質特別是無線介質間的信息交換，但其技術方案未涉及如何識別、配置、管理該網關區域內的感知層識備，所描述的網關本身也不涉及應用層語義處理的方法和其自治范圍內的自動控制、也未涉及作為可商用設備在設備安全可靠性方面的內容；專利號201010531884. 5提出一種可以進行通訊協議自適應的物聯網網關，能夠對感知測無線傳感單元進行協議識別并通過中心匯聚節點動態下載部署相應協議棧，但其未涉及到對傳統智能設備的支持，也不涉及應用層信息加工處理。綜上所述，物聯網的發展需要一個可組態物聯網接入網關，其能夠感知標識層設備和適應物聯網應用軟件/平臺的多樣性和異構性，以及能夠滿足眾多中小規模應用所亟需的即插即用、部署簡單、易于集成、低成本等諸方面的要求。
發明內容
為降低多廠商、多接口類型的設備聯網的復雜度，降低物聯網系統總體成本的同時提供滿意的安全性和可靠性，本發明提供一種可組態互聯網接入網關。一種可組態物聯網接入網關包括包括通訊接口、軟件/固件以及通訊協議/設備庫，所述通訊接口包括以太接口、無線以太網接口、RS232/485接口，USB接口，和至少一個插槽式的擴展端口 ；所述的軟件/固件包括接口驅動及通訊管理模塊、網絡協議棧模塊、IED智能設備協議及設備管理模塊、用戶組態程序執行器模塊、安全認證模塊、在線組態和配置模塊以及系統監控模塊，所述的通訊協議/設備庫中已存儲了一組預定義的通訊協議/設備庫。上述通訊接口中的插槽式的擴展端口用于插入總線適配器，所述插入的總線適配器包括但不限于GSM/CDMA適配器、ZIGBEE網絡適配器、CAN總線適配器、LonTalks總線適配器。上述通訊接口可根據需要被配置成上行通道或下行通道，所述的上行通道還可被配置成一主多備的模式。上述已存儲的一組預定義的通訊協議/設備庫可支持的主流總線協議包括MODBUS、MODBUS/TCP、Profibus-DP, HDLC, DeviceNet, BACNet ;可支持的設備包括西門子PLCS7-200、300系列、變頻器、電機驅動器，APC、山泰克UPS、多種可編程電源、多功能電表/智能戶表(DL/T645)、水暖氣表計(CJ/T188)。
用戶可通過組態的方式定義新的通訊協議/設備，所述組態的方式包括兩種一種是通過所述網關內置的WEB組態工具進行基本的組態，其內容包括通訊接口的配置，與IED交互過程的定義，IED數據存取、轉換、上報規則以及IED設備閉環控制的規則；另一種組態方式是通過組態軟件工具，通過圖形化界面定義復雜的過程控制和數據存取、轉換、展現的規則，組態軟件工具將組態數據預編成中間代碼，下載到網關中，由用戶組態程序執行器來執行。用戶還可通過自學習的方式定義新的通訊協議/設備，其步驟為
a.將通訊協議/設備庫中尚未支持的設備連接到所述網關某個通訊接口上；
b.將該通訊接口設為透明通道及自學習工作模式；
c.如果設備廠商提供配置/管理軟件，則利用該軟件對設備進行配置，存取訪問；
d.如果設備廠商不提供配置/管理軟件，則使用組態軟件中所提供通訊收發調試模塊，參照設備廠商所提供的設備說明書進行配置及存取訪問；
e.使用組態軟件完成對網關所學習到的內容進行分析和處理。所述通訊協議/設備庫中的數據可通過網絡在線或USB存儲裝置對其進行更新，同一類通訊協議/設備可有一種以上的版本型號并且此一種以上的版本型號可同時使用。所述網關可自動或向導式的發現、識別和配置其通訊協議/設備庫中可支持的IED,以實現即插即用，且所述網關為其通訊協議/設備庫中可支持的IED生成格式一致的內存狀態/操作映射數據結構。所述網關采用主/備機工作模式，主/備機之間使用以太通訊接口、無線以太通訊接口或RS232/485接口中的一種進行數據同步。本發明所提供的一種可組態物聯網接入網關便于將不同廠商、不同通訊接口、協議類型的智能設備接入到互聯網或專用網絡中，而無需關注感知層設備的技術細節；降低了物聯網系統實施部署難度的同時也提高了物聯網系統的可靠性和安全性；降低中小型物聯網應用系統總體成本，也保護既有設備、應用軟件的資產投入。
現結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
圖I是本發明的可組態物聯網接入網關的具體實施的系統框圖。
具體實施例方式圖I為本發明所涉及的網關具體實施的系統框圖，其中數字編號小于100的部分為該網關的組成部件，其他的為與該網關相接或相交互的外系統部件。如圖I所示，該具體方案中包含三個部分通訊接口、軟件/固件、數據。其中通訊接口包括802. 3以太網接口 1，其接口形式為RJ45連接器；無線以太網接口 2，符合802. 11 b/g/n標準，使用N制天線接頭，支持AP、Client、WDS ;RS232/485接口3采用DB9針形插座，高速光電隔離，并支持3KV突波保護;USB接口 4采用A類USB插座；插槽式擴展端口 5為2*8孔形插座。所述插槽式擴展端口用于插入總線適配器，插入的總線適配器包括但不限于GSM/CDMA適配器、ZIGBEE網絡適配器、CAN總線適配器、LonTalks總線適配器。 其中軟件/固件包括7個模塊，分別是接口驅動及通訊管理模塊7、網絡協議棧模塊8、LEDO協議及設備管理模塊9、用戶組態程序執行器模塊10、安全認證模塊12、在線組態和配置模塊13以及系統監控模塊14。其中數據包括兩種，一種即通訊協議/設備庫6，此數據存儲在非易失的永久存儲器中；一種即運行時數據15，包括配置信息、組態程序、歷史數據、IED實時數據、以及網關各軟件模塊使用的臨時數據，前三類數據存儲在非易失永久存儲器中，其他數據存儲在RAM中，掉電即會丟失。所述的通訊接口可根據需要被配置成上行接口或下行接口，并且上行接口還可被配置成一主多備的模式，即設定一個主通道，及多個備份通道，這些備份通道分配一個優先級，如果當前通道故障，那么優先級最高的通道將會被使用，這樣一方面可提高通訊的可靠性，另一方面也有利于降低通訊成本。比如基于可靠性原因，在條件允許的情況下，一般會使用以太接口 I接入到網絡，如果以太接口 I發生故障，那么會使用無線以太接口 2以Client身份接入到無線AP，如果此接口也發生故障，那么則臨時使用付費的3G通道108或GPRS通道110。所述已存儲的一組預定義的通訊協議/設備庫可支持的主流總線協議包括MODBUS, MODBUS/TCP、Profibus-DP, HDLC, DeviceNet, BACNet ;可支持的設備包括西門子PLC (S7-200、300系列)、變頻器、電機驅動器，APC、山泰克UPS、多種可編程電源、多功能電表/智能戶表(DL/T645 )、水暖氣表計(CJ/T188 )。用戶可通過組態的方式定義新的通訊協議/設備，所述組態的方式包括兩種一種是通過網關內置的WEB組態工具進行基本的組態，其內容包括通訊接口的配置，與LED交互過程的定義，LED數據存取、轉換、上報規則以及本網關范圍內各種IED設備閉環控制規則等；另一種組態方式是通過專門的組態軟件工具，通過圖形化界面來定義復雜的過程控制和數據存取、轉換、展現的規則，組態軟件工具將組態數據預編成中間代碼，下載到網關中，由用戶組態程序執行器來執行。用戶還可通過自學習的方式定義新的通訊協議/設備，其步驟為
a.將通訊協議/設備庫中尚未支持的設備連接到所述網關某個通訊接口；
b.將該通訊接口設為透明通道及自學習工作模式；C.如果此設備廠商提供配置/管理軟件，則利用該軟件對設備進行配置，存取訪問；
d.如果此設備廠商不提供相應軟件，則使用組態軟件中所提供通訊收發調試模塊，參照設備廠商所提供的設備說明書進行配置及存取訪問；
e.使用組態軟件完成對網關所學習到的內容進行分析和處理。所述的通訊協議/設備庫中的數據可通過網絡在線或USB存儲裝置對其進行更新，同一類通訊協議/設備可有多種版本型號并且可同時使用。所述網關可自動或向導式的發現、識別和配置其通訊協議/設備庫中可支持的IED,以實現即插即用，且所述網關為其通訊協議/設備庫中可支持的IED生成格式一致的內存狀態/操作映射數據結構，從而大大簡化上層應用系統軟件開發的難度。所述網關采用主/備機工作模式，主/備機之間通過以太通訊接口、無線以太通訊 接口或RS232/485接口中的一種進行數據同步，所述網關加電時，主/備機通過仲裁，確定主/備機關系，當備機在規定時間內發現主機故障時，則會發起接管會話，當故障的設備修復后，自動充當備機。
權利要求
1.一種可組態物聯網接入網關，其特征在于，包括通訊接口、軟件/固件以及通訊協議/設備庫，所述通訊接口包括以太接口、無線以太網接口、RS232/485接口，USB接口和至少一個插槽式的擴展端口 ；所述的軟件/固件包括接口驅動及通訊管理模塊、網絡協議棧模塊、IED智能設備協議及設備管理模塊、用戶組態程序執行器模塊、安全認證模塊、在線組態和配置模塊以及系統監控模塊，所述的通訊協議/設備庫中已存儲了一組預定義的通訊協議/設備庫。
2.如權利要求I所述的一種可組態物聯網接入網關,其特征在于,通訊接口中的插槽式的擴展端口用于插入總線適配器，所述插入的總線適配器包括但不限于GSM/CDMA適配器、ZIGBEE網絡適配器、CAN總線適配器、LonTalks總線適配器。
3.如權利要求2所述的一種可組態物聯網接入網關，其特征在于，所述的通訊接口可根據需要被配置成上行接口或下行接口，所述的上行接口還可被配置成一主多備的模式。
4.如權利要求I所述的一種可組態物聯網接入網關，其特征在于，所述已存儲的一組預定義的通訊協議/設備庫可支持的主流總線協議包括MODBUS、MODBUS/TCP、Profibus-DP.HDLC,DeviceNet,BACNet ;可支持的設備包括西門子 PLC (S7_200、300 系列)、變頻器、電機驅動器APC、山泰克UPS、可編程電源、多功能電表/智能戶表(DL/T645)、水暖氣表計(CJ/T188)。
5.如權利要求I所述的一種可組態物聯網接入網關，其特征在于，用戶可通過組態的方式定義新的通訊協議/設備，所述組態的方式包括兩種一種是通過所述網關內置的WEB組態工具進行基本的組態，其內容包括通訊接口的配置，與IED交互過程的定義，IED數據存取、轉換、上報規則以及IED設備閉環控制的規則；另一種組態方式是通過組態軟件工具，通過圖形化界面定義復雜的過程控制和數據存取、轉換、展現的規則，組態軟件工具將組態數據預編成中間代碼，下載到網關中，由用戶組態程序執行器來執行。
6.如權利要求I所述的一種可組態物聯網接入網關，其特征在于，用戶可通過自學習的方式定義新的通訊協議/設備，其步驟為 a.將通訊協議/設備庫中尚未支持的設備連接到所述網關某個通訊接口上； b.將該通訊接口設為透明通道及自學習工作模式； c.如果此設備廠商提供配置/管理軟件，則利用該軟件對設備進行配置，存取訪問； d.如果此設備廠商不提供配置/管理軟件，則使用組態軟件中所提供通訊收發調試模塊，參照設備廠商所提供的設備說明書進行配置及存取訪問； e.使用組態軟件完成對網關所學習到的內容進行分析和處理。
7.如權利要求5或6所述的一種可組態物聯網接入網關，其特征在于，所述的通訊協議/設備庫中的數據可通過網絡在線或USB存儲裝置對其進行更新，同一類通訊協議/設備可有一種以上的版本型號并且此一種以上的版本型號可同時使用。
8.如權利要求7所述的一種可組態物聯網接入網關，其特征在于，所述網關可自動或向導式的發現、識別和配置其通訊協議/設備庫中可支持的IED，以實現即插即用，且所述網關為其通訊協議/設備庫中可支持的IED生成格式一致的內存狀態/操作映射數據結構。
9.如權利要求I所述的一種可組態物聯網接入網關，其特征在于，所述網關采用主/備機工作模式，主/備機之間通過以太通訊接口、無線以太通訊接口或RS232/485接口中的一種進 行數據同步。
全文摘要
本發明公開了一種可組態物聯網接入網關，涉及計算機通訊領域。所述的一種可組態物聯網接入網關，包括通訊接口、軟件/固件以及通訊協議/設備庫。此網關可以自動或向導式發現、識別、配置、控制其通訊協議/設備庫中可支持的IED；并可以通過在線組態編程或自學習的方式定義新的通訊協議/設備以實現對新類型設備的支持，所述網關內置嵌入式web服務器，可以獨立或相互協同的構成自治系統。本網關可降低多廠商、多接口類型的設備聯網的復雜度，降低物聯網系統總體成本的同時提供滿意的安全性和可靠性。
文檔編號H04L12/66GK102801658SQ20111013221
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者丁力 申請人:鎮江金鈦軟件有限公司