嵌入式系统物联网网关的设计

李东泽

摘要

物联网网关是连接传感网和通信网络的一个重要纽带，嵌入式系统的物联网网关设计在软件的控制下，能够实现一些不同类型感知系统的正常接入，并用于到各种场合之中。在物联网网关设计中，不仅可以实现网关的服务功能，还能对这些设备进行统一化的控制和远程接控，确保它的通信方面的安全。本文从物联网网关的硬件和软件设计两个方面来分析问题，以期为相关人员提供参考。

【关键词】嵌入式系统 物联网 网关设计

物联网可以看作是人类社会发展的必然产物，主要是依靠全球定位系统等传感设备来将世界中的任何物体连入到其中，让人与人之间的交流变得更为简单。随着物联网的不断完善，其在我国各个领域都取得了突破性的进展，也让人们的生活更加智能化。在现有的无线传感网中，ZigBee凭借着自身特有的优势特点，在传感网中得到了广泛的应用，为人们的生活和工作提供了方便。

1 物联网网关的硬件设计

1.1 太网的网络接口

在网关中的硬件设施方面，所使用的一般是AC/220V的供电模式，并且电源模块会产生各种不同的电压。例如，其中的太网模块，通过控制器将十六位数据总线连接到相应的系统中，将控制器中的一条地址总线和控制器连接在一起，并以太网数据的形式，对控制器进行操作。要考虑到物联网网关会在比较恶劣的环境下工作，所以更应该充分的应用内部资源。

例如，以AT91SAM9260控制器作为硬件平台，就需要为其提供足够多的内存空间和应用程序。其中主控制器作为系统的核心部件，主要任务是数据转换、任务调度，在太网的网络接口中，作为OSI模型中连接两种媒介的重要工具，可以实现主机和物理层之间的数据通信。按照标准的数据化格式进行控制与接收，通过MII好RMII两种模式进行接收，实现对硬件的优化配置。通过DM9161EP芯片，将其作为网关系统中的接入口，符合低成本的快速运行，通过可变压的MII又能准确的连接到MAC层，这也是现阶段最常见的物理层收发器。根据实际情况进行编程，以此来改变数据的长度，进而满足相应的标准。

1.2 ZiBee的S网模块

ZigBee作为组网模块中的重要组成部分，能够解决系统中的重要程序问题，在芯片内部添加了一些增强型的内核装饰，在RF上有着非常强大的功能。组网模块中，协调器会通过UART的方式和一些仪器设备相互连接在一起，当收到远程监控所发来的消息之后，就会通过串口的方式对ZigBee发送相应的指令。最后它的终端节会将A/D转换模板收集到的数据以相反的方式传递给远程监控计算机。ZigBee有着极强的兼容性，在感知层主要是承担采集数据和无线传送的工作，而在使用层中主要是负责数据的加工处理，并给用户提供最满意的服务。

例如，在协议转换中，基本功能就是呈现出不同协议的转换，在收到ZigBee节点所传送来的数据之后，按照相应的规章制度来剔除掉多余的网络层包头，并对应用层的一些数据进行合理化的处理。在网管的设计中需要分析硬件的整体设计，在设计的两个模板中使用了ZigBee的开发套件，调节一些开发板，这能同时呈现网关的整体功能。将调节器和开发板连接在一起，根据设计方式，将实现的51单片机核以Astack的方式下载，达到降低成本的目的。对于一个完整的硬件系統而言，如果仅仅是电路设计，这还远远不够，就从微处理器来看，还需要添加一些储存电路和硬件方面的模板。

2 物联网网关的软件设计

2.1 ZiBee的应用程序

软件支持层主要是借助软件的接口在Linux上进行操作，能够实现客户端和服务器之间的信息交流。ZigBee应用程序的内部具有丰富的API，并提供了OSAL的系统框架来实现多层次的处理服务，这让整个系统看起来更像是一个小型的框架操作系统，而在应用程序中，是需要在一些特定的机制中来执行函数操作的。ZigBee应用程序主要是协调器程序和终端节点。

协调器作为ZigBee网络的核心点，在数据转发和网络管理上具有非常重要的作用，当协调器初始完成之后，就可以开始相应的扫描工作，对能量进行检查，然后选择一个合适的通道，通过网络来操作程序。当系统在运行之后，协调器会自动进入到一个查询的状态，根据处理器的节点来发送入网申请，在成功之后就会收到地址。然后对数据包进行调节，按照协议的标准来进行封装。而在终端节点方面，主要是负责数据的采集，根据控制命令来执行相应的任务。在设置好软硬件之后，会有无线局域网，当启动系统程序的时候，接下来的节点就会实时传入相关的数据，监听与发送一些控制数据来执行相应的操作。

2.2 主控模块设计

网关主要的模块程序是在Linux的基础上来操作的，通过服务器和多种编写程序，实现对太网和ZigBec网络的管理与控制，将网关接口、客户端和服务器结合在一起。当客户端以网页的形式向服务器发送请求的时候，服务器中的cgi程序就会从环境变量与输入标准中，读取相应的信息，最后将结果发送到客户端的浏览器中。当设计的主控模板由CGI程序来统一调度时，就可以将主控模板和串口相互连接，控制器在收到相关程序的时候，以解析数据包的形式与终端节点连接在一起。主控部分和太网的通信部分会移植到Linux中，如果数据出现了异常，主控制器就会发送命令给到手机上。在嵌入式系统开发的阶段，处理的速度和储存的空间与PC相比更具有优势，这也能提高它在传输中的效率。因此，在开始之前就需要对开发和运行环境进行实时的搭建，让各个功能的模板能进行有效衔接。

3 结束语

通过嵌入式系统能够实现物联网网关的有效控制，在继承了ZigBee优势的基础上，引入GPRS和太网，这很好的解决了传统网络的缺陷问题。在嵌入式设备上实现数据的转发，给出了一些简单的操作方式，结合无线传感网的特点，极大的扩宽了人们的感知领域，提供了更为便捷的服务。

参考文献

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