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智能网关技术关键及典型参考设计集锦

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邢远 发表于 2014-10-16 05:23:46 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
  继计算机、互联网之后物联网的崛起掀起了世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网 (The Internet of things)是新一代信息技术的重要组成部分,可以看做是互联网的升级与扩展,根据国际电信联盟(ITU)的定义,物联网主要解决物品与物品(Thing to Thing,T2T),人与物品 (Human to Thing,H2T),人与人(Human to Human,H2H)之间的互连。通过以互联网为基础延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。简言之物联网就是“物物相连的互联网”。 物联网架构可分为三层:感知层、网络层和应用层,其中连接感知层和网络层的关键技术即物联网网关。在物联网时代中,物联网网关将会是至关重要的环节。

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  物联网网关概念
  作为连接感知层与网络层的纽带,物联网网关可以实现感知网络与通信网络,以及不同类型感知网络之间的协议转换.既可以实现广域互联.也可以实现局域互联。在无线传感网中,物联网网关是不可或缺的核心设备。此外物联网网关还需要具备设备管理功能,运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点,了解各节点的相关信息,并实现远程控制。
  物联网网关的形态
  从物联网网关的定义来看,物联网网关很难以某种相对固定的形态出现。总体说凡是可以起到将感知层采集到的信息通过此终端的协议转换发送到互联网的设备都可以算做物联网网关。形态可以盒子状也可以是平板电脑,可以有显示屏幕的交互式形态,也可以是封闭或半封闭的非交互形态。
  物联网网关关键技术
  1、多标准互通接入能力 :目前用于近程通信的技术标准很多。常见的传感网技术包括 ZigBeeZ-Wave 、 RUBEE 、 WirelessHART 、 IETF6IowPAN 、AM‘ /ANrr +、Wibree、]nSTeON 等。各类技术主要针对某一类应用展开,之间缺乏兼容性和体系规划。如:Z.Wave主要应用于无线智能家庭网络,RUBEE适用于恶劣环境,WirelessHART 主要集中在工业监控领域。实现各种通信技术标准的互联互通,成为物联网网关必须要解决的问题。是针对每种标准设计单独的网关,再通过网关之间的统一接口实现。还是采用标准的适配层、不同技术标准开发相应的接口实现。

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  2、网关的可管理性:物联网网关作为与网络相连的网元,其本身要具备一定的管理功能,包括注册登录管理、权限管理、任务管理、数据管理、故障管理、状态监测、远程诊断、参数查询和配置、事件处理、远程控制、远程升级等。如需要实现全网的可管理,不仅要实现网关设备本身的管理,还要进一步通过网关实现子网内各节点的管理,例如获取节点的标识、状态、属性等信息,以及远程唤醒、控制、诊断、升级维护等。尽管根据子网的技术标准不同。协议的复杂性不同,所能进行的管理内容有较大差异。
  物联网网关应用方向
  有物联网应用的地方,必然有物联网网关的存在。通过连接感知层的传感器、射频(RFID)、微机电系统(MEMS)、智能嵌入式终端,物联网网关的应用将遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。不同的应用方向的物联网网关所使用的协议与网关形态会不同差异,但它们基本功能都是把感知层采集到的各类信息通过相关协议转换形成高速数据传递到互联网,同时实现一定管理功能。

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     Intel智能网关设计为传统工业设备和下一代智能基础设施物联网连通性提供了解决方案。其提供的开发平台集成了网络协议技术、嵌入式控制、企业级的安全性,还具有特定软件环境中以管理可操作的特性。
       1. 功能框图

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  2. 重要特征
  Quark SOC X1000 处理器,400MHz 主频;
  配置 x 8 256MB DDR3,一片 8MB SPI Flash;
  支持 1 个 SD 卡;
  2 个 RJ45 接口,支持 10/100Mbps 的传输速度;
  2 个 USB 2.0 Host 和 1 个 USB 2.0 Client 接口;
  2 个 Mini-PCIE 接口 ,并提供 USB2.0 Host 支持;
  1 个 RS232 DR9 接口和 1 个 RS485 DR9 接口;
  1 个 10-pin JTAG 接口;
  Linux Firmware Pre-Install;
  Quark Soc X1000 Software Stack
  详细资料:Quark X1000低功耗物联网控制SOC
  3.软件框图

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  4.应用
  交通运输物联网网关,能源、工业物联网网关。
  5.相关开发套件
  DK50 用于物联网网关开发设计
  DK100 用于工业物联网网关开发设计
  DK200 用于交通运输物联网网关开发设计
  NXP互联网(IOT)网关是连接日常无线功能的设备的有线网络的一个重要组成部分,它们可以控制和监视。基于主机控制器运行OpenWrt ARM9 Linux操作系统,提供了一个易于使用的平台系统开发。它的软件设计是模块化的,允许轻松定制的,包括应用程序的变化软件。无线接口可以参与 ZigBee或 JenNetIP网络。随着无线USB的适配器的加入,网关可以参与的混合网络。数据加密在有线接口使用标准的互联网技术和128位AES加密的无线通信技术。这个物联网网关是一个以太网网关有着密切联系,专为低功耗无线网络设计的,基于IEEE 802.15.4标准,能兼容ZigBee和JenNet-IP的智能网关。
  1. 功能框图
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  2. 重要特征
  2.1 ARM926EJ-S处理器,CPU时钟运行速率可高达266MHz
  LPC3240的CPU工作频率最高可达266 MHz。恩智浦实施采用了一个ARM926EJ-S CPU,具备Harvard架构,5级流水线和完整的存储器管理单元(MMU)。 LPC3240还包含256 kB片内静态RAM,一个NAND闪存接口,一个以太网MAC,一个支持SDR和DDR SDRAM的外部总线接口,以及其它静态设备。另外,LPC3240包含一个USB 2.0全速接口,7个UART,2个I2C总线接口,2个SPI/SSP端口,2个I2S总线接口,2个单输出PWM,一个电机控制PWM,6个带捕获输入和比较输出的通用定时器,一个SD接口,以及一个带触摸屏检测选项的10位模拟-数字转换器(ADC)。
     详细资料:NXP LPC3240
  2.2 无线Zigbee 通讯采用 NXP JN5168 芯片
  JN5168是超低功耗的高性能无线微控制器,支持JenNet-IP、ZigBee Smart Energy、ZigBee Light Link、RF4CE和IEEE802.15.4网络协议栈,适合开发Smart Energy、Home Automation、Smart Lighting、遥控或无线传感器应用。该器件具有一个增强型32位RISC处理器,带256 kB嵌入式闪存、32 kB RAM和4 kB EEPROM存储器,通过可变宽度指令提供高编码效率;一条多级指令流水线,通过可编程时钟速率实现低功耗运行。该器件还集成了2.4 GHz IEEE802.15.4兼容型收发器和各种模拟和数字外设。凭借一流的15 mA工作电流特性和0.6 µA睡眠定时器模式实现出色的电池寿命,支持用一枚钮扣电池直接供电。
     详细资料:NXP JN5168无线微控制器
  2.3 采用TI DP83848K 10/100M以太网收发器
  DP83848 10/100 Mb/s单路物理层器件提供了低功耗性能,其包含一个智能电源关闭状态-能量检测模式。
      
     详细资料:TI DP83848
  3. 产品优势
  JN5168 ZigBee / JenNet-IP 无线接口
  ZigBee光链路,ZigBee家庭自动化和 JenNet-IP提供了一个单一的应用层
  定制软件使混合ZigBee家庭自动化/ZigBee无线光链路网
  基于MIB的JIP应用层
  Linux操作系统的镜像系统
  可编程的自定义应用程序
  支持标准的网络安全,包括TLS
  支持本地Web服务器
  恩智浦LPC 3240 ARM9主机控制器
  1 GB闪存
  512 KB SRA
  256 KB EEPROM
  7-16 V直流电源输入
  以太网RJ45端口
  USB端口支持WiFi适配器或额外的网络层
  CE和FCC认证
  可定制的LED和按键的功能
  采用RP - SMA连接器与外部天线
  4. 应用领域
  ZigBee网络的网络控制
  JenNet- IP网络的网络控制
  连通以太网网关/协议
  智能楼宇的通信与控制

  描述
  此设计可为家庭自动化应用提供 ZigBee® 家庭自动化 (HA 1.2) 认证的参考网关。由 Sitara™ AM335x 处理器提供支持的功能丰富且基于 Linux 的网络和 GUI 示例应用可以使用基于 SimpleLink™ ZigBee CC2531 无线 MCU 的软件狗控制和监控 ZigBee 节点。此设计包含几十个可简化 Linux 系统中的 ZigBee 集成和应用开发的 API。
  特性
  用于家庭自动化的简单 API,将 TCP/IP 集成到 ZigBee 网桥,有助于加快应用的开发速度和简化低功耗连接解决方案的集成
  基于 CC2531 的运行 ZigBee 家庭自动化 (HA 1.2) 认证协议堆栈的 USB 软件狗、MAC 和 PHY,针对互操作性进行了全面测试
  基于 Sitara AM335x BeagleBone Black 社区支持的低成本开源开发平台和基于小型 USB 软件狗的 SimpleLink™ ZigBee CC2531 无线 MCU
  可从 TI 网上商店或通过授权经销商获取所有系统硬件组件。还可获取基于 Wiki 的用户指南以生成和编译 Linux 开源组件
  基于 Linux 的现成系统软件和硬件实现,用于通过以太网将 ZigBee 传感器连接到 TCP/IP 应用,包括所有应用程序、Linux 中间件、ZigBee 堆栈和硬件组件
  用于 BeagleBone Black 的 Z-Stack™ Linux 网关安装程序软件包和用于 SimpleLink CC2531 软件狗的 ZigBee 家庭自动化堆栈是免费的,可从 TI 的 Z-Stack™ 软件页面进行下载。
  硬件设计框图
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  详细资料:AM335x ARM Cortex-A8 微处理器(MPU)详细介绍
        软件设计框图
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  相关软件与工具CC2531 USB 评估模块套件
  应用   家庭网关
  智能家居与能源网关参考设计为智能家居和建筑物的能源系统的测量、管理和通信提供了完整的系统解决方案。此设计是 WiFi、以太网、ZigBee 或蓝牙等不同通信接口(通常在住宅建筑物和商业建筑物中出现)之间的桥梁。由于房屋和建筑物中的物体越来越多地联系在一起,因此网关设计需要灵活以符合不 同的 RF 标准,因为没有单个 RF 标准主宰市场。此网关通过支持现有传统 RF 标准(WiFi、蓝牙)和较新的 RF 标准 (ZigBee, BLE) 来解决此问题。
  特性
  不同通信接口基线验证的坚实软件基础
  ZigBee、WiFi、蓝牙和 NFC(近场通信)的共存允许不同通信配置文件同步运行
  实现智能能源、照明和楼宇自动化的无缝配置文件集成
  实现 HAN(家庭区域网)和 LAN(局域网)/WAN(广域网)之间的桥梁
    原理图/方框图
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      详细资料:AM335x ARM Cortex-A8 微处理器(MPU)


      软件框图

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      核心器件
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       详细资料:德州仪器 CC2530                  
      设计Demo 演示板:
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QQ截图20141016052121.png

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