基于ZigbeeGPRS的物联网网关系统设计

摘 要本文以ZigbeeGPRS为基础，从物联网网关系统需求分析入手，探讨了物联网网关系统的硬件设计和软件设计，旨在为相关物联网网关系统的设计实践提供参考。

【关键词】ZigbeeGPRS 物联网 网关系统 硬件设计 软件设计

随着传感技术、互联网技术和嵌入式技术的发展，物联网在仓储物流、智能楼宇等领域中的应用日渐广泛。网关系统是物联网中连接感知网络和通信网络的桥梁，其作用不言而喻，网关系统不仅能够实现对感知节点和传感网络的管控，同时能够实现感知网络与通信网络的融合连接。本文提出一种基于ZigbeeGPRS的物联网网关系统，旨在进一步促进网关系统在物联网中功能的实现。

1 物联网网关系统需求分析

1.1 数据转发

数据转发是物联网网关系统的基础功能，网关不仅要能够接收互联网终端和传感网终端发送而来的数据，同时要能够向传感网终端和互联网终端发送数据。

1.2 协议转换

对于基于ZigbeeGPRS的物联网网关系统来说，传感网络通信协议为IEEE802.154.4/Zigbee，互联网的通信协议为熟知的TCP/IP，因此，要想实现传感网络与互联网之间的通信，就必须保证网管系统的协议转换功能。

1.3 管理控制

管理控制指的是对传感器节点的管理控制，网关接受并处理命令之后，将命令下达给传感器节点，通过对传感器节点的管理和控制实现对整个传感网络的管理和控制。

2 基于ZigbeeGPRS物联网网关系统硬件设计

物联网网关系统硬件设计如图1所示，主要分为三大部分，分别是ARM开发板、Sink节点和GPRS无线通信，共包含八个模块。

在本设计中，采用ARM9架构的32位处理器为网关，处理器为S3C2440100MHz的CPU，存储芯片为64M的Flash。在感知节点设计中MSP430为处理器，CC2420为无线通信模块，将基于Zigbee芯片的无线收发模块嵌入其中，这就能够有效实现数据信息在传感网络子节点之间的传输。对于GPRS无线通信模块设计来说，其主要采用EM310来实现物理世界与传感网络的连接。感知节点进行数据收集，通过sink将节点收集的数据传输到网关，通过UART串口实现网关与sink节点直接的连接，从而保证数据向网关的上传和网关命令的下达。

3 基于ZigbeeGPRS物联网网关系统软件设计

基于ZigbeeGPRS物联网网关系统软件设计如图2所示，网关的主要功能是实现感知节点与管理平台的交互，其位于物联网应用体系的传输层。

3.1 感知节点设计

感知节点位于物联网体系中的感知层，其能够实现对数据的收集，并将数据传输至网关，此外，感知节点能够接受网关下达的命令。为了保证感知节点功能的实现，将数据处理模块来布置在感知节点中，通过数据处理模块来对网关下达命令进行解析，同时实现数据的上传，在感知节点中，数据传输协议和基础服务模块通过协同工作能够完成传感网内部相关工作，例如数据收集工作、同步时间工作等。

3.2 网关设计

如图2所示，网关在管理平台和感知节点中间，其是管理平台与感知节点沟通的桥梁，网关在接收感知节点传输来的上行数据之后，将数据上报给管理平台，在接收管理平台传输来的命令之后，将命令下达给感知节点。GPRS交互模块和以太网交互模块是网关的重要组成部分，二者共同完成对管理平台命令的收发。串口管理模块的主要功能是对Sink节点数据的收发。一般来说，管理平台下发的命令主要有两种，一种是对网管的命令，一种是对传感网络的管理命令，通过网关中的命令映射模块能够实现管理平台下发命令的解析和判断。传感网传输而来的数据包只有经过解析和处理才能够转换为管理平台能够接收的格式，而协议转换模块则能够完成数据包解析和格式转换功能。日志管理模块和配置管理模块主要负责对网管内部的管理，对网关重要事件和配置信息进行准确的记录，在必要的时候提供记录上传功能。在网关数据上报模块和命令模块中，Sink节点能够实现数据的汇聚，并分发传感网命令。

3.3 管理平台

管理平台位于物联网体系中的应用管理层，其主要功能是对网络和传感网络进行管理，在工作的过程中，能够向网关发送命令，同时能够接收网关传来的数据，管理平台从网关接收到的数据一般在数据库中存储，能够为用户提供操作界面接口，实现人机交互功能。TCP Server部署在管理平台之上，TCP Server能够与客户端实现交互，这是管理平台与网关实现数据传输的基本原理。对网关和传感网络的管理是管理平台的重要功能，其功能实现依赖于网关配置和传感网配置。管理平台能够实现对数据的分析、统计以及存储，通过数据功能的实现能够为用户的操作管理提供有效的支持和依据。

4 结论

物联网网关要求有着数据转发、协议转化和管理控制等功能，本文以此为基础，探讨了基于ZigbeeGPRS物联网网关系统的硬件设计和软件设计，旨在为促进物联网技术的应用和发展作出贡献。

参考文献

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