[发明专利]一种网络互连方式可扩展的无线传感器网络网关设备

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种网络互连方式可扩展的无线传感器网络网关设备，用于对无线传感器网络各节点进行数据交换以及向其它网络转发，特别适用于数据量较大、环境较恶劣的无线传感器网络应用场合，属于无线传感器网络网关设备。

(二)背景技术：

无线传感器网络由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，节点之间通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送至汇聚节点，汇聚节点利用网关设备将这些信息转发至其它网络，最终到达远程终端，管理人员可以在远程终端上查看、分析以及处理无线传感器网络的信息。此外，管理人员对于指定节点下达的控制命令也是通过网关发送到汇聚节点，汇聚节点然后再通过多跳方式发送到指定节点的。因此在无线传感器网络与其它网络进行数据转发的过程中，网关设备处于承上启下的地位，是数据传输的中枢环节设备。

现有无线传感器网络网关设备同其它网络之间的数据转发方式可分为有线方式和无线方式两大类。有线方式主要包括以太网和公共电话网两种方式，将无线传感器网络的信息利用网线或电话线传输，具备较高的可靠性、准确性以及实时性，但这种连接方式会受到部署环境的限制，例如在山地、湖泊等地理环境布线比较困难。无线方式主要是利用移动通信网络来实现，例如GPRS和CDMA网络，通过在网关设备上添加GPRS或CDMA模块将无线传感器网络的信息进行无线传输，无线方式对于地理环境具备良好的适应性，但易受到移动通信网络覆盖面问题困扰，在信号较弱的地区可能会出现网络连接不稳定的现象。

目前的无线传感器网络网关设备数据转发方式大多为以太网方式，也有部分网关设备实现了GPRS或CDMA方式，这类方案虽然能够实现无线传感器网络信息的转发，但也存在以下缺点：(1)数据处理能力不够。有的网关设备选取美国Atmel公司的ATmega128微处理器作为核心，该处理器是一款8位的单片机，最高主频为16Mhz，数据处理能力相对较弱，无法适应节点数量较多、数据传输量较大的应用场合。(2)数据转发方式单一。目前的网关设备只具备固定的、单一数据转发方式，即有线方式或无线方式。这样，在应用部署过程中受到环境的限制，当应用环境不具备该连接方式时，网关就无法使用。此外在工作过程中一旦现有连接方式出现故障，就会影响到整个无线传感器网络的数据传输。(3)可扩展性较差。目前的网关设备没有为其它网络的接入预留接口，因此无法实现新的数据转发方式的扩展，只能重新设计网关设备硬件电路来达到目的，增添了开发成本。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种网络互连方式可扩展的无线传感器网络网关设备，以克服现有以Atmel公司的ATmega128微处理器芯片为核心的网关设备数据处理能力不足以及数据转发方式单一的缺点，并针对目前网关设备可扩展性较差的缺陷。

本发明一种网络互连方式可扩展的无线传感器网络网关设备，其技术解决方案为：该设备包括：

微处理器单元：与异步通信单元相接，对异步通信单元得到的汇聚节点接口单元数据进行运算处理，得到无线传感器网络信息，对异步通信单元得到的标准接口单元数据进行分析处理，根据结果判断外部网络的连通性，向外部网络发送无线传感器网络信息；与以太网模块相接，对以太网模块得到的数据进行处理，根据结果判断以太网的连通性，向以太网发送无线传感器网络信息；

以太网模块：与微处理器单元相接，用于实现局域网的接入，在网关设备和局域网之间双向传送数据包；

异步通信单元：用于对微处理器单元的原有串口资源进行扩展，增加两个新的串口资源，即增加两个通用异步收发器UART；其中之一连接标准接口单元，另一个连接汇聚节点接口单元；

标准接口单元：用于连接GPRS模块、CDMA模块、MODEM模块中的任意一种模块；

汇聚节点接口单元：用于连接无线传感器网络中的汇聚节点。

其中，该微处理器单元包括ARM微处理器芯片、外扩与非门(NAND)Flash、外扩随机存取存储器(Random Access Memory，或称为RAM)、外扩或非门(NOR)Flash。

其中，以太网模块包括耦合电路、以太网控制芯片；

其中，异步通信单元包括异步通信芯片、译码器芯片；ARM微处理器芯片采用中断方式对异步通信芯片进行数据读写操作，即异步通信芯片在数据发送完毕或接收到数据时产生中断信号，ARM微处理器芯片响应该中断事件在中断服务程序中进行数据收发处理。