[发明专利]一种基于WiFi、ZigBee与互联网的异构网络互连网关设备

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，具体涉及一种基于WiFi、ZigBee与互联网的异构网络互连网关设备。

背景技术

无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，推动了现代无线传感器网络的产生和发展，无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在下一代网络中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。无线传感器网络能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

ZigBee协议建立在IEEE 802.15.4(LR_WPAN，低速率无线个人区域网)之上，是无线传感器网络首选的组网技术之一，大量传感器节点之间通过ZigBee协议进行自组网。其主要优点为协议实现简单、投资成本低、网络接入容量大，特别适合于低功耗场合，如：工业中的无线传感器检测、低等级控制；个人监护仪器、低功耗无线医疗设备；高端玩具；电器组网和控制；无线消费设备；HVAC和灯光控制等，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。ZigBee数据传输速率较低(小于250Kb/s)，有效覆盖范围10～50米之间，多用于监测温度、湿度、光照等标量数据。WiFi是建立在IEEE 802.11a、802.11b、802.11g协议之上的一种短距离无线通信技术，WiFi数据传输速率可达54Mb/s，覆盖范围100米左右，特别适合于采集音频、视频图象等矢量数据，且要求传输速率较高场合。因此，迫切需要由符合不同协议的异构节点组成的无线传感器网络。而大量现有无线传感器网络节点设备，很难承担网关多种协议转换的功能，且存在抗干扰能力低、功耗高、成本昂贵和体积大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于WiFi、ZigBee与互联网的异构网络互连网关设备，其不仅可对大量传感器节点之间通过WiFi和ZigBee协议进行自组网的异构无线传感器网络进行各种管理和维护，接收并显示网络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等工作，还可为无线传感器网络提供多种互联网接入方案，可实现三种异构网络之间监测数据的共享和传输，从而使接入到互联网的WiFi网络和ZigBee网络具有监测数据的透明转发、网络远程监控、诊断和管理的功能。

本发明为达到上述目的，采用如下技术方案：提供一种基于WiFi、ZigBee与互联网的异构网络互连网关设备，由WiFi无线射频收发单元、ZigBee无线射频收发单元、ARM11嵌入式处理器控制单元、互联网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元、按键接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单元组成。WiFi无线射频收发单元采用WM-G-MR-09芯片，ZigBee无线射频收发单元采用CC2530芯片，互联网接口控制单元采用DM9000AE芯片，ARM11嵌入式处理器控制单元采用S3C6410芯片，触摸屏器接口控制单元采用AT043TN24V.1芯片，USB接口和SD卡接口控制单元由S3C6410芯片内部资源进行外部扩展，可外接带SD接口、USB接口的设备。WiFi无线射频收发单元、ZigBee无线射频收发单元、互联网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单元分别与ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接；按键接口控制单元与ARM11嵌入式处理器控制单元单向电连接。

本发明的处理控制单元采用ARM11处理器，可改变网关接入单一的缺点。ARM11处理器具有比传统ARM7、ARM9处理器的优越性，其在提供高性能的同时，还保证了低功耗及面积的有限性。ARM11处理器的流水线与以前的ARM内核不同，其由8级流水线组成，比以前的ARM内核提高了至少40％的吞吐量，8级流水线可使8条指令同时被执行。ARM11处理器通过forwarding来避免流水线中的数据冲突，且通过实现跳转预测技术来保持最佳流水线效率。ARM11处理器通过这些特殊技术的使用来使其处理优化到更高的流水线吞吐量的同时，还能保持和8级流水线(ARM9处理器)一样的有效性。

WiFi与ZigBee网络发送自身网络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等相关信息，通过串口传输到ARM11嵌入式处理器控制单元进行处理后，由触摸屏器接口控制单元进行显示和接收用户键入的网络管理等命令，或通过互联网接口控制单元接入互联网。