[发明专利]用于无线传感器网络的模块化基站架构

说明书

本发明涉及一种能够满足大规模部署无线传感器网络所引起的挑战的网关架构(500)。用于无线传感器网络的这种网关内的主要模块(501、502、503、504)——例如数字无线电调制解调器(505)和模拟无线电接口模块(504)——采用可以连接在一起的各种分离的物理块的形式。该技术使得可以通过简单地更换现有的物理块或添加新的物理块来实施适应性强且可扩展的模块化网关，该网关可以快速且容易地配置或适用于任何情况。

1、技术领域

本发明的领域是物联网的领域。更具体地，本发明涉及一种允许(特别是大规模地)部署无线传感器网络的网关架构，并且涉及这种网络与其他网络诸如例如因特网的互连。

2、现有技术

物联网正在迅速发展。这种发展伴随着延伸超出了家庭或企业的传统范围并且集成在更大的基础设施中的新应用的出现。具体地，“智慧城市”的概念属于这种发展的范畴。通过大规模部署无线传感器网络或其他通信对象，向个人或负责市政管理的管理机构提供新服务成为可能。可能性的范围是广泛的。以这种方式，街道照明可以例如通过在任何给定时间适配道路交通状况来优化。也可以通过使用每个停车位中集成的传感器实时通知驾驶员可用停车位来促进停车管理。这有助于例如减少车辆燃料消耗，并且从而有助于减少污染。

这些无线传感器网络的部署对移动电话运营商来说意味着特别有吸引力的发展机会。在实践中，移动电话运营商以理想的方式定位：首先，他们已经在大规模无线网络部署领域中发展了专业知识，并且其次他们已经拥有用于将这种网络部署到位的必要基础设施。例如，移动电话中使用的中继天线的安装地点(天线塔、杆、高点等)也可以用于容纳用于无线传感器网络的运作的天线和基站。这些基站的功能是从存在于其覆盖(无线电接入)区域内的无线传感器接收数据以及向该无线传感器传输数据，而且还将这些数据转发到用于处理数据的设施，例如可以在基于IP的网络(IP：“因特网协议”)上访问的服务器。基站还在无线传感器网络与其他网络例如广域网络诸如因特网之间实现了接口作用，并且因此也被描述为“网关”。

许多无线电接入技术可用于部署无线传感器网络。仅以说明的方式而非限制的方式，可以提及专门基于不同类型调制的LoRa^TM、Sigfox^TM或WM-bus(“无线仪表总线”)技术。这些技术可以使用各种类型的天线(扇形、极化、全向等)在不同的无线电频段(例如在私人频段，取决于获得的许可；或者在不受限制的频段，诸如ISM波段)运作。因此，存在多种可能的配置，并且优选的技术方案的确定通常源于对许多标准的评估。因而，部署区域的地形、待处理的传感器的密度、和目标服务质量以及所考虑地域的现行法规(例如美国与法国之间不受限制的频段不同)都是在部署无线传感器网络时要考虑的诸因素中的因素。

用于部署无线传感器网络的现有网关具有有限的可扩展性：通常，它们被设计为用于在单个无线电频段中管理单一类型的无线电接入技术。就天线的可能配置而言，这些网关通常仅提供有限的连接性，或者甚至可以规定所供应的天线的使用。最后，在大多数情况下，它们只能管理与另一网络(例如诸如因特网)的单一类型的接口(例如硬接线，或WiFi，或3G/4G)。虽然这些网关特别适合以小规模或中规模部署无线传感器网络——在相对固定且封闭式管理的应用的环境下——但是它们不再适用于在非常广泛且持续变化的区域中部署无线传感器网络——例如整个城市的规模——其中需要高度的响应性和适应性。因此，响应于网络升级的最低要求而必须完全被取代的这些现有的网关不能调解与物联网的专用网络的预定扩展相关联的各种问题：在单个地域内待管理的传感器的数量的不断大幅增加、待适应的无线电接入技术的多样性、所使用的频段的多样性、待管理的天线类型的多样性等。

因而需要一种用于无线传感器网络或其他通信对象的新型网关，其提供足够的适应性以允许大规模物联网的解决方案供应商以简单且快速的方式以适中的成本升级已经部署的网络；还需要将解决方案从一个地域简便地转换到另一个地域，而不管这些地域之间可能存在的差异(地形的、法规的等)如何，以便对这些新地域的规定和期望提供更容易的响应。

3、发明内容