5G加密工业网关|TR323-A2
太阳成物联5G加密工业网关 TR323-A2,具备加密、认证和数据防篡改能力，支持国密软硬件加密，支持SM1、SM2、SM3、SM4算法，支持IPsec VPN加密，支持APN VPDN数据安全
解读物联网网关系统设计
时间：2018-09-12
物联网网关可以实现感知网络和基础网络以及不同类型的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。本物联网网关设计面向感知网络的异构数据感知环境，为有效屏蔽底层通信差异化进行有效网络融合和数据通信，采用模块化设计、统一数据表示、统一地址转换等实现。下面从物联网网关的层次结构、信息交互流程和系统实现3 个方面来进行阐述。
一、层次结构
物联网网关支持感知延伸设备之间的多种通信协议和数据类型，实现多种感知延伸设备之间数据通信格式的转换，对上传的数据格式进行统一，同时对下达到感知延伸网络的采集或控制命令进行映射，产生符合具体设备通信协议的消息。物联网网关对感知延伸设备进行统一控制与管理，向上层屏蔽底层感知延伸网络的异构性，共分为4 层，分别为业务服务层、标准消息构成层、协议适配层和感知延伸层，如图2 所示。
(1)业务服务层
业务服务层由消息接收�？楹拖⒎⑺湍？樽槌�。消息接收�？楦涸鸾邮绽醋晕锪滴裨擞芾硐低车谋曜枷ⅲ⒋莞曜枷⒐钩刹恪Ｏ⒎⑺湍？楦涸鹣蛞滴裨擞芾硐低晨煽康卮透兄由焱缢杉氖菪畔�。该层接收与发送的消息必须符合标准的消息格式。
(2)标准消息构成层
标准消息构成层由消息解析�？楹拖⒆荒？樽槌�。消息解析�？榻馕隼醋砸滴穹癫愕谋曜枷�,调用消息转换�？榻曜枷⒆晃撞愀兄由焐璞改芄焕斫獾囊览涤诰咛迳璞竿ㄐ判榈氖莞袷�。当感知延伸层上传数据时，该层的消息解析�？樵蚪馕鲆览涤诰咛迳璞竿ㄐ判榈南ⅲ饔孟⒆荒？榻渥晃滴穹癫隳芄唤邮盏谋曜几袷降南�。消息构成层是物联网网关的核心，完成对标准消息以及依赖于特定感知延伸网络的消息的解析，并实现两者之间的相互转换，达到统一控制和管理底层感知延伸网络，向上屏蔽底层网络通信协议异构性的目的。
(3)协议适配层
协议适配层保证不同的感知延伸层协议能够通过此层变成格式统一的数据和控制信令。
(4)感知延伸层
此层面向底层感知延伸设备，包含消息发送与消息接收两个子�？�。消息发送�？楦涸鸾⒐钩刹阕缓蟮目杀惶囟ǜ兄由焐璞咐斫獾南⒎⑺透撞闵璞�。
消息接收�？樵蚪邮绽醋缘撞闵璞傅南ⅲ⑺椭帘曜枷⒐钩刹憬薪馕�。
感知延伸网络由感知设备组成，包括射RFID、GPS、视频监控系统、各类型传感器等。感知延伸设备之间支持多种通信协议， 可以组成Lonworks 和Zigbee 以及其他多种感知延伸网络。
二、信息交互流程
图3 展示了物联网中信息交互流程，具体流程分析如下。
(1)最终用户产生符合标准数据格式的消息，并将其发送至网关业务服务层的消息接收�？�。
(2)业务服务层消息接收�？榻曜枷⒎⑺椭帘曜枷⒐钩刹愕南⒔馕瞿？�。
(3)消息解析�？榈饔孟嘤Φ南⒆还δ埽曜夹畔⒆晃览涤诰咛迳璞竿ㄐ判榈南ⅰ�
(4)消息解析�？榻晃览涤诰咛迳璞竿ㄐ判榈南⒋椭粮兄由旆癫愕南⒎⑺湍？�。
(5)感知延伸服务层的消息发送�？檠≡窈鲜实拇浞绞剑览瞪璞竿ㄐ判榈奶囟ㄏ⒎⑺椭辆咛宓牡撞闵璞�。
(6)底层设备根据特定消息执行信息采集操作，并将结果返回给网关感知延伸服务层的消息接收�？椤�
(7)网关的感知延伸服务层的消息接收�？榻览瞪璞竿ㄐ判榈奶囟ㄏ⒋椭帘曜枷⒐钩刹愕南⒔馕瞿？椤�
(8)消息解析�？榈饔眯畔⒆荒？椋览涤谏璞竿ㄐ判榈奶囟ㄏ⒆晃曜枷�。
从图3 可以看出，物联网网关解决了物联网网络内不同设备无法统一控制和管理的问题，达到屏蔽底层通信差异的目的，并使得最终用户无需知道底层设备的具体通信细节，实现对不同感知延伸层设备的统一访问。
三、系统设计
基于物联网的典型应用结构如图4 所示。无线传感器节点采集相应数据信息，通过无线多跳自组织方式将数据发送到网关， 固定式阅读器读取RFID 标签内容发送到网关; 网关将这些数据通过WCDMA 网络发送到服务器;服务器对这些数据进行处理、存储，并提供一个信息平台，供用户(包括PC 用户和手机用户)使用。从图4 中可以看出物联网网关是架起感知网络和接入网络的桥梁，扮演着重要的角色。
在物联网网关设计时，采用�？榛枷耄杓泼嫦虿煌兄绾突⊥纾迪滞ㄓ玫统杀镜耐�。按照�？榛乃枷耄锪叵低撤治莼慵？�、处理/存储�？�、接入�？楹凸┑缒？椋缤�5(a)所示。
数据汇聚�？�： 实现物理世界数据的采集或者汇聚。
本网关系统采用传感器网络的汇聚节点和RFID 网络的阅读器作为数据汇集设备。
处理/存储�？�： 是网关的核心�？椋� 它实现协议转换、管理、安全等各个方面的数据处理及存储。
接入�？椋航亟尤牍阌蛲赡懿捎玫姆绞桨ㄓ邢�(以太、ADSL、FTTx 等)、无线(WLAN、GPRS、3G 和卫星等)，本系统采用WCDMA 的接入方式。
供电管理�？�：负责整套系统的电源供给，系统的稳定运行与电源�？榈奈榷ㄐ阅芄叵得芮校舜ι杓频牡缭茨？榧嬗腥炔灏魏偷缪棺还δ堋？赡艿墓┑绶绞桨ㄊ械�、太阳能、蓄电池等。
数据汇聚�？楹痛�/存储�？橹涞慕涌诶嘈筒捎肬ART 方式。接入�？楹痛�/存储�？橹涞慕涌诶嘈筒捎肞CIE 方式。网关软件设计时采用分层结构，最后在应用层实现协议数据的相互转换。在进行物联网网关硬件�？榛耐保迪滞氐娜砑δ艿哪？榛煌挠布？槎杂Σ煌那？�;采用动态可加载方式运行，分别提取出接入�？楹褪莼慵？榈墓睬萁尤氲挠布？椴煌釉夭煌那？椋锏角布？榈哪康模缤�5(b)所示。
四、关键技术
物联网网关系统设计中解决了以下几个关键技术。
软件交互协议的统一： 物联网网关系统的设计思路是以�？榛姆绞绞迪秩碛布母鞲霾糠郑沟媚？橹涞奶婊环浅Ｈ菀祝允迪植煌母兄由焱绾徒尤胪缁チ帘蔚撞阃ㄐ挪钜�。其中硬件�？椴捎肬ART总线形式进行连接，软件则采用�？榛杉釉氐姆绞皆诵校⒔餐糠殖橄蟪晒材？�。因此，支持新的数据汇聚�？楹徒尤肽？樵蛑恍枰⑾嘤Φ挠布？楹颓绦蚣纯�。另外，添加统一的协议适配层(如图6 所示)，将应用数据统一提取出来，按照TLV(type , length,value)的方式进行组织，然后封装数据包。使得在接入网络中传输的都是标准的IP 数据包， 其中封装了TLV 格式的采集数据。
统一地址转换：不同的数据采集网络使用不同的编址方式， 如ZigBee 中有16 位短地址，6LowPan 中有64 位地址。在应用中只需要能定位到具体的节点即可，不需要关心节点是采用IP 地址还是16 位短地址，也不关心节点间的组网是采用ZigBee 还是6LowPan 或者其他方式。将这些地址转换为统一的表示方式，有利于应用的开发，因此在网关中实现一种地址映射机制，将IP 或者16 位短地址映射为统一的ID， 在与应用交互过程中只需要关注这个ID 即可。具体的映射方式可以采用从1 累加的方式，当网关接收到第一个节点数据时， 将该节点的地址映射为1，后续的依次加1，将这个映射表保存在网关中。同时还采用老化机制， 在一定时间内没有收到该节点的数据时，将此条映射关系删除。
采集�？槭萁涌诘耐骋�：采集�？橛胪刂涠ㄒ錋T 指令集，节点通过ZigBee 协议组网。在与网关的接口之间只关注一些对采集�？榈目刂浦噶詈褪萁换ブ噶睿还刈⒕咛宓淖橥椋迪肿橥槲薰匦�。
数据映射关系管理：如何管理网关连接的两种或多种系统中的设备在通信数据中的映射关系，即通常意义上的寻址，是很重要的步骤。而这一部分针对网关所连接的不同，总线设备也有很大区别。本网关对所有可能下挂的�？榈氖淙胧涑鍪莞袷浇蟹治觯缓蠓直鸲ㄒ辶烁鞲瞿？槎杂Φ耐ㄐ沤涌谂渲米�。
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