專利名稱：一種基于IPv6的透明型WSN/TD-SCDMA網關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線傳感器網絡技術、TD-SCDMA (時分同步碼分多址)通信技術及以太網技術領域，具體涉及一種基于下一代互聯(lián)網協(xié)議IPv6的無線傳感器網絡WSN/ TD-SCDMA 網關。
背景技術：
網關(Gateway)是一種充當接入或交換的計算機系統(tǒng)或設備，是連接不同網絡的軟件和硬件的結合產品。在采用不同的體系結構或協(xié)議的網絡之間進行互通時，網關充當了翻譯器的角色，用于提供協(xié)議轉換、路由選擇、數據交換等網絡兼容功能。無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)是由許多在空間上分布的傳感器節(jié)點組成的一種網絡，這些傳感器節(jié)點能夠協(xié)作地監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況 (比如溫度、聲音、振動、壓力、運動或污染物)，進行處理后以無線的方式發(fā)送出去，通過無線網絡最終發(fā)送給終端用戶。及時獲取感知區(qū)域內的信息并進行處理、轉發(fā)等操作是無線傳感器網絡應用中的關鍵問題之一。一般情況下，在工業(yè)控制領域，無線傳感器與WSN網關的通信方式主要有兩種，第一種，主要采用RS-485總線，現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網分別與傳感器組網連接，需要施工布線，工期比較長，特別是后期維護費用比較高；第二種，主要采用 MCU (微處理器)+GPRS (通用分組無線服務技術)+WSN的現(xiàn)場控制系統(tǒng)，由于單片機速度和整體性的限制，并且GPRS的傳輸速度不是很快。雖然，近來有人提出了基于IPv6 (下一代互聯(lián)網協(xié)議)或者與TD-SCDMA (時分同步碼分多址)網絡互連的WSN/TD-SCDMA網關，但是沒有將IPv6技術和TD-SCDMA技術結合起來，而且一般是采用應用程序(socket)達到遠程連接的目的，依賴于具體的應用；硬件方面，無線傳感器網絡多是基于IEEE802. 15. 4的。在這種背景下，我們設計了一種基于IPv6協(xié)議的透明型WSN與TD-SCDMA接入網關，無線傳感器網絡底層兼容IEEE 802. 15. 4和IEEE 802. 15. 4c標準。
發(fā)明內容為了解決上述問題，本實用新型提供一種基于下一代互聯(lián)網協(xié)議IPv6的傳感器網絡與時分同步碼分多址TD-SCDMA網絡的融合網關。本實用新型采取的技術方案如下一種基于IPv6的無線傳感器網絡WSN/TD-SCDMA透明型網關，包括RAM9控制單元(1)、電源管理單元O)、WSN子網接入單元(3)、TD-SCDMA接入單元G)、串口通信單元 (5)、以太網控制單元(6)、通用串行總線(USB)擴展單元(7)、JTAG (國際標準測試協(xié)議)電路(8)、隨機(RAM)存儲器單元(9)、FLASH存儲器單元(10)。RAM9控制單元輸入/輸出接口分別連接WSN子網接入單元、串口通信單元、以太網控制單元、USB擴展單元、國際標準測試協(xié)議電路、RAM存儲器單元、FLASH存儲器單元，控制上述各單元之間的數據交互；RAM9控制單元通過WSN子網接入單元連接無線傳感器網絡，完成該網關與無線傳感器網絡之間的數據交互；TD-SCDMA接入單元通過USB擴展單元連接 RAM9控制單元，完成該網關與TD-SCDMA公共通信網絡之間的數據交互。所述WSN子網接入單元基于IEEE802. 15. 標準，其射頻模塊包括天線部分，射頻芯片、處理器，外擴FLASH， 射頻芯片通過4線SPI總線同處理器連接，外擴FLASH通過數據總線和處理器連接，處理器通過異步串口同RAM9控制單元連接。網關協(xié)議模型包括與WSN子網接入單元C3)對應的 PHY層、MAC層、ADAPT層，和與RAM9控制單元(1)對應的MAC層、IP層。本實用新型將無線傳感器網絡、TD-SCDMA通信技術、嵌入式技術結合起來。在網關設備上集成了多種通信接口，使得無線傳感器網絡部署方式更加靈活且成本較低。其主控部分內部Linux通過網絡層轉發(fā)數據，保持了 WSN節(jié)點對上層應用的透明性，可以使任意類型的節(jié)點通信。本實用新型的其他優(yōu)點、目標，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，本實用新型的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

為了使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述圖1是本實用新型WSN/TD-SCDMA網關硬件框圖；圖2是本實用新型WSN子網接入單元的780MHZ無線射頻模塊硬件框圖；圖3是本實用新型TD-SCDMA接入單元硬件框圖；圖4是本實用新型協(xié)議模型圖示。
具體實施方式
以下將參照附圖，對本實用新型的實施方式進行詳細的描述。圖1是本實用新型WSN/TD-SCDMA網關硬件框圖，該網關設備包括ARM(精簡指令集處理器)9控制單元(1)、電源管理單元O)、WSN子網接入單元(3)、TD-SCDMA接入單元 (4)、串口通信單元(5)、以太網控制單元(6)、通用串行總線(USB)擴展單元(7)、JTAG (國際標準測試協(xié)議)電路(8)、隨機(RAM)存儲器單元(9)、FLASH存儲器單元(10)。ARM9控制單元(1)可采用SANSUNG公司ARM9芯片S3CM40A，它是一款基于 ARM920T內核的32位處理器，工作主頻高達400MHz，其內部支持3通道UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，2 通道 USBl. 1 規(guī)范的主機(Host)接口，1 通道 USB1. 1規(guī)范的從設備(Device)接口以及兩個SPI通信接口等等這些豐富的資源完全滿足網關系統(tǒng)的構建。網關TD-SCDMA網絡接入單元(4)可采用華為ETU8-2模塊，實現(xiàn)與 TD-SCDMA網絡的通信；無線傳感器網絡接入端是基于IEEE 802. 15. 4/IEEE 802. 15. 4c標準的無線模塊，實現(xiàn)與WSN子網通信。圖2是本實用新型WSN子網接入單元的780MHZ無線射頻模塊硬件框圖，整個模塊電路包括微控制器電路、射頻電路、存儲電路、晶振電路、復位電路、電源電路、天線、外圍通信調試接口電路。微處理器可采用Atmel公司的一款AVR單片機ATMega2561。為了給軟件的開發(fā)提供足夠的硬件資源，外圍電路上外擴了一個4M的Flash，可采用的是ST公司的M25P40芯片。晶振電路包括為微控制器工作時提供時鐘信號的8MHZ晶振和為休眠時提供時鐘信號的32. 768KHZ晶振以及為射頻芯片提供工作時鐘的16MHZ晶振。圖3是本實用新型TD-SCDMA接入單元硬件框圖，整個模塊包括TD_SCDMA無線模塊，SIM卡(用戶識別卡)電路和外圍供電電路。該TD-SCDMA模塊與主控制單元采用的USB通信方式，在功能上，TD-SCDMA modem (調制解調器)主要用于主控制單元的數據與TD-SCDMA 網絡數據的交互。圖4是本實用新型協(xié)議模型圖示。包括以下功能單元ARM9控制單元1、WSN子網接入單元3、TD-SCDMA接入單元4。ARM9控制單元控制網絡的網絡(IP)層(11)和介質訪問控制子層(MAC: 1，12)，通過串行線路網際協(xié)議SLIP (12-2)、點對點協(xié)議PPPO (12_1 )、虛擬專用網絡VPN (12-3)等主要功能模塊，用于完成協(xié)議轉換、網絡互連、路由轉發(fā)等功能，采用網絡層直接轉發(fā)的透明型協(xié)議轉換，能夠實現(xiàn)網關與具體應用數據的相互獨立。內部Linux采用網絡層直接轉發(fā)的透明型協(xié)議轉換，能夠實現(xiàn)網關與具體應用數據的相互獨立；透明型網關還能防止網絡的人為割裂，通過IPv6徹底實現(xiàn)端到端傳輸；WSN子網接入單元控制網絡適配層(ADAPT, 31)，以及IEEE 802. 15. 4/IEEE 802. 15.如的MAC層(MAC: 2，32)和物理(PHY)層(33)，用于WSN子網的組網入網、并且匯聚子網數據，經過協(xié)議轉換后，發(fā)送至ARM9控制單元，實現(xiàn)子網端數據接入的功能；TD-SCDMA接入單元4利用TD-SCDMA調制解調器(modem)將WSN子網接入單元(3) 所轉發(fā)的WSN數據發(fā)送到TD-SCDMA網絡中，實現(xiàn)與TD-SCDMA網絡的互連。因為TD-SCDMA模塊通過PPP協(xié)議連接TD-SCDMA服務器時，獲得的是IPv4的內網地址，所以必須要穿透NAT網絡。本實用新型通過VPN (虛擬專用網絡)技術穿透TD-SCDMA 網絡，在WSN/TD-SCDMA網關與位于IPv6互聯(lián)網中的上位機之間建立一個VPN連接，實現(xiàn)基于IPv6端到端通信。
權利要求1.一種基于IPv6的WSN/TD-SCDMA透明型網關，其特征在于，RAM9控制單元輸入/輸出接口分別連接WSN子網接入單元、串口通信單元、以太網控制單元、USB擴展單元、國際標準測試協(xié)議電路、RAM存儲器單元、FLASH存儲器單元，控制上述各單元之間的數據交互； RAM9控制單元通過WSN子網接入單元連接無線傳感器網絡，完成該網關與無線傳感器網絡之間的數據交互；TD-SCDMA接入單元通過USB擴展單元連接RAM9控制單元，完成該網關與 TD-SCDMA公共通信網絡之間的數據交互。
2.如權利要求1所述基于IPv6的WSN/TD-SCDMA透明型網關，其特征在于，所述WSN子網接入單元基于IEEE802. 15.如標準，其射頻模塊包括天線部分，射頻芯片、處理器，外擴 FLASH,射頻芯片通過4線SPI總線同處理器連接，外擴FLASH通過數據總線和處理器連接， 處理器通過異步串口同RAM9控制單元連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于IPv6的WSN/TD-SCDMA透明型網關設備，本網關設備基于IPv6協(xié)議，通過無線射頻單元匯聚無線傳感器網絡信息，經過協(xié)議轉換后傳送到網關的ARM核心，ARM核心運行嵌入式Linux程序，驅動TD-SCDMA無線調制解調器(modem)，將數據發(fā)送到TD-SCDMA網絡。本實用新型網關透明地轉發(fā)無線傳感器網路(WSN)數據，解決了無線傳感器網絡和TD-SCDMA公用通信網絡的融合問題。
文檔編號H04W84/18GK202135333SQ201120160850
公開日2012年2月1日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權日2011年5月19日
發(fā)明者嚴冬, 季善洋, 寧靜, 王平, 王恒, 陳靜明 申請人:重慶郵電大學