智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)關(guān)鍵及典型參考設(shè)計(jì)集錦 - 全文

　　繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后物聯(lián)網(wǎng)的崛起掀起了世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng) （The Internet of things）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，可以看做是互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)與擴(kuò)展，根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，物聯(lián)網(wǎng)主要解決物品與物品（Thing to Thing，T2T），人與物品 （Human to Thing，H2T），人與人（Human to Human，H2H）之間的互連。通過(guò)以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。簡(jiǎn)言之物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其中連接感知層和網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)即物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將會(huì)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)概念

　　作為連接感知層與網(wǎng)絡(luò)層的紐帶，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類(lèi)型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換．既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)．也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。在無(wú)線傳感網(wǎng)中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是不可或缺的核心設(shè)備。此外物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還需要具備設(shè)備管理功能，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以管理底層的各感知節(jié)點(diǎn)，了解各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的形態(tài)

　　從物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的定義來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)很難以某種相對(duì)固定的形態(tài)出現(xiàn)?？傮w說(shuō)凡是可以起到將感知層采集到的信息通過(guò)此終端的協(xié)議轉(zhuǎn)換發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備都可以算做物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。形態(tài)可以盒子狀也可以是平板電腦，可以有顯示屏幕的交互式形態(tài)，也可以是封閉或半封閉的非交互形態(tài)。

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

　　1、多標(biāo)準(zhǔn)互通接入能力 ：目前用于近程通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)很多。常見(jiàn)的傳感網(wǎng)技術(shù)包括 ZigBee、Z-Wave 、 RUBEE 、 WirelessHART 、 IETF6IowPAN 、AM‘ /ANrr +、Wibree、］nSTeON 等。各類(lèi)技術(shù)主要針對(duì)某一類(lèi)應(yīng)用展開(kāi)，之間缺乏兼容性和體系規(guī)劃。如：Z.Wave主要應(yīng)用于無(wú)線智能家庭網(wǎng)絡(luò)，RUBEE適用于惡劣環(huán)境，WirelessHART 主要集中在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)各種通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通，成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)必須要解決的問(wèn)題。是針對(duì)每種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)單獨(dú)的網(wǎng)關(guān)，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)之間的統(tǒng)一接口實(shí)現(xiàn)。還是采用標(biāo)準(zhǔn)的適配層、不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的接口實(shí)現(xiàn)。

　　2、網(wǎng)關(guān)的可管理性：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為與網(wǎng)絡(luò)相連的網(wǎng)元，其本身要具備一定的管理功能，包括注冊(cè)登錄管理、權(quán)限管理、任務(wù)管理、數(shù)據(jù)管理、故障管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷、參數(shù)查詢和配置、事件處理、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程升級(jí)等。如需要實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的可管理，不僅要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備本身的管理，還要進(jìn)一步通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的管理，例如獲取節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)、狀態(tài)、屬性等信息，以及遠(yuǎn)程喚醒、控制、診斷、升級(jí)維護(hù)等。盡管根據(jù)子網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同。協(xié)議的復(fù)雜性不同，所能進(jìn)行的管理內(nèi)容有較大差異。

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用方向

　　有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的地方，必然有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的存在。通過(guò)連接感知層的傳感器、射頻（RFID）、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、智能嵌入式終端，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用將遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、路燈照明管控、景觀照明管控、樓宇照明管控、廣場(chǎng)照明管控、老人護(hù)理、個(gè)人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測(cè)、食品溯源、敵情偵查和情報(bào)搜集等多個(gè)領(lǐng)域。不同的應(yīng)用方向的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)所使用的協(xié)議與網(wǎng)關(guān)形態(tài)會(huì)不同差異，但它們基本功能都是把感知層采集到的各類(lèi)信息通過(guò)相關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換形成高速數(shù)據(jù)傳遞到互聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一定管理功能。

?? ? Intel智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備和下一代智能基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)連通性提供了解決方案。其提供的開(kāi)發(fā)平臺(tái)集成了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)、嵌入式控制、企業(yè)級(jí)的安全性，還具有特定軟件環(huán)境中以管理可操作的特性。

?????? 1. 功能框圖

　　2. 重要特征

　　Quark SOC x1000 處理器，400MHz 主頻；

　　配置 x 8 256MB DDR3，一片 8MB SPI Flash;

　　支持 1 個(gè) SD 卡；

　　2 個(gè) RJ45 接口，支持 10/100Mbps 的傳輸速度；

　　2 個(gè) USB 2.0 Host 和 1 個(gè) USB 2.0 Client 接口；

　　2 個(gè) Mini-PCIE 接口 ，并提供 USB2.0 Host 支持；

　　1 個(gè) RS232 DR9 接口和 1 個(gè) RS485 DR9 接口；

　　1 個(gè) 10-pin JTAG 接口；

　　Linux Firmware Pre-Install;

　　Quark Soc X1000 Software Stack

　　詳細(xì)資料：Quark X1000低功耗物聯(lián)網(wǎng)控制SOC

　　3.軟件框圖

　　4.應(yīng)用

　　交通運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，能源、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

　　5.相關(guān)開(kāi)發(fā)套件

　　DK50 用于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

　　DK100 用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

　　DK200 用于交通運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

　　NXP互聯(lián)網(wǎng)（IOT）網(wǎng)關(guān)是連接日常無(wú)線功能的設(shè)備的有線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分，它們可以控制和監(jiān)視。基于主機(jī)控制器運(yùn)行OpenWrt ARM9 Linux操作系統(tǒng)，提供了一個(gè)易于使用的平臺(tái)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。它的軟件設(shè)計(jì)是模塊化的，允許輕松定制的，包括應(yīng)用程序的變化軟件。無(wú)線接口可以參與 ZigBee或 JenNetIP網(wǎng)絡(luò)。隨著無(wú)線USB的適配器的加入，網(wǎng)關(guān)可以參與的混合網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)加密在有線接口使用標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和128位AES加密的無(wú)線通信技術(shù)。這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)有著密切聯(lián)系，專為低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，能兼容ZigBee和JenNet-IP的智能網(wǎng)關(guān)。

　　1. 功能框圖

　　2. 重要特征

　　2.1 ARM926EJ-S處理器，CPU時(shí)鐘運(yùn)行速率可高達(dá)266MHz

　　LPC3240的CPU工作頻率最高可達(dá)266 MHz。恩智浦實(shí)施采用了一個(gè)ARM926EJ-S CPU，具備Harvard架構(gòu)，5級(jí)流水線和完整的存儲(chǔ)器管理單元（MMU）。 LPC3240還包含256 kB片內(nèi)靜態(tài)RAM，一個(gè)NAND閃存接口，一個(gè)以太網(wǎng)MAC，一個(gè)支持SDR和DDR SDRAM的外部總線接口，以及其它靜態(tài)設(shè)備。另外，LPC3240包含一個(gè)USB 2.0全速接口，7個(gè)UART，2個(gè)I2C總線接口，2個(gè)SPI/SSP端口，2個(gè)I2S總線接口，2個(gè)單輸出PWM，一個(gè)電機(jī)控制PWM，6個(gè)帶捕獲輸入和比較輸出的通用定時(shí)器，一個(gè)SD接口，以及一個(gè)帶觸摸屏檢測(cè)選項(xiàng)的10位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）。

???? 詳細(xì)資料：NXP LPC3240

　　2.2 無(wú)線Zigbee 通訊采用 NXP JN5168 芯片

　　JN5168是超低功耗的高性能無(wú)線微控制器，支持JenNet-IP、ZigBee Smart Energy、ZigBee Light Link、RF4CE和IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，適合開(kāi)發(fā)Smart Energy、Home Automation、Smart Lighting、遙控或無(wú)線傳感器應(yīng)用。該器件具有一個(gè)增強(qiáng)型32位RISC處理器，帶256 kB嵌入式閃存、32 kB RAM和4 kB EEPROM存儲(chǔ)器，通過(guò)可變寬度指令提供高編碼效率；一條多級(jí)指令流水線，通過(guò)可編程時(shí)鐘速率實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。該器件還集成了2.4 GHz IEEE802.15.4兼容型收發(fā)器和各種模擬和數(shù)字外設(shè)。憑借一流的15 mA工作電流特性和0.6 μA睡眠定時(shí)器模式實(shí)現(xiàn)出色的電池壽命，支持用一枚鈕扣電池直接供電。

???? 詳細(xì)資料：NXP JN5168無(wú)線微控制器

　　2.3 采用TI DP83848K 10/100M以太網(wǎng)收發(fā)器

　　DP83848 10/100 Mb/s單路物理層器件提供了低功耗性能，其包含一個(gè)智能電源關(guān)閉狀態(tài)－能量檢測(cè)模式。
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???? 詳細(xì)資料：TI DP83848

　　3. 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

　　JN5168 ZigBee / JenNet-IP 無(wú)線接口

　　ZigBee光鏈路，ZigBee家庭自動(dòng)化和 JenNet-IP提供了一個(gè)單一的應(yīng)用層

　　定制軟件使混合ZigBee家庭自動(dòng)化/ZigBee無(wú)線光鏈路網(wǎng)

　　基于MIB的JIP應(yīng)用層

　　Linux操作系統(tǒng)的鏡像系統(tǒng)

　　可編程的自定義應(yīng)用程序

　　支持標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)安全，包括TLS

　　支持本地Web服務(wù)器

　　恩智浦LPC 3240 ARM9主機(jī)控制器

　　1 GB閃存

　　512 KB SRA

　　256 KB EEPROM

　　7-16 V直流電源輸入

　　以太網(wǎng)RJ45端口

　　USB端口支持WiFi適配器或額外的網(wǎng)絡(luò)層

　　CE和FCC認(rèn)證

　　可定制的LED和按鍵的功能

　　采用RP - SMA連接器與外部天線

　　4. 應(yīng)用領(lǐng)域

　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)控制

　　JenNet- IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)控制

　　連通以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)/協(xié)議

　　智能樓宇的通信與控制?

　　描述

　　此設(shè)計(jì)可為家庭自動(dòng)化應(yīng)用提供 ZigBee? 家庭自動(dòng)化 （HA 1.2） 認(rèn)證的參考網(wǎng)關(guān)。由 Sitara? AM335x 處理器提供支持的功能豐富且基于 Linux 的網(wǎng)絡(luò)和 GUI 示例應(yīng)用可以使用基于 SimpleLink? ZigBee CC2531 無(wú)線 MCU 的軟件狗控制和監(jiān)控 ZigBee 節(jié)點(diǎn)。此設(shè)計(jì)包含幾十個(gè)可簡(jiǎn)化 Linux 系統(tǒng)中的 ZigBee 集成和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的 API。

　　特性

　　用于家庭自動(dòng)化的簡(jiǎn)單 API，將 TCP/IP 集成到 ZigBee 網(wǎng)橋，有助于加快應(yīng)用的開(kāi)發(fā)速度和簡(jiǎn)化低功耗連接解決方案的集成

　　基于 CC2531 的運(yùn)行 ZigBee 家庭自動(dòng)化 （HA 1.2） 認(rèn)證協(xié)議堆棧的 USB 軟件狗、MAC 和 PHY，針對(duì)互操作性進(jìn)行了全面測(cè)試

　　基于 Sitara AM335x BeagleBone Black 社區(qū)支持的低成本開(kāi)源開(kāi)發(fā)平臺(tái)和基于小型 USB 軟件狗的 SimpleLink? ZigBee CC2531 無(wú)線 MCU

　　可從 TI 網(wǎng)上商店或通過(guò)授權(quán)經(jīng)銷(xiāo)商獲取所有系統(tǒng)硬件組件。還可獲取基于 Wiki 的用戶指南以生成和編譯 Linux 開(kāi)源組件

　　基于 Linux 的現(xiàn)成系統(tǒng)軟件和硬件實(shí)現(xiàn)，用于通過(guò)以太網(wǎng)將 ZigBee 傳感器連接到 TCP/IP 應(yīng)用，包括所有應(yīng)用程序、Linux 中間件、ZigBee 堆棧和硬件組件

　　用于 BeagleBone Black 的 Z-Stack? Linux 網(wǎng)關(guān)安裝程序軟件包和用于 SimpleLink CC2531 軟件狗的 ZigBee 家庭自動(dòng)化堆棧是免費(fèi)的，可從 TI 的 Z-Stack? 軟件頁(yè)面進(jìn)行下載。

　　硬件設(shè)計(jì)框圖

　　詳細(xì)資料：AM335x ARM Cortex-A8 微處理器(MPU)詳細(xì)介紹

??????? 軟件設(shè)計(jì)框圖

　　相關(guān)軟件與工具：CC2531 USB 評(píng)估模塊套件

　　應(yīng)用?? 家庭網(wǎng)關(guān)

　　智能家居與能源網(wǎng)關(guān)參考設(shè)計(jì)為智能家居和建筑物的能源系統(tǒng)的測(cè)量、管理和通信提供了完整的系統(tǒng)解決方案。此設(shè)計(jì)是 WiFi、以太網(wǎng)、ZigBee 或藍(lán)牙等不同通信接口（通常在住宅建筑物和商業(yè)建筑物中出現(xiàn)）之間的橋梁。由于房屋和建筑物中的物體越來(lái)越多地聯(lián)系在一起，因此網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)需要靈活以符合不 同的 RF 標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)闆](méi)有單個(gè) RF 標(biāo)準(zhǔn)主宰市場(chǎng)。此網(wǎng)關(guān)通過(guò)支持現(xiàn)有傳統(tǒng) RF 標(biāo)準(zhǔn)（WiFi、藍(lán)牙）和較新的 RF 標(biāo)準(zhǔn) （ZigBee， BLE） 來(lái)解決此問(wèn)題。

　　特性

　　不同通信接口基線驗(yàn)證的堅(jiān)實(shí)軟件基礎(chǔ)

　　ZigBee、WiFi、藍(lán)牙和 NFC（近場(chǎng)通信）的共存允許不同通信配置文件同步運(yùn)行

　　實(shí)現(xiàn)智能能源、照明和樓宇自動(dòng)化的無(wú)縫配置文件集成

　　實(shí)現(xiàn) HAN（家庭區(qū)域網(wǎng)）和 LAN（局域網(wǎng)）/WAN（廣域網(wǎng)）之間的橋梁

　?? 原理圖/方框圖

????? 詳細(xì)資料：AM335x ARM Cortex-A8 微處理器(MPU)

????? 軟件框圖

　　
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????? 核心器件

?????? 詳細(xì)資料：德州儀器 CC2530???????????????????

????? 設(shè)計(jì)Demo 演示板：

??????? 詳細(xì)資料：設(shè)計(jì)文件

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