繼計算機、互聯網之后物聯網的崛起掀起了世界信息產業發展的第三次浪潮。物聯網 (The Internet of things)是新一代信息技術的重要組成部分,可以看做是互聯網的升級與擴展,根據國際電信聯盟(ITU)的定義,物聯網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。通過以互聯網為基礎延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信。簡言之物聯網就是“物物相連的互聯網”。 物聯網架構可分為三層:感知層、網絡層和應用層,其中連接感知層和網絡層的關鍵技術即物聯網網關。在物聯網時代中,物聯網網關將會是至關重要的環節。
物聯網網關概念
作為連接感知層與網絡層的紐帶,物聯網網關可以實現感知網絡與通信網絡,以及不同類型感知網絡之間的協議轉換.既可以實現廣域互聯.也可以實現局域互聯。在無線傳感網中,物聯網網關是不可或缺的核心設備。此外物聯網網關還需要具備設備管理功能,運營商通過物聯網網關設備可以管理底層的各感知節點,了解各節點的相關信息,并實現遠程控制。
物聯網網關的形態
從物聯網網關的定義來看,物聯網網關很難以某種相對固定的形態出現。總體說凡是可以起到將感知層采集到的信息通過此終端的協議轉換發送到互聯網的設備都可以算做物聯網網關。形態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,也可以是封閉或半封閉的非交互形態。
物聯網網關關鍵技術
1、多標準互通接入能力 :目前用于近程通信的技術標準很多。常見的傳感網技術包括 ZigBee、Z-Wave 、 RUBEE 、 WirelessHART 、 IETF6IowPAN 、AM‘ /ANrr +、Wibree、]nSTeON 等。各類技術主要針對某一類應用展開,之間缺乏兼容性和體系規劃。如:Z.Wave主要應用于無線智能家庭網絡,RUBEE適用于惡劣環境,WirelessHART 主要集中在工業監控領域。實現各種通信技術標準的互聯互通,成為物聯網網關必須要解決的問題。是針對每種標準設計單獨的網關,再通過網關之間的統一接口實現。還是采用標準的適配層、不同技術標準開發相應的接口實現。
2、網關的可管理性:物聯網網關作為與網絡相連的網元,其本身要具備一定的管理功能,包括注冊登錄管理、權限管理、任務管理、數據管理、故障管理、狀態監測、遠程診斷、參數查詢和配置、事件處理、遠程控制、遠程升級等。如需要實現全網的可管理,不僅要實現網關設備本身的管理,還要進一步通過網關實現子網內各節點的管理,例如獲取節點的標識、狀態、屬性等信息,以及遠程喚醒、控制、診斷、升級維護等。盡管根據子網的技術標準不同。協議的復雜性不同,所能進行的管理內容有較大差異。
物聯網網關應用方向
有物聯網應用的地方,必然有物聯網網關的存在。通過連接感知層的傳感器、射頻(RFID)、微機電系統(MEMS)、智能嵌入式終端,物聯網網關的應用將遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、環境監測、路燈照明管控、景觀照明管控、樓宇照明管控、廣場照明管控、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領域。不同的應用方向的物聯網網關所使用的協議與網關形態會不同差異,但它們基本功能都是把感知層采集到的各類信息通過相關協議轉換形成高速數據傳遞到互聯網,同時實現一定管理功能。
?? ? Intel智能網關設計為傳統工業設備和下一代智能基礎設施物聯網連通性提供了解決方案。其提供的開發平臺集成了網絡協議技術、嵌入式控制、企業級的安全性,還具有特定軟件環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 SD 卡;
2 個 RJ45 接口,支持 10/100Mbps 的傳輸速度;
2 個 USB 2.0 Host 和 1 個 USB 2.0 Client 接口;
2 個 Mini-PCIE 接口 ,并提供 USB2.0 Host 支持;
1 個 RS232 DR9 接口和 1 個 RS485 DR9 接口;
1 個 10-pin JTAG 接口;
Linux Firmware Pre-Install;
Quark Soc X1000 Software Stack
3.軟件框圖
4.應用
交通運輸物聯網網關,能源、工業物聯網網關。
5.相關開發套件
NXP互聯網(IOT)網關是連接日常無線功能的設備的有線網絡的一個重要組成部分,它們可以控制和監視。基于主機控制器運行OpenWrt ARM9 Linux操作系統,提供了一個易于使用的平臺系統開發。它的軟件設計是模塊化的,允許輕松定制的,包括應用程序的變化軟件。無線接口可以參與 ZigBee或 JenNetIP網絡。隨著無線USB的適配器的加入,網關可以參與的混合網絡。數據加密在有線接口使用標準的互聯網技術和128位AES加密的無線通信技術。這個物聯網網關是一個以太網網關有著密切聯系,專為低功耗無線網絡設計的,基于IEEE 802.15.4標準,能兼容ZigBee和JenNet-IP的智能網關。
1. 功能框圖
2. 重要特征
2.1 ARM926EJ-S處理器,CPU時鐘運行速率可高達266MHz
LPC3240的CPU工作頻率最高可達266 MHz。恩智浦實施采用了一個ARM926EJ-S CPU,具備Harvard架構,5級流水線和完整的存儲器管理單元(MMU)。 LPC3240還包含256 kB片內靜態RAM,一個NAND閃存接口,一個以太網MAC,一個支持SDR和DDR SDRAM的外部總線接口,以及其它靜態設備。另外,LPC3240包含一個USB 2.0全速接口,7個UART,2個I2C總線接口,2個SPI/SSP端口,2個I2S總線接口,2個單輸出PWM,一個電機控制PWM,6個帶捕獲輸入和比較輸出的通用定時器,一個SD接口,以及一個帶觸摸屏檢測選項的10位模擬-數字轉換器(ADC)。
???? 詳細資料:NXP LPC3240
2.2 無線Zigbee 通訊采用 NXP JN5168 芯片
JN5168是超低功耗的高性能無線微控制器,支持JenNet-IP、ZigBee Smart Energy、ZigBee Light Link、RF4CE和IEEE802.15.4網絡協議棧,適合開發Smart Energy、Home Automation、Smart Lighting、遙控或無線傳感器應用。該器件具有一個增強型32位RISC處理器,帶256 kB嵌入式閃存、32 kB RAM和4 kB EEPROM存儲器,通過可變寬度指令提供高編碼效率;一條多級指令流水線,通過可編程時鐘速率實現低功耗運行。該器件還集成了2.4 GHz IEEE802.15.4兼容型收發器和各種模擬和數字外設。憑借一流的15 mA工作電流特性和0.6 μA睡眠定時器模式實現出色的電池壽命,支持用一枚鈕扣電池直接供電。
???? 詳細資料:NXP JN5168無線微控制器
2.3 采用TI DP83848K 10/100M以太網收發器
DP83848 10/100 Mb/s單路物理層器件提供了低功耗性能,其包含一個智能電源關閉狀態-能量檢測模式。
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???? 詳細資料:TI DP83848
3. 產品優勢
JN5168 ZigBee / JenNet-IP 無線接口
ZigBee光鏈路,ZigBee家庭自動化和 JenNet-IP提供了一個單一的應用層
定制軟件使混合ZigBee家庭自動化/ZigBee無線光鏈路網
基于MIB的JIP應用層
Linux操作系統的鏡像系統
可編程的自定義應用程序
支持標準的網絡安全,包括TLS
支持本地Web服務器
恩智浦LPC 3240 ARM9主機控制器
1 GB閃存
512 KB SRA
256 KB EEPROM
7-16 V直流電源輸入
以太網RJ45端口
USB端口支持WiFi適配器或額外的網絡層
CE和FCC認證
可定制的LED和按鍵的功能
4. 應用領域
ZigBee網絡的網絡控制
JenNet- IP網絡的網絡控制
連通以太網網關/協議
智能樓宇的通信與控制?
描述
此設計可為家庭自動化應用提供 ZigBee? 家庭自動化 (HA 1.2) 認證的參考網關。由 Sitara? AM335x 處理器提供支持的功能豐富且基于 Linux 的網絡和 GUI 示例應用可以使用基于 SimpleLink? ZigBee CC2531 無線 MCU 的軟件狗控制和監控 ZigBee 節點。此設計包含幾十個可簡化 Linux 系統中的 ZigBee 集成和應用開發的 API。
特性
用于家庭自動化的簡單 API,將 TCP/IP 集成到 ZigBee 網橋,有助于加快應用的開發速度和簡化低功耗連接解決方案的集成
基于 CC2531 的運行 ZigBee 家庭自動化 (HA 1.2) 認證協議堆棧的 USB 軟件狗、MAC 和 PHY,針對互操作性進行了全面測試
基于 Sitara AM335x BeagleBone Black 社區支持的低成本開源開發平臺和基于小型 USB 軟件狗的 SimpleLink? ZigBee CC2531 無線 MCU
可從 TI 網上商店或通過授權經銷商獲取所有系統硬件組件。還可獲取基于 Wiki 的用戶指南以生成和編譯 Linux 開源組件
基于 Linux 的現成系統軟件和硬件實現,用于通過以太網將 ZigBee 傳感器連接到 TCP/IP 應用,包括所有應用程序、Linux 中間件、ZigBee 堆棧和硬件組件
用于 BeagleBone Black 的 Z-Stack? Linux 網關安裝程序軟件包和用于 SimpleLink CC2531 軟件狗的 ZigBee 家庭自動化堆棧是免費的,可從 TI 的 Z-Stack? 軟件頁面進行下載。
硬件設計框圖
詳細資料:AM335x ARM Cortex-A8 微處理器(MPU)詳細介紹
??????? 軟件設計框圖
相關軟件與工具:CC2531 USB 評估模塊套件
應用?? 家庭網關
智能家居與能源網關參考設計為智能家居和建筑物的能源系統的測量、管理和通信提供了完整的系統解決方案。此設計是 WiFi、以太網、ZigBee 或藍牙等不同通信接口(通常在住宅建筑物和商業建筑物中出現)之間的橋梁。由于房屋和建筑物中的物體越來越多地聯系在一起,因此網關設計需要靈活以符合不 同的 RF 標準,因為沒有單個 RF 標準主宰市場。此網關通過支持現有傳統 RF 標準(WiFi、藍牙)和較新的 RF 標準 (ZigBee, BLE) 來解決此問題。
特性
不同通信接口基線驗證的堅實軟件基礎
ZigBee、WiFi、藍牙和 NFC(近場通信)的共存允許不同通信配置文件同步運行
實現智能能源、照明和樓宇自動化的無縫配置文件集成
實現 HAN(家庭區域網)和 LAN(局域網)/WAN(廣域網)之間的橋梁
?? 原理圖/方框圖
????? 詳細資料:AM335x ARM Cortex-A8 微處理器(MPU)
????? 軟件框圖
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????? 核心器件
?????? 詳細資料:德州儀器 CC2530???????????????????
????? 設計Demo 演示板:
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