隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)的飛速發(fā)展.物聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)量越來越多，終端的連接方式也更趨多樣化，比如 Wi-Fi藍牙和 ZigBee 等?，F(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)大多僅支持一種或者幾種終端的接人方式。無法滿足終端異構(gòu)性的需求。同時，現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與終端設(shè)備之間普遍采用明文傳輸?shù)哪Ｊ綗o法滿足安全需求較高的應(yīng)用。

1、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)整體設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)包括物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)模擬Wi-Fi終端模擬藍牙終端和模擬 ZigBee 終端.

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要包括最小系統(tǒng)Wi-Fi、藍牙模塊、ZigBee模塊可以同時支持 Wi-Fi 終端藍牙終端和 ZigBee 終端的接人。Wi-Fi 終端藍牙終端和ZigBee 終端可以分別向網(wǎng)關(guān)上傳明態(tài)或密態(tài)數(shù)據(jù).并且能夠收到網(wǎng)關(guān)返回的響應(yīng)。

2、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計

2.1物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)功能需求分析

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備為了滿足不同類型終端的連接請求.需要能夠同時支持多種類型終端的接入。另外，終端采集的某些信息需要安全地上傳到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān).因此網(wǎng)關(guān)需要同時支持明態(tài)和密態(tài)數(shù)據(jù)的接收并向終端返回響應(yīng)。基于以上分析，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能應(yīng)該包括：

(1)支持多種類型的無線接入方式?，F(xiàn)有的短距離無線通信技術(shù)主要包括 Wi-Fi 藍牙和ZigBee 技術(shù)。因此，為了滿足終端異構(gòu)性接人的需求，網(wǎng)關(guān)需要同時支持 Wi-Fi 藍牙和 ZigBee等不同類型的接人請求

(2)支持明密態(tài)切換。為了滿足某些終端數(shù)據(jù)安全上傳的需求，終端數(shù)據(jù)需要加密后再上傳到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)解密后獲取數(shù)據(jù)，然后向終端返回響應(yīng)。

基于上述功能需求，本文設(shè)計了同時支持Wi-Fi 藍牙和 ZigBee 終端接人的網(wǎng)關(guān)設(shè)備終端可以向網(wǎng)關(guān)發(fā)送明態(tài)數(shù)據(jù)或者經(jīng)SM4 算法加密后的密文數(shù)據(jù).網(wǎng)關(guān)收到數(shù)據(jù)后.向終端返回響應(yīng)。

2.2網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計

為了提高網(wǎng)關(guān)的整體性能.設(shè)計中采用了四核 Corle-A9 1.6GHz 處理器Wi-Fi 和藍牙模塊采用板載RTL8723U，通過串口外接 ZigBee 模塊ZA2530-2591。

微處理器模塊的主要作用是連接主板與RTL8723U 模塊ZA2530-2591 模塊同時進行數(shù)據(jù)處理。為了滿足性價比高和方便的要求.我們采用了三星Exynos4412 四核 Corle-A9 1.6GHz處理器。Corlex-A9 處理器其有性能強功耗低等特點.同時支持靈活設(shè)計和擴展功能。

無線通信模塊包括 Wi-Fi/藍牙模塊 ZigBee模塊。三星Exynos4412開發(fā)板板載 RTL8723U該芯片是針對 Wi-Fi 和藍牙技術(shù)推出的集成解決方案其內(nèi)部集成了Reallek 8723BUWi-Fi模塊和 Reallek 8723BU 藍牙模塊，并且預(yù)留接口可供軟件設(shè)計部分直接調(diào)用。

ZigBee模塊以ZA2530-259集成芯片為核心，通過串口供軟件設(shè)計部分調(diào)用。該模塊基于高性能、低功耗的 2.4GHZ 射頻收發(fā)芯片CC2530和大功率低噪聲射頻前端芯片CC2591，具有易使用、全透明 穩(wěn)定性強等特點能實現(xiàn)超低功耗超遠距離超大規(guī)模的 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)功能3.6V_5.0V 電源分別提供 ZigBee 模塊Wi-Fi/藍牙模塊和主控模塊使用。硬件看門狗模塊在設(shè)定時間內(nèi)復(fù)位程序使其進入正常工作狀態(tài)存儲器模塊主要用來存儲終端節(jié)點和網(wǎng)關(guān)之間交互的數(shù)據(jù)信息

2.3網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計

軟件設(shè)計部分主要包括 Wi-Fi 終端藍牙終端和 ZigBee 終端連接網(wǎng)關(guān)，終端向網(wǎng)關(guān)上傳明態(tài)或密態(tài)數(shù)據(jù)以及網(wǎng)關(guān)向終端返回響應(yīng)等步驟。以下將分別介紹 Wi-Fi 通信、藍牙通信和ZigBee 通信

Wi-Fi 通信主要采用 Sockel 和TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。TCP/IP 協(xié)議是一種可靠的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過在通信兩端各建立一個 Socket，從而在通信雙方之間形成虛擬的網(wǎng)絡(luò)鏈路。一旦建立了虛擬的網(wǎng)絡(luò)鏈路，兩端的程序就可以通過虛擬鏈路來進行通信。Java 語言對TCP 網(wǎng)絡(luò)通信提供了良好的封裝，可以令 Socket 對象代表兩的通信端口，并通過 Sockel 產(chǎn)生 I/O 流進行網(wǎng)絡(luò)通信。

出處：北京電子科技學(xué)院學(xué)報

原標題：一種支持多類型無線連接方式的安全物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計

作者：胡榮磊 陳雷 王樂背 丁安邦 何楚策

參考資料

https://www.hooketech.com/wifi-bluetooth-zigbee.html