技术领域
[0001] 本
发明属于智能网关技术领域，尤其涉及组合智能网关技术。
背景技术
[0002] 目前智能家居行业有很多中央控制设备和第三方受控设备，例如快思聪(CRESTRON)、AMX等中央控制设备，第三方受控设备主要指的是在智能家居中常用的灯光设备、音响设备、监控设备等。但是这些中央控制设备的制造厂家和第三方受控设备的制造厂家，每个厂家都自成一派，各自有自己的协议标准，与其他厂家不兼容，设备之间存在信息闭塞，无法进行相互通信，代理商在选择产品的时候存在很大的局限性，不利于智能家居的技术演进。本发明实现了ZigBee网络、WIFI网络、TCP/IP网络和G-Bus总线网络在内的多网组合，实现各个网络两两互转通信功能。现有的技术中没有将这四个网络在内的网络组合在一起的多网组合智能网关及其实现方法。
发明内容
[0003] 本发明旨在解决以上
现有技术的问题。提出了一种多网组合智能网关及其实现方法。本发明的技术方案如下：
[0004] 一种多网组合智能网关，用于实现ZigBee网络、WIFI网络、TCP/IP网络和G-Bus总线网络的组合，实现各个网络两两互转通信功能，其包括：一处理器模
块，所述处理器模块分别连接电源模块、WIFI模块、ZigBee模块、TCP/IP模块、G-Bus总线模块、
LED灯指示模块和时间显示模块，所述电源模块由外接适配器12V/2A电源提供，并线性降压到5V和3.3V给整个智能网关提供稳定电源；WIFI模块用于监听发来的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，则把数据向WIFI网络协议打包，并向WIFI网络发送数据，同时监听ZigBee网络的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，通过消息队列向UDP线程发送数据，再向Internet网络发送；
[0005] ZigBee模块用于监听发来的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，则把数据向ZigBee网络协议打包，并向ZigBee网络发送数据。同时监听ZigBee网络的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，通过消息队列向UDP线程发送数据，再向
服务器或APP发送；所述ZigBee路由网络由父子关系的
节点组成，每个节点都保存一张邻居节点列表，所述邻居节点列表存储有所述父子关系节点传输范围内的邻居节点的以下信息：(1)从源节点得到的各邻居节点的标识符；(2)一个数据包从各邻居节点到达基站节点的绝对时间以及各邻居节点的剩余
能量，其中，所述ZigBee路由网络的通信路由协议包括以下步骤：
[0006] 步骤A，初始化设置；步骤B，数据转发；所述步骤B包括：当一个节点
感知到一个事件，它就会执行以下步骤，
[0007] B1：创建一个数据分组并判断此数据的优先级，并执行步骤B2或B4；
[0008] B2：若所述数据是优先类型，则会计算邻居节点列表内各节点的a/X+bY+cZ值，a/X+bY+cZ值最高的节点进行转发，其中，X为所述邻居节点到达基站节点的绝对时间的当前值，Y为所述邻居节点剩余能量的当前值，Z为邻居节点历史转发率，a、b、c为变系数；
[0009] B3：收到数据的节点重复步骤B1和B2直到数据包到达基站节点；
[0010] B4：若所述数据为普通类型，则会检查邻居节点列表，选择剩余能量高的节点进行数据转发；
[0011] B5：收到数据的节点重复步骤B1和B4直到数据包到达基站节点；
[0012] 步骤C，数据聚合；
[0013] 所述步骤C数据聚合使用的是一级数据聚合模式，做聚合的节点只是离其最近的节点，包括如下过程，在每个节点感知事件后，在转发前检查Aggregated_data字段，并执行以下步骤C1或C2：
[0014] C1：如果Aggregated_data字段为1，那么数据正常转发；
[0015] C2：如果Aggregated_data字段为0，停止数据转发；
[0016] 步骤D，路由维护；
[0017] TCP/IP模块中，TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出
信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地，而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址，G-Bus总线模块用于监听发来的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，则把数据向G-Bus总线协议打包，并向G-Bus总线网络发送数据，同时此线程也监听G-Bus总线网络的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，通过消息队列向UDP线程发送数据，再向Internet网络发送；处理器模块负责ZigBee模块、WIFI模块、TCP/IP模块、G-Bus总线模块、LED灯指示模块、时间显示模块的协调；LED灯指示四个网络运行状态；时间显示模块，实时显示网络时间，实时更新；
[0018] 进一步的，所述处理器模块采用高能的MIPS24
内核32位先进的低功耗芯片。
[0019] 进一步的，所述电源模块、WIFI模块、ZigBee模块、TCP/IP模块、G-Bus总线模块、LED灯指示模块和时间显示模块采用的是现有产品。
[0020] 一种基于所述多网组合智能网关的实现方法，其包括以下步骤：
[0021] 主线程的建立步骤：处理器建立UDP线程、ZigBee网络处理线程、G-Bus网络处理线程、System处理线程和WIFI网络处理线程，并监控各个线程运行情况，若出现问题，整个
进程重新运行，确保整个系统时时刻刻运行中；
[0022] UDP线程的建立步骤：监听其它线程发过来的数据，当有数据时,分析同步头和CRC是否正确，若正确，则向Internet网络(服务器或APP)发送；同时也监听Internet网络(服务器或APP)的数据，当有数据时，分析同步头和CRC正确，若正确，则进行判断此数据是向哪个线程序发送，目标线程有System线程、G-Bus网络线程、ZigBee网络线程和WIFI网络线程；
[0023] System线程的建立步骤：检测定时情景，当定时情景时间到，就触发定时情景操作；同时也是监听其它线程发过来的数据包，并分析数据，根据数据类型可分为：配置网关数据、读取网关数据、触发情景和触发联动功能，配置网络有：联动配置、安防配置、定时配置、情景配置、名字更改配置和恢复出厂设置等等功能。触发情景：由情景面板、APP或定时情景触发。触发联动：在网络设备中，把一个或以上的设备作为触发源，把其它能被动控制的设备作为被动源，当触发源动作时，被动源根据设置做出相应的动，来实现联动功能；
[0024] G-Bus总线线程的建立步骤：监听其它线程发来的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，则把数据向G-Bus总线协议打包，并向G-Bus总线网络发送数据；同时此线程也监听G-Bus总线网络的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，通过消息队列向UDP线程发送数据，再向Internet网络(服务器或APP)发送；
[0025] ZigBee网络线程处理内容：监听其它线程发来的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，则把数据向ZigBee网络协议打包，并向ZigBee网络发送数据；同时此线程也监听ZigBee网络的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，通过消息队列向UDP线程发送数据，再向Internet网络(服务器或APP)发送；
[0026] WIFI网络线程的建立步骤：监听其它线程发来的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，则把数据向WIFI网络协议打包，并向WIFI网络发送数据。同时此线程也监听ZigBee网络的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，通过消息队列向UDP线程发送数据，再向Internet网络(服务器或APP)发送。
[0027] 本发明的优点及有益效果如下：
[0028] 本发明通过创新性的将ZigBee网络、WIFI网络、TCP/IP网络和G-Bus总线网络四个网络融合在一起实现两两互通，实现了智能家居不同网络之间的互联，解决了不同厂商无法兼容的问题，并通过建立UDP线程、ZigBee网络处理线程、G-Bus网络处理线程、System处理线程和WIFI网络处理线程，并监控各个线程运行情况，若出现问题，整个进程重新运行，确保整个系统时时刻刻运行中；多网组合智能网关具备智能家居控制枢纽及无线路由两大功能，包含：WIFI网络、ZigBee网络、TCP/IP网络和G-Bus总线网络；多网组合智能网关不紧同一个网络能通信，还能两个不同的网络实现两两相通。它还具备有无线路由功能，优良的无线性能，网络安全和
覆盖面积，智能网关是您无线
家庭网络的理想选择。
[0029] 并且对于ZIGBEE网络创新性的加入了判断优先传送的机制，对于历史传送率Z高的节点也作为一个权重加入考虑，这是现有技术并没有考虑的一个因素，其是不容易想到的，类似‘优质客户’的评判机制，事实证明这也是一个非常重要的因素。
[0030] 在传输距离和无线信号的穿透
力方面，完全可以满足现在3居室、复式、跃层户型的无线覆盖，对于别墅也可以基本保证无线信号覆盖整个家庭。使得用户完全不必担心无线信号无法到达的局限。
[0031] 智能网关不仅有路由器功能，同时，还充当智能家居枢纽，适配智能插座、温湿度感应、燃气报警、智能监控、智能
门铃等智能电器，实现一机物联全家智能设备并统统由手机远程管控，由此自由定制全家人的智慧生活。
附图说明
[0032] 图1是本发明提供优选
实施例多网组合智能网关的
电路原理图；
[0033] 图2是多网组合智能网关主线程
流程图；
[0034] 图3是多网组合智能网关UDP线程处理流程图；
[0035] 图4是多网组合智能网关System线程处理流程图；
[0036] 图5是多网组合智能网关G-Bus网络处理流程图；
[0037] 图6是多网组合智能网关ZigBee网络处理流程图；
[0038] 图7是多网组合智能网关WIFI网络处理流程图。
具体实施方式
[0039] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
[0040] 本发明解决上述技术问题的技术方案是：
[0041] 如图1所示，多网组合智能网关包含：WIFI网络、ZigBee网络、TCP/IP网络和G-Bus总线网络；多网组合智能网关是不紧同一个网络能通信，还能把两个不同的网络实现两两相通；该网关还具备路由器功能。该模块采用高通的MIPS24K内核的32位高速
微处理器作为通信处理单元，主要负责四个网络之间的数据交换，同时还负责路由器功能。
[0042] 一、主要性能指标
[0043] 智能
开关器综合技术指标符合《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-92和《
外壳防护等级(IP代码)》GB4208-1993《；安全防范工程程序与要求》GA/T75-94；《电磁兼容试验和测量技术》GB/T17626。
[0044] 二、工作原理
[0046] 多网组合智能网关的电路设计由电源模块、WIFI模块、ZigBee模块、TCP/IP模块、G-Bus总线模块、LED灯指示模块、时间显示模块和处理器模块等组成。电源由外接适配器12V/2A电源提供，并线性降压到5V和3.3V给整个智能网关提供稳定电源；处理器模块负责ZigBee模块、WIFI模块、TCP/IP模块、G-Bus总线模块、LED灯指示模块、时间显示模块等协调；多网组合智能网关：ZigBee网络、WIFI网络、TCP/IP网络和G-Bus总线网络的组合，实现各个网络两两互转通信功能；LED灯指示四个网络运行状态；时间显示模块，实时显示网络时间，实时更新；USB充电模块，可提供5V/3A充
电能力；其原理
框架如图1所示：
[0047] 电源模块
[0048] 外接适配器12V/2A电源提供，并线性降压到5V和3.3V给整个智能网关提供稳定电源。
[0049] 处理器模块
[0050] 处理器采用高能的MIPS24内核32位先进的低功耗芯片，该处理器处理性能强，资源丰富，抗干扰能力强，功耗低。
[0051] ZigBee模块
[0052] 远程红外转发器主要是通过ZigBee模块与系统之间的通信，来实现远程功能；ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低
数据速率。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体
访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。所述ZigBee路由网络由父子关系的节点组成，每个节点都保存一张邻居节点列表，所述邻居节点列表存储有所述父子关系节点传输范围内的邻居节点的以下信息：(1)从源节点得到的各邻居节点的标识符；(2)一个数据包从各邻居节点到达基站节点的绝对时间以及各邻居节点的剩余能量，其中，所述ZigBee路由网络的通信路由协议包括以下步骤：
[0053] 步骤A，初始化设置；步骤B，数据转发；所述步骤B包括：当一个节点感知到一个事件，它就会执行以下步骤，
[0054] B1：创建一个数据分组并判断此数据的优先级，并执行步骤B2或B4；
[0055] B2：若所述数据是优先类型，则会计算邻居节点列表内各节点的a/X+bY+cZ值，a/X+bY+cZ值最高的节点进行转发，其中，X为所述邻居节点到达基站节点的绝对时间的当前值，Y为所述邻居节点剩余能量的当前值，Z为邻居节点历史转发率，a、b、c为变系数；
[0056] B3：收到数据的节点重复步骤B1和B2直到数据包到达基站节点；
[0057] B4：若所述数据为普通类型，则会检查邻居节点列表，选择剩余能量高的节点进行数据转发；
[0058] B5：收到数据的节点重复步骤B1和B4直到数据包到达基站节点；
[0059] 步骤C，数据聚合；
[0060] 所述步骤C数据聚合使用的是一级数据聚合模式，做聚合的节点只是离其最近的节点，包括如下过程，在每个节点感知事件后，在转发前检查Aggregated_data字段，并执行以下步骤C1或C2：
[0061] C1：如果Aggregated_data字段为1，那么数据正常转发；
[0062] C2：如果Aggregated_data字段为0，停止数据转发；
[0063] 步骤D，路由维护；
[0064] WIFI模块
[0065] Wi-Fi是一种可以将个人电脑、
手持设备(如pad、手机)等终端以无线方式互相连接的技术，事实上它是一个高频无线
电信号。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。把使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为无线保真。
[0066] TCP/IP模块
[0067] TCP/IP是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的
基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了
电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。
[0068] G-Bus总线模块
[0069] G-Bus总线芯片内部集成瞬变
电压抵制，同时对超出总线终端ESD保护(+30kV
接触放电；+15kV气隙放电)，能承受峰值为400W过压瞬变，在电噪声环境中的数据传输速率为9600bps，开路失效保护接收器设计。
[0070] LED灯指示模块
[0071] LED灯指示四个网络运行状态。
[0072] 时间显示模块
[0073] 采用四位数据管，显示网络时间，能实时更新时间。
[0074] 1)整个程序包含：主线程、UDP线程、ZigBee网络线程、G-Bus网络线程、System线程和WIFI网络线程。
[0075] 2)主线程处理内容：如图2所示，建立UDP线程、ZigBee网络处理线程、G-Bus网络处理线程、System处理线程和WIFI网络处理线程，并监控各个线程运行情况，若出现问题，整个进程需要重新运行，确保整个系统时时刻刻运行中。
[0076] 3)UDP线程处理内容：如图3所示，监听其它线程发过来的数据，当有数据时,分析同步头和CRC是否正确，若正确，则向Internet网络(服务器或APP)发送；同时也监听Internet网络(服务器或APP)的数据，当有数据时，分析同步头和CRC正确，若正确，则进行判断此数据是向哪个线程序发送，目标线程有System线程、G-Bus网络线程、ZigBee网络线程和WIFI网络线程。
[0077] 4)System线程处理内容：如图4所示，检测定时情景，当定时情景时间到，就触发定时情景操作；同时也是监听其它线程发过来的数据包，并分析数据，根据数据类型可分为：配置网关数据、读取网关数据、触发情景和触发联动功能。配置网络有：联动配置、安防配置、定时配置、情景配置、名字更改配置和恢复出厂设置等等功能。触发情景：由情景面板、APP或定时情景触发。触发联动：在网络设备中，把一个或以上的设备作为触发源，把其它能被动控制的设备作为被动源，当触发源动作时，被动源根据设置做出相应的动，来实现联动功能。
[0078] 5)G-Bus总线线程处理内容：如图5所示，监听其它线程发来的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，则把数据向G-Bus总线协议打包，并向G-Bus总线网络发送数据。同时此线程也监听G-Bus总线网络的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，通过消息队列向UDP线程发送数据，再向Internet网络(服务器或APP)发送。
[0079] 6)ZigBee网络线程处理内容：如图6所示，监听其它线程发来的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，则把数据向ZigBee网络协议打包，并向ZigBee网络发送数据。同时此线程也监听ZigBee网络的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，通过消息队列向UDP线程发送数据，再向Internet网络(服务器或APP)发送。
[0080] 7)WIFI网络线程处理内容：如图7所示，监听其它线程发来的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，则把数据向WIFI网络协议打包，并向WIFI网络发送数据。同时此线程也监听ZigBee网络的数据，并判断同步头和CRC校验是否正确，若正确，通过消息队列向UDP线程发送数据，再向Internet网络(服务器或APP)发送。
[0081] 三、技术特点
[0082] 多网组合智能网关是把ZigBee技术、WIFI技术和G-Bus总线技术无缝整合在局域网或互联网中，从而方便用户使用各种移动智能终端，轻松控制相关设备，可实现多网互通互联功能。特点如下：
[0083] (1)CPU采用MIPS 24K内核处理器，采用Linux系统。
[0084] (2)支持WIFI路由器和WIFI交换机。
[0085] (3)
大容量存储，数据掉电不会丢失，支持设备数量1024个，场景数量256个，定时场景50个，联动场景100个。
[0086] (4)可自由设置场景、联动场景和定时场景。
[0087] (5)用户帐号密码管理，网关和用户都是一对一，安全性高。
[0088] 四、规格及主要技术参数
[0089] 表1主要技术参数表
[0090]
[0091]
[0092] 五、功能介绍
[0093] 多网组合智能网关具备智能家居控制枢纽及无线路由两大功能，包含：WIFI网络、ZigBee网络、TCP/IP网络和G-Bus总线网络；多网组合智能网关不紧同一个网络能通信，还能两个不同的网络实现两两相通。它还具备有无线路由功能，优良的无线性能，网络安全和覆盖面积，智能网关是您无线家庭网络的理想选择。
[0094] 在传输距离和无线信号的穿透力方面，完全可以满足现在3居室、复式、跃层户型的无线覆盖，对于别墅也可以基本保证无线信号覆盖整个家庭。使得用户完全不必担心无线信号无法到达的局限。
[0095] 智能网关不紧有路由器功能，同时，还充当智能家居枢纽，适配智能插座、温湿度感应、燃气报警、智能监控、智能门铃等智能电器，实现一机物联全家智能设备并统统由手机远程管控，由此自由定制全家人的智慧生活。
[0096] 以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或
修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明
权利要求所限定的范围。
