一种物联网网关的实现装置制造方法及图纸

一种物联网网关的实现装置，由两块基于多核CPU的控制板和多块协议转换接口板组成，正常工作时，一块为主控制板，另外一块为备控制板。当主控制板出现故障或接收用户发来的主备切换命令，备控制板变为主控制板接管物联网网关工作，同时重启主控制板。当主控制板被从网关中拔出，备控制板也会变为主控制板接管物联网网关系统工作。主备两块控制板都对协议转换接口板送上来的数据包进行同样的处理，但备控制板对处理过的数据最终丢弃，只有主控制板对处理过的数据进行输出。本发明专利技术通过将两块控制板采用互为备份的方式来降低系统的故障率，实现物联网中关键数据在其中一块控制板出故障时也能无损传输，从而保证整个物联网的可靠性和业务的连续性。

An implementation device for Internet of things gateway

A device for realizing the gateway of the Internet of things is composed of two control boards based on multi-core CPU and a multi block protocol conversion interface board. When working normally, one main control panel and the other one are the control panel. When the main control board fails or receives the standby switch command from the user, the backup control board changes to the main control panel and takes over the gateway of the Internet of things, and restarts the main control panel. When the main control board is pulled out of the gateway, the control board will also work as the main control board network gateway system. The main and backup two control boards deal with the same data packets sent to the protocol conversion interface board, but the spare control board finally discards the processed data, and only the main control board outputs the processed data. The invention reduces the failure rate of the system by using two backup boards in the form of mutual backup, and realizes the key data in the Internet of things can also be lossless when one of the control boards fails, so as to ensure the reliability and business continuity of the whole Internet of things.

【技术实现步骤摘要】
一种物联网网关的实现装置
本专利技术属于物联网领域，具体涉及一种物联网网关的实现装置。
技术介绍
近年来，物联网的应用十分广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监控、老人护理、个人健康等多个领域。物联网的接入方式也是多种多样的，如广域的PSTN、短距离的ZigBee等，物联网网关系统是将多种接入手段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备。它可满足局部短距离通信的接入需求，实现与公共网络的接入，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。物联网网关在物联网时代将会扮演着非常重要的角色，可以实现感知延伸网络与接入网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。作为物联网核心的网关，其稳定性决定了整个物联网系统的稳定性。当前的物联网网关系统大多是嵌入式路由器设备，配备一块控制板卡，一旦负责控制整个系统的网关设备发生故障，整个物联网系统则处于瘫痪状态。如现有技术中提出的物联网网关设备的备份方法，其两块核心板均采用Active/Standby工作模式，当主控制板出现故障时，备控制板切换到Active工作模式时间过长，其间物联网网关系统相当于不工作，传感网络经过物联网网关传送给物联网云平台的关键数据包会被丢弃，在一些国防军工企业的制造车间物联网网关，这是绝对不允许的。
技术实现思路
本专利技术的针对现有技术中的不足，提供一种物联网网关的实现装置。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种物联网网关的实现装置，其特征在于，包括：两块基于多核CPU的控制板、多块协议转换接口板和一块以太接口板；两块控制板插装在物联网网关的两个相邻的控制板槽位上，两块控制板之间的各控制线通过背板互相连接，当物联网网关正常工作时，其中一块控制板为主控制板，另外一块控制板为备控制板；物联网网关上电后，两块控制板协商主备状态；协议转换接口板有两路接口连接器，一路连接主控制板，另外一路连接备控制板，多个协议转换接口板插入物联网网关的多个接口插槽中，用于对物联网网关下挂传感网络节点上送来的各种类型的数据进行解析处理，将剥离得到的应用数据通过接口连接器发送给两块控制板；主控制板处理完协议转换接口板传送上来的传感网络数据包后，通过以太接口板把数据包发送到公共网络，传送给物联网云平台。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：两块控制板采用Active/Active工作模式，进行1:1的冗余备份，主控制板和备控制板保持实时通信，备控制板上保持一份与主控制板上同样的数据以实现热备份；控制板具体包括槽位寄存器、重启模块、多核CPU、串口命令处理模块、心跳脉冲寄存器、主备状态寄存器、监测逻辑芯片EPLD、存储模块、业务处理模块、数据同步模块和接口芯片。网关系统上电后，多核CPU将控制板的槽位号写入该控制板的槽位寄存器，并经过控制总线读取另外一块控制板的槽位寄存器，比较两块控制板的槽位号大小协商出主备状态，并写入各控制板的主备状态寄存器，其中，槽位号较小的控制板为主控制板。物联网网关对于控制类消息，只有主控制板对其处理，备控制板不处理控制类消息；主控制板的业务处理模块对各种控制消息进行处理后，把处理后的数据和表项写入主控制板的存储模块，并把这些数据和表项拷贝一份发送给主控制板的数据同步模块，主控制板的数据同步模块把这些数据和表项经过数据总线发送给备控制板的数据同步模块，备控制板的业务处理模块从备控制板的数据同步模块获取这边数据和表项后，写入备控制板的存储模块。物联网网关下挂的各个传感网络汇聚节点向物联网网关发送的注册消息经过协议转换接口板到达主控制板和备控制板时，两块控制板的业务处理模块解析出消息为本地消息后，只有主控制板的业务处理模块对此消息进行处理，把下挂的传感网络汇聚节点注册消息保存到主控制板的存储模块，备控制板的业务处理模块丢弃此消息；物联网网关向物联网云平台发送注册消息由主控制板的业务处理模块发起，备控制板的业务处理模块不参与；物联网网关下挂的传感网络汇聚节点标识与物联网云平台标识的映射关系路由表都是由主控制板的业务处理模块生成并由主控制板写入到主控制板的存储模块。当主控制板出现故障时，备控制板变为主控制板接管物联网网关的工作，同时重启原主控制板；控制板的主备切换是采用主备相互监测与控制的方式：主控制板和备控制板均发出各自的心跳信号，并同时轮询监测对方的心跳信号，当一方出现故障时，另一方监测不到心跳信号后根据本板的主备状态决定是否切换，然后重启故障控制板。心跳信号是多核CPU以一定频率向心跳脉冲寄存器写入数据而得到的脉冲信号，每个控制板产生的脉冲信号输出到对方控制板的监测逻辑芯片EPLD，监测逻辑芯片EPLD以相同频率监测心跳脉冲信号；如果主控制板的监测逻辑芯片EPLD连续多次没有监测到备控制板发送过来的心跳脉冲信号，主控制板的监测逻辑芯片EPLD发送控制信号给备控制板的监测逻辑芯片EPLD，备控制板的监测逻辑芯片EPLD调用重启模块，备控制板的重启模块会重启备控制板的多核CPU，从而重启备控制板；如果备控制板的监测逻辑芯片EPLD连续多次没有监测到主控制板发送过来的心跳脉冲信号，备控制板切换为主控制板状态，并将主状态写入本板的主备状态寄存器，然后备控制板的监测逻辑芯片EPLD发送控制信号给主控制板的监测逻辑芯片EPLD，主控制板的监测逻辑芯片EPLD调用重启模块，主控制板的重启模块重启主控制板的多核CPU，从而重启主控制板。主控制板和备控制板上都设有串口可以连接远程控制PC，用户如果在主控制板的串口上面输入主备切换命令，主控制板的串口命令处理模块会向主控制板的监测逻辑芯片EPLD发控制消息，主控制板的监测逻辑芯片EPLD发送控制信号给备控制板的监测逻辑芯片EPLD，备控制板的监测逻辑芯片EPLD将主状态写入备控制板的主备状态寄存器，备控制板切换为主控制板状态，然后主控制板调用主控制板的重启模块，重启主控制板的多核CPU，从而重启主控制板；用户如果在备控制板的串口上面输入主备切换命令，备控制板的串口命令处理模块把命令打包后发送给主控制板的串口命令处理模块，备控制板不对用户从串口输入的命令做处理。协议转换接口板对物联网网关下挂传感网络汇聚节点上送来的各种类型的数据进行解析处理，将剥离得到的应用数据通过接口连接器发送给两块控制板的接口芯片，控制板从接口芯片获取应用数据进行相关处理后，主控制板把处理后的数据发送给接口芯片，接口芯片根据路由表出口把数据发送给以太接口板的接口连接器，以太接口板把数据发送给物联网网关的上联公共接入网络，接口芯片还根据路由表出口把数据发送给协议转换接口板的接口芯片，协议转换接口板把数据发送给物联网网关下挂的传感网络汇聚节点。对于物联网网关下挂的传感网络汇聚节点传送过来的传感网络各种参数数据包，物联网网关的主控制板和备控制板都会查找传感网络汇聚节点标识与物联网云平台标识的映射关系路由表，找到对应的以太出口，只有主控制板把这些数据包从以太出口发送给公共网络，备控制板丢弃这些数据包；物联网网关下挂的两个异构传感网络相互通信时，源传感网络汇聚节点把数据包传送到物联网网关，物联网网关的主控制板和备控制板都会查找源传感网络汇聚节点标识与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物联网网关的实现装置，其特征在于，包括：两块基于多核CPU的控制板、多块协议转换接口板和一块以太接口板；两块控制板插装在物联网网关的两个相邻的控制板槽位上，两块控制板之间的各控制线通过背板互相连接，当物联网网关正常工作时，其中一块控制板为主控制板，另外一块控制板为备控制板；物联网网关上电后，两块控制板协商主备状态；协议转换接口板有两路接口连接器，一路连接主控制板，另外一路连接备控制板，多个协议转换接口板插入物联网网关的多个接口插槽中，用于对物联网网关下挂传感网络节点上送来的各种类型的数据进行解析处理，将剥离得到的应用数据通过接口连接器发送给两块控制板；主控制板处理完协议转换接口板传送上来的传感网络数据包后，通过以太接口板把数据包发送到公共网络，传送给物联网云平台。

【技术特征摘要】
1.一种物联网网关的实现装置，其特征在于，包括：两块基于多核CPU的控制板、多块协议转换接口板和一块以太接口板；两块控制板插装在物联网网关的两个相邻的控制板槽位上，两块控制板之间的各控制线通过背板互相连接，当物联网网关正常工作时，其中一块控制板为主控制板，另外一块控制板为备控制板；物联网网关上电后，两块控制板协商主备状态；协议转换接口板有两路接口连接器，一路连接主控制板，另外一路连接备控制板，多个协议转换接口板插入物联网网关的多个接口插槽中，用于对物联网网关下挂传感网络节点上送来的各种类型的数据进行解析处理，将剥离得到的应用数据通过接口连接器发送给两块控制板；主控制板处理完协议转换接口板传送上来的传感网络数据包后，通过以太接口板把数据包发送到公共网络，传送给物联网云平台。2.如权利要求1所述的一种物联网网关的实现装置，其特征在于：两块控制板采用Active/Active工作模式，进行1:1的冗余备份，主控制板和备控制板保持实时通信，备控制板上保持一份与主控制板上同样的数据以实现热备份；控制板具体包括槽位寄存器、重启模块、多核CPU、串口命令处理模块、心跳脉冲寄存器、主备状态寄存器、监测逻辑芯片EPLD、存储模块、业务处理模块、数据同步模块和接口芯片。3.如权利要求2所述的一种物联网网关的实现装置，其特征在于：网关系统上电后，多核CPU将控制板的槽位号写入该控制板的槽位寄存器，并经过控制总线读取另外一块控制板的槽位寄存器，比较两块控制板的槽位号大小协商出主备状态，并写入各控制板的主备状态寄存器，其中，槽位号较小的控制板为主控制板。4.如权利要求2所述的一种物联网网关的实现装置，其特征在于：物联网网关对于控制类消息，只有主控制板对其处理，备控制板不处理控制类消息；主控制板的业务处理模块对各种控制消息进行处理后，把处理后的数据和表项写入主控制板的存储模块，并把这些数据和表项拷贝一份发送给主控制板的数据同步模块，主控制板的数据同步模块把这些数据和表项经过数据总线发送给备控制板的数据同步模块，备控制板的业务处理模块从备控制板的数据同步模块获取这边数据和表项后，写入备控制板的存储模块。5.如权利要求4所述的一种物联网网关的实现装置，其特征在于：物联网网关下挂的各个传感网络汇聚节点向物联网网关发送的注册消息经过协议转换接口板到达主控制板和备控制板时，两块控制板的业务处理模块解析出消息为本地消息后，只有主控制板的业务处理模块对此消息进行处理，把下挂的传感网络汇聚节点注册消息保存到主控制板的存储模块，备控制板的业务处理模块丢弃此消息；物联网网关向物联网云平台发送注册消息由主控制板的业务处理模块发起，备控制板的业务处理模块不参与；物联网网关下挂的传感网络汇聚节点标识与物联网云平台标识的映射关系路由表都是由主控制板的业务处理模块生成并由主控制板写入到主控制板的存储模块。6.如权利要求2所述的一种物联网网关的实现装置，其特征在于：当主控制板出现故障时，备控制板变为主控制板接管物联网网关的工作，同时重启原主控制板；控制板的主备切换是采用主备相互监测与控制的方式：主控制板和备控制板均发出各自的心跳信号，并同时轮询监测对方的心跳信号，当一方出现故障时，另一方监测不到心跳信号后根据本板...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文安，黄超，郭宇，田威，廖文和，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32