支持多协议的时空信息网络适配器制造技术

公开了一种支持多协议的时空信息网络适配器，包括目前广泛使用的十种物联网接口协议(ZigBee,LoRA,Bluetooth,RFID，NB‑IoT，4G/5G，WLAN/LAN,ModBUS,RTP/RTSP/RTCP和Mavlink)，实现了不同协议传感器统一接入的问题，从而避免了多种异构的感知设备需要对应部署多种接入设备导致网络复杂度上升，成本过大的问题。适配器在协议解析部分，传输方式为物理空口传输的ZigBee,LoRA,Bluetooth通信协议统一采用国际上广泛使用的ModBus现场总线协议接入适配器中。而采用了物理空口传输和通信运营商网络服务的混合组网传输模式的NB‑IoT、RFID协议，RTP/RTSP/RTCP协议以及通过配备了4/5G通信的小型无人航空器中接入的Mavlink协议，是将数据传输到适配器中的感知综合管理系统进行解析。4G/5G，WLAN/LAN这类通信协议是用于适配器和服务器之间建立网络连接。

【技术实现步骤摘要】
支持多协议的时空信息网络适配器
本专利技术属于地球空间观测与物联网领域，具体涉及支持多协议的时空信息网络适配器。
技术介绍
目前数字城市和智慧城市的建设过程中，为了准确获取城市的运行状态。城市中部署了大量的感知设备(传感器)，例如视频传感器、温度传感器、土壤湿度传感器、风速传感器、风向传感器、降水传感器、气敏传感器、力敏传感器、声敏传感器、位移传感器等。这些传感器接口协议是异构的，为了接入它们，一般采用基于互联网的观测模式，实现对地观测的集成管理以及统一接口，数据可以实现在线处理。但是这种方式大多都采取的是“端对端”的通信模式，也就是，大量观测的传感器在采集数据后，都直接将数据发送到服务器。服务器都与数据源(传感器)直接建立通信的优点就是容易，可轻松地部署各种感知设备，并可以在一个平台上完成传感器观测结果的获取，传感器观测状态的规划，以及传感器信息的预警。但是，在智慧城市中，即便是一个街区，都会部署数以万计的异构传感器，如果继续采用这种传统的观测方式，必然会导致服务器的数据量增大，导致服务器出现不稳定的因素。同时，大量的感知数据传入服务器，也会受限于网络传输的质量。最严重的后果就是服务器会经常的出现宕机现象。传统的“端对端”的通信技术将不再能满足今天的这种物联感知协议的接入。
技术实现思路
因此，本专利技术提出一种支持多协议的时空信息网络适配器，依区域布设该适配器，解决不同协议传感器统一接入的问题，避免了感知设备和采集设备的过度分散的问题。同时可以对采集的数据进行初步的分析处理，并通过OGC(OpenGeospatialConsortium)接口规范统一上传到服务端，从而降低了发送到服务端的数据包的数量，确保了网络系统的稳定性。根据本专利技术实施例的一方面，一种支持多协议的网络适配器，包括：硬件模块，其包括电源；作为ZigBee、LoRA、Bluetooth、RFID及NB-IoT接收基站的无线电收发器；PC；主控模块；储存阵列；人机交互模块和与外部服务器通讯的通讯模块；软件接入模块，其包括：感知综合管理系统，用于接入和聚合物联接口协议向适配器传输的数据，数据可视化展示，传感器设备及历史传输数据的查询，各协议传感器的在线注册服务及通过RTP/RTSP/RTCP协议传输的视频传感器控制服务，向服务端(SOS,SAS)上传数据和信息，接收来自于服务端(SPS)的传感器规划信息；和数据流解析模块，用于将接收到的数据根据数据传输协议进行解析，建立数据库，并且将数据保存在储存阵列中。在一些示例中，感知综合管理系统采用云部署结合本地部署的模式，系统中的数据库部署在云服务器上。在一些示例中，对于采用纯物理空口传输的ZigBee，LoRA，Bluetooth通信协议，直接与主控模块进行数据交互；RFID通信协议包含有融合网络和独立通信两种方式：传感器将直接通过RFID的ISO/IEC18000规范，将观测数值发送至适配器中的感知综合管理系统；对于采用物理空口与通信运营商网络混合组网的模式，RFID射频天线通过物理空口读取传感器中的标签信息，传感器的观测数据通过ZigBee/LoRa透明传输到适配器的无线电接收机上，进而上传至数据库中；对于采用了NB-IoT协议的地面感知网络，采用TCP/IP或者UDP协议建立网络连接，NB-IoT站点本身具备数据通信与ModBus协议封装的功能，通过适配器暴露的公网IP地址与端口，实现数据从NB-IoT的站点向适配器的推送，感知综合管理系统对这些感知数据进行解析与储存；RTP/RTCP/RTSP协议的视频控制流及数据流传输分别通过TCP和UDP网络传输协议的形式传输到适配器的感知综合管理系统中；对于Mavlink协议的解析，解析后的Mavlink协议将通过UDP传输遥测数据流与视频数据流至适配器的感知综合管理系统中。在一些示例中，感知综合管理系统通过HTTP的GET请求以JSON的形式接收来自NB-IoT协议传输的数据，ZigBee和Lora协议传输的数据用ModBus-RTU封装数据包，并通过TCP传输至感知综合管理系统，RTP/RTCP/RTSP协议的视频数据流和控制流通过UDP和TCP网络传输协议的形式，BLE协议传输的数据通过TCP网络传输协议，Mavlink协议通过UDP传输遥测数据流与视频数据流以及RFID协议通过HTTP传输数据至管理系统。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1是支持多协议的时空信息网络适配器。图2是多种异构协议接入适配器技术总览。图3是海康威视服务调用说明图。图4是Mavlink1.0版本的消息包。图5是感知综合管理系统接入ZigBEE协议数据流程图。图6是感知综合管理系统在接入ZigBEE协议时发送的读指令报文示意图。图7是感知综合管理系统接入NB-IoT协议数据流程图。图8是感知综合管理系统接入BLE协议数据流程图。图9是感知综合管理系统接入RFID协议数据流程图。图10是感知综合管理系统首页。具体实施方式以目前物联感知协议为例，从无线通讯协议划分，包括了ZigBee，LoRA，Bluetooth，RFID，以及NB-IoT等，从数据通信协议划分，包括了WLAN/LAN,ModBus,RTP/RSTP/RTCP和Mavlink等。本专利技术提供支持多协议的时空信息网络适配器(简称适配器)，提升了异构感知资源的接入与数据的处理能力。适配器具备ZigBee，LoRA，Bluetooth,RFID，NB-IoT，4G/5G，WLAN/LAN，ModBus，RTP/RTSP/RTCP和Mavlink10种不同物联接口协议的统一接入能力。图1示出了适配器总体架构。适配器包括硬件模块和软件接入模块，软件接入模块包括感知综合管理系统及数据流解析模块。物联接口协议与适配器上的主控模块或者感知综合管理系统直接进行交互，传输数据。接入物联协议后，适配器中的感知综合管理系统能提供数据实时接入及可视化展示，支持各物联接口协议传感器设备及历史传输数据的查询，并提供各协议传感器的在线注册服务及通过RTP/RTSP/RTCP协议传输的视频传感器控制服务。适配器支持通过4G/5G或WLAN/LAN与外部的服务器进行通信，传输数据等信息。具体ZigBee，LoRA，Bluetooth,RFID，NB-IoT，4G/5G，WLAN/LAN，ModBus，RTP/RTSP/RTCP和Mavlink协议接入的技术总览如图2所示。适配器硬件模块包括电源、无线电收发器、PC、主控模块、储存阵列和人机交互模块。电源、储存阵列分别为适配器提供电能和存储功能。PC提供适配器的核心处理能力，根据需求确定其配置，如采用64位8核心的处理器，32GB的DDR4高速内存，高性能的图形处理器，以及高性能固态储存器，多个10GbE接口的网卡。无线电收发器是ZigBee,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持多协议的网络适配器，其特征在于，包括：/n硬件模块，其包括电源；作为ZigBee、LoRA、Bluetooth、RFID及NB-IoT接收基站的无线电收发器；PC；主控模块；储存阵列；人机交互模块；和与外部服务器通讯的通讯模块；/n软件接入模块，其包括：/n感知综合管理系统，用于接入和聚合物联接口协议向适配器传输的数据，数据可视化展示，传感器设备及历史传输数据的查询，各协议传感器的在线注册服务及通过RTP/RTSP/RTCP协议传输的视频传感器控制服务，向服务端上传数据和信息，接收来自于服务端的传感器规划信息；和/n数据流解析模块，用于将接收到的数据根据数据传输协议进行解析，建立数据库，并且将数据保存在储存阵列中。/n

【技术特征摘要】
1.一种支持多协议的网络适配器，其特征在于，包括：
硬件模块，其包括电源；作为ZigBee、LoRA、Bluetooth、RFID及NB-IoT接收基站的无线电收发器；PC；主控模块；储存阵列；人机交互模块；和与外部服务器通讯的通讯模块；
软件接入模块，其包括：
感知综合管理系统，用于接入和聚合物联接口协议向适配器传输的数据，数据可视化展示，传感器设备及历史传输数据的查询，各协议传感器的在线注册服务及通过RTP/RTSP/RTCP协议传输的视频传感器控制服务，向服务端上传数据和信息，接收来自于服务端的传感器规划信息；和
数据流解析模块，用于将接收到的数据根据数据传输协议进行解析，建立数据库，并且将数据保存在储存阵列中。


2.根据权利要求1所述的支持多协议的网络适配器，其特征在于，感知综合管理系统采用云部署结合本地部署的模式，系统中的数据库部署在云服务器上。


3.根据权利要求1所述的支持多协议的网络适配器，其特征在于：
对于采用纯物理空口传输的ZigBee，LoRA，Bluetooth通信协议，直接与主控模块进行数据交互；
RFID通信协议包含有融合网络和独立通信两种方式：传感器将直接通过RFID的ISO/IEC18000规范，将观测数值发送至感知综合管理系统；对于采用物理空口与通信运营商网络混合组网的模式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈能成，陈栋，张翔，程博文，李蓉辉，林欣，谭喜成，郑琪臻，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42