太阳城集团

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一种IP虚拟化转换的物联网网关.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201410153958.4

申请日:

2014.04.16

公开号:

CN103957242A

公开日:

2014.07.30

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04L 29/08申请日:20140416|||公开
IPC分类号: H04L29/08; H04L29/12; G05B19/418 主分类号: H04L29/08
申请人: 北京大学工学院南京研究院
发明人: 张吉; 奚加荣
地址: 210012 江苏省南京市雨花台区郁金香路17号南京(雨花)国际软件外包园C栋6楼
优先权:
专利代理机构: 江苏圣典律师事务所 32237 代理人: 胡建华
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410153958.4

授权太阳城集团号:

103957242B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2017.06.20|||2014.08.27|||2014.07.30

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明公开了一种IP虚拟化转换的物联网网关,包括两个同时连接网络适配器调度模块的真实网络适配器,其中一个真实网络适配器为主网络适配器,另一个真实网络适配器为备用网络适配器;网络适配器调度模块连接一个数据存储模块以及至少两个虚拟网络适配器,每个虚拟网络适配器对应连接一个数据通信模块,其中至少一个数据通信模块连接信号输入模块,另一个数据通信模块连接信号输出模块;信号输入模块连接传感器,信号输出模块连接农业控制设施;信号输入模块与对应的虚拟网络适配器之间构成输入通道,信号输出模块与对应虚拟网络适配器之间构成输出通道。

权利要求书

权利要求书
1.  一种IP虚拟化转换的物联网网关,其特征在于,包括两个同时连接网络适配器调度模块的真实网络适配器,其中一个真实网络适配器为主网络适配器,另一个真实网络适配器为备用网络适配器;网络适配器调度模块连接一个数据存储模块以及至少两个虚拟网络适配器,每个虚拟网络适配器对应连接一个数据通信模块,其中至少一个数据通信模块连接信号输入模块,另一个数据通信模块连接信号输出模块;信号输入模块连接传感器,信号输出模块连接农业控制设施;信号输入模块与对应的虚拟网络适配器之间构成输入通道,信号输出模块与对应虚拟网络适配器之间构成输出通道;
所述数据通信模块用于对接下层的信号输入模块或信号输出模块;对接信号输入模块时,数据通信模块实现采集传感器的输入数据,并将其进行TCP/IP传输的应用层协议的封装;对信号输出模块时,将TCP/IP传输的应用层协议进行解析,解析出相应的控制指令,并通过信号输出模块传输给农业控制设施;所述数据通信模块还用于实现TCP/IP的服务端模式或是客户端模式的通信,采用服务端模式时,数据通信模块绑定相应的虚拟网络适配器,实现一个TCP或是UDP的服务端,IP网络中的外部平台或是上位机应用程序采用TCP/UDP客户端模式接入;采用客户端模式时,数据通信模块建立与相应的虚拟网络适配器对应的客户端,连接IP网络中的外部平台或是上位机中的TCP/UDP服务端,同时建立的TCP/UDP链接保证数据流从对应的虚拟网络适配器上发送或接收;
所述虚拟网络适配器用于将信号输入通道或者信号输出通道虚拟成网络适配器,虚拟出的网络适配器具有独立的IP地址、虚拟MAC地址,并与上层的真实网络适配器相绑定,在与IP路由设备通信时,所有输入通道连接的传感器和输出通道连接的农业控制设施形成一个具有独立IP地址的IP设备;
所述数据存储模块用于存储各虚拟网络适配器的网络配置太阳城集团,虚拟网络适配器与真实网络适配器之间的映射太阳城集团;
网络适配器调度模块用于实现虚拟网络适配器和真实网络适配器之间的映射;
所述真实网络适配器为真实以太网适配器,用于将网关接入IP网络,实现物联网网关与外部IP网络的接入路由器之间的物理连接及数据传输。

2.  根据权利要求1所述的一种IP虚拟化转换的物联网网关,其特征在于,所述 信号输入模块为模拟量输入模块或者数字量输入模块,用于将传感器的模拟量或数字量信号转化可供数据通信模块使用的数字太阳城集团;所述信号输出模块为开关量输出模块或者数字量输出模块,用于将接收到的控制指令数据流转化为可对农业控制设施实施控制的开关量或数字量。

3.  根据权利要求2所述的一种IP虚拟化转换的物联网网关,其特征在于,虚拟网络适配器虚拟化包括以下步骤:
所述真实网络适配器连接外部IP网络;
将传感器与对应的信号输入模块对接,将农业控制设施与对应的信号输出模块对接,配置各自对应的虚拟网络适配器的独立IP地址、虚拟MAC地址、网关地址、DNS地址和通信工作方式,通信工作方式包括服务端模式或是客户端模式;
与信号输入模块或者信号输出模块对应的数据通信模块按配置的通信工作方式启动服务端或是客户端;设置为服务端工作模式的数据通信模块,该数据通信模块的服务端绑定对应的虚拟网络适配器上的独立IP,经由真实网络适配器接入IP网络,供同IP网络中的其它客户端以对应的应用层协议接入并传输数据;设置为客户端的数据通信模块,该数据通信模块根据配置的外部平台或上位机的服务端IP地址和对应的虚拟网络适配器上的独立IP建立客户端,客户端建立网络链接,经由真实网络适配器接入IP网络,并连接至指定IP地址的外部平台或上位机的服务端。

4.  根据权利要求3所述的一种IP虚拟化转换的物联网网关,其特征在于,所述两个真实网络适配器之间设有故障检测模块,所述故障检测模块执行以下步骤:
初始时通过主网络适配器接入IP网络,故障检测模块定时向IP路由设备发起ping检测指令;IP路由设备接收到ping指令后,在设定太阳城集团内回复故障检测模块ping回复太阳城集团,则故障检测模块判定主网络适配器工作正常;如果故障检测模块在设定太阳城集团内没有收到ping回复太阳城集团,则间隔一段太阳城集团后再次发起ping检测指令,如果连续3次无收到ping回复太阳城集团,则故障检测模块认定主网络适配器发生故障;
故障检测模块向网络适配器调度模块发送故障转移指令,网络适配器调度模块接收到后即启动故障转移流程,包括以下步骤:
网络适配器调度模块先向数据存储模块发送请求,查询所有虚拟网络适配器的太阳城集团和映射关系,数据存储模块将虚拟网络适配器太阳城集团和当前处于激活状态的映射关系 表返回给网络适配器调度模块;网络适配器调度模块禁用主网络适配器,同时启用备用网络适配器;等待备用网络适配器完成启用后,将所有虚拟网络适配器与备用网络适配器绑定,修改映射关系,更改映射表中的真实网络适配器设备ID为备用网络适配器的设备ID,并且更新激活太阳城集团为当前太阳城集团、映射关系为激活状态;完成映射关系修改后,向数据存储模块发送保存指令,数据存储模块保存修改后的虚拟网络适配器映射关系,并返回确认消息;网络适配器调度模块向故障检测模块发送故障转移完成的消息,并向数据通信模块发送指令,要求重启通信工作方式;待数据通信模块重启结束后,所有与数据通信模块建立的链接,经过对应虚拟网络适配器,通过备用网络适配器连入IP网络。

5.  根据权利要求4所述的一种IP虚拟化转换的物联网网关,其特征在于,所述物联网网关向IP网络中的系统平台或是上位机上报传感数据,包括以下步骤:
物联网网关启动后,进行虚拟网络适配器与真实网络适配器的绑定;
数据通信模块按配置太阳城集团,启动服务端或是客户端工作模式;
数据通信模块定时向信号输入模块发送采集指令,信号输入模块向数据通信模块返回对应传感器的数字太阳城集团;
数据通信模块对数字太阳城集团进行应用层协议封装,根据传感器类型确定消息头中的消息指令,消息编号为上一次消息编号加1,将传感器的数据太阳城集团作为消息体,将消息头和消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,将消息头、消息体以及校验码顺序拼接,并且在拼接后的数据块前后加上标识位,即完成应用层协议封装;
数据通信模块通过已经与系统平台或是上位机建立的TCP/IP链路传输封装后数据包;
系统平台或是上位机收到数据后,进行应用层协议解析,解析出消息头、消息体和校验码,对消息头、消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,确认原校验码和生成的校验码的一致性后,即可从消息头中获取消息指令得到传感数据类型,从消息体中得到相应的数字太阳城集团。

6.  根据权利要求4所述的一种IP虚拟化转换的物联网网关,其特征在于,IP网络中的系统平台或是上位机向物联网网关下发控制指令,包括以下步骤:
启动物联网网关,进行虚拟网络适配器与真实网络适配器的绑定;
与信号输出通道对应的所有数据通信模块按配置太阳城集团,启动服务端或是客户端工作模式;
系统平台或是上位机根据已有的IP设备太阳城集团表,通过农业控制设施的名称或是设备ID检索农业控制设施的IP地址和端口,通过TCP/IP服务端或是客户端建立与农业控制设施的TCP/IP链路;
系统平台或是上位机对农业控制设施的控制指令进行应用层协议封装,根据农业控制设施类型确定消息头中的消息指令,消息编号为上一次消息编号加1,将控制指令作为消息体,将消息头和消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,将消息头、消息体、校验码顺序拼接,并且在拼接后的数据块前后加上标识位,即完成应用层协议封装;
系统平台或是上位机通过已经与农业控制设施建立的TCP/IP链路传输封装后的控制指令数据;
数据通信模块收到数据后,进行应用层协议解析,解析出消息头、消息体和校验码,对消息头、消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,确认原校验码和生成的校验码的一致性后,即可从消息头中获取消息指令得到农业控制设施类型,从消息体中得到相应的控制指令;
数据通信模块将解析出的控制指令发送给对应的信号输出模块;
信号输出模块将控制指令转化为开关量或者数字量,并输出给农业控制设施,即实现对农业控制设施的控制。

说明书

说明书一种IP虚拟化转换的物联网网关
技术领域
本发明涉及农业物联网、农业自动化领域,特别是一种IP虚拟化转换的物联网网关。
背景技术
传统技术中,农业生产大多数仍然采用人工劳动。即使是机械化大生产,也仅仅是停留在农作物的插秧、洒水以及收割等终端环节,缺少一体化管理的自动化解决方案。
物联网技术的飞速发展,在农业领域也进一步出现,但是现有的农业物联网技术中,仅仅是一种一对一操控单独连接的方式,整个农业自动化物联网的布局结构比较落后,控制网络不完善。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种IP虚拟化转换的物联网网关。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种IP虚拟化转换的物联网网关,包括两个同时连接网络适配器调度模块的真实网络适配器,其中一个真实网络适配器为主网络适配器,另一个真实网络适配器为备用网络适配器;网络适配器调度模块连接一个数据存储模块以及至少两个虚拟网络适配器,每个虚拟网络适配器对应连接一个数据通信模块,其中至少一个数据通信模块连接信号输入模块,另一个数据通信模块连接信号输出模块;信号输入模块连接传感器,信号输出模块连接农业控制设施;信号输入模块与对应的虚拟网络适配器之间构成输入通道,信号输出模块与对应虚拟网络适配器之间构成输出通道;
所述数据通信模块用于对接下层的信号输入模块或信号输出模块;对接信号输入模块时,数据通信模块实现采集传感器的输入数据,并将其进行TCP/IP传输的应用层协议的封装;对信号输出模块时,将TCP/IP传输的应用层协议进行解析,解析出相应的控制指令,并通过信号输出模块传输给农业控制设施;所述数据通信模块还用于实现TCP/IP的服务端模式或是客户端模式的通信,采用服务端模式时,数据通信模块绑定相应的虚拟网络适配器,实现一个TCP或是UDP的服务端,IP网络中的外部平台 或是上位机应用程序采用客户端模式接入;采用客户端模式时,数据通信模块建立与相应的虚拟网络适配器对应的客户端,连接IP网络中的外部平台或是上位机中的服务端,同时建立的TCP/UDP链接保证数据流从对应的虚拟网络适配器上发送或接收;
所述虚拟网络适配器用于将信号输入通道或者信号输出通道虚拟成网络适配器,虚拟出的网络适配器具有独立的IP地址、虚拟MAC地址,并与上层的真实网络适配器相绑定,在与IP路由设备通信时,所有输入通道连接的传感器和输出通道连接的农业控制设施形成一个具有独立IP地址的IP设备;
所述数据存储模块用于存储各虚拟网络适配器的网络配置太阳城集团,网络适配器绑定模块的虚拟网络适配器及真实网络适配器之间的映射太阳城集团;配置太阳城集团包括虚拟网络适配器的设备ID、独立IP地址、虚拟MAC地址、网关地址、DNS地址、通信工作方式、上位机或外部平台的服务端IP地址和端口太阳城集团。虚拟网络适配器与真实网络适配器映射关系表包括表头和表字段:
表头太阳城集团
虚拟网络适配器设备ID真实网络适配器设备ID是否激活激活太阳城集团
表字段说明

网络适配器调度模块用于实现虚拟网络适配器和真实网络适配器之间的映射;
所述真实网络适配器为真实以太网适配器,用于将网关接入IP网络,实现物联网网关与外部IP网络的接入路由器之间的物理连接及数据传输。
本发明中,所述信号输入模块为模拟量输入模块或者数字量输入模块,用于将传感器的模拟量或数字量信号转化可供数据通信模块使用的数字太阳城集团;所述信号输出模块为开关量输出模块或者数字量输出模块,用于将接收到的控制指令数据流转化为可对农业控制设施实施控制的开关量或数字量。
本发明中,虚拟网络适配器虚拟化包括以下步骤:
所述真实网络适配器连接外部IP网络;
将传感器与对应的信号输入模块对接,将农业控制设施与对应的信号输出模块对接,配置各自对应的虚拟网络适配器的独立IP地址、虚拟MAC地址、网关地址、DNS地址和通信工作方式,通信工作方式包括服务端模式或是客户端模式;
与信号输入模块或者信号输出模块对应的数据通信模块按配置的通信工作方式启动服务端或是客户端;设置为服务端工作模式的数据通信模块,该数据通信模块的服务端绑定对应的虚拟网络适配器上的独立IP,经由真实网络适配器接入IP网络,供同IP网络中的其它客户端以对应的应用层协议接入并传输数据;设置为客户端的数据通信模块,该数据通信模块根据配置的外部平台或上位机的服务端IP地址和对应的虚拟网络适配器上的独立IP建立客户端,客户端建立网络链接,经由真实网络适配器接入IP网络,并连接至指定IP地址的外部平台或上位机的服务端。
本发明中,所述两个真实网络适配器之间设有故障检测模块,所述故障检测模块执行以下步骤:
初始时通过主网络适配器接入IP网络,故障检测模块定时向IP路由设备发起ping检测指令;IP路由设备接收到ping指令后,在设定太阳城集团内(一般设定太阳城集团为1~10s,本发明优选4s)回复故障检测模块ping回复太阳城集团,则故障检测模块判定主网络适配器工作正常;如果故障检测模块在设定太阳城集团内没有收到ping回复太阳城集团,则间隔一段太阳城集团(一般设定太阳城集团为1~10s,本发明优选5s)再次发起ping检测指令,如果连续3次无收到ping回复太阳城集团,则故障检测模块认定主网络适配器发生故障;
故障检测模块向网络适配器调度模块发送故障转移指令,网络适配器调度模块接收到后即启动故障转移流程,包括以下步骤:
网络适配器调度模块先向数据存储模块发送请求,查询所有虚拟网络适配器的太阳城集团(太阳城集团包括设备ID、独立IP地址、虚拟MAC地址、网关地址、DNS地址、通信工作方式、上位机或外部平台的服务端IP地址和端口太阳城集团)和映射关系,数据存储模块将虚拟网络适配器太阳城集团和当前处于激活状态的映射关系表返回给网络适配器调度模块;网络适配器调度模块禁用主网络适配器,同时启用备用网络适配器;等待备用网络适配器完成启用后,将所有虚拟网络适配器与备用网络适配器绑定,修改映射关系,更 改映射表中的真实网络适配器设备ID为备用网络适配器的设备ID,并且更新激活太阳城集团为当前太阳城集团、映射关系为激活状态;完成映射关系修改后,向数据存储模块发送保存指令,数据存储模块保存修改后的虚拟网络适配器映射关系,并返回确认消息;网络适配器调度模块向故障检测模块发送故障转移完成的消息,并向数据通信模块发送指令,要求重启通信工作方式;待数据通信模块重启结束后,所有与数据通信模块建立的链接,经过对应虚拟网络适配器,通过备用网络适配器连入IP网络。
本发明中所述物联网网关向IP网络中的系统平台或是上位机上报传感数据,包括以下步骤:
物联网网关启动后,进行虚拟网络适配器与真实网络适配器的绑定;
数据通信模块按配置太阳城集团(配置太阳城集团包括独立IP地址、网关地址、DNS地址、通信工作方式、上位机或外部平台的服务端IP地址和端口太阳城集团),启动服务端或是客户端;
数据通信模块定时向信号输入模块发送采集指令,信号输入模块向数据通信模块返回对应传感器的数字太阳城集团;
数据通信模块对数字太阳城集团进行应用层协议封装,根据传感器类型确定消息头中的消息指令,消息编号为上一次消息编号加1,将传感器的数据太阳城集团作为消息体,将消息头和消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,将消息头、消息体以及校验码顺序拼接,并且在拼接后的数据块前后加上标识位,即完成应用层协议封装;
数据通信模块通过已经与系统平台或是上位机建立的TCP/IP链路传输封装后数据包;
系统平台或是上位机收到数据后,进行应用层协议解析,解析出消息头、消息体和校验码,对消息头、消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,确认原校验码和生成的校验码的一致性后,即可从消息头中获取消息指令得到传感数据类型,从消息体中得到相应的数字太阳城集团。
本发明中IP网络中的系统平台或是上位机向物联网网关下发控制指令,包括以下步骤:
启动物联网网关,进行虚拟网络适配器与真实网络适配器的绑定;
与信号输出通道对应的所有数据通信模块按配置太阳城集团(配置太阳城集团包括独立IP地址、 网关地址、DNS地址、通信工作方式、上位机或外部平台的服务端IP地址和端口太阳城集团),启动服务端或是客户端工作模式;
系统平台或是上位机根据已有的IP设备太阳城集团表,通过农业控制设施的名称或是设备ID检索农业控制设施的IP地址和端口,通过TCP/IP服务端或是客户端建立与农业控制设施的TCP/IP链路;
IP设备太阳城集团表包括表头和表字段:
表头太阳城集团
设备ID设备名称IP地址端口号
表字段说明
字段名类型备注设备ID文本型设备的唯一标识,用于区别不同的设备设备名称文本型设备文字名称IP地址文本型设备的IP地址端口号数字型设备的端口号
系统平台或是上位机对农业控制设施的控制指令进行应用层协议封装,根据农业控制设施类型确定消息头中的消息指令,消息编号为上一次消息编号加1,将控制指令作为消息体,将消息头和消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,将消息头、消息体、校验码顺序拼接,并且在拼接后的数据块前后加上标识位,即完成应用层协议封装;
系统平台或是上位机通过已经与农业控制设施建立的TCP/IP链路传输封装后的控制指令数据;
数据通信模块收到数据后,进行应用层协议解析,解析出消息头、消息体和校验码,对消息头、消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,确认原校验码和生成的校验码的一致性后,即可从消息头中获取消息指令得到农业控制设施类型,从消息体中得到相应的控制指令;
数据通信模块将解析出的控制指令发送给对应的信号输出模块;
信号输出模块将控制指令转化为开关量或者数字量,并输出给农业控制设施,即实现对农业控制设施的控制。
有益效果:本发明有益效果如下:
1、传感设备和农业控制设施面向外部IP网络时是透明化的,具有独立IP,方便管理、实时控制效果好。
2、结合双网关和故障转移,提高了模拟的IP设备在整体传感网络中的可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为实施例总体示意图。
图2为实施例正常虚拟化工作流程图。
图3为实施例故障转移流程图。
图4为实施例数据发送流程图。
图5为实施例数据接收流程图。
图6为实施例网关配置流程图。
具体实施方式
实施例
如图1系统结构总体示意图所示,本发明的网关通过路由连接IP网络,平台系统或者上位机同时连接IP网络,并通过IP网络、路由对本发明的网关连接的传感器和农业控制设施进行查询或者控制。
本实施例的IP虚拟化转换的物联网网关,包括两个同时连接网络适配器调度模块的真实网络适配器,其中一个真实网络适配器1为主网络适配器,另一个真实网络适配器2为备用网络适配器;网络适配器调度模块连接一个数据存储模块以及4个虚拟网络适配器,每个虚拟网络适配器对应连接一个数据通信模块,其中,虚拟网络适配器1依次连接数据通信模块1、模拟量输入模块和传感器A,虚拟网络适配器2依次连接数据通信模块2、数字量输入模块和传感器B,虚拟网络适配器3依次连接数据通信模块3、数字量输出模块以及农业控制设施A,虚拟网络适配器4依次连接数据通信模块4、开关量输出模块以及农业控制设施B;信号输入模块与对应的虚拟网络适配器之间构成输入通道,信号输出模块与对应虚拟网络适配器之间构成输出通道;
模拟量输入、数字量输入/输出模块、开关量输出模块:分别是相应的电路模块,用于对外部输入的模拟量/数字量进行处理,转化为可供数据通信模块使用的数字太阳城集团,或是对数据通信模传输的数字太阳城集团转化为可以对农业控制设施实施控制的数字量或开关量。
数据通信模块:软件模块。主要功能包括两方面,一是对接下层的输入/输出模块。对接输入模块时,实现采集传感器的输入数据,并将其进行应用层协议的封装。对接输出模块时,将TCP/IP传输的应用层协议进行解析,解析出相应的控制指令,并通过输出模块传输给农业控制设施。第二个功能是实现TCP/IP的服务端模式或是客户端模式的通信功能。采用服务端模式时,绑定相应的虚拟网络适配器,实现一个TCP或是UDP的服务端,IP网络中的外部平台或是上位机应用程序采用客户端模式接入。采用客户端模式时,建立与相应的虚拟网络适配器对应的客户端,连接IP网络中的外部平台或是上位机中的服务端,同时建立的TCP/UDP链接保证数据流从对应的虚拟网络适配器上发送或接收。
本实施例应用层协议如下:
(1)完整消息
表1
标识位消息头消息体检验位标识位
(2)消息头
表2
消息指令标识消息具体功能的指令代码,如温度上报,光照上报等消息序列号标识消息关后顺序的编号数据加密方式标识是否加密,以及加密方式消息体长度标识消息体的长度
(3)检验位
表3
消息头消息体
对以上两部分进行按位依次异或,最后生成一个检验码。
虚拟网络适配器:负责将输入和输出通道虚拟成特定的虚拟网络适配器,使其具 有独立的IP地址、虚拟MAC地址等网络太阳城集团。并与上层的真实网络适配器相绑定,从IP路由设备上来看,所有输入/输出通道的外部设备即变成了一个具有独立IP地址的IP设备。
数据存储模块:存储各虚拟网络适配器的网络配置太阳城集团,虚拟网络适配器及真实网络适配器之间的映射太阳城集团等。
网络适配器调度模块:通过软件实现虚拟网络适配器和真实网络适配器之间的映射。与故障检测模块及数据存储模块配合,实现故障的自动转移。
本实施例虚拟网络适配器与真实网络适配器映射关系表包括:
表头太阳城集团
虚拟网络适配器设备ID真实网络适配器设备ID是否激活激活太阳城集团
表字段说明

故障检测模块:负责对真实网络适配器进行ping检测,当发现故障时,触发网络适配器调度模块的映射更改,实现故障转移功能。
真实网络适配器:真实以太网适配器及相应的底层驱动。
平台系统:同一个IP网络下的软件平台或应用系统。
如图2所示,本实施例的正常虚拟化工作流程包括以下步骤:
物联网网关的真实网络适配器接上IP网络。将传感器或是农业控制设施与物联网网关的输入/输出接口对接(如接入A1端口)。完成对A1端口的配置流程,配置结束后,物联网网关会按配置的通信工作方式启动该通道的服务端或是客户端。如将A1端口设置为服务端工作模式后,A1端口的服务端绑定与之对应的虚拟网络适配器上的独立IP,经由真实网络适配器接入IP网络,从IP网络的其它设备来看,农业控制设 施变成了一个具有独立IP地址的IP设备,同时运行了服务端,可供同IP网络中的其它设备的上的客户端以特定的应用层协议接入并传输数据。
如图3所示,本实施例故障转移流程包括如下步骤:
本申请采用了双真实网络适配器,采用故障检测模块与网络适配器调度模块配合的方式,当上层IP路由设备端口故障或是本物联网网关真实网络适配器接口或网线故障时的故障转移。主要步骤如下:
初始时本网关通过真实网络适配器1接入IP网络,故障检测模块定时向IP路由设备(如IP网关)发起ping检测指令。正常情况下,IP路由设备接收到ping指令后,在4秒内会回发ping回复太阳城集团,包括字节、时长、TTL太阳城集团。当真实网络适配器1连接的网线发生故障时,故障检测模块在4秒内无法收到IP路由设备返回的ping回复太阳城集团,则间隔5秒再次发起ping检测指令,如果连续3次发送都无法收到ping回复,则故障检测模块认定故障发生。
故障检测模块向网络适配器调度模块发送故障转移指令,网络适配器调度模块接收到后即启动故障转移流程。先向数据存储模块发送请求,要求查询所有虚拟网络适配器的太阳城集团和映射关系,数据存储模块将虚拟网络适配器太阳城集团和当前处于激活状态的映射关系表返回给网络适配器调度模块;网络适配器调度模块禁用主网络适配器,同时启用备用网络适配器;等待备用网络适配器完成启用后,将所有虚拟网络适配器与备用网络适配器绑定,修改映射关系,更改映射表中的真实网络适配器设备ID为备用网络适配器的设备ID,并且更新激活太阳城集团为当前太阳城集团、映射关系为激活状态。网络适配器调度模块禁用真实网络适配器1,同时启用真实网络适配器2。等待真实网络适配器2完成启用后,修改所有虚拟网络适配器的配置太阳城集团,将其与真实网络适配器2绑定。完成映射关系更新后,向数据存储模块发送保存指令,数据存储模块保存新配置的虚拟网络适配器映射关系,并返回确认消息。
网络适配器调度模块向故障检测模块发送故障转移完成的消息,并向数据通信模块发送指令,要求重启服务端或是客户端。
待重启结束后,所有与数据通信模块建立的链接,将经过虚拟网络适配器,通过真实网络适配器2连入IP网络。
如图4所示,本实施例所述物联网网关向IP网络中的系统平台或是上位机上报传 感数据,包括以下步骤:
数据发送流程主要是物联网网关向IP网络中的系统平台或是上位机上报传感数据。假设同个IP网络中有一个系统平台,并且系统平台上运行有TCP/UDP的服务端。
物联网网关启动后,首先完成虚拟网络适配器与真实网络适配器的绑定。
数据通信模块按配置太阳城集团,启动服务端或是客户端。如以客户端工作模式为例,启动客户端后,将绑定虚拟网络适配器对应的IP地址,此时从IP网络上来看,输入通道已经被模拟成一个具有独立IP地址的IP设备。数据通信模块启动的客户端连接系统平台上服务端,与之建立TCP/IP链接。
数据通信模块定时向输入模块(以模拟量输入模块为例)发送采集指令,模拟量输入模块通过模数转化等变化后,向数据通信模块返回一个数字太阳城集团(如温度值)。
数据通信模块对数字太阳城集团进行应用层协议封装,根据传感器类型确定消息头中的消息指令,消息编号为上一次消息编号加1,将传感器的数据太阳城集团作为消息体,将消息头和消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,将消息头、消息体以及校验码顺序拼接,并且在拼接后的数据块前后加上标识位,即完成应用层协议封装;
数据通信模块通过已经与系统平台或是上位机建立的TCP/IP链路传输封装后数据包;
系统平台或是上位机收到数据后,进行应用层协议解析,解析出消息头、消息体和校验码,对消息头、消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,确认原校验码和生成的校验码的一致性后,即可从消息头中获取消息指令得到传感数据类型,从消息体中得到相应的温度数据。
如图5所示,本实施例IP网络中的系统平台或是上位机向物联网网关下发控制指令,包括以下步骤:
数据接收流程主要面向IP网络中的系统平台或是上位机向物联网网关下发控制指令。物联网网关启动后,首先完成虚拟网络适配器与真实网络适配器的绑定。
假设物联网网关的输出通道B1上接了一台风机。物联网网关上与输出通道B1对应的数据通信模块按配置太阳城集团,启动服务端或是客户端。以服务端工作模式为例,启动服务端(S1)后,将绑定虚拟网络适配器对应的IP地址,此时从IP网络上来看,对应的输出通道已经被模拟成一个具有独立IP地址的IP设备。
系统平台或是上位机根据已有的IP设备太阳城集团表,通过农业控制设施的名称(风机)或是设备ID检索农业控制设施的IP地址和端口,并启动客户端建立与被控设备服务端S1之间的TCP/IP链路。
本实施例IP设备太阳城集团表包括:
表头太阳城集团
设备ID设备名称IP地址端口号
表字段说明
字段名类型备注设备ID文本型设备的唯一标识,用于区别不同的设备设备名称文本型设备文字名称IP地址文本型设备的IP地址端口号数字型设备的端口号
系统平台或是上位机对农业控制设施的控制指令进行应用层协议封装,根据农业控制设施类型确定消息头中的消息指令,消息编号为上一次消息编号加1,将控制指令作为消息体,将消息头和消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,将消息头、消息体、校验码顺序拼接,并且在拼接后的数据块前后加上标识位,即完成应用层协议封装;系统平台通过服务端S1与农业控制设施建立的TCP/IP链路传输封装后的控制指令数据;
数据通信模块收到数据后,进行应用层协议解析,解析出消息头、消息体和校验码,对消息头、消息体组成的数据块按位进行异或计算得到校验码,确认原校验码和生成的校验码的一致性后,即可从消息头中获取消息指令得到被控农业设施为风机,从消息体中得到相应的控制指令;
输出模块将控制指令转化为开关量,并输出给风机,即实施了对风机的控制。
根据传感器类型和农业控制设施类型确定消息头中的消息指令:
消息指令值对照表:


如图6所示,本实施例网关配置流程包括如下步骤:
设置虚拟网络适配器的设备ID、独立IP地址、虚拟MAC地址、网关地址、DNS地址。独立IP、网关地址、DNS地址可以采用DHCP自动获取或是手工设置。
设置完虚拟网络适配器的IP太阳城集团后,配置数据通信模块的工作方式,如采用服务端工作模式或是采用客户端工作模式,如果采用客户端工作模式,需要配置上位机或外部平台的服务端IP地址和端口太阳城集团。
根据与虚拟网络适配器对应的输入/输出模块的属性,选择参数配置模板,设置输入模块的采样频率、采集间隔。
保存所有配置太阳城集团。
保存配置太阳城集团后,按数据通信模块设定的工作模式,启动数据通信模块中的服务端或客户端。
本发明提供了一种IP虚拟化转换的物联网网关,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

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一种 IP 虚拟 转换 联网 网关
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