[发明专利]用于WiFi与ZigBee无线网络协议转换的嵌入式网关

说明书

(一)技术领域

本发明涉及无线通信网络技术领域，特别涉及一种用于WiFi与ZigBee无线网络协议转换的嵌入式网关。

(二)背景技术

ZigBee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。它工作于无需注册的2.4GHzISM频段，传输速率为10~250kb/s，传输距离为10~75m。它看起来更接近蓝牙，但比蓝牙更为简单，具有低功耗和组网能力强的优势，大多时间处于睡眠模式，更加适用于那些不需要实时传输或连续更新的场合，实现近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器。通常，一节普通的碱性5号电池能让设备工作3年。

总之，由于ZigBee网络具有低成本、易控制、低功耗、组网方便、网络健壮等特点，所以它特别适用于工业上无线数据采集和监控网络，以及家庭自动化网络的组建。目前，ZigBee传感器网络在这些领域的应用已经成为无线短距离网络的一个研究热点。通过ZigBee节点与不同传感器的集成，可以组建不同用途的灵活的无线ZigBee传感器网络。例如，可以通过ZigBee节点与温湿度传感器的集成，来实现烟草仓库、粮食仓库和电厂的温湿度监控；通过ZigBee节点与磷化氢传感器的集成，来实现粮食仓库和烟草仓库杀虫时对杀虫气体磷化氢浓度的监控。这种应用在节省大量人力物力财力的同时，又能得到更加准确的实时数据，尤其是使人远离了高压、有毒的监测环境。与此同时，无线ZigBee传感器网络在家庭自动化领域的应用也得到了人们越来越多的关注。将ZigBee节点与传感器的集成模块嵌入到家具设备中，如嵌入到电冰箱、洗衣机、电视等，使所有的电器设备成为ZigBee网络的一个节点，这样既可以通过ZigBee协调器来检测家居设备的状态，又可以对家居设备进行远程控制。

但同时ZigBee网络也有其自身的弱点，传输速率低、距离短，电波穿透能力不强，抗干扰能力差，所以，ZigBee更适合于仓库、办公室、家庭等的室内小范围，大空间的使用。那么，在避免外围空间布线的前提下，如何将ZigBee网络采集到的数据更快地共享到Internet网络上，使Internet上每一个授权的用户都可以实时地监测到这些数据，并可以远程控制。研究者想到了WiFi技术，通过WiFi接入，将ZigBee采集到的数据共享到Internet上，Internet上的授权用户同样可以通过WiFi网络远程控制ZigBee的节点。

WiFi的全称是Wireless Fidelity，是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准。该技术使用的是2.4GHz附近的频段，其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，覆盖范围广，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。

WiFi是由AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络。一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。AP一般翻译为“无线访问节点”，或“桥接器”。它主要当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁，因此任何一台装有无线网卡的通用PC或者嵌入式系统设备均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源，其工作原理相当于一个内置无线发射器的Hub或者是路由器，而无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的Client端设备。有了AP就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。

因此WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。现在WiFi覆盖范围在国内越来越广泛了，高级宾馆，豪华住宅区，飞机场以及咖啡厅之类的区域都有WiFi接口，国外已经有先例以无线标准来建设城域网。因此，WiFi的无线地位将会日益牢固。

基于ZigBee网络和WiFi网络各自的特点，科学家找到了一种全新的远程监控解决方案：室内ZigBee，室外WiFi，或者仓库内部ZigBee，仓库外围WiFi。它可以实现真正意义上的全无线远程监控，是目前无线网络领域研究的热点方向，并且在山东将军烟草集团得到了尝试性的应用。尽管ZigBee网络和WiFi网络都可以采用2.4G的频段进行组网通信，但是毕竟他们是两种完全不同的网络协议，如何实现两种无线网络之间的互联互通，实现室内和室外，仓库内和仓库外的有效连接，成为了一个新的亟待解决的问题。目前为止，市场上并没有基于这种解决方案的相关产品的出现。