本发明涉及通信领域，尤其是涉及在异构设备之间基于标识的安全物联网互联互通网关及其通信系统。
背景技术：
随着物联网的飞速发展，对于设备间的交互提出了更高的要求。通常期望设备之间能够实现随时随地地互联互通，换句话说，即设备的各类属性，尤其是数据格式、通信协议等对于设备而言是透明的。
然而这往往很难实现，不同类型的通信设备之间由于通信协议不相同，数据的格式不同，通信频段不一，且编解码模块各异，难以实现二者之间的互联互通。以蓝牙和zigbee设备之间的通信为例，当蓝牙设备和蓝牙设备之间进行通信时，仅需要直接通信就行；而当蓝牙设备要和zigbee设备通信，则需要使得蓝牙设备上再额外配设有一蓝牙转zigbee模块及zigbee通信模块，通过复杂的转换才能实现；对于n台具有zigbee通信需求的蓝牙设备，则这一劳动量和成本要增加n倍。当蓝牙设备除了与zigbee设备通信外，还需要与lora设备通信时，则又要增加n个蓝牙转lora模块以lora通信模块；如还要支持额外的协议时，依此类推，在工程上难以实现并且商业价值低。
此外，要让设备同时支持多个通信模块，则对设备的处理性能要求更高，会增加处理器的成本，并且也很难实现小型化，难以适应物联网设备小型化、低成本化的要求。
因此，亟需建立一种更低成本更高效的解决方案来解决物联网设备之间的任意互联互通。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术存在的以上不足或改进需求，提供一种面向物联网设备异构组网的互联互通网关，借由网关中的路径分配以及网关的协议转换功能，在保留原物联网设备的基础上实现了不同类型物联网设备之间的透明的通信交互，兼具低成本和高效的优点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于标识的安全物联网互联互通网关，所述网关实现多种不同类型的异构设备之间进行相互通信，所述网关包括处理器以及分别连接到处理器的通信模块、存储器；网关的存储器中存储有三张通信索引表，用来实现数据接收转发功能，分别如下：
一是接收查找表，包括设备标识、设备类型和设备通信地址，通过查找设备标识，找到与网关连接的设备的通信地址，从而进行数据的接收；
一是发送查找表，包括设备标识和所在网关地址，通过设备标识查找到设备所在网关的地址，将数据路由至对应网关来实现发送功能；
一是网关路由表，包括目的网关地址和下一跳网关地址，实现网关的路由功能。
进一步的，发送查找表中的内容根据云端的表生成；云端服务器维护一张全局的发送查找表，包含所有网关和对应的设备，给网关提供查询功能
其中，所述异构设备包括但不限于zigbee设备、lora设备、bluetooth设备和wifi设备之间，所述通信模块包括zigbee、蓝牙、lora、wifi模块，所述设备类型包括zigbee、蓝牙、lora、wifi。
进一步的，不同通信模块通过总线或者串口连接到网关的处理器。
当设备连接网关时，网关获取设备相关信息并在接收查找表中为其生成对应的表项信息，所述相关信息经由设备广播的信标、或连接建立信息的特定位置、或者专门设计的异构标识符进行携带，具有统一规定的格式以能被网关提取。
其中，与发送方设备相连的源网关自动将发送方发送的数据包转化为网关间传输的通用数据包格式；接收方设备所在的宿网关依据接收方的设备标识查询接收方的设备类型和设备通信地址，将通用数据包转化为接收方专用数据包格式、调用与接收方的设备类型一致的通信模块、并依据查询到的地址进行发送，实现不同设备之间的互联互通。
进一步的，网关处的发送查找表由该网关设备常用的目的设备的标识和所在网关两项构成；当本地发送查找表没有要发送的标识的项时，通过云端服务器中的全局发送查找表查找获取。而云端全局发送查找表根据各个网关的本地发送查找表以及接收查找表定时汇总更新。
此外，网关对于非实时通信业务，仅当要发送给同一目的设备的数据量达到预设值时才启动向目的设备的数据发送。
本发明还提供了一种基于标识的安全物联网互联互通通信系统，包括多个不同类型的异构设备，以及多个上述的网关，不同类型的异构设备经由所述网关实现通信传输。
本发明所述的方案与现有的技术相比，具有如下的有益效果是：
1.本发明源异构设备无需额外的设计，仅需使用普通设备即可，借由网关实现路由到宿异构设备，不同异构设备之间的协议转换交由网关实现；通过网关消除了设备之间的差异性，使得不同设备之间可以任意传输信息而无需改变本身通信协议，实现了真正透明的互联互通。
2、创造性地通过网关中的通信索引表，以及由网关实施不同类型通信模块之间的协议转换，提供了一种极简的异构网络通信方法，实现了异构设备间的数据通信，规避了不同设备通信协议的不一致性问题，最大限度简化了通信架构的组建过程，简易方便。这种方式无需改动接入设备的硬件即可实现异构网组建，兼具低成本和高效的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明一实施例所提供的基于标识的安全物联网互联互通网络通信架构；
图2是本发明一实施例所提供的网关中通信索引表的实施拓扑图；
图3是本发明一实施例所提供的云端服务器维护的全局发送查找表。
具体实施方式
为使相关技术人员能更好的理解本发明，对本次申请的目的、技术方案和优点有更加清晰的了解，下面将结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明提供了一种基于标识的安全物联网互联互通网关及其通信系统，所述特别设计的网关主要实现多种不同类型的异构设备之间进行相互通信，所述异构设备包括但不限于zigbee设备、lora设备、bluetooth设备和wifi设备之间，如图1所示。源异构设备无需额外的设计，仅需使用普通设备即可，借由所述网关实现路由到宿异构设备，不同异构设备之间的协议转换交由网关实现。可以知晓的是，本发明的网关消除了设备之间的差异性，使得不同设备之间可以任意传输信息而无需改变本身通信协议，是一种真正透明的互联互通架构。
所述网关包括处理器，以及分别连接到处理器的通信模块、存储器；不同通信模块通过总线或者串口连接到网关的处理器。网关的存储器中存储有三张通信索引表，用来实现数据接收转发功能，如图2所示。一是接收查找表，包括设备标识、设备类型和设备通信地址，通过查找设备标识，找到设备地址，从而进行数据的接收。一是发送查找表，包括设备标识和所在网关地址，通过设备标识查找到设备所在网关的地址，将数据路由至对应网关来实现发送功能，优选的，查找表中的内容根据云端的表生成。一是网关路由表，包括目的网关地址和下一跳网关地址，实现网关的路由功能。云端服务器维护一张全局的发送查找表，包含所有网关和对应的设备(采用类似dns服务的方式给网关提供查询功能)，如图3所示。
本发明的工作原理概述如下：
设备连接网关时，网关获取其异构标识码，并在接收查找表中为其生成标识，设备类型(例如通信协议类型zigbee、蓝牙、lora、zigbee等)，通信地址的表项信息。其中，设备可以通过无线广播信标的方式或者通过在连接建立阶段来传输异构标识码，这种方式无需改动接入设备的硬件即可实现异构网组建，兼具低成本和高效的优点。
当与当前网关(第一网关)相连的设备(发送方)向另一个设备(接收方)发送数据时，第一网关自动将发送方发送的数据包转化为网关间传输的通用数据包格式(例如ip数据包)，通过查询通信索引表获得路由路径后，依据路径将数据包由当前网关传输至目标设备(接收方)所在的第二网关，第二网关依据接收方设备标识查询接收方的设备类型(例如蓝牙)和地址，将通用数据包转化为接收方专用数据包格式(蓝牙协议数据包)、选择与接收方的设备类型一致的通信模块(例如蓝牙模块)、并依据查询到的地址进行发送，以此来实现不同设备之间的互联互通。
标识获取与接收查找表生成：当物联网设备通过wifi、蓝牙、lora等网络格式连接到网关时，标识获取与接收查找表生成模块读取其设备标识，并将其作为数据联通时的设备标识名，同时记录其设备网络属性作为设备类型、记录网络联通地址作为设备通信地址(如网络属性：ipv4，网络地址：xxx.xxx.xxx.xxx/网络属性：蓝牙，网络地址：xx:xx:xx:xx:xx:xx)，通过这些信息构成接收查找表。上述信息可以经由物联网设备广播的信标、位于连接建立信息特定位置(如握手信息中)的相关信息、或者专门设计的异构标识符等进行携带，应该为统一格式以能被网关提取。
发送查找表生成：发送查找表由该网关设备常用的目的设备的标识和所在网关两项构成。当本地发送查找表没有要发送的标识的项时，通过云端服务器中的全局发送查找表查找获取。云端全局发送查找表根据各个网关的本地发送查找表以及接收查找表定时汇总更新，每个接入网关的设备及其对应的网关信息都被定期发送到云端保存。更进一步的，网关还具有资源调度功能：对于非实时通信业务，仅当要发送给同一目的设备的数据量达到预设值时才启动向目的设备的数据发送，以提高通信资源的效率。
网关路由表生成：包括目的网关地址和下一跳网关地址，通过相关路由协议来生成网关路由信息。
在设备发送时，每一个发送的数据中可以携带目标设备的通信地址，或者每一个发送的数据包中都需要加上一个标识项。通过通信地址/标识及网关中的通信索引表，实现了异构设备间的数据通信。
本申请的网关设备需要组合、仲裁分配各个通信模块。优选地，不同通信协议的模块之间可以使用串口通信。作为一个实施例，网关的处理器上可以运行有树莓派系统，或者用树莓派单板组建一个网关。网关上的处理器通过诸如串口连接lora通信模块、zigbee通信模块及蓝牙通信模块后，能够根据需要接入目标lora、zigbee、蓝牙设备，并在这三类设备组成的异构网络中进行数据传输。
本发明还提供了一种通信系统，包括多个不同类型的通信设备，以及多个上述网关，不同类型的通信设备经由网关实现通信传输。
综上，本发明面向包含不同类型设备的异构网络架构提供了一种极简的通信方法，借由网关中的通信索引表以及网关的协议转换功能，实现了不同类型设备之间的透明的通信交互。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和原则的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化、等同替换等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
1.一种基于标识的安全物联网互联互通网关，所述网关实现多种不同类型的异构设备之间进行相互通信，所述网关包括处理器以及分别连接到处理器的通信模块、存储器；其特征在于，网关的存储器中存储有三张通信索引表，用来实现数据接收转发功能，分别如下：
一是接收查找表，包括设备标识、设备类型和设备通信地址，通过查找设备标识，找到与网关连接的设备的通信地址，从而进行数据的接收；
一是发送查找表，包括设备标识和所在网关地址，通过设备标识查找到设备所在网关的地址，将数据路由至对应网关来实现发送功能；
一是网关路由表，包括目的网关地址和下一跳网关地址，实现网关的路由功能。
2.如权利要求1所述的网关，其特征在于：
与发送方设备相连的源网关自动将发送方发送的数据包转化为网关间传输的通用数据包格式；
接收方设备所在的宿网关依据接收方的设备标识查询接收方的设备类型和设备通信地址，将通用数据包转化为接收方专用数据包格式、调用与接收方的设备类型一致的通信模块、并依据查询到的地址进行发送，实现不同设备之间的互联互通。
3.如权利要求1所述的网关，其特征在于：发送查找表中的内容根据云端的表生成，包括最近一段时间内的目的接收设备或者包括高频使用的接收设备。
4.如权利要求3所述的网关，其特征在于：云端服务器维护一张全局的发送查找表，包含所有网关和对应的设备，给网关提供查询功能。
5.如权利要求2所述的网关，其特征在于：所述异构设备包括但不限于zigbee设备、lora设备、bluetooth设备和wifi设备之间；所述通信模块包括zigbee、蓝牙、lora、wifi模块，所述设备类型包括zigbee、蓝牙、lora、wifi。
6.如权利要求5所述的网关，其特征在于：不同通信模块通过总线或者串口连接到网关的处理器。
7.如权利要求2所述的网关，其特征在于：设备连接网关时，网关获取设备相关信息并在接收查找表中为其生成对应的表项信息，所述相关信息经由设备广播的信标、或连接建立信息的特定位置、或者专门设计的异构标识符进行携带，具有统一规定的格式以能被网关提取。
8.如权利要求2所述的网关，其特征在于：云端全局发送查找表根据各个网关的本地发送查找表以及接收查找表定时汇总更新。
9.如权利要求1-8任一项所述的网关，其特征在于：网关对于非实时通信业务，仅当要发送给同一目的设备的数据量达到预设值时才启动向目的设备的数据发送。
10.一种基于标识的安全物联网互联互通通信系统，包括多个不同类型的异构设备，以及多个如权利要求1-9任一项所述的网关，不同类型的异构设备经由网关实现通信传输。
技术总结