CN106375204A - 智能网关系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能网关系统及其操作方法。所述智能网关系统包括现场总线集线装置和智能网关装置。现场总线集线装置包括：至少一个现场总线接口，从至少一个总线设备接收至少一个总线设备专用的类型的数据；数据转换模块，将至少一个总线设备专用的类型的数据转换为第一类型的数据；及第一数据收发模块，将第一类型的数据发送给智能网关装置。并且，智能网关装置包括：第二数据收发模块，从第一数据收发模块接收第一类型的数据；管理模块，对第一类型的数据进行分析和处理，并对至少一个总线设备进行管理；及连接至网络的通信模块，通过网络与远程服务器进行通信。其中，现场总线集线装置与智能网关装置放置在不同的位置。

Description

智能网关系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及智能网关领域，更具体地，本发明涉及一种智能网关系统及其操作方法。

背景技术

在当前的数字化时代，各类设备都向智能化发展。例如，智能手机、智能家居领域等的出现。设备之间相互通信的能力，尤其是和因特网通信的能力则是这些智能化的基础。

通信行业强调新技术的快速使用，通信技术这几年经历了从DSL(数字用户线路)到光纤、从2G到4G的快速变化，网络设备和结构发生了重大的变化。互联网行业强调用户体验的改善。具体地，人们使用网络的方式发生了重大改变，从最初的浏览静态网页到现在离不开的购物、分享交流、视频、云技术等，改善了用户体验。因此，例如，智能家居领域已经出现了以云端服务为基础、智能路由器为核心，智能手机作为控制设备的解决方案，这也将是未来智能家居领域的发展趋势。

自动控制领域也在向智能化方向发展，但目前自动控制领域中使用的网关设备都是简单网关，让它作为智能控制的中心显然力不从心，需要一种智能网关来使自动控制的解决方案更加智能。但是，简单地将智能家居领域中的智能路由产品拿过来是不合适的，因为自动控制领域有其特殊的地方。

在自动控制领域中，安全、稳定、可靠才是第一要务，因此所需的网关类产品也需要满足这个要求，但这也意味着网关设备非常容易过时。现有的广泛应用于自动控制系统的网关设备都是一个集成因特网连接、现场总线以及控制逻辑的一体化网关设备，为了尽量兼容现有的现场总线并且向因特网云端服务提供多种服务接口，这种网关设备都非常复杂。首先，网关作为一个和因特网进行通信的产品演化得非常快，一个一体化的网关产品很容易在短时间内过时；其次，硬件方面因为存在多种的总线标准，不同总线接口的电气标准存在区别，这对硬件的设计提出了比较高的要求；再次，现有网关的安全机制较少或者根本没有，这无法应对因特网上现有的以及以后的威胁；另外，添加新功能较为麻烦，而且因为硬件资源的限制，能够增加的功能有限，升级也不太容易；最后，由于应用环境与安装位置的差别，网关需要多种型号，各种各样的认证(比如wifi)将是很大一笔开支。

发明内容

有鉴于上述情况，本发明提供了一种智能网关系统及其操作方法，其采用分离式网关结构设计，既可以容易地确保现场总线的稳定性，又可以容易地添加新特征、设计新的网络拓扑、以及引入新的通信技术，因此更具灵活性。

根据本发明的一个方面，提供了一种智能网关系统，包括现场总线集线装置和智能网关装置。所述现场总线集线装置包括：至少一个现场总线接口，与所述至少一个总线设备连接，用于从所述至少一个总线设备接收所述至少一个总线设备专用的类型的数据；数据转换模块，与所述至少一个现场总线接口连接，用于将所述至少一个总线设备专用的类型的数据转换为第一类型的数据；及第一数据收发模块，与所述数据转换模块连接，用于将所述第一类型的数据发送给智能网关装置。并且，所述智能网关装置包括：第二数据收发模块，用于从所述第一数据收发模块接收所述第一类型的数据；管理模块，与所述第二数据收发模块连接，用于对所述第一类型的数据进行分析和处理，并对所述至少一个总线设备进行管理；及通信模块，与所述管理模块连接并且连接至网络，用于通过所述网络与远程服务器进行通信。其中，所述现场总线集线装置与所述智能网关装置放置在不同的位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种智能网关系统的操作方法，其中所述智能网关系统包括现场总线集线装置和智能网关装置，所述现场总线集线装置包括与至少一个总线设备连接的至少一个现场总线接口、与所述至少一个现场总线接口连接的数据转换模块、以及与所述数据转换模块连接的第一数据收发模块，并且所述智能网关装置包括第二数据收发模块、与所述第二数据收发模块连接的管理模块、以及与所述管理模块连接且连接至网络并且用于通过所述网络与远程服务器进行通信的通信模块。所述操作方法包括：所述现场总线集线装置的至少一个现场总线接口从所述至少一个总线设备接收所述至少一个总线设备专用的类型的数据；所述现场总线集线装置的数据转换模块将所述至少一个总线设备专用的类型的数据转换为第一类型的数据；所述现场总线集线装置的第一数据收发模块将所述第一类型的数据发送给所述智能网关装置；所述智能网关装置的第二数据收发模块从所述第一数据收发模块接收所述第一类型的数据；以及所述智能网关装置的管理模块对所述第一类型的数据进行分析和处理，并对所述至少一个总线设备进行管理。其中，所述现场总线集线装置与所述智能网关装置放置在不同的位置。

在本发明实施例的智能网关系统及其操作方法中，通过采用分离式网关结构设计，既可以容易地确保现场总线的稳定性，又可以容易地添加新特征、设计新的网络拓扑、以及引入新的通信技术，从而具有可扩展性、方便升级和替换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的示例性实施例。

图1示出了根据本发明实施例的智能网关系统的示例框图；

图2示出了根据本发明实施例的智能网关系统应用于密闭式配电柜的示意图；

图3示出了根据本发明实施例的智能网关系统中智能网关装置中包含的管理模块的示例框图；

图4示出了根据本发明实施例的智能网关系统的远距离应用实例的示意图；以及

图5示出了根据本发明的另一实施例的智能网关系统的操作方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，基本上相同的步骤和元素用相同的附图标记来表示，且对这些步骤和元素的重复解释将被省略。

首先，参照图1描述根据本发明实施例的智能网关系统10。图1示出了根据本发明实施例的智能网关系统10的示例框图。

如图1中所示，智能网关系统10包括现场总线集线装置110和智能网关装置120。现场总线集线装置110进一步包括现场总线接口1111和1112、数据转换模块1120以及第一数据收发模块1130。智能网关装置120进一步包括第二数据收发模块1210、管理模块1220以及通信模块1230。并且，现场总线集线装置110与所述智能网关装置120可以放置在不同的位置。

具体地，在现场总线集线装置110中，现场总线接口1111与总线设备201连接，用于从总线设备201接收总线设备201专用的类型的数据；而现场总线接口1112与总线设备202连接，用于从总线设备202接收总线设备202专用的类型的数据。为了便于理解，总线设备201例如可以为电表，其与现场总线接口1111之间可以采用Modbus协议进行通信，也就是说，现场总线接口1111从电表接收Modbus类型的数据。同样地，总线设备202例如可以为继电器，其与现场总线接口1112之间可以采用Profibus协议进行通信，也就是说，现场总线接口1112从继电器接收Profibus类型的数据。

并且，在现场总线集线装置110中，数据转换模块1120与现场总线接口1111和1112连接，用于将总线设备201和202专用的类型的数据转换为第一类型的数据。具体地，例如，当总线设备201为电表并且总线设备202为继电器时，数据转换模块1120可以将通过现场总线接口1111从电表接收的Modbus类型的数据、以及通过现场总线接口1112从继电器接收的Profibus类型的数据均转换为统一类型的数据，即，第一类型的数据。进一步，第一数据收发模块1130与所述数据转换模块1120连接，用于将所述第一类型的数据发送给智能网关装置120。

这里需要说明的是，虽然图1中示出现场总线集线装置110包括两个现场总线接口1111和1112并且它们分别连接两个总线设备201和202，然而本发明不限于此。根据实际需要，数据转换模块1120所包括的现场总线接口的数目可以任意选择。另外，每个现场总线的类型也可以根据实际所需要连接的总线设备的类型而决定，例如，可以为Profibus、CAN、Modbus等中的任一个。因此，现场总线集线装置110可以包括至少一个现场总线接口，与所述至少一个总线设备连接，用于从所述至少一个总线设备接收所述至少一个总线设备专用的类型的数据。

另外，在智能网关装置120中，第二数据收发模块1210用于从第一数据收发模块1130接收所述第一类型的数据。管理模块1220与第二数据收发模块1210连接，用于对所述第一类型的数据进行分析和处理，并对所述至少一个总线设备(例如，总线设备201和202)进行管理。通信模块1230与管理模块1220连接并且连接至网络30，用于通过网络30与远程服务器40进行通信。这里，网络30可以是例如因特网的网络，并且远程服务器40例如可以是云端服务器等。

需要说明的是，上面仅说明了从总线设备201、202到智能网关装置120的数据流方向，然而数据也可以从智能网关装置120向总线设备201、202传输。例如，当智能网关装置120中的管理模块1220对总线设备201、202进行管理时，第一类型的管理数据则会从管理模块1220通过第二数据收发模块1210发送至现场总线集线装置110的第一数据收发模块1130，并进一步通过数据转换模块1120将第一类型的管理数据转换为总线设备201、202分别专用的类型的数据并分别通过现场总线接口1111、1112发送给它们。下文中将会进一步对智能网关系统10中的数据流进行详细描述，因此这里不再赘述。

图1中所示的智能网关系统10将传统的集中各种总线的网关设备分离成两个独立的部分，由此，本地总线部分(即，现场总线集线装置110)可以更加关注现场总线，通过采用高标准的电子部件，能够提供更好的稳定性；而作为核心的智能网关部分(即，智能网关装置120)则可以更加关注例如因特网的网络和云端功能等，它能够适应网络结构和云端服务的快速变化，可以容易地添加新特征、引入新的通信技术等，从而增强可扩展性，且便于升级和更换。

另外，由于现场总线集线装置110和智能网关装置120的分离特性，它们可以分别放置/安装在不同的位置。为了便于理解，下面以配电系统为例进行说明。现有技术中的集中式网关设备通常被整体安装在配电柜中，当网络拓扑或通信技术发生改变时需要对网关设备进行升级、扩展、甚至更换，这时则需要对整个配电柜断电以便对网关设备进行操作。然而，如果采用图1所示的智能网关系统10，则可以将现场总线集线装置110安装在配电柜中与配电柜中的各种总线设备相连接，而将智能网关装置120安装在配电柜外。这样，当智能网关装置120需要扩展、升级、甚至更换时，只需要断开智能网关装置120与现场总线集线装置110的连接以对智能网关装置120进行操作，而无需对现场总线集线装置110进行操作，因此无需对整个配电柜进行断电，从而不会影响配电柜中的各个总线设备的工作。因此，图1的智能网关系统10通过采用分离式而增加了整个网关系统的灵活性。

可选地，在图1的智能网关系统10中，现场总线集线装置110可以采用简化的软件和硬件设计，并且智能网关装置120可以基于通用平台开发。

具体地，可以根据实际应用场合来设计现场总线集线装置110的具体软件和硬件。例如，如果某一个配电柜中仅包含CAN总线设备，则安装在该配电柜中的现场总线集线装置110可以仅设计CAN类型的现场总线接口，并且数据转换模块1120也可以仅具备将CAN类型的数据转换为所述第一类型的数据的功能即可。又例如，如果另一个配电柜中仅包含Modbus和Profibus两种类型的总线设备，则安装在该配电柜中的现场总线集线装置110可以仅设计Modbus和Profibus两种类型的现场总线接口，并且数据转换模块1120也可以仅具备将Modbus和Profibus两种类型的数据转换为所述第一类型的数据的功能即可。这样，无需将现场总线集线装置统一设计为包含各种类型的现场总线接口并且具备将各种类型的数据转换为统一的数据类型的功能。通过尽量简化现场总线集线装置110的软件和硬件设计，可以进一步保证现场总线集线装置110的稳定性且节省成本。

通用平台例如Linux、Windows、Android或Openwrt等。这些通用平台本身提供了很强大的通信功能，因此当基于这些通用平台开发智能网关装置120时，只需要专注控制逻辑的设计，需要通信时直接利用现成的接口就可以完成，因此控制逻辑和通信逻辑分离的非常清晰。而且，这些通用平台本身还具有安全功能，并且可以随时及时升级以应对新的威胁，因此基于这些通用平台开发智能网关装置120可以进一步提高智能网关系统10的安全性。另外，由于这些通用平台可用的软件框架很多，使得智能网关装置120的开发过程进一步简化，从而能够使软件运行的功能更加复杂和智能。

可选地，在图1的智能网关系统10中，现场总线集线装置110与所述智能网关装置120可以基于通用串行总线(USB)协议通过第一数据收发模块1130和第二数据收发模块130进行双向通信。

具体地，因为USB协议本身就支持设备发现机制，那么当现场总线集线装置110发现有新的总线设备加入时，它可以通过USB协议通知智能网关装置120，智能网关装置120进而可以查找它对应的驱动程序和管理程序将新加入的总线设备管理起来。关于智能网关装置120的总线设备管理功能也将在下文中详细说明。并且，由于USB协议在单个物理连接上支持多个逻辑通信通道(例如，CAN、Modbus、Profibus等逻辑通道)，这对其实现数据代理转发的功能有很大的帮助。另外，USB从设备实现起来比较简单，这有利于简化现场总线集线装置110的复杂度。

需要说明的是，前面已经说明了在智能网关系统10中的现场总线集线装置110与智能网关装置120之间的数据流可以是双向的，因此，数据流当然可以基于USB协议在现场总线集线装置110与智能网关装置120之间双向传输。

注意，虽然以上仅说明了在图1的智能网关系统10中采用USB协议，然而这仅仅是一种优选情况，本发明不限于此。本领域技术人员应理解，智能网关系统10当然也可以采用任何其它合适的协议。

进一步可选地，在图1的智能网关系统10中，第一数据收发模块1130可以实现为第一通用总线串行接口，第二数据收发模块1210可以实现为第二通用总线串行接口，并且通过通用串行总线将第一通用总线串行接口与第二通用总线串行接口连接。

具体地，以上所述在现场总线集线装置110与智能网关装置120之间基于USB协议进行双向通信的最简单的实现方式就是在现场总线集线装置110和智能网关装置120上均设置USB接口并且用USB线将USB接口连接在一起。此时，智能网关系统10作为USB主设备工作，而现场总线集线装置110作为USB从设备工作。

注意，上述采用USB接口和USB线连接的方式因为通信距离短、抗干扰能力差，因此只适用于现场环境较好的情况下，而在现场环境比较恶劣的情况下并不合适。对于后一种情况则需要考虑其它连接方式。

另外可选地，在图1的智能网关系统10中，第一数据收发模块1130可以实现为第一以太网总线接口，第二数据收发模块1210可以实现为第二以太网总线接口，并且通过以太网总线将第一以太网总线接口与第二以太网总线接口连接。

具体地，现场的总线设备最终将数据传送到因特网服务器需要经过很多的设备，常见的过程例如是：网关→电信网络→云服务提供商。我们可以要求我们的总线设备能够承受极端的工作环境，但我们不能这样要求电信网络接入设备(例如调制解调器)也能如此，所以电信网络接入设备通常都处于一个较好的工作环境中。

在总线设备处于恶劣的工作环境的情况下，当采用现有技术的集中式网关设备时，集中式网关设备通常与总线设备放置在一起，即，也处于恶劣的工作环境中，并且连接至处于较好的工作环境的电信网络接入设备。此时，对网关设备中电子部件的抗干扰要求很高，因此可选的硬件范围有限。

然而，如果采用根据本发明实施例的智能网关系统10，并且通过在现场总线集线装置110和智能网关装置120上均设置以太网总线接口并且用以太网总线连接两个以太网总线接口，则可以将现场总线集线装置110与总线设备设置在一起同处于恶劣的工作环境，而将智能网关装置120放置在距离现场总线集线装置110较远的较好的工作环境中以连接到同处于较好的工作环境中的电信网络接入设备。这样，如前所述可以通过在设计简单的现场总线集线装置110中采用抗干扰的高标准电子部件来保证现场总线集线装置110在恶劣的工作环境中能够稳定的正常工作。同时，由于作为核心的智能网关装置120可以放置在较好的工作环境中，所以它就可以有更宽的硬件选择范围，并且可以使用更先进的通信技术以实现更加复杂的软件逻辑，这样就能进一步向智能化迈进。

在采用上述以太网总线接口和以太网总线连接的通信方式时，现场总线集线装置110与智能网关装置120之间的数据流传输可以通过USB over IP(在因特网协议上承载USB协议)的方式实现，也就是说本质上仍然基于USB协议。

另外，由于处于较好工作环境的智能网关装置120具备更强的扩展性，也可以对智能网关装置120进行扩展以使其具备直接拨号上网的能力，那么可以省去电信网络接入设备(例如，调制解调器)，这也可以进一步节约用户的成本。

这里需要说明的是，上述USB over IP方式仅仅是示例性的，只是因为USB协议在大部分情况下实现起来比较简单，但不应认为USB协议是必须的。例如，也可以自定义一种更为简单的协议，但它必须满足下面的条件：1)支持现场总线设备集线器上的设备发现；2)为每一个现场总线上的连接虚拟为承载在以太网上的虚拟连接。

另外可选地，在图1的智能网关系统10中，第一数据收发模块1130可以实现为第一无线收发模块，第二数据收发模块1210可以实现为第二无线收发模块，并且智能网关装置120与现场总线集线装置110可以通过第一和第二无线收发模块进行无线通信。

具体地，可以通过在现场总线集线装置110和智能网关装置120上设置例如天线等的无线收发模块来在它们之间进行无线通信。此时，在现场总线集线装置110与智能网关装置120之间的数据流传输仍然可以通过USB overIP(在因特网协议上承载USB协议)的方式实现，也就是说本质上仍然基于USB协议。然而，与前述以太网连接的情况类似地，当然也可以另外设计其它合适的协议来替代USB协议，这里不再赘述。

可见，采用无线通信与前述采用以太网通信相比，它们只是承载通信的介质发生了变化，在软件逻辑上并没有什么区别。由此，采用这种无线通信方式也可以实现将现场总线集线装置110放置在恶劣的工作环境而将智能网关装置120放置在较好的工作环境中，也就是说，采用这种无线通信方式可以获得与前述采用以太网通信方式同样的优点。更进一步地，当在某些不适于布线的实际情况下，可能连以太网线也无法铺设，此时则可以采用这种无线通信方式。因此，采用这种无线通信方式使得智能网关系统10的组网更加灵活。

为了便于进一步理解上述以太网通信和无线通信方式的优点，下面参考图2描述一种密闭式配电柜实例的具体情形。图2示出了根据本发明实施例的智能网关系统10应用于密闭式配电柜的示意图。

如图2中所示，在配电柜300中安装了例如电表301和断路器302的总线设备、以及作为无线传感器的温度传感器303和湿度传感器304。假设配电柜300内的工作环境比较恶劣，而且无线传感器的信号基本上都被密闭的柜体给屏蔽了。另外，还假设在配电柜300周围网络布线困难，难于提供直接到因特网的连接。此时，可以使用前述如图1所示的根据本发明实施例的智能网关系统10来构造一种组网方式来解决上述问题。

具体地，首先，如图2所示，可以将现场总线集线装置110安装在配电柜300内，而将智能网关装置120安装在配电柜300外。在配电柜300内侧，现场总线集线装置110通过其Modbus现场总线接口与电表301连接，而电表301进一步与断路器302连接，因此现场总线集线装置110可以从电表301和断路器302接收Modbus类型的数据。如前所述，现场总线集线装置110与智能网关装置120之间既可以通过以太网进行连接，也可以进行无线通信。这里，优选采用以太网的通信方式是因为，智能网关装置120的电源可以由现场总线集线装置110通过POE(有源以太网)供电方式进行供电，而不需要为智能网关装置120提供单独的电源。

另外，在智能网关装置120上扩展多个USB接口，将一个4G的USB无线网卡(例如4G USB调制解调器310)插入到智能网关装置120的一个USB接口，从而在配电柜300外侧，智能网关装置120能够和移动网络进行通信。并且，将Zigbee协调器305放置在配电柜300内侧，其通过USB线连接至配电柜300外侧的智能网关装置120的一个USB接口，这样智能网关装置120能够与配电柜300内侧的温度传感器303和湿度传感器304进行通信。

通过在图2所示的这种应用场景中使用根据本发明实施例的智能网关系统10，使得组网非常紧凑，可以非常容易地让一个独立的配电柜(300)和因特网相连，可以方便的通过modbus对电表和断路器进行控制，并且配电柜内的网络可以使用工业级、低成本的Zigbee来连接传感器。需要指出的是，上述Zigbee协调器305和4G USB调制解调器与智能网关装置120的连接进一步体现了根据本发明实施例的智能网关装置120的可扩展性。

另外，图1所示的根据本发明实施例的智能网关系统10通过将现场总线集线装置110与智能网关装置120分离并采用上述的通用通信方式在它们之间进行相互通信，可以进一步简化和便利于智能网关系统10的功能开发和故障诊断。具体地，当对网关设备进行功能开发时，由于现有技术中的一般网关设备是基于嵌入式开发的，所以通常都需要交叉编译器和开发板来进行开发。然而，在根据本发明实施例的智能网关系统10中，由于在现场总线集线装置110与智能网关装置120之间采用通用的连接方式，因此一台普通的个人计算机(PC)本身就可以直接和它们进行连接，从而省却了开发板的问题。另外，在出现故障时，同样也可以用PC和现场总线集线装置110直接连接。只要在PC上安装有一个全功能的软件，进行故障诊断、甚至是现场调试就会变得非常容易。

与现有技术的网关设备类似地，图1所示的智能网关系统10中的智能网关装置120具备数据管理、设备管理和版本管理三大管理功能。虽然图1中未示出，根据本发明实施例的智能网关系统10中智能网关装置120中所包含的管理模块1220可以根据智能网关装置120的上述管理功能而进一步细分为若干子模块。图3示出了根据本发明实施例的智能网关系统10中智能网关装置120中包含的管理模块1220的示例框图。

如图3中所示，可选地，在智能网关系统10中智能网关装置120中所包含的管理模块1220可以包括数据管理子模块1221、设备管理子模块1222、以及版本管理子模块1223。它们分别与第二数据收发模块1210和通信模块1230连接。数据管理子模块1221用于对从现场总线集线装置110接收的所述第一类型的数据进行管理，即实现上述数据管理功能。设备管理子模块1222用于基于从现场总线集线装置110接收的所述第一类型的数据，对所述至少一个总线设备(201和202)进行管理，即实现上述设备管理功能。版本管理子模块1223用于对所述至少一个总线设备(201和202)和智能网关装置120的版本进行管理，即实现上述数据管理功能。

应理解，上述数据管理子模块1221、设备管理子模块1222、以及版本管理子模块1223的设置仅仅是示例性的，本发明不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要采取其它模块划分方式。另外，如前所述，上述数据管理子模块1221、设备管理子模块1222、以及版本管理子模块1223在实现各自管理功能时产生的数据流方向可以是双向的。

下面，将详细说明图3中所示的数据管理子模块1221、设备管理子模块1222、以及版本管理子模块1223实现各自的管理功能的工作流程。

首先，说明通过数据管理子模块1221实现数据管理功能的数据管理工作流程。可选地，在图1的智能网关系统10中，当从至少一个总线设备(201和202)接收的所述至少一个总线设备专用的类型的数据为工作数据时，图3中所示的数据管理子模块1221对从现场总线集线装置110接收的所述第一类型的数据进行处理；通信模块1230将处理后的数据通过网络30发送至远程服务器40。

具体地，以总线设备为电表为例，现场总线集线装置110首先从其现场总线接口(1111或1112)上读取电表的数据，然后通过数据转换模块1120将其转换为统一的格式，然后通过第一数据收发模块1130发送给智能网关装置120。在智能网关装置120侧，第二数据收发模块1210将接收到的数据交由数据管理子模块1221进行例如解析和/或转换的处理，并且通过通信模块1230发送到远程服务器40。

应理解，虽然这里仅说明了从总线设备201和202到远程服务器40的数据流方向，然而本发明不限于此。本领域技术人员众所周知，从远程服务器40可以通过智能网关系统10向总线设备201和202传送数据，并且其数据流经过与前述从总线设备201和202到远程服务器40的数据流完全逆向的处理，这里不再赘述。

其次，说明通过设备管理子模块1222实现设备管理功能的设备管理工作流程。可选地，虽然在图1中未示出，在图1的智能网关系统10中，除了现场总线接口201和202之外，现场总线集线装置110还可以包括未连接总线设备的其它现场总线接口。并且，当新的总线设备连接至所述其它现场总线接口时，所述其它现场总线接口从所述新的总线设备接收指示接入的所述新的总线设备专用的类型的数据；数据转换模块1120将所述新的总线设备专用的类型的数据转换为所述第一类型的数据；第一数据收发模块1130将所述第一类型的数据发送至第二数据收发模块1210；设备管理子模块1222通过查找设备支持列表判断是否能够支持所述新的总线设备；以及当设备管理子模块1222判断能够支持所述新的总线设备时，将所述新的总线设备加入到设备管理列表中；否则当设备管理子模块1222判断不能支持所述新的总线设备时，通过通信模块1230向远程服务器40发送设备支持请求，从远程服务器40接收用于支持所述新的总线设备的驱动程序，安装所述驱动程序，并将所述新的总线设备加入到设备管理列表中。

举例而言，假设新加入的总线设备为一个新的继电器。当新的继电器接入到现场总线集线装置110时，现场总线集线装置110发现该变化并将该变化通过前述通用通信方式发送给智能网关装置120。智能网关装置120接收到该数据后将其发送给设备管理子模块1222，设备管理子模块1222可以将此新的继电器纳入管理之下，并在必要时通知云端(远程服务器40)。如果智能网关装置120发现自己还不能支持该继电器，就向云端请求该继电器的设备驱动，然后智能网关装置120就可以支持此继电器了。

最后，说明通过版本管理子模块1223实现版本管理功能的版本管理工作流程。可选地，在图1的智能网关系统10中，当远程服务器40发现智能网关装置120的版本需要升级时，图3所示的版本管理子模块1223通过通信模块1230从远程服务器40接收用于智能网关装置120的版本升级程序，并运行用于智能网关装置120的版本升级程序以升级智能网关装置120的版本。并且，当所述至少一个总线设备(201和/或202)支持在线升级并且需要升级时，版本管理子模块1223通过通信模块1230从远程服务器40接收用于所述至少一个总线设备的版本升级程序，通过第二数据收发模块1210将用于所述至少一个总线设备的版本升级程序发送至第一数据收发模块1130；数据转换模块1120将用于所述至少一个总线设备的版本升级程序转换为所述至少一个总线设备专用的类型的数据，并通过所述至少一个现场总线接口(1111和/或1112)发送至所述至少一个总线设备，以供所述至少一个总线设备进行版本升级。

以上所描述的图3中所示的数据管理子模块1221、设备管理子模块1222、以及版本管理子模块1223的各自的工作流程仅仅是示例性的，本发明不限于此。本领域技术人员可以根据实际需要设计不同的工作流程。

进一步可选地，虽然在图1中未示出，除了现场总线集线装置110之外，图1的智能网关系统10还可以包括至少一个其它现场总线集线装置。并且，现场总线集线装置110以及所述至少一个其它现场总线集线装置各自的第一数据收发模块均连接至交换机，并且所述交换机连接至智能网关装置120的第二数据收发模块1210。

为了便于理解，参考图4中所示的实例说明上述配置。图4示出了根据本发明实施例的智能网关系统的远距离应用实例的示意图。如图4中所示，假设在生成车间401中存在多个(例如三个)不同的控制柜，为每个控制柜设置单独的现场总线集线装置。例如，图4中的三个现场总线集线装置4011、4012和4013可以与图1中的现场总线集线装置110相同。当然，现场总线集线装置4011、4012和4013每个也可以分别根据各自所针对的控制柜而专门设计，也就是说，如前所述，可以根据它们各自的控制柜中的总线设备而设计其现场总线接口的数目和类型、以及其数据转换模块的功能。在生产车间401中，这三个现场总线集线装置4011、4012和4013均连接至交换机4015。

如图4中所示，将智能网关装置4020设置在距离生产车间401较远的控制室402中，并且在交换机4015与智能网关装置4020之间例如可以通过以太网连接。在此应用中，智能网关装置4020既可以是一个小型的嵌入式设备，也可以扩展为一个服务器集群以支持大量的设备并保证服务的可靠性。

在如图4中所示的应用场景中，通过采用如上所述配置的根据本发明实施例的智能网关系统，使得与因特网相连的部分集中，容易集中管理，可以使用以太网交换机的冗余保护功能来提高网络的可靠性，并且智能网关部分可以使用服务器集群来实现，从而提高了智能网关系统的处理能力和可靠性。

应理解，虽然图4中示出现场总线集线装置的数目为三个，然而本发明不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要设置不同数目的现场总线集线装置110。另外，虽然如上所述在图4所示的应用实例中采用以太网连接位于生产车间401中的交换机4015与位于控制室402中的智能网关装置4020，然而，当然也可以采用例如前述的无线通信方式的其它合适的方式，这里不再赘述。

进一步可选地，图1所示的智能网关系统10可以应用于自动控制系统。例如，图1所示的智能网关系统10可以应用于配电系统(例如图2的实例)、工业生产(例如图4的实例)等的自动控制系统，然而，本发明不限于此。本领域技术人员可以将根据本发明实施例的智能网关系统应用于任何其它合适的应用领域。

以上参照图1-4描述了本发明的一个实施例的智能网关系统10。在智能网关系统10中，通过采用分离式网关结构设计，既可以容易地确保现场总线的稳定性，又可以容易地添加新特征、设计新的网络拓扑、以及引入新的通信技术，从而具有可扩展性、方便升级和替换。

下面，将参照图5描述本发明的另一个实施例的智能网关系统10的操作方法50。图5示出了根据本发明的另一实施例的智能网关系统10的操作方法50的流程图。如图1中所示，智能网关系统10可以包括现场总线集线装置110和智能网关装置120，现场总线集线装置110可以包括与至少一个总线设备(201和202)连接的至少一个现场总线接口(1111和1112)、与所述至少一个现场总线接口连接的数据转换模块1120、以及与数据转换模块1120连接的第一数据收发模块1130。并且，智能网关装置120包括第二数据收发模块1210、与第二数据收发模块1210连接的管理模块1220、以及与管理模块1220连接且连接至网络30并且用于通过网络30与远程服务器40进行通信的通信模块1230。其中，现场总线集线装置110与智能网关装置120可以放置在不同的位置。

如图5所示，操作方法50可以包括步骤S501至S505。具体地，操作方法以步骤S501开始。首先，在步骤S501，现场总线集线装置110的至少一个现场总线接口从所述至少一个总线设备接收所述至少一个总线设备专用的类型的数据。接着，在步骤S502，现场总线集线装置110的数据转换模块1120将所述至少一个总线设备专用的类型的数据转换为第一类型的数据。然后，在步骤S503，现场总线集线装置110的第一数据收发模块1130将所述第一类型的数据发送给智能网关装置120。随后，在步骤S504，智能网关装置120的第二数据收发模块1210从第一数据收发模块1130接收所述第一类型的数据。最后，在步骤S505，智能网关装置120的管理模块1220对所述第一类型的数据进行分析和处理，并对所述至少一个总线设备进行管理。在步骤S505之后，操作方法50结束。

可选地，在图5的操作方法50中，现场总线集线装置110与智能网关装置120可以基于通用串行总线协议通过第一数据收发模块1130和第二数据收发模块1210进行双向通信。

可选地，在图5的操作方法50中，第一数据收发模块1130可以实现为第一通用总线串行接口，第二数据收发模块1210可以实现为第二通用总线串行接口，并且通过通用串行总线将第一通用总线串行接口与第二通用总线串行接口连接。

另外可选地，在图5的操作方法50中，第一数据收发模块1130可以实现为第一以太网总线接口，第二数据收发模块1210可以实现为第二以太网总线接口，并且通过以太网总线将第一以太网总线接口与第二以太网总线接口连接。

另外可选地，在图5的操作方法50中，第一数据收发模块1130可以实现为第一无线收发模块，第二数据收发模块1210可以实现为第二无线收发模块，并且智能网关装置120与现场总线集线装置110通过所述第一和第二无线收发模块进行无线通信。

可选地，在图5的操作方法50中，图1中的管理模块1220可以包括：数据管理子模块1221，用于对从现场总线集线装置110接收的所述第一类型的数据进行管理；设备管理子模块1222，用于基于从现场总线集线装置110接收的所述第一类型的数据，对所述至少一个总线设备(201和202)进行管理；以及版本管理子模块1223，用于对所述总线设备和智能网关装置120的版本进行管理，如图3所示。

虽然在图5中未示出，可选地，当从所述至少一个总线设备(201和202)接收的所述至少一个总线设备专用的类型的数据为工作数据时，图5的操作方法50还可以包括：数据管理子模块1221对从现场总线集线装置110接收的所述第一类型的数据进行处理；以及通信模块1230将处理后的数据通过网络30发送至远程服务器40。

可选地，在图5的操作方法50中，现场总线集线装置110还可以包括未连接总线设备的其它现场总线接口。并且，虽然在图5中未示出，可选地，当新的总线设备连接至所述其它现场总线接口时，图5的操作方法50还可以包括：所述其它现场总线接口从所述新的总线设备接收指示接入的所述新的总线设备专用的类型的数据；数据转换模块1120将所述新的总线设备专用的类型的数据转换为所述第一类型的数据；第一数据收发模块1130将所述第一类型的数据发送至第二数据收发模块1210；设备管理子模块1222通过查找设备支持列表判断是否能够支持所述新的总线设备；以及当设备管理子模块1222判断能够支持所述新的总线设备时，将所述新的总线设备加入到设备管理列表中；否则当设备管理子模块1222判断不能支持所述新的总线设备时，通过通信模块1230向远程服务器40发送设备支持请求，从远程服务器40接收用于支持所述新的总线设备的驱动程序，安装所述驱动程序，并将所述新的总线设备加入到设备管理列表中。

虽然在图5中未示出，可选地，当远程服务器40发现智能网关装置120的版本需要升级时，图5的操作方法50还可以包括：版本管理子模块1223通过通信模块1230从远程服务器40接收用于智能网关装置120的版本升级程序，并运行用于智能网关装置120的版本升级程序以升级智能网关装置120的版本。

虽然在图5中未示出，可选地，当所述至少一个总线设备(201和202)支持在线升级并且需要升级时，图5的操作方法50还可以包括：版本管理子模块1223通过通信模块1230从远程服务器40接收用于所述至少一个总线设备的版本升级程序，通过第二数据收发模块1210将用于所述至少一个总线设备的版本升级程序发送至第一数据收发模块1130；以及数据转换模块1120将用于所述至少一个总线设备的版本升级程序转换为所述至少一个总线设备专用的类型的数据，并通过所述至少一个现场总线接口(1111和1112)发送至所述至少一个总线设备，以供所述至少一个总线设备进行版本升级。

上述智能网关系统的操作方法50的具体步骤已经在参照图1-4所述的智能网关系统10中详细描述，在此不再重复。

由此，参考图5描述了本发明实施例的智能网关系统的操作方法50。在操作方法50中，通过采用分离式网关结构设计，既可以容易地确保现场总线的稳定性，又可以容易地添加新特征、设计新的网络拓扑、以及引入新的通信技术，从而具有可扩展性、方便升级和替换。

以上，参照图1-5描述了根据本发明实施例的智能网关系统及其操作方法。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后，还需要说明的是，上述一系列处理不仅包括以这里所述的顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行或分别地、而不是按时间顺序执行的处理。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

在本发明实施例中，单元/模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起，而是可以包括存储在不同位里上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成单元/模块并且实现该单元/模块的规定目的。

在单元/模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的单元/模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成(VLSI)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (20)

1.一种智能网关系统，包括：

现场总线集线装置，其包括：

至少一个现场总线接口，与所述至少一个总线设备连接，用于从所述至少一个总线设备接收所述至少一个总线设备专用的类型的数据；

数据转换模块，与所述至少一个现场总线接口连接，用于将所述至少一个总线设备专用的类型的数据转换为第一类型的数据；及

第一数据收发模块，与所述数据转换模块连接，用于将所述第一类型的数据发送给智能网关装置；以及

所述智能网关装置，其包括：

第二数据收发模块，用于从所述第一数据收发模块接收所述第一类型的数据；

管理模块，与所述第二数据收发模块连接，用于对所述第一类型的数据进行分析和处理，并对所述至少一个总线设备进行管理；及

通信模块，与所述管理模块连接并且连接至网络，用于通过所述网络与远程服务器进行通信，

其中，所述现场总线集线装置与所述智能网关装置放置在不同的位置。

2.如权利要求1所述的智能网关系统，其中，所述现场总线集线装置采用简化的软件和硬件设计，并且所述智能网关装置基于通用平台开发。

3.如权利要求1所述的智能网关系统，其中，所述现场总线集线装置与所述智能网关装置基于通用串行总线协议通过所述第一数据收发模块和所述第二数据收发模块进行双向通信。

4.如权利要求3所述的智能网关系统，其中，所述第一数据收发模块实现为第一通用总线串行接口，所述第二数据收发模块实现为第二通用总线串行接口，并且通过通用串行总线将所述第一通用总线串行接口与所述第二通用总线串行接口连接。

5.如权利要求3所述的智能网关系统，其中，所述第一数据收发模块实现为第一以太网总线接口，所述第二数据收发模块实现为第二以太网总线接口，并且通过以太网总线将所述第一以太网总线接口与所述第二以太网总线接口连接。

6.如权利要求3所述的智能网关系统，其中，所述第一数据收发模块实现为第一无线收发模块，所述第二数据收发模块实现为第二无线收发模块，并且所述智能网关装置与所述现场总线集线装置通过所述第一和第二无线收发模块进行无线通信。

7.如权利要求1所述的智能网关系统，其中所述管理模块包括：

数据管理子模块，用于对从所述现场总线集线装置接收的所述第一类型的数据进行管理；

设备管理子模块，用于基于从所述现场总线集线装置接收的所述第一类型的数据，对所述至少一个总线设备进行管理；以及

版本管理子模块，用于对所述至少一个总线设备和所述智能网关装置的版本进行管理。

8.如权利要求7所述的智能网关系统，

其中，当从所述至少一个总线设备接收的所述至少一个总线设备专用的类型的数据为工作数据时，

所述数据管理子模块对从所述现场总线集线装置接收的所述第一类型的数据进行处理；

所述通信模块将处理后的数据通过网络发送至所述远程服务器，并且

其中，所述现场总线集线装置还包括未连接总线设备的其它现场总线接口，并且当新的总线设备连接至所述其它现场总线接口时，

所述其它现场总线接口从所述新的总线设备接收指示接入的所述新的总线设备专用的类型的数据；

所述数据转换模块将所述新的总线设备专用的类型的数据转换为所述第一类型的数据；

所述第一数据收发模块将所述第一类型的数据发送至所述第二数据收发模块；

所述设备管理子模块通过查找设备支持列表判断是否能够支持所述新的总线设备；以及

当所述设备管理子模块判断能够支持所述新的总线设备时，将所述新的总线设备加入到设备管理列表中；否则

当所述设备管理子模块判断不能支持所述新的总线设备时，通过所述通信模块向所述远程服务器发送设备支持请求，从所述远程服务器接收用于支持所述新的总线设备的驱动程序，安装所述驱动程序，并将所述新的总线设备加入到设备管理列表中，并且

其中，当所述远程服务器发现所述智能网关装置的版本需要升级时，

所述版本管理子模块通过所述通信模块从所述远程服务器接收用于所述智能网关装置的版本升级程序，并运行用于所述智能网关装置的版本升级程序以升级所述智能网关装置的版本，并且

其中，当所述至少一个总线设备支持在线升级并且需要升级时，

所述版本管理子模块通过所述通信模块从所述远程服务器接收用于所述至少一个总线设备的版本升级程序，通过所述第二数据收发模块将用于所述至少一个总线设备的版本升级程序发送至所述第一数据收发模块；

所述数据转换模块将用于所述至少一个总线设备的版本升级程序转换为所述至少一个总线设备专用的类型的数据，并通过所述至少一个现场总线接口发送至所述至少一个总线设备，以供所述至少一个总线设备进行版本升级。

9.如权利要求1所述的智能网关系统，还包括至少一个其它现场总线集线装置，并且其中，所述现场总线集线装置以及所述至少一个其它现场总线集线装置各自的第一数据收发模块均连接至交换机，并且所述交换机连接至所述智能网关装置的第二数据收发模块。

10.如权利要求1所述的智能网关系统，其中，所述智能网关系统应用于自动控制系统。

11.一种智能网关系统的操作方法，其中所述智能网关系统包括现场总线集线装置和智能网关装置，所述现场总线集线装置包括与至少一个总线设备连接的至少一个现场总线接口、与所述至少一个现场总线接口连接的数据转换模块、以及与所述数据转换模块连接的第一数据收发模块，并且所述智能网关装置包括第二数据收发模块、与所述第二数据收发模块连接的管理模块、以及与所述管理模块连接且连接至网络并且用于通过所述网络与远程服务器进行通信的通信模块，所述操作方法包括：

所述现场总线集线装置的至少一个现场总线接口从所述至少一个总线设备接收所述至少一个总线设备专用的类型的数据；

所述现场总线集线装置的数据转换模块将所述至少一个总线设备专用的类型的数据转换为第一类型的数据；

所述现场总线集线装置的第一数据收发模块将所述第一类型的数据发送给所述智能网关装置；

所述智能网关装置的第二数据收发模块从所述第一数据收发模块接收所述第一类型的数据；以及

所述智能网关装置的管理模块对所述第一类型的数据进行分析和处理，并对所述至少一个总线设备进行管理，

其中，所述现场总线集线装置与所述智能网关装置放置在不同的位置。

12.如权利要求11所述的操作方法，其中，所述现场总线集线装置与所述智能网关装置基于通用串行总线协议通过所述第一数据收发模块和所述第二数据收发模块进行双向通信。

13.如权利要求12所述的操作方法，其中，所述第一数据收发模块实现为第一通用总线串行接口，所述第二数据收发模块实现为第二通用总线串行接口，并且通过通用串行总线将所述第一通用总线串行接口与所述第二通用总线串行接口连接。

14.如权利要求12所述的操作方法，其中，所述第一数据收发模块实现为第一以太网总线接口，所述第二数据收发模块实现为第二以太网总线接口，并且通过以太网总线将所述第一以太网总线接口与所述第二以太网总线接口连接。

15.如权利要求12所述的操作方法，其中，所述第一数据收发模块实现为第一无线收发模块，所述第二数据收发模块实现为第二无线收发模块，并且所述智能网关装置与所述现场总线集线装置通过所述第一和第二无线收发模块进行无线通信。

16.如权利要求11所述的操作方法，其中所述管理模块包括：

数据管理子模块，用于对从所述现场总线集线装置接收的所述第一类型的数据进行管理；

设备管理子模块，用于基于从所述现场总线集线装置接收的所述第一类型的数据，对所述至少一个总线设备进行管理；以及

版本管理子模块，用于对所述总线设备和所述智能网关装置的版本进行管理。

17.如权利要求16所述的操作方法，其中当从所述至少一个总线设备接收的所述至少一个总线设备专用的类型的数据为工作数据时，所述操作方法还包括：

所述数据管理子模块对从所述现场总线集线装置接收的所述第一类型的数据进行处理；以及

所述通信模块将处理后的数据通过网络发送至所述远程服务器。

18.如权利要求16所述的操作方法，其中，所述现场总线集线装置还包括未连接总线设备的其它现场总线接口，并且

其中，当新的总线设备连接至所述其它现场总线接口时，所述操作方法还包括：

所述其它现场总线接口从所述新的总线设备接收指示接入的所述新的总线设备专用的类型的数据；

所述数据转换模块将所述新的总线设备专用的类型的数据转换为所述第一类型的数据；

所述第一数据收发模块将所述第一类型的数据发送至所述第二数据收发模块；

所述设备管理子模块通过查找设备支持列表判断是否能够支持所述新的总线设备；以及

当所述设备管理子模块判断能够支持所述新的总线设备时，将所述新的总线设备加入到设备管理列表中；否则

当所述设备管理子模块判断不能支持所述新的总线设备时，通过所述通信模块向所述远程服务器发送设备支持请求，从所述远程服务器接收用于支持所述新的总线设备的驱动程序，安装所述驱动程序，并将所述新的总线设备加入到设备管理列表中。

19.如权利要求16所述的操作方法，其中，当所述远程服务器发现所述智能网关装置的版本需要升级时，所述操作方法还包括：

所述版本管理子模块通过所述通信模块从所述远程服务器接收用于所述智能网关装置的版本升级程序，并运行用于所述智能网关装置的版本升级程序以升级所述智能网关装置的版本。

20.如权利要求16所述的操作方法，其中，当所述至少一个总线设备支持在线升级并且需要升级时，所述操作方法还包括：

所述版本管理子模块通过所述通信模块从所述远程服务器接收用于所述至少一个总线设备的版本升级程序，通过所述第二数据收发模块将用于所述至少一个总线设备的版本升级程序发送至所述第一数据收发模块；以及

所述数据转换模块将用于所述至少一个总线设备的版本升级程序转换为所述至少一个总线设备专用的类型的数据，并通过所述至少一个现场总线接口发送至所述至少一个总线设备，以供所述至少一个总线设备进行版本升级。