Модульная архитектура базовой станции для беспроводной сенсорной сети
Изобретение относится к архитектуре межсетевого шлюза, которая позволяет осуществлять развертывание беспроводных сенсорных сетей в большом масштабе, и к взаимному соединению таких сетей с другими сетями. Техническим результатом является обеспечение возможности реализации адаптивных и масштабируемых модульных шлюзов, которые можно быстро и легко настраивать и адаптировать под любую ситуацию, просто путем замены существующих физических блоков или добавления новых физических блоков. Основные модули (501, 502, 503, 504) в таком шлюзе для беспроводных сенсорных сетей – например, цифровые радиомодемы (505) и аналоговые модули (504) радиоинтерфейса – принимают форму различных отдельных физических блоков, которые могут быть объединены. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Область техники, к которой относится изобретение, - Интернет вещей. Более конкретно, изобретение относится к архитектуре межсетевого шлюза, которая позволяет осуществлять развертывание беспроводных сенсорных сетей, в частности, в большом масштабе, и к взаимному соединению таких сетей с другими сетями, таким как, например, Интернет.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Интернет вещей стремительно развивается. Это развитие сопровождается появлением новых приложений, которые идут дальше традиционных пределов дома или бизнеса и встроены в существенно большие инфраструктуры. В частности, концепция "умных городов" находится в контексте этого развития. При широкомасштабном развертывании беспроводных сенсорных сетей или других коммуникационных объектов, можно предложить новые сервисы как физическим лицам, так и ведомствам, ответственным за муниципальное управление. Диапазон возможностей широк. Так, можно оптимизировать уличное освещение, например, путем его адаптации к условиям дорожного движения в любой данный момент времени. Также можно упростить управление парковкой путем уведомления водителей в реальном времени об имеющихся парковочных местах с помощью сенсоров, встроенных в каждое парковочное место. Это способствует, например, снижению потребления топлива транспортными средствами, и, следовательно, уменьшению загрязнения.
Развертывание этих беспроводных сенсорных сетей представляет собой особенно привлекательную возможность развития для операторов мобильных телефонов. На практике последние находятся в идеальном положении: во-первых, они имеют опыт в области развертывания широкомасштабных беспроводных сетей, а во-вторых, у них уже есть часть необходимой инфраструктуры для развертывания такой сети на местах. Например, места установки (мачты, столбы, высокие точки и т.п.) для ретрансляционных антенн, используемых в мобильной телефонии, могут также использоваться для размещения антенн и базовых станций, которые устанавливаются для работы беспроводной сенсорной сети. Функция этих базовых станций - прием и передача данных от беспроводных датчиков и на них, которые присутствуют в их зоне покрытия (радиодоступ), но также ретрансляция этих данных на устройства для их обработки, например, серверы, которые доступны по сети на базе IP (IP: "Интернет-протокол"). Базовые станции также выполняют роль интерфейса между беспроводной сенсорной сетью и другими сетями, например, глобальной сетью, такой как Интернет, и, соответственно, также описываются как "шлюзы".
Существует ряд технологий радиодоступа для развертывания беспроводных сенсорных сетей. Только в качестве примера здесь упоминаются технологии LoRa™, Sigfox™ или WM-шина ("беспроводная шина M-bus"), которые специально основаны на разных типах модуляции. Эти технологии могут функционировать в различных полосах радиочастот (например, в частных полосах частот, подлежащих лицензированию; или в полосах неограниченных частот, таких как ISM-полосы), используя широкое разнообразие типов антенн (секторные, поляризованные, всенаправленные и т.д.). Соответственно, существует множество потенциальных конфигураций, и определение предпочтительного технического решения обычно происходит после оценки множества критериев. Так, топография зоны установки, плотность сенсоров, которые будут адресоваться, и целевое качество сервиса, вместе с действующими регламентами на рассматриваемой территории (полосы неограниченных частот различаются, например, в США и Франции) - все эти факторы необходимо учесть при установке беспроводной сенсорной сети.
Существующие шлюзы для развертывания беспроводных сенсорных сетей имеют ограниченную масштабируемость: в целом, они разработаны для управления одним типом технологии радиодоступа в одной полосе радиочастот. Эти шлюзы обычно обеспечивают только ограниченную подключаемость, если говорить о возможных конфигурациях антенн, или даже могут диктовать использование поставляемой антенны. В конечном итоге в большинстве случаев они могут управлять только одним типом интерфейса (проводным или WiFi, или 3G/4G, например) с другой сетью (такой как Интернет, например). В то время как эти шлюзы особенно пригодны для развертывания беспроводных сенсорных сетей в малом или среднем масштабе - в условиях применения, которые относительно фиксированы и тесно управляемы, - они более не подходят для установки беспроводных сенсорных сетей в очень обширных и постоянно меняющихся зонах - например, в масштабах целого города, - где требуется высокая степень быстроты реагирования и адаптируемости. Эти имеющиеся шлюзы, которые должны быть полностью заменены в ответ на мельчайшие требования усовершенствования сети, поэтому неспособны подстраиваться к различным аспектам, связанным с запланированным расширением выделенных сетей для Интернета вещей: постоянное и масштабное увеличение количества датчиков, которыми нужно управлять на одной территории, разнообразие технологий радиодоступа, которые нужно адаптировать, разнообразие используемых полос частот, разнообразие типов антенн, которыми нужно управлять, и т.д.
Поэтому появилась необходимость создать новый тип шлюза для беспроводных сенсорных сетей или других коммуникационных объектов, которые обеспечивают достаточную способность к адаптации, чтобы позволить поставщикам решений для широкомасштабного Интернета вещей обновлять уже развернутую сеть простым и быстрым образом с умеренными затратами; также существует потребность простой перестановки решения с одной территории на другую, независимо от различий (топографических, регламентирующих и т.д.), которые могут существовать между этими территориями, чтобы обеспечить быстрое реагирование на требования и ожидания этих новых территорий.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемая технология предлагает решение, которое устраняет по меньшей мере некоторые из этих проблем предшествующего уровня техники посредством модульной архитектуры шлюза для беспроводной сенсорной сети.
В соответствии с первым аспектом предлагаемая технология относится к цифровому радиомодему для модуляции и демодуляции цифрового сигнала, в соответствии с предварительно выбранной технологией радиодоступа, в котором упомянутый цифровой радиомодем отличается тем, что он содержит защитный каркас и множество коммуникационных интерфейсов, которые расположены в упомянутом каркасе.
Так, цифровой радиомодем в соответствии с предложенным техническим решением не является интегрированным, например, в печатную плату: он имеет свой выделенный каркас, в котором расположены разные коммуникационные интерфейсы. Таким образом, цифровой радиомодем обеспечивает определенную степень гибкости при использовании: он представляет собой независимый физический блок, который легко собирается или разбирается соответственно с реализацией шлюза для беспроводной сенсорной сети.
В частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения упомянутое множество коммуникационных интерфейсов содержит по меньшей мере первый коммуникационный интерфейс с дополнительным устройством, и по меньшей мере второй коммуникационный интерфейс с аналоговым модулем радиоинтерфейса.
Цифровой радиомодем, таким образом, имеет по меньшей мере два коммуникационных интерфейса.
Первый коммуникационный интерфейс дает возможность осуществлять подключение интерфейса к дополнительному устройству, которое может быть устройством такого же типа (а именно, другим цифровым радиомодемом в соответствии с предложенной технологией) или устройством другого типа (например, управляющим устройством, источником электропитания или устройством для управления соединения к с другой коммуникационной сетью). В первом случае цифровые радиомодемы взаимно соединены путем взаимодействия соответствующих первых коммуникационных интерфейсов упомянутых устройств. Во втором случае дополнительное устройство, к которому подсоединен цифровой радиомодем согласно предлагаемому техническому решению, сам содержит по меньшей мере один коммуникационный интерфейс, который дает возможность осуществлять его взаимодействие с упомянутым по меньшей мере одним первым коммуникационным интерфейсом на цифровом радиомодеме. Этот первый коммуникационный интерфейс принимает, например, форму SPI-разъема ("последовательного периферийного интерфейса"). Таким образом устройства, соединенные таким способом, имеют по меньшей мере одну общую шину данных.
Второй коммуникационный интерфейс дает возможность осуществлять подключение цифрового радиомодема к аналоговому модулю радиоинтерфейса. Таким образом, путем сочетания этих двух независимых физических блоков можно составить устройство радиоинтерфейса, которое при добавлении антенны позволяет осуществлять прием и передачу данных по меньшей мере от одного или на один удаленный сенсор. Этот второй коммуникационный интерфейс может также принимать форму SPI-разъема ("последовательного периферийного интерфейса"), таким образом давая возможность создавать шину данных между этими двумя элементами, как только они взаимно соединены.
В другой частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения цифровой радиомодем содержит по меньшей мере два первых коммуникационных интерфейса с дополнительным устройством, в котором эти коммуникационные интерфейсы создают (представляют собой) соединители по меньшей мере одной шины данных, используемой упомянутым цифровым радиомодемом для передачи и/или приема данных по меньшей мере на один и/или от одного дополнительного устройства.
Таким образом, благодаря наличию по меньшей мере этих двух первых коммуникационных интерфейсов можно осуществить взаимное соединение нескольких цифровых радиомодемов в соответствии с предлагаемой технологией, но и также осуществлять взаимное соединение модемов с совместимыми дополнительными устройствами других типов, так что все устройства, соединенные таким образом, совместно используют по меньшей мере одну общую шину данных.
В дальнейшей частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения цифровой радиомодем отличается тем, что упомянутая предварительно выбранная технология радиодоступа включена в группу, содержащую следующее:
- технологию LoRa™;
- технологию Sigfox™;
- технологию WM-BUS.
Таким образом, цифровой радиомодем в соответствии с предлагаемой технологией, в частности, пригоден в контексте развития Интернета вещей, т.е. для развертывания беспроводных сенсорных сетей, основанных на оптимизированных коммуникационных протоколах для минимизации потребления электроэнергии сенсоров и других задействованных коммуникационных объектов.
В другой частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения эта предварительная выбранная технология радиодоступа выбирается из ряда предварительно определенных технологий радиодоступа в упомянутом цифровом радиомодеме.
Таким образом отдельный цифровой радиомодем может применять разные технологии радиодоступа, и поэтому может использоваться по-разному в разных условиях посредством простого этапа конфигурации. В частности, это позволяет осуществлять оптимизацию производственных издержек и облегчает установку этих устройств.
В соответствии со вторым аспектом предлагаемая технология связана с аналоговым модулем радиоинтерфейса, который содержит защитный каркас, средство соединения по меньшей мере к одной антенне, и по меньшей мере один третий коммуникационный интерфейс с цифровым радиомодемом, описанным выше, в котором упомянутое средство соединения по меньшей мере к одной антенне и упомянутый по меньшей мере один третий коммуникационный интерфейс располагаются в упомянутом каркасе.
Таким образом, аналоговый модуль радиоинтерфейса не интегрирован, например, в печатную плату: у него есть выделенный каркас, в котором расположен по меньшей мере один коммуникационный интерфейс с цифровым радиомодемом в соответствии с предлагаемой технологией. Таким образом, аналоговый модуль радиоинтерфейса в соответствии с предлагаемой технологией представляет собой независимый физический блок, чем обеспечивает заявленную степень гибкости при использовании: его легко отсоединять и снова подсоединять к одному или более цифровому радиомодему. Он далее содержит средство подсоединения по меньшей мере к одной антенне, таким образом делая ее пригодной для управления разными конфигурациями антенн.
В соответствии с другим аспектом предлагаемая технология относится к устройству радиоинтерфейса для приема и передачи данных по меньшей мере на один или с одного беспроводного датчика, который содержит по меньшей мере один цифровой радиомодем описанного выше типа, и аналоговый модуль радиоинтерфейса описанного выше типа. Аналоговый модуль радиоинтерфейса подсоединен по меньшей мере к упомянутому одному цифровому радиомодему путем взаимодействия второго и третьего коммуникационных интерфейсов радиомодема.
Таким способом можно образовать устройство радиоинтерфейса сочетанием одного или более цифровых радиомодемов одного типа (использующих одну технологию радиодоступа) с аналоговым модулем радиоинтерфейса в соответствии с предлагаемой технологией. Факт, что эти разные физические блоки каждый имеет выделенный каркас, содержащий дополнительные коммуникационные интерфейсы, обеспечивает решение с высокой степенью модульности. Таким образом можно получить очень простую адаптацию к большому количеству ситуаций путем простого выбора одного типа цифрового радиомодема и одного типа аналогового модуля радиоинтерфейса, которые могут сочетаться. Выбор типа цифрового радиомодема таким образом позволяет выполнить определение технологии радиодоступа, которую надлежит использовать (в зависимости от функциональных возможностей, обеспечиваемых этим цифровым радиомодемом, может быть достаточно простой конфигурации программного обеспечения). Выбор типа аналогового модуля радиоинтерфейса позволяет выполнить определение во-первых полосы частот, которая будет использоваться для радиопередачи, и во-вторых типологии конфигурации антенн, которая будет использоваться (секторная, поляризованная или всенаправленная антенна и т.п.).
В частной форме варианта осуществления устройство радиоинтерфейса этого типа содержит множество цифровых радиомодемов в соответствии с предлагаемой технологией, связанной с одинаковой технологией радиодоступа, в котором цифровые радиомодемы, составляющие упомянутое множество цифровых радиомодемов, взаимно соединены посредством их первых коммуникационных интерфейсов.
Таким образом можно осуществить легкое взаимное соединение множества цифровых радиомодемов одного типа в соответствии с предлагаемой технологией, и связать сочетание радиомодемов, образованное таким образом, с одним аналоговым модулем радиоинтерфейса. Таким образом можно увеличить уровень нагрузки устройства радиоинтерфейса путем простого добавления дополнительного цифрового радиомодема к существующей установке: решение в соответствии с предлагаемой технологией так позволяет, например, очень простое реагирование на расширение количества беспроводных датчиков, которые управляются на данной территории, покрываемой одной антенной.
В соответствии с другим аспектом предлагаемая технология относится к шлюзу для взаимосоединения по меньшей мере одной беспроводной сенсорной сети по меньшей мере с одной глобальной коммуникационной сетью, в котором упомянутый шлюз отличается тем, что он содержит:
- по меньшей мере одно устройство радиоинтерфейса в соответствии с предлагаемой технологией;
- по меньшей мере одно дополнительное устройство интерфейса с упомянутой по меньшей мере одной глобальной коммуникационной сетью, причем упомянутое дополнительное устройство содержит по меньшей мере четвертый коммуникационный интерфейс, и упомянутое дополнительное устройство подсоединено по меньшей мере к одному устройству радиоинтерфейса посредством взаимодействия упомянутого четвертого коммуникационного интерфейса с первым коммуникационным интерфейсом на цифровом радиомодеме упомянутого устройства радиоинтерфейса.
Таким образом можно создать шлюз, который дает возможность осуществлять взаимное соединение по меньшей мере одной беспроводной сенсорной сети по меньшей мере с одной другой глобальной коммуникационной сетью, путем простого сочетания устройств радиоинтерфейса (которые сами получены простым сочетанием цифровых радиомодемов с аналоговыми модулями радиоинтерфейса), в котором по меньшей мере одно совместимое дополнительное устройство управляет доступом к глобальной сети. Коммуникационные интерфейсы, которые одновременно имеются в дополнительных устройствах и на цифровых радиомодемах, которые встроены в устройства радиоинтерфейса, позволяют выполнять взаимное соединение всех этих элементов путем создания общей шины данных, например, типа SPI. Другие типы дополнительных устройств, также снабженные совместимыми коммуникационными интерфейсами, могут также обеспечить доступ к этой общей шине данных, таким образом завершая создание шлюза: для примера можно сослаться на дополнительное устройство для обеспечения электропитания на весь шлюз, или дополнительное управляющее устройство для отслеживания работы всех других дополнительных устройств и устройств радиоинтерфейса, включенных в шлюз, и для управления обменом данных, выполняемым между всеми этими разными элементами.
В частной форме варианта осуществления шлюз такого типа содержит множество устройств радиоинтерфейса в соответствии с предлагаемой технологией, в котором упомянутые устройства радиоинтерфейса упомянутого множества устройств радиоинтерфейса взаимно соединены посредством взаимодействия первых коммуникационных интерфейсов цифровых радиомодемов упомянутого множества устройств радиоинтерфейса.
Таким образом первый шлюз может содержать цепочку множества устройств радиоинтерфейса в соответствии с предлагаемой технологией, и таким образом адаптироваться к еще большему количеству ситуаций. Таким образом, к примеру, можно сочетать устройства радиоинтерфейса, основанные на разнородных технологиях радиодоступа в одном шлюзе. Эта гибкость соединения также дает возможность создания шлюза, который способен управлять несколькими разными полосами частот. Это также дает возможность реализовать секторизацию, например, в интересах отличного качества территориального покрытия. Естественно, все эти примеры представлены исключительно в целях иллюстрации, а не для ограничения, и специалист в данной области техники представляет множество вариантов для конфигурации, обеспечиваемых шлюзом, который создан в соответствии с предлагаемой технологией.
Разные формы вариантов осуществления, описанных выше, взаимно сочетаются для реализации изобретения.
ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР
Дальнейшие характеристики и преимущества изобретения поясняются в последующем описании предпочтительной формы варианта осуществления изобретения, который представлен только в целях иллюстрации, и не для ограничения, и в прилагаемых чертежах, в которых:
фиг. 1 показывает упрощенный вид основных модулей в шлюзе для реализации беспроводной сенсорной сети;
фиг. 2а и 2b показывают разные виды цифрового радиомодема в частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения;
фиг. 3а и 3b показывают разные виды аналогового модуля радиоинтерфейса в частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения;
фиг. 3 с и 3d показывают разные виды аналогового модуля радиоинтерфейса в другой частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения;
фиг. 4а иллюстрирует пример процесса согласования аналогового модуля радиоинтерфейса с цифровым радиомодемом, таким образом создавая устройство радиоинтерфейса, в соответствии с частной формой варианта осуществления предлагаемого технического решения;
фиг. 4b иллюстрирует пример согласования аналогового модуля радиоинтерфейса с блоком множества взаимно соединенных цифровых радиомодемов, таким образом создавая устройство радиоинтерфейса, в соответствии с другой частной формой варианта осуществления предлагаемого технического решения;
фиг. 5а-5с показывают разные примеры шлюзов для реализации беспроводной сенсорной сети, полученных сочетанием цифровых радиомодемов, дополнительных устройств и аналоговых модулей радиоинтерфейса в соответствии с предлагаемым техническим решением в частной форме варианта осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Предлагаемое техническое решение относится к новой архитектуре базовой станции для реализации сенсорных сетей или других коммуникационных объектов в беспроводной структуре. Во всем документе базовая станция этого типа также описывается как "шлюз", и термин "беспроводная сенсорная сеть" используется не проводя различий для обозначения сети беспроводных датчиков или сети - возможно более сложной - беспроводных коммуникационных объектов. Предлагаемая архитектура основана на разделении ключевых обычных функциональных возможностей шлюза на разные физические блоки, каждый из которых имеет свой собственный выделенный каркас, в котором расположены разные коммуникационные интерфейсы, так что эти разные физические блоки взаимно соединяемы. Такая конструкция не только дает возможность выполнять простое и быстрое построение "оптимизированных под требования заказчика" шлюзов, что позволяет удовлетворять много разных типов требований, но также снабжает эти шлюзы высоким уровнем модульности и масштабируемости. Предлагаемая архитектура обеспечивает крайне простую замену одного физического блока другим или добавление дальнейшего физического блока в уже созданный шлюз. В связи с этим эта архитектура в частности подходит для реализации широкомасштабных беспроводных сенсорных сетей (хотя ее также можно использовать в контексте реализации беспроводных сенсорных сетей меньшего масштаба).
5.1. Описание составляющих элементов шлюза
Со ссылкой на фиг. 1 представлен упрощенный схематический вид основных модулей, реализованных в шлюзе беспроводной сенсорной сети. Шлюз (100) этого типа содержит:
- модуль (110) первого интерфейса с беспроводной сенсорной сетью;
- по меньшей мере один модуль (120) второго интерфейса с другой сетью, например, местной IP-сетью или глобальной сетью, такой как Интернет;
- модуль (130) управления, который предназначен для управления вышеупомянутыми модулями интерфейса.
Модуль (110) первого интерфейса с беспроводной сенсорной сетью представляет собой устройство радиодоступа в шлюзе. Он предназначен для выполнения обмена данными между шлюзом и беспроводными датчиками по каналу радиопередачи. Он содержит следующие основные субмодули:
- антенну (111), которая предназначена для излучения или улавливания радиоволн для передачи данных обмена;
- аналоговый модуль (112) радиоинтерфейса, который представляет собой входную аналоговую радиочастотную систему, отвечающую за выполнение функций обработки аналогового сигнала, переданного антенной или на нее, в полосе частот, которая используется для радиопередачи (эти функции обработки могут включать в себя фильтрацию, преобразование частот, усиление по мощности и т.п.); аналоговый модуль радиоинтерфейса также выполняет функции аналого-цифрового преобразования (при приеме данных от датчиков) и функции цифро-аналогового преобразования (при передаче данных на датчики);
- цифровой радиомодем (113), который в частности выполняет модуляцию и демодуляции цифровых сигналов в соответствии с используемой технологией радиодоступа, например, посредством процессора цифровой обработки сигналов (ЦОС).
В большинстве существующих шлюзов для беспроводных сенсорных сетей эти элементы обычно реализованы как электронные схемы, которые имеются на той же электронной печатной плате, или по меньшей мере интегрированы в тот же каркас (за исключением антенны, которая или закреплена на упомянутом каркасе, или подсоединена к упомянутому каркасу посредством выделенного разъема, расположенного в упомянутом каркасе). Эта усовершенствованная интеграция такова, что эти шлюзы подходят для удовлетворения очень специфичных требований (для использования данной технологии радиодоступа в данной полосе частот), но не удовлетворяют требованиям адаптивности и масштабируемости, связанными с развертыванием широкомасштабных беспроводных сенсорных сетей.
5.2. Общие принципы предлагаемого технического решения
Описываемое здесь техническое решение направлено на устранение по меньшей мере части этой проблемы, во-первых, путем физического разделения на отдельные каркасы (или корпусы) аналогового модуля (т.е. аналогового модуля радиоинтерфейса, который представляет собой входную аналоговую систему) и цифрового модуля (т.е. цифрового радиомодема) устройства радиоинтерфейса; и во-вторых путем реализации средств для простого подсоединения множества устройств радиоинтерфейса, не только одного к другому, но также к дополнительным устройствам, таким как управляющие устройства или устройства интерфейса с глобальной сетью. Общий принцип предлагаемого технического решения поэтому включает в себя изоляцию основных модулей, во встроенных в шлюз, для беспроводной сенсорной сети на независимые физические блоки, которые могут взаимно сочетаться. Благодаря такому решению возможно реализовать модульные и масштабируемые шлюзы для беспроводных сенсорных сетей, которые могут быстро и легко конфигурироваться или адаптироваться, чтобы реагировать на любой тип ситуации путем простой замены существующих физических блоков или добавления новых физических блоков.
5.3. Цифровой радиомодем
С этой целью предложено устройство для модуляции и демодуляции цифрового сигнала (также описанное в остальной части этого документа как цифровой радиомодем) в соответствии с первым аспектом описываемой технического решения. Этот цифровой радиомодем выполнен с возможностью работать, используя предварительно выбранную технологию радиодоступа, например, технологию LoRa™, Sigfox™ или WM-Bus, все эти технологии, в частности, подходят для реализации беспроводных сенсорных сетей. Модем содержит каркас, который защищает электронику, необходимую для этой работы, и таким образом представляет собой независимый физический блок. Множество коммуникационных интерфейсов расположено внутри упомянутого каркаса, таким образом обеспечивая очень простое подсоединение или отсоединение цифрового радиомодема к остальной части системы или от нее. Здесь и в остальной части документа термин "коммуникационные интерфейсы" необходимо понимать, как включающий в себя интерфейсы физического типа, которые используются для взаимного физического взаимного подсоединения множества электронных устройств. Эти коммуникационные интерфейсы могут, например, принимать форму последовательных разъемов (таких как разъемы SPI (последовательный периферийный интерфейс)), которые позволяют создавать общую шину данных, которая используется всеми устройствами, которые таким образом взаимно соединяются.
В частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения цифровой радиомодем содержит по меньшей мере первый коммуникационный интерфейс с дополнительным устройством, и по меньшей мере второй коммуникационный интерфейс с аналоговым модулем радиоинтерфейса.
Первый коммуникационный интерфейс, имеющийся в цифровом радиомодеме, обеспечивает его подсоединение к дополнительному устройству, которое может быть устройством такого же типа (а именно, другим цифровым радиомодемом в соответствии с предложенным техническим решением) или устройством другого типа (например, управляющим устройством, источником электропитания или устройством для управления другим типом интерфейса - например, Ethernet, WiFi или 3G/4G - с другой сетью). В первом случае цифровые радиомодемы взаимно соединены путем взаимодействия первых коммуникационных интерфейсов, которые соответственно имеются в каждом из упомянутых устройств. Во втором случае дополнительное устройство, к которому цифровой подсоединен радиомодем, является "совместимым" устройством, в том, что само устройство содержит по меньшей мере один коммуникационный интерфейс, который обеспечивает взаимодействие устройства с первым коммуникационным интерфейсом в цифровом радиомодеме в соответствии с предлагаемым техническим решением. Эти коммуникационные интерфейсы могут, например, иметь форму SPI-разъемов и таким образом способствовать созданию общей шины данных, которая используется устройствами, когда последние подсоединены.
Второй коммуникационный интерфейс, имеющийся в цифровом радиомодеме, обеспечивает его соединение с совместимым аналоговым модулем радиоинтерфейса, как описывается далее в настоящем документе. Таким образом можно создать устройство радиоинтерфейса, которое путем простого добавления одной или более антенн позволяет осуществлять прием и передачу данных по меньшей мере от одного удаленного беспроводного датчика или к нему. В качестве примера этот второй коммуникационный интерфейс может также принимать форму SPI-разъема.
В частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения цифровой радиомодем содержит по меньшей мере два первых коммуникационных интерфейса с дополнительным устройством, таким образом обеспечивая его коммуникацию по меньшей мере с двумя дополнительными устройствами. Эти коммуникационные интерфейсы соответственно расположены на соединителе по меньшей мере одной шины данных, что дает возможность упомянутому радиомодему осуществлять обмен данными с дополнительными устройствами. Таким образом один цифровой радиомодем может быть подключен к множеству дополнительных устройств, которые могут быть другими устройствами того же типа (т.е. другим цифровым радиомодемам в соответствии с предлагаемым техническим решением) или другими совместимыми устройствами. Таким образом, можно составить цепочку из множества устройств, так что они все используют одну общую шину данных (например, шину SPI), что обеспечивает взаимный обмен данными между всеми устройствами, взаимно соединенные таким образом. Предпочтительно, "совместимые" дополнительные устройства (другие помимо цифровых радиомодемов) также содержат по меньшей мере два коммуникационных интерфейса, которые выполнены так, чтобы взаимодействовать с первыми коммуникационными интерфейсами цифрового радиомодема в соответствии с предлагаемым техническим решением, так что можно взаимно соединять различные устройства в любом порядке.
В другой частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения, технология радиодоступа, используемая в цифровом радиомодеме, может быть выбрана, в аспекте программного обеспечения, из группы предварительно определенных технологий радиодоступа (т.е. предварительно параметризованных, предварительно зарегистрированных или с возможностью доступа) в упомянутом цифровом радиомодеме. Цифровой радиомодем, таким образом, включает в себя достаточную встроенную электронику для управления несколькими типами цифровой модуляции и демодуляции; в аспекте программного обеспечения можно сконфигурировать его тип, который будет использоваться. Таким образом, один цифровой радиомодем может адаптировать разные технологии радиодоступа, и может поэтому использоваться по-разному в разных контекстах. Это может также обеспечить оптимизацию производственных затрат для этих устройств.
5.4. Аналоговый модуль радиоинтерфейса
В соответствии с другим аспектом предлагаемое техническое решение также относится к аналоговому модулю радиоинтерфейса. Этот модуль - который служит входной аналоговой системой для адаптации к полосе частот, используемой для радиопередачи - выполнен для использовании совместо с по меньшей мере с одним цифровым радиомодемом в соответствии с предлагаемым техническим решение. Он содержит каркас, в который входит необходимая электроника для его работы, и таким образом представляет собой независимый физический блок. Он также содержит расположенные в упомянутом каркасе средство подключения по меньшей мере к одной антенне, и по меньшей мере один третий коммуникационный интерфейс с цифровым радиомодемом типа, описанного выше.
Функция этого аналогового модуля радиоинтерфейса - управление адаптацией к полосе частот, используемой для радиопередачи, и обеспечение необходимой возможности подсоединения для использования разных типов антенн (всенаправленная, поляризованная или секторная). Кроме того, в зависимости от разных частных форм вариантов осуществления аналогового модуля радиоинтерфейса в соответствии с предлагаемым техническим решением, полоса частот, используемая этим модулем, количество третьих коммуникационных интерфейсов и тип средства подсоединения по меньшей мере к одной имеющейся антенне могут варьироваться. Предлагаемое техническое решение таким образом обеспечивает доступ к широкому диапазону аналоговых модулей радиоинтерфейса, выполненных в форме независимых физических блоков, которые могут взаимодействовать с одним или более цифровым радиомодемом, чтобы обеспечивать охват любого типа ситуации, как по полосе частот, так и типа используемых антенн.
5.5. Устройство радиоинтерфейса
В соответствии с другим аспектом, предлагаемое техническое решение также относится к устройству радиоинтерфейса для приема и передачи данных по меньшей мере от одной беспроводного датчика или к нему. Устройство радиоинтерфейса этого типа содержит:
- по меньшей мере один цифровой радиомодем в соответствии с предлагаемым техническим решением;
- аналоговый модуль радиоинтерфейса в соответствии с предлагаемым техническим решением.
Аналоговый модуль радиоинтерфейса подсоединен по меньшей мере к одному упомянутому цифровому радиомодему посредством взаимодействия упомянутых второго и третьего коммуникационных интерфейсов.
Таким образом можно создать устройство радиоинтерфейса путем сочетания по меньшей мере одного цифрового радиомодема с аналоговым модулем радиоинтерфейса в соответствии с предлагаемым техническим решением. Фактически, каждый из этих элементов имеет выделенный каркас, содержащий дополнительные коммуникационные интерфейсы, что позволяет получить высокомодульное решение. Простая адаптация к большому количеству ситуаций таким образом возможна путем простого выбора физических блоков, которые нужно объединить, а именно, выбор цифрового радиомодема и выбор аналогового модуля радиоинтерфейса, которые нужно объединить. Выбор цифрового радиомодема таким образом позволяет выполнить определение технологии радиодоступа, которую надлежит использовать (в зависимости от функций, обеспечиваемых этим цифровым радиомодемом, простой конфигурации программного обеспечения может быть достаточно). Выбор типа аналогового модуля радиоинтерфейса позволяет выполнить определение во-первых полосы частот, которая будет использоваться для радиопередачи, и во-вторых типа конфигурации антенн, который будет использоваться (секторная, поляризованная или всенаправленная антенна и т.п.).
В частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения устройство радиоинтерфейса содержит множество цифровых радиомодемов в соответствии с описываемым техническим решением. В этом случае эти цифровые радиомодемы все относятся к одному типу (используют одну технологию радиодоступа) и взаимно соединены посредством их первых коммуникационных интерфейсов. Поэтому легко выполнить создание или масштабирование устройства радиоинтерфейса, так что ему согласованно задается размер, отвечающий расширению количества беспроводных датчиков, которые будут управляться на данной территории, которая покрывается одной антенной. На практике предлагаемое техническое решение обеспечивает простое взаимное соединение множества цифровых радиомодемов, и связь узла, образованного таким образом, с аналоговым модулем радиоинтерфейса. Таким образом, можно увеличить уровень нагрузки устройства радиоинтерфейса путем простого добавления дополнительного цифрового радиомодема к существующей установке.
5.6. Шлюз для беспроводных сенсорных сетей
Предлагаемое техническое решение также относится к шлюзу для беспроводных сенсорных сетей. Этот шлюз, в частности, обеспечивает взаимное соединение по меньшей мере одной беспроводной сенсорной сети по меньшей мере с одной другой глобальной коммуникационной сетью и в связи с этим содержит по меньшей мере одно устройство радиоинтерфейса описанного выше типа для обмена данными с упомянутыми беспроводными датчиками, и по меньшей мере одно дополнительное устройство интерфейса с глобальной коммуникационной сетью. Дополнительное устройство является совместимым устройством типа, уже описанного в настоящем документе, и таким образом содержит по меньшей мере один коммуникационный интерфейс для его подсоединения к первому доступному коммуникационному интерфейсу в цифровом радиомодеме, который встроен в устройство радиоинтерфейса. Другие типы дополнительных устройств, которые аналогично снабжены совместимыми коммуникационными интерфейсами, могут также быть встроенными в шлюз: для примера можно сослаться на дополнительное устройство для обеспечения электропитания на весь шлюз, или дополнительное управляющее устройство для отслеживания работы всех других дополнительных устройств и устройств радиоинтерфейса, включенных в шлюз, и для управления обменом данных, выполняемым между всеми этими разными элементами.
В частной форме варианта осуществления один шлюз в соответствии с предлагаемым техническим решением может содержать множество устройств радиоинтерфейса, которые взаимно соединены посредством взаимодействия первых коммуникационных интерфейсов, имеющихся в цифровых радиомодемах, которые встроены в каждое устройство радиоинтерфейса. Таким образом, можно, например, сочетать устройства радиоинтерфейса, основанные на разнородных технологиях радиодоступа, в одном шлюзе. Эта гибкость подключения также позволяет выполнять создание шлюза, который способен управлять разными полосами частот. Это также позволяет реализовать секторизацию, например, в интересах отличного качества территориального покрытия. Естественно, все эти примеры представлены исключительно в целях иллюстрации, а не для ограничения, и специалист в данной области техники представляет множество вариантов для конфигурации, предлагаемых шлюзом, который создан в соответствии с предлагаемой технологией.
5.7. Описание частной формы варианта осуществления предлагаемого решения
Со ссылками на фигуры 2-5 описывается пример осуществления предлагаемого решения, который позволяет решить задачу создания модульного и масштабируемого шлюза, который способен обеспечить реагирование на проблемы, поднятые при реализации широкомасштабных беспроводных сенсорных сетей.
5.7.1 Цифровой радиомодем
Со ссылкой на фиг. 2а и 2b представлены разные виды цифрового радиомодема (200) в соответствии с частной формой варианта осуществления предлагаемого техничекого решения. В этом примере, который представлен исключительно в целях иллюстрации, а не ограничения, этот цифровой радиомодем (200) включает в себя защитный каркас (201) в общей параллелепипедной формы, содержащий следующее:
- на одной из его поверхностей, описываемой как "верхняя поверхность" (202), два штекерных SPI-разъема (203, 203');
- на противоположной поверхности упомянутой верхней поверхности, описываемой как "нижняя поверхность" (204), два гнездовых SPI-разъема (205, 205'), которые выполнены для взаимодействия с двумя штекерными SPI-разъемами (203, 203') другого цифрового радиомодема в соответствии с описываемой формой варианта осуществления, когда эти устройства подсоединены.
Штекерные SPI-разъемы (203, 203') и гнездовые SPI-разъемы (205, 205') образуют соответствующие соединители по меньшей мере одной шины данных SPI (последовательный периферийный интерфейс), расположенной внутри в каркасе, который используется цифровым радиомодемом для передачи и приема данных на другие дополнительные устройства или от них (которые могут в частности быть другими цифровыми радиомодемами в соответствии с частной формой варианта осуществления, описываемой в данном документе).
Кроме того, каркас содержит на одной из его боковых поверхностей, описываемой как "задняя поверхность" (206), по меньшей мере один другой SPI-разъем (207) и по меньшей мере один коаксиальный разъем (208). Эти разъемы выполнены для взаимодействования с дополнительными разъемами, которые имеются в аналоговом модуле радиоинтерфейса, как описывается в данном документе.
5.7.2 Аналоговый модуль радиоинтерфейса
Со ссылкой на фиг. 3a-3d мы теперь покажем два примера аналогового модуля радиоинтерфейса, которые выполнены для взаимодействования с одним или более радиомодемом в соответствии с частной описанной формой варианта осуществления.
Фиг. 3а и 3d иллюстрируют разные виды первого примера аналогового модуля (300) радиоинтерфейса, который выполнен для взаимодействования с цифровым радиомодемом в соответствии с частной формой варианта осуществления предлагаемого технического решения. В этом примере, который представлен исключительно в целях иллюстрации, а не ограничения, этот модуль (300) включает в себя защитный каркас (301) общей параллелепипедной формы и содержит:
- на одной из его поверхностей, описываемой как "задняя поверхность" (302), по меньшей мере один коаксиальный разъем (303), который выполнен для подсоединения по меньшей мере одной антенны.
- на противоположной поверхности упомянутой задней поверхности, описываемой как "передняя поверхность" (304), по меньшей мере один SPI-разъем (305) и по меньшей мере один коаксиальный разъем (306), причем эти разъемы (305, 306) выполнены для взаимодействования соответственно с соответственными стыкуемыми разъемами, которые имеются на задней поверхности цифрового радиомодема описанного выше типа.
Этот аналоговый модуль (300) радиоинтерфейса имеет такие размеры и конфигурацию, что когда он подсоединен к цифровому радиомодему в соответствии с частной формой варианта осуществления, проиллюстрированной здесь, узел, образованный этими двумя элементами, представляет собой объединенный блок общей параллелепипедной формы. С этой целью передняя поверхность (304) аналогового модуля радиоинтерфейса имеет по существу размеры, эквивалентные задней поверхности цифрового радиомодема.
Со ссылкой на фиг. 3с и 3d представлен другой пример аналогового модуля радиоинтерфейса, который подходит для использования в контексте частной формы варианта осуществления предлагаемого технического решения, описанного в данном документе. В этой частной форме варианта осуществления аналоговый модуль (300') радиоинтерфейса выполнен для взаимодействования не с одним цифровым радиомодемом, а с множеством цифровых радиомодемов (четырьмя в приведенном примере). Защитный каркас (301') этого модуля имеет в целом параллелепипедную форму, и его передняя поверхность (304') имеет размеры, по существу эквивалентные четырем задним поверхностям цифровых радиомодемов, расположенных бок о бок. Этот модуль имеет такие размеры и конфигурацию, что когда он подсоединен к блоку четырех цифровых радиомодемов, узел, образованный всеми этими элементами, представляет собой объединенный блок общей параллелепипедной формы. Аналоговый модуль радиоинтерфейса включает в себя, на задней поверхности, по меньшей мере один коаксиальный разъем, который выполнен для подсоединения по меньшей мере одной антенны, и на передней поверхности по меньшей мере один разъем, который выполнен для взаимодействования по меньшей мере с одним соответствующим стыкуемым разъемом, который имеется на задней поверхности по меньшей мере одного из цифровых радиомодемов, к которым упомянутый модуль подсоединен.
Эти примеры представлены исключительно в иллюстративных целях, а не для ограничения, и другие типы аналоговых модулей радиоинтерфейса, которые имеют конфигурацию и размеры для подсоединения разного количества цифровых радиомодемов, могут также использоваться в контексте предлагаемого технического решения (например, аналоговый модуль радиоинтерфейса, который взаимодействует с двумя взаимно подключенными цифровыми радиомодемами, или аналоговый модуль радиоинтерфейса, который взаимодействует с четырьмя взаимно соединенными цифровыми радиомодемами). В целях упрощения "аналоговый модуль радиоинтерфейса N-размера" определяется как аналоговый модуль радиоинтерфейса, который специально спроектирован для одновременного подключения к N-количеству взаимно подсоединненных цифровых радиомодемов. В частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения каркас аналогового модуля радиоинтерфейса размера N имеет такие размеры и конфигурацию, что его передняя поверхность имеет размеры, которые по существу эквивалентны размерам N задних поверхностей цифровых радиомодемов, расположенных бок о бок. Это позволяет сохранить общую параллелепипедную форму устройств радиоинтерфейса, даже когда один аналоговый модуль радиоинтерфейса подключен к множеству цифровых радиомодемов.
5.7.3 Устройство радиоинтерфейса
Фиг. 4а и 4b иллюстрируют два примера сборок аналогового модуля радиоинтерфейса по меньшей мере с одним цифровым радиомодемом в соответствии с предлагаемым техническим решением, чтобы создать устройство радиоинтерфейса для приема и передачи данных по меньшей мере от одного беспроводного датчика и к нему. На фиг. 4а таким образом представлено подсоединение аналогового модуля радиоинтерфейса с размером один к отдельном цифровому радиомодему. На фиг. 4b представлено подсоединение аналогового модуля радиоинтерфейса с размером три к блоку, содержащему три цифровых радиомодема, которые взаимно соединены посредством штекерного и гнездового разъемов SPI, которые имеются на их верхней и нижней поверхностях. В случае подключения одного аналогового модуля радиоинтерфейса к множеству взаимно соединенных цифровых радиомодемов, все изображены на фиг. 4b, эти разные цифровые радиомодемы все относятся к одному типу, т.е. они используют одну технологию радиодоступа. Остальные имеющиеся коаксиальные разъемы на задней поверхности аналогового модуля радиоинтерфейса используются для подсоединения по меньшей мере одной антенны. Остальные имеющиеся разъемы SPI (402, 402') на каждой стороне устройства радиоинтерфейса, составленного таким образом, используются для подсоединения этого устройства радиоинтерфейса к другим устройствам радиоинтерфейса или другим совместимым дополнительным устройствам (таким как управляющие устройства или устройства интерфейса с другими сетями, например, с Интернетом).
Устройство радиоинтерфейса, составленное таким образом, может поэтому адаптировать данную технологию радиодоступа в данной полосе частот. Также возможно описать это устройство в размере, соответствующем количеству составляющих его цифровых радиомодемов (аналогично определению, применяемому в связи с аналоговым модулем радиоинтерфейса). Так, в контексте настоящего документа, устройство радиоинтерфейса LoRa™ 868 МГц размера 3 является устройством радиоинтерфейса, составленным сочетанием трех цифровых радиомодемов, использующих технологию радиодоступа LoRa™, связанную с одним аналоговым модулем радиоинтерфейса, работающим на полосе частот 868 МГц. Размер является показателем нагрузки (в плане количества беспроводных датчиков), которой может управлять устройство радиоинтерфейса.
5.4.7 Примеры конфигурации шлюза
Со ссылкой на фиг. 5а-5с представлены разные конфигурации шлюза, приведенные исключительно в качестве иллюстрации, а не для ограничения, которые могут использоваться очень простым способом с использованием предлагаемого технического решения.
Эти конфигурации включают в себя другие дополнительные устройства в дополнение к цифровым радиомодемам и связанным с ними аналоговыми модулями радиоинтерфейса. Они могут быть обязательными или дополнительными устройствами по выбору для создания архитектуры шлюза. Так, в одной частной форме варианта осуществления, представленной примером, связанным с фиг. 5а, шлюз (500) в соответствии с предлагаемым техническим решением содержит дополнительное управляющее устройство (501), которое выполнено, во-первых, для подачи электропитание для всего шлюза, в котором это устройство подключено, например, к обычной розетке электропитания, или питается по кабелю Ethernet с использованием технологии РоЕ ("питание по Ethernet"), и во вторых, управлять всеми другими дополнительными устройствами и устройствами радиоинтерфейса. Также могут использоваться дополнительные устройства (502) интерфейса, позволяя осуществлять разные типы взаимного соединения (Ethernet, WiFi, 3G/4G, etc.) с другими локальными или глобальными сетями. В частной форме варианта осуществления, описываемой здесь, каждое из этих дополнительных устройств содержит защитный каркас с размерами, по существу эквивалентными размерам цифрового радиомодема, в соответствии с предлагаемым техническим решением. Как и каркасы цифровых радиомодемов, эти каркасы соответственно содержат на верхней и нижней поверхностях по меньшей мере один штекерный разъем SPI и по меньшей мере один гнездовой разъем SPI, которые выполнены для взаимодействия с SPI-разъемами на другом устройстве, где эти устройства объединены. Эти штекерные и гнездовые разъемы SPI образуют соответствующие соединители по меньшей мере одной шины данных, которая расположена внутри корпуса. Таким образом, взаимодействие разных разъемов SPI, когда множество устройств взаимно сочетаются, позволяет всем устройствам, соединенным таким образом, осуществлять коммуникацию друг с другом посредством общей коммуникационной шины, образованной таким образом.
Фиг. 5а демонстрирует пример шлюза, содержащего четыре устройства радиоинтерфейса (503а, 503b, 503с, 503d) для приема и передачи данных с беспроводных датчиков и к ним, причем каждый из этих устройств радиоинтерфейса содержит один цифровой радиомодем, каждый связан с одним аналоговым модулем радиоинтерфейса. Устройство радиоинтерфейса (503d) состоит, например, из сочетания цифрового радиомодема (505) с аналоговым модулем (504) радиоинтерфейса. Конфигурация этого типа может содержать, например, три устройства радиоинтерфейса, применяющие технологию LoRa на полосе частот 868 МГц, каждое из которых связано с секторной антенной (три-секторизация), и устройство радиоинтерфейса для применения технологии радиодоступа WM-Bus в полосе частот 169 МГц, связанной со всесторонней антенной. Таким образом, шлюз, созданный таким образом, способен применять два типа технологий радиодоступа, одна (LoRa™) для коммуникации с подсоединенными объектами, и другая (WM-Bus) для коммуникации с электро- или газовыми счетчиками, например, для выполнения считываний удаленных показаний. Если технология LoRa™ будет задействоваться в другой полосе частот, например, в случае переноса существующего решения на территорию, на которой действуют другие регламенты радиосвязи, шлюз может очень легко адаптироваться к этой новой ситуации, просто путем перестановки трех аналоговых модулей радиоинтерфейса, которые конфигурированы для полосы в 868 МГц с тремя другими, которые конфигурированы для желаемой полосы частот, например, полосы в 915 МГц. Если, в другом примере, технология LoRa™ будет эксплуатироваться в полосе частот в 433 МГц и, по какой-либо причине, предпочтительно, чтобы использовалась одна всенаправленная антенна вместо трех секторных антенн, три аналоговых модуля радиоинтерфейса, которые конфигурированы для полосы в 868 МГц, могут быть легко заменены одним аналоговым модулем радиоинтерфейса размера три, конфигурированного для полосы в 433 МГц. Эта конфигурация шлюза изображена на фиг. 5b, которая демонстрирует пример шлюза, содержащего два устройства радиоинтерфейса для приема и передачи данных с беспроводных датчиков и к ним: первое устройство радиоинтерфейса, содержащее три цифровых радиомодема, связанных с одним и тем же аналоговым модулем радиоинтерфейса, и второе устройство радиоинтерфейса, в котором это устройство радиоинтерфейса содержит один цифровой радиомодем, связанный с одним аналоговым модулем радиоинтерфейса.
И наконец, на фиг. 5 с демонстрируется пример шлюза, содержащего одно устройство радиоинтерфейса для приема и передачи данных с беспроводных датчиков и к ним, в котором это устройство радиоинтерфейса само содержит четыре цифровых радиомодема, связанных с одним аналоговым модулем радиоинтерфейса. Это устройство радиоинтерфейса связано, например, со всенаправленной антенной. В этом случае шлюз управляет только одной технологией радиодоступа, но множество цифровых радиомодемов таково, что оно способно управлять большим количеством датчиков.
Необходимо отметить, что хотя шлюзы, представленные на фиг. 5а-5с, все содержат четыре цифровых радиомодема (разделенные между разным количеством устройств радиоинтерфейса), они являются только примерами, представленными исключительно в качестве иллюстрации, а не для ограничения: шлюз в соответствии с предлагаемым техническим решением содержит один или более цифровой радиомодем и один или более аналоговый модуль радиоинтерфейса, причем один цифровой радиомодем всегда соединен с одним аналоговым модулем радиоинтерфейса, но один аналоговый модуль радиоинтерфейса может быть связан с несколькими цифровыми радиомодемами.
С учетом этих примеров специалист в данной области техники легко может понять потенциал по предлагаемому техническому решению, в аспектах модульности и масштабируемости. Возможность очень простого сочетания цифровых радиомодемов с аналоговым модулем радиоинтерфейса для создания устройства радиоинтерфейса, и прибавить к этому возможность сочетания множества устройств радиоинтерфейса, созданных таким образом в одном шлюзе, предлагает изящное решение для различных потенциальных проблем, возникающих в связи с развертыванием или техническим обслуживанием широкомасштабных беспроводных сенсорных сетей. Эта модульная архитектура шлюза может адаптировать разнообразные технологии радиодоступа, как существующие, так и возможные в перспективе, вместе с разнообразием частот, используемых для радиопередачи, различными типами антенн и адаптацией нескольких датчиков, к которым идет обращение.
В качестве примера, случаи применения, приведенные ниже, демонстрируют потенциальные реакции, обеспечиваемые предлагаемым техническим ррешением для различных ситуаций, которые могут возникнуть в связи с развертыванием широкомасштабных беспроводных сенсорных сетей:
- Требование одновременной адаптации множества беспроводных сенсорных сетей, основанных на разных протоколах (например, сеть LoRa™ и сеть WM-Bus): используя предлагаемое техническое решение, физический канал передачи радиодоступа с мультитехнологией может легко быть создан путем простого сочетания по меньшей мере одного устройства радиоинтерфейса, которое адаптируется под каждую технологию радиодоступа, которая должна быть адаптирована (например, сочетание в шлюзе устройства радиоинтерфейса, содержащего один или более цифровой радиомодем LoRa™, и устройство радиоинтерфейса, содержащего один или более цифровой радиомодем WM-Bus).
- Требование управления множеством полос частот для радиопередачи с использованием одной и той же технологии радиодоступа (например, одновременная адаптация технологии LoRa™ в полосах в 433 МГц и 868 МГц): при использовании предлагаемого технического решения, адаптация множества полос легко достигается сочетанием по меньшей мере одного устройства радиоинтерфейса, которое адаптируется к каждой полосе частот, которыми нужно управлять (например, путем сочеттания в шлюзе устройства радиоинтерфейса LoRa™, содержащего аналоговый модуль радиоинтерфейса в 433 МГц, и устройства радиоинтерфейса LoRa™, содержащего аналоговый модуль радиоинтерфейса в 868 МГц).
- Требование передачи от всенаправленной антенны на трехсекторную конфигурацию трех антенн (и наоборот): при использовании предлагаемого технического решения, секторизация может быть легко реализована путем сочетания устройства радиоинтерфейса одного и того же типа (используя одну и ту же технологию радиодоступа и одну и ту же полосу частот) для каждого сектора покрытия, в котором каждое из этих устройств радиоинтерфейса подсоединено к выделенной для этой цели секторной антенне (например, комбинация трех устрйоств радиоинтерфейса Sigfox 915 МГЦ размера один). Наоборот, переход от трехсекторной конфигурации на конфигурацию с одиночной антенной (всенаправленной антенной) может также выполняться очень просто, например, путем замены аналоговых модулей радиоинтерфейса размера один, связанных с устройством радиоинтерфейса для каждого сектора, на один аналоговый модуль радиоинтерфейса размера три, к которому будет подключена всенаправленная антенна (таким образом переключаясь, например, от конфигурации с тремя устройствами радиоинтерфейса Sigfox 915 МГц размера один на конфигурацию с одним устройством радиоинтерфейса Sigfox 915 МГц размера три).
- Требование к модификации нагрузки (в аспекте количества сенсоров), которая может адаптироваться устройством радиоинтерфейса: при использовании предлагаемого технического решения настройка мощности может осуществляться просто путем замены целевого устройства радиоинтерфейса устройством радиоинтерфейса такого же типа (использующим ту же технологию радиодоступа и ту же полосу частот), но меньшего размера (если будет осуществляться управление меньшим количеством датчиков) или большего размера (если будет осуществляться управление большим количеством датчиков).
- Требование по управлению новым типом подключения к другой глобальной сети (например, управление связью WiFi): при использовании предлагаемого технического решения масштабирование вариантов для подключаемости шлюза можно легко достичь путем простого добавления или замены совместимого дополнительного устройства.
Эти примеры представлены исключительно в целях иллюстрации, и не для ограничения, и специалисту в данной области техники будет понятно, что предлагаемая технология может обеспечить адекватную реакцию на многочисленные ситуации, включая сложные ситуации, в которых необходимо выполнить одновременную адаптацию множественных параметров (модификацию технологии радиодоступа параллельно с модификацией полосы частот и типа используемой антенны, и модификацией нескольких датчиков, которые будут управляться, например).
5.7.5. Дальнейшие характеристики и преимущества
Дальнейшие характеристики описываются здесь со ссылкой на архитектуру шлюза, представленную в соответствии с частной формой осуществления изобретения, изображенной на фиг. 2-5.
Интересно отметить, например, что для подсоединения различных составляющих физических блоков шлюза (цифровых радиомодемов, связанных с ними аналоговыми модулями радиоинтерфейса, дополнительными устройствами) не нужен внешний кабель: каркасы этих различных устройств имеют такую конфигурацию и размеры, чтобы обеспечивают их сборку путем взаимного соединения различных соответствующих дополнительных разъемов, которые имеются на их соответствующих поверхностях, при этом окончательная сборка предполагает компактную и в целом параллелепипедную форму, которая упрощает ее установку и интеграцию в любой тип среды.
Различные используемые каркасы также включают в себя, в определенных частных формах варианта осуществления, элементы, которые предназначены для обеспечения эффективного взаимного закрепления составляющих блоков шлюза в соответствии с предлагаемой технологией, в частности, для предотвращения любого непреднамеренного отсоединения этих блоков.
Соответственно, цифровые радиомодемы и аналоговые модули радиоинтерфейсы снабжены дополнительными средствами крепежа. Например, каркас цифрового радиомодема может включать в себя одно или более отверстий с резьбой, которые предназначены для адаптации дополнительных барашковых винтов, которые проходят через корпус связанного с ним аналогового модуля радиоинтерфейса.
Цифровые радиомодемы также включают в себя средства, которые усиливают их взаимное закрепление, или их скрепление с дополнительными устройствами. Эти средства могут принимать форму, например, выступа на корпусе упомянутых устройств, в котором образовано отверстие, так что все отверстия, созданные таким образом, выровнены относительно друг друга, когда различные составляющие устройства шлюза взаимно закреплены. Эти отверстия могут обеспечивать канал для разных средств крепежа (резьбовые стержни и крепления, бурты и т.п.).
Корпусы цифровых радиомодемов и дополнительных устройств включают в себя средства для крепления шлюза для беспроводной сенсорной сети, встроенной, согласно предлагаемому технического решению, в шкаф или в обычный защитный отсек.
В частной форме варианта осуществления предлагаемого технического решения каркас разных составляющих физических блоков шлюза, и в частности корпус аналоговых модулей радиоинтерфейса, кроме того выполнен для работы в клетке Фарадея, чтобы защитить эти модули от любых электромагнитных помех, которым они могут быть подвержены. В другой форме варианта осуществления пластина, которая работает как защитный экран, и которая выполняет функцию клетки Фарадея, может быть закреплена как крышка для аналоговых модулей радиоинтерфейса.
1. Цифровой радиомодем (200) для модуляции и демодуляции цифрового сигнала в соответствии с предварительно выбранной технологией радиодоступа, в котором упомянутый цифровой радиомодем содержит защитный каркас (201) общей параллелепипедной конструкции и множество коммуникационных интерфейсов, расположеных в упомянутом защитном каркасе (201),
отличающийся тем, что множество коммуникационных интерфейсов содержит
по меньшей мере два первых коммуникационных интерфейса с дополнительным устройством,
причем один из первых коммуникационных интерфейсов содержит на одной из поверхностей защитного каркаса (201), описываемой как "верхняя поверхность" (202), два штекерных SPI-разъема (203, 203'),
а другой из первых коммуникационных интерфейсов содержит
на противоположной поверхности защитного каркаса (201) от упомянутой верхней поверхности (202), описываемой как "нижняя поверхность" (204), два гнездовых SPI-разъема (205, 205'), которые выполнены с возможностью взаимодействия с двумя штекерными SPI-разъемами (203, 203') другого цифрового радиомодема, так что, когда множество цифровых радиомодемов подключено, штекерные (203, 203') и гнездовые (205, 205') SPI-разъемы составляют соответствующие соединители по меньшей мере одной SPI-шины данных, расположенной внутри в защитном каркасе (201) и используемой цифровым радиомодемом для передачи и приема данных на цифровой радиомодем/радимодемы или от него, к которому они подсоединены,
по меньшей мере один второй коммуникационный интерфейс с аналоговым модулем радиоинтерфейса, который содержит
на одной из боковых поверхностей защитного каркаса (201), описываемой как "задняя поверхность" (206), по меньшей мере один другой SPI-разъем (207) и по меньшей мере один коаксиальный разъем (208), которые выполнены с возможностью взаимодействия с дополнительными разъемами, имеющимися в аналоговом модуле радиоинтерфейса.
2. Цифровой радиомодем по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая предварительно выбранная технология радиодоступа выбирается из ряда предварительно определенных технологий радиодоступа в упомянутом цифровом радиомодеме.
3. Цифровой радиомодем по одному из предыдущих пунктов, имеющий дополнительные средства крепления к средствам крепления упомянутого аналогового модуля радиоинтерфейса.
4. Цифровой радиомодем по предыдущему пункту, отличающийся тем, что защитный каркас (201) цифрового радиомодема включает в себя одно или более отверстий с резьбой, которые выполнены для размещения дополнительных барашковых винтов, которые проходят через защитный каркас (201) упомянутого аналогового модуля радиоинтерфейса.
5. Цифровой радиомодем по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что цифровой радиомодем включает в себя средства, которые способствуют его креплению к другим цифровым радиомодемам или дополнительным устройствам.
6. Цифровой радиомодем по предыдущему пункту, отличающийся тем, что средства, которые способствуют креплению цифрового радиомодема к другим цифровым радиомодемам или дополнительным устройствам, содержат выступ на защитном каркасе (201) цифрового радиомодема, в котором образовано отверстие, так что отверстие, созданное таким образом, выровнено относительно отверстий, образованных в упомянутых других цифровых радиомодемах или в упомянутых дополнительных устройствах, когда различные устройства взаимно закреплены.
7. Аналоговый модуль (300) радиоинтерфейса, отличающийся тем, что содержит защитный каркас (301) общей параллелепипедной формы, средства подсоединения по меньшей мере к одной антенне и по меньшей мере один третий коммуникационный интерфейс с цифровым радиомодемом, по одному из пп. 1-6, в котором упомянутые средства подсоединения по меньшей мере к одной антенне и упомянутый по меньшей мере один третий коммуникационный интерфейс располагаются в упомянутом защитном каркасе (301), причем
средства подсоединения по меньшей мере к одной антенне содержат на одной из поверхностей защитного каркаса (301), описываемой как "задняя поверхность" (302), по меньшей мере один коаксиальный разъем (303), который выполнен для подключения по меньшей мере одной антенны,
третий коммуникационный интерфейс с цифровым радиомодемом содержит на противоположной поверхности защитного каркаса (301) от упомянутой задней поверхности, описываемой как "передняя поверхность" (304), по меньшей мере один SPI-разъем (305) и по меньшей мере один коаксиальный разъем (306), при этом эти разъемы (305, 306) выполнены с возможностью взаимодействия соответственно с соответственными дополнительными разъемами, которые расположены на задней поверхности цифрового радиомодема в соответствии с одним из пп. 1-6,
защитный каркас (301) аналогового модуля радиоинтерфейса имеет такие размеры и конфигурацию, что его передняя поверхность имеет размеры, которые эквивалентны размерам N задних поверхностей цифровых радиомодемов, которые выполнены с возможностью размещения бок о бок, где N - целое число, большее или равное 1.
8. Аналоговый модуль (300) радиоинтерфейса по п. 7, выполненный с возможностью подсоединения к цифровому радиомодему по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что передняя поверхность (304) защитного каркаса (301) аналогового модуля радиоинтерфейса имеет размеры, которые эквивалентны размерам задней поверхности упомянутого цифрового радиомодема.
9. Аналоговый модуль (300) радиоинтерфейса по п. 7, выполненный с возможностью одновременного подсоединения к количеству N цифровых радиомодемов по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что цифровые радиомодемы выполнены с возможностью размещения бок о бок и взаимно соединены, причем передняя поверхность (304) защитного каркаса (301) аналогового модуля радиоинтерфейса имеет размеры, которые эквивалентны размерам N задних поверхностей цифровых радиомодемов.
10. Аналоговый модуль (300) радиоинтерфейса по пп. 7-9, отличающийся тем, что защитный каркас (301) аналогового модуля радиоинтерфейса выполнен так, чтобы функционировать как клетка Фарадея.
11. Устройство радиоинтерфейса для приема и передачи данных по меньшей мере от одного беспроводного датчика или к нему, содержащее
по меньшей мере один цифровой радиомодем по любому из пп. 1-6;
аналоговый модуль радиоинтерфейса по одному из пп. 7-10, подсоединенный к упомянутому по меньшей мере одному цифровому радиомодему посредством взаимодействия упомянутых второго и третьего коммуникационных интерфейсов.
12. Устройство радиоинтерфейса по п. 11, отличающееся тем, что содержит множество цифровых радиомодемов по любому из пп. 1-6, связанных с одной технологией радиодоступа, причем упомянутые цифровые радиомодемы упомянутого множества цифровых радиомодемов взаимно соединены посредством упомянутых первых коммуникационных интерфейсов.
13. Шлюз (500) для взаимного подсоединения по меньшей мере одной беспроводной сенсорной сети по меньшей мере к одной глобальной коммуникационной сети, содержащий
по меньшей мере одно устройство радиоинтерфейса по любому из пп. 11 и 12 для обмена данными с упомянутыми беспроводными датчиками,
по меньшей мере одно дополнительное устройство (502) интерфейса с упомянутой по меньшей мере одной глобальной коммуникационной сетью, которое содержит по меньшей мере один четвертый коммуникационный интерфейс, при этом упомянутое дополнительное устройство (502) интерфейса подсоединено к упомянутому по меньшей мере одному устройству радиоинтерфейса посредством взаимодействия упомянутого четвертого коммуникационного интерфейса с первым коммуникационным интерфейсом цифрового радиомодема упомянутого устройства радиоинтерфейса, причем дополнительное устройство (502) интерфейса содержит защитный каркас с размерами, эквивалентными размерам защитного каркаса (201) цифрового радиомодема, четвертый коммуникационный интерфейс содержит на верхней и нижней поверхностях защитного каркаса дополнительного устройства (502) интерфейса по меньшей мере один штекерный разъем SPI и по меньшей мере один гнездовой разъем SPI, которые выполнены с возможностью взаимодействия с SPI-разъемами цифрового радиомодема или другого дополнительного устройства (502) интерфейса, при этом штекерный и гнездовой SPI-разъемы представляют собой соответствующие соединители по меньшей мере одной шины данных, которая расположена внутри каркаса.
14. Шлюз по п. 13, отличающийся тем, что содержит множество устройств радиоинтерфейса по п. 11 или 12, в котором упомянутые устройства радиоинтерфейса упомянутого множества устройств радиоинтерфейса взаимно соединены посредством взаимодействия первых коммуникационных интерфейсов цифровых радиомодемов упомянутого множества устройств радиоинтерфейса.
15. Шлюз по одному из пп. 13 и 14, отличающийся тем, что защитный каркас цифровых радиомодемов и дополнительных устройств содержит средства для крепления шлюза для беспроводных сенсорных сетей в шкафу или в защитном отсеке.
