短距离无线自组织网络中3G网关技术的研究与设计
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摘要：本文针对私有网络传输距离短的问题，设计了一种与ZigBee网络相结合的3G网关。该网关可以实现3G网络与ZigBee网络之间的相互通信，及用3G手机来实现对ZigBee网络的实时监控。其硬件系统是以JN5121芯片为核心，在Codeblocks软件平台下进行代码的编译与调试，最终实现两个网络之间的相互通信。
关键词：ZigBee技术 3G技术 网关
1. 引言
各种网络终端的出现和家庭智能化都迫切需要一种具备低成本、近距离、低功耗等优点的无线互联标准，ZigBee就是在这样的背景下应运而生的。ZigBee主要应用于短距离、数据传输速率不高的各种电子设备之间的无线通信。而3G移动通信系统的产生则是由于人们对信息处理和共享的需求不断提高。本文就是为实现私有网络的跨距离监控，设计了一种基于ZigBee无线通信技术的3G网关通信节点，其中3G技术采用的WCDMA技术。
2 . 3G网关的设计和总体架构
ZigBee模块选用的是JN5121芯片，它是高性能、低功耗的无线SoC芯片，JN5121内置的ROM存储器中集成了点对点通信与网状通信的完整协议栈；其内置的RAM存储器，可以支持网络路由和控制器功能而不需要外部扩展任何的存储空间。内置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器，减少了系统的功耗和处理器的负载。
3G部分选用的是一款可以安装3G模块的3G开发板，此3G模块选用的是基于WCDMA技术的华为公司生产的MU103模块。
该网关以JN5121自带的8位处理器作为网关的主系统，JN5121以ZigBee协议栈为基础，在网关与ZigBee路由节点和终端节点之间接收数据通信，WCDMA模块用于将ZigBee节点的数据发送到控制中心以及从控中心接收命令，系统硬件的总体结构如下：
3. 硬件电路设计
硬件主要包括嵌入式处理器、ZigBee模块、3G模块三部分组成。但是考虑到选用的ZigBee模块是JN5121模块，本身自带8位微处理器，所以此硬件主要包括ZigBee模块和3G模块两部分组成。
3G网关的硬件框图
4. 软件设计
本设计使用的是CodeBlocks软件，它是一款免费、开源、跨平台的C/C++ IDE，支持Windows、Linux、MacOSX。同时它还支持各种不同的编译器。
本设计中WCDMA网络协议采用的是基于基站的协议模型，从下到上依是MTP1、MTP2、MTP3和SCCP。
MTP1定义了数字链路在物理上、电气上及功能上的特性；对应于OSI模型中的物理层；
MTP2确保消息在链路上实现精确的端到端传送。对应OSI模型中的数据链路层；
MTP3提供两个信令点间消息的路由选择功能，对应OSI模型中的网络层；
SCCP位于MTP之上，为MTP提供附加功能，对应于OSI模型中的应用层。
4.2 协议转换软件原理
JN5121自带的8位处理器是实现ZigBee网络与WCDMA网络的透明传输的关键系统，将ZigBee协议转换成WCDMA协议，实现数据的远程传输，同时能够将WCDMA协议转换成ZigBee协议，向ZigBee节点发送控制命令。
从ZigBee往WCDMA的传输：3g网关从ZigBee节点中接收到数据时，ZigBee模块将接收到的数据传输到自带的8位处理器，此处理器对接收到的数据进行处理，去掉ZigBee协议栈头，提取有用的数据载荷，然后加上WCDMA的协议栈头。从WCDMA向ZigBee传输数据的处理过程相反。
5. 总结
各种无线网络之间的互通已成为必然。为了实现信息资源的共享，并对各种不同网络的优点进行互补，网络融合是未来网络发展以及通信技术和通信标准发展的方向。本设计研究ZigBee网络和3G网络网关设计方案及实现，提出了一种在嵌入式技术、3G技术和ZigBee技术的基础上，设计了一款3G网关的设计方案，实现了ZigBee网络与3G网络的数据互通和个人局域网的远程实时监控。
参考文献：
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