基于ARM的多协议矿用网关设计与实现

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随着煤矿信息化工作的不断推进,作为矿井有线通信网络的补充,无线网络在煤矿中的应用正逐步深入。采用有线结合无线的通信网络可以实现井下无缝覆盖,是今后煤矿井下通信系统的发展趋势。这些井下异构网络发展给矿井信息化带来方便的同时也体现出了不兼容等众多缺陷,所以开发一个多协议的矿用网关已经成为了目前矿井通信的必然需求。围绕着多协议矿用网关的设计,本文主要完成了以下几方面的研究工作。(1)多协议矿用网关是连接有线以太网络、无线Wifi网络、ZigBee网络和3G等网络的桥梁。本文首先研究了有线以太网和无线Wifi网络、ZigBee网络、3G网络的相关技术。介绍了以太网技术的概念、工作原理、TCP/IP协议分层模型、主要协议的特点,和工业以太网技术的概念及其在井下的应用,介绍了Wifi、ZigBee、3G三种无线网络的相关知识,包括其特点、相关标准以及应用。(2)设计了多协议矿用网关的硬件电路。分析了S3C6410处理器的特点,给出了FLASH接口电路、SDRAM接口电路、DM9000以太网卡接口电路、无线模块串口接入电路等外围接口电路的设计。(3)开发了多协议矿用网关的上层应用软件。搭建了多协议矿用网关的软件开发平台,包括移植了U-Boot、Linux内核以及制作了yaffs2文件系统,介绍了嵌入式Linux下的socket编程,在软件平台的基础上编写了多协议矿用网关的客户端和服务器端应用程序,给出了程序流程图。(4)研究了多协议矿用网关基于IP技术的协议转换方法,给出了基于IP协议网络之间互联实现,以及针对非IP网络接入网关进行互联给出了基于虚拟IP技术解决方案,并结合ZigBee传感网络和以太网互联作实例进行说明;最后,对多协议矿用网关进行了系统测试。
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