一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法技术方案

一种可接入IPv6网络，支持自动获取IPv6地址并兼容IPv4网络的环境监测系统，本发明专利技术公开了一种基于低成本嵌入式设备、适用于IPv6和IPv4双栈网络并支持自动获取IPv6/IPv4地址的环境监测系统的实现方法。该方法主要包括：ESP8266采集本地端各点空气质量数据并显示，ESP8266本地组网并发送串口数据给网关，以低端嵌入式设备为核心的网关在程序中运行LWIP2.1.1协议栈，嵌入式设备处理串口数据后通过程序内部TCP/IP通信传递数据，每300ms采集一次数据，利用IPv6网络进行准确有效实时传输数据，即使在远端依旧可以观测目的区域内室内空气质量，实现远程分析与管控。

A method of connecting indoor environmental monitoring system to IPv6 network

【技术实现步骤摘要】
一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法
本专利技术实现了一种可接入IPv6网络的环境监测系统，具体为一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法，该方法以低端嵌入式设备为可以接入IPv6网络的网关，且该网关运行轻量化TCP/IP协议栈，支持IPv6地址的自动获取，这是一款串口数据转以太网数据并支持IPv6网络环境的嵌入式网关。该监测系统具有远程性、轻量化、实时性、安全性，属于嵌入式计算机网络

技术介绍
串行通信总线是一种将数据以连续的串行数据流形式发送出去的局域通信技术，串口按位发送和接收字节。IPv6网络被设计用来取代IPv4网络，在该环境检测系统中数据经过汇总后由网关利用IPv6/IPv4双栈网络连接至网络。目前应用较广的网关设备仅支持IPv4协议接入网络，IPv4地址逐渐步入没有资源可以分配的地步，失去了实用价值，IPv6拥有IPv4所不能比拟的更大的地址空间和的更强的安全性，这使得它成为未来网络发展的大趋势，物联网技术使万物互联，万物不再是独立的个体而成为一个相互关联的网络，我们在世界上任何一个地方都可以控制家中的设备，观察设备状态，大量的终端设备例如冰箱、空调、加湿器、热水器等，需要“上网”接受控制以及发送自身数据至远端。我国自2017年底，开始推行IPv6普及，这对各类终端接入互联网的方法提出了支持IPv6的要求，物联网设备具有低成本、轻量化的特性，而依靠交换机和专用路由器接入IPv6终端网络成本高昂，因此不适合物联网发展，同时IPv6协议过于复杂，硬件资源开销大，对于硬件要求高，无形中提高接入IPv6的成本，一款轻量化的IPv6网关，是物联网设备组网的控制中心和信息处理中心，是本地物联系统接入IPv6网络的接入站点，可以实现数据监测的远程性、实时性，通过嵌入式设备实现上述功能是当下研究的热门，本专利技术研究重点即在于实现局域环境监测系统仅通过一个STM32单片机便可以自动获取到IPv6地址，利用IPv6网络的优势，结合STM32单片机定时中断，降低物联设备接入IPv6网络的成本，通过以太网与远端进行通信实现远程监测。
技术实现思路
本专利技术提供了一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法，该方法所需硬件结构简单，运行稳定，解决了物联设备不易接入IPv6网络的问题，降低物联设备接入IPv6网络的成本。。本专利技术是采用如下的技术方案实现的：一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法，该室内环境监测系统包括局域环境监测系统和数据处理转换中心；局域环境检测系统包括传感器采集模块、组网通信模块和串口输出模块；传感器采集模块采集室内环境传感器数据并将采集的数据传输给组网通信模块，组网通信模块再通过串口输出模块将采集数据传输给数据处理转换中心；数据处理转换中心包括连接有存储芯片和网卡模块的单片机，内部运行LWIP_2.1.1协议栈，负责处理数据和作为网关转换数据协议。上述所指网关所用轻量化LWIP_2.1.1协议栈占用单片机极低的存储空间即可运行TCP/IP协议。该网关传输层调用室内环境监测系统的采集数据，通过以太网接口连接Internet完成数据发送至远端监测中心。该网关软件层面采用开源LWIP_2.1.1协议栈，融合单片机软件开发，创新性实现了单片机自动获取IPv6地址，将串口获取到的数据转换为支持IPv6协议的数据包，使IPv6的优势可以应用在单片机设备上，极大地便捷信息的远程精确传输，利用IPv6网络的物联网设备更符合当今互联网发展趋势。上述的一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法，所述网关软件层面具有数据交互维持模块、软件数据连接模块和服务器搭建及数据传输模块；数据交互维持模块包括LWIP相关协议调用程序和状态刷新程序；LWIP相关协议调用程序负责启动协议栈，状态刷新程序用来监测当前协议是否执行超时，接入网络的同时刻周期性发送路由请求，使用邻居发现协议将最近的路由器作为自己的默认网关；软件数据连接模块包括对接LWIP软件的虚拟数据输入口、虚拟数据输出口与网卡结构体的输入、输出口对接程序，以及结构体输入输出程序与网卡硬件数据接受发送程序的的匹配程序，当网关接收以太网数据时由网卡进行数据的缓冲，随后交给LWIP解析数据包发送至串口，同样的，当串口数据到达网关，网关首先进行数据包分析，打包后交给LWIP软件进行IPv6协议包封装发送至以太网口；服务器搭建及数据传输模块包括监测外部命令函数，和服务器搭建程序。网关通过读取外部命令，建立TCP/IPv6服务器或者TCP/IPv4服务器，通过对应的网络协议与远端的客户端进行连接完成数据双向传输工作。该网关通过底层语言编程实现检测外部命令，针对不同的网络环境和需求，可通过外部命令设备向网关传送指令，网关检测到命令后判断命令类型选择建立TCP/IPv6服务器或者TCP/IPv4服务器，针对支持IPv6的网络实现自主选择建立IPv6服务器，在IPv6服务器与远端监测中心多次尝试连接但仍然无法成功的情况下，系统停止IPv6协议的连接过程，建立IPv4服务器进行传输，该切换模式极大改善了IPv4向IPv6过渡时期的网络协议兼容性问题。上述的一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法，单片机为STM32F103ZET6单片机，存储芯片为SRAM芯片IS62WV51216，网卡模块为ENC28J60网卡。上述的一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法，传感器采集模块为ESP8266-STA模块，组网通信模块为中央节点ESP8266-AP，中央节点ESP8266-AP在软件编程中采用嵌套进程实现多线程处理，建立一个TCP/IP服务器即可连接多个ESP8266-STA模块，解决了NODEMCU固件下的ESP8266组网问题。本专利技术与现有技术相比具有的优势在于：1、本专利技术所提出的环境监测系统接入IPv6/IPv4的方法，支持系统自动获取IPv6地址，且可在独立IPv6网络环境下运行的同时兼容目前广泛应用的IPv4协议。系统可以根据外部用户命令选择IPv6协议或者IPv4协议进行数据传输，在选择IPv6协议但无法正常建立通信时软件内部自动选择IPv4协议进行传输。2、在支持自动获取IPv6地址的基础上，本专利技术中的嵌入式网关仅使用一块挂载外部SRAM芯片的STM32F103ZET6开发板和一块ENC28J60网卡模块即可实现串口数据转以太网数据传输，是一款价格低廉的IPv6网关模块，极大地降低了入网成本。3、利用串行总线通信方式应用广泛的特性，网关适配于各类本地数据传输系统中的数据对接工作，特别是在环境数据采集传输、工业数据采集传输领域实现实时可靠的传输，极大地方便了串行总线设备的入网工作。总之，该环境监测系统布局灵活，每一个检测模块仅占用很小的空间，以无线通信的方式传递环境监测数据。由网关将一定区域内所有监测数据汇总，通过以太网数据包发送至网络，该系统整合了本地总线和IPv6网络的优势，具有实时传输、远程监测、可扩展性强、灵活性高、适应广泛、符合未来物联网发展趋势等优点。附图说明图1为本专利技术整体数据交互本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法，其特征在于：该室内环境监测系统包括局域环境监测系统和数据处理转换中心；局域环境监测系统局域环境检测系统包括传感器采集模块、组网通信模块和串口输出模块；传感器采集模块采集室内环境传感器数据并将采集的数据传输给组网通信模块，组网通信模块再通过串口输出模块将采集数据传输给数据处理转换中心；数据处理转换中心包括连接有存储芯片的单片机，单片机还连接网卡模块形成网关，网关采用LWIP_2.1.1协议栈。/n

【技术特征摘要】
1.一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法，其特征在于：该室内环境监测系统包括局域环境监测系统和数据处理转换中心；局域环境监测系统局域环境检测系统包括传感器采集模块、组网通信模块和串口输出模块；传感器采集模块采集室内环境传感器数据并将采集的数据传输给组网通信模块，组网通信模块再通过串口输出模块将采集数据传输给数据处理转换中心；数据处理转换中心包括连接有存储芯片的单片机，单片机还连接网卡模块形成网关，网关采用LWIP_2.1.1协议栈。


2.根据权利要求1所述的一种室内环境监测系统接入IPv6网络的方法，其特征在于：所述网关软件层面具有数据交互维持模块、软件数据连接模块和服务器搭建及数据传输模块；数据交互维持模块包括LWIP相关协议调用程序和状态刷新程序；LWIP相关协议调用程序负责启动协议栈，状态刷新程序用来监测当前协议是否执行超时，接入网络的同时刻周期性发送路由请求，使用邻居发现协议将最近的路由器作为自己的默认网关；软件数据连接模块包括对接LWIP软件的虚拟数据输入口、虚拟数据输出口与网卡结构体的输入、输出口对接程序，以及结构体输入输出程序与网卡硬件数据接受发送程序的的匹...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵清华，赵杨，杨静，董旭彬，王文杉，葛彦凯，
申请(专利权)人：太原理工大学，赛尔网络有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14