一种基于LoRa的组网方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于LoRa 的组网方法及系统，该组网方法包括：直接与云服务器通过IP网络相连的网关称作主网关，主网关与云服务器的LoRa通讯跳数为0，网关的跳数是指网关要与云服务器通讯需要经过的网关的个数；没有IP网络、无法与云服务器直接相连的网关称作子网关，子网关与主网关或其他子网关相连；使终端与子网关相连。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术在没有IP网络的环境下极大增加LoRa网络覆盖范围；并且是自愈型网络，可以在某个或某些网关故障的情况下，保证终端与服务器之间仍可以保持通讯；可视化网络覆盖，可以方便扩充以及维护设备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LoRa的组网方法及系统
本专利技术涉及无线设备组网
，尤其涉及一种基于LoRa的组网方法及系统。
技术介绍
现有的LoRaWAN组网方式为：1.终端设备(下文简称为“终端”)通过LoRa无线通讯(下文简称为“LoRa通讯”)的方式与LoRaWAN网关(下文简称“网关”)连接。2.网关通过IP网络(因特网或者局域网)与物联网云服务器(下文简称“云服务器”)连接。3.网关之间无法通过LoRa无线通讯方式连接。4.云服务器是整个LoRaWAN的中心，它负责对每个终端进行控制或数据采集。传统LoRaWAN的拓扑结构(图1)：1.站在终端与网关的角度来看(图2)，一个终端只能与一个网关相连，但是一个网关可以连接多个终端，这是以网关为中心的星型拓扑结构。2.站在网关与云服务器的角度来看(图3)，一个网关只能与一个云服务器连接，但是一个云服务器可以连接多个网关，这是以云服务器为中心的星型拓扑结构。3.站在整个LoRaAWAN的角度来看(图1)，这是以云服务器为中心的两层星型拓扑。当前技术问题及缺点：所有网关必须布设在有IP网络的环境中。在无法拥有IP网络的特定环境(比如广袤的草原和无垠的沙漠等)将无法铺设，或者直接限制了LoRaWan的覆盖范围。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于LoRa的组网方法，包括：直接与云服务器通过IP网络相连的网关称作主网关，主网关与云服务器的LoRa通讯跳数为0，网关的跳数是指网关要与云服务器通讯需要经过的网关的个数；没有IP网络、无法与云服务器直接相连的网关称作子网关，子网关与主网关或其他子网关相连；使终端与子网关相连；该组网方法包括物理层、链路层、网络层和应用帧层，所述链路层负责临近网关的链接，所述网络层负责云服务器与指定网关间的链接，其中包含路由信息。作为本专利技术的进一步改进，所述子网关入网执行如下步骤：初始化步骤：网关初始化；请求步骤：广播发送入网请求；判断步骤：判断超时时间内是否收到云服务器的入网确认，如是，那么执行保存步骤，否则执行请求步骤；保存步骤：保存入网确认中的网关地址信息；发送步骤：网关按照保存的路由表信息，向云服务器发送入网确认信息；发送步骤：网关按照保存的路由表信息，向云服务器发送入网确认信息。作为本专利技术的进一步改进，每当网络发生变化时，云服务器会根据路由跳数、接收时间和此网关与相邻网关的RSSI这三个值来计算路径权重PathWeight，算法如下：PathWeight＝a*Hop+b*RcvTime+c*PathWeight其中a、b、c是系数，根据实际权衡来调节；每个网关选出权重最大的几条路径，也就是从相邻网关中选取下一跳优先网关，并将此信息更新到对应网关中。作为本专利技术的进一步改进，如果云服务器发现发送下行数据时，某个网关无法继续转发数据，则重新计算路由，换另外的路径发送帧，如果此时发送成功则更新响应网关的路由表；对于网关转发上行数据时，按照上行路由表的优先次序，如果某一个网关不能为其转发数据或者转发超时，会切换到下一优先级的网关继续转发，其他网关转发成功，会再使用此路径发送一个上行帧告诉云服务器，网关转发异常，云服务器会根据这一信息更新相应网关的路由表。作为本专利技术的进一步改进，云服务器按照网关的定位信息、网关间的RSSI、以及终端与网关间的RSSI信息得出可视化网络覆盖。本专利技术还提供了一种基于LoRa的组网系统，包括云服务器、主网关、子网关和终端，其中：直接与云服务器通过IP网络相连的网关称作主网关，主网关与云服务器的LoRa通讯跳数为0，网关的跳数是指网关要与云服务器通讯需要经过的网关的个数；没有IP网络、无法与云服务器直接相连的网关称作子网关，子网关与主网关或其他子网关相连；终端与子网关相连；该组网系统包括物理层、链路层、网络层和应用帧层，所述链路层负责临近网关的链接，所述网络层负责云服务器与指定网关间的链接，其中包含路由信息。作为本专利技术的进一步改进，所述子网关入网执行如下模块：初始化模块：网关初始化；请求模块：广播发送入网请求；判断模块：判断超时时间内是否收到云服务器的入网确认，如是，那么执行保存模块，否则执行请求模块；保存模块：保存入网确认中的网关地址信息；发送模块：网关按照保存的路由表信息，向云服务器发送入网确认信息；确认模块：云服务器确认网关已经入网成功。作为本专利技术的进一步改进，每当网络发生变化时，云服务器会根据路由跳数、接收时间和此网关与相邻网关的RSSI这三个值来计算路径权重PathWeight，算法如下：PathWeight＝a*Hop+b*RcvTime+c*PathWeight其中a、b、c是系数，根据实际权衡来调节；每个网关选出权重最大的几条路径，也就是从相邻网关中选取下一跳优先网关，并将此信息更新到对应网关中。作为本专利技术的进一步改进，如果云服务器发现发送下行数据时，某个网关无法继续转发数据，则重新计算路由，换另外的路径发送帧，如果此时发送成功则更新响应网关的路由表；对于网关转发上行数据时，按照上行路由表的优先次序，如果某一个网关不能为其转发数据或者转发超时，会切换到下一优先级的网关继续转发，其他网关转发成功，会再使用此路径发送一个上行帧告诉云服务器，网关转发异常，云服务器会根据这一信息更新相应网关的路由表。作为本专利技术的进一步改进，云服务器按照网关的定位信息、网关间的RSSI、以及终端与网关间的RSSI信息得出可视化网络覆盖。本专利技术的有益效果是：本专利技术在没有IP网络的环境下极大增加LoRa网络覆盖范围；并且是自愈型网络，可以在某个或某些网关故障的情况下，保证终端与与服务器之间仍可以保持通讯；可视化网络覆盖，可以方便扩充以及维护设备。附图说明图1是传统LoRaWAN拓扑结构图。图2是传统LoRaWAN网关与终端间拓扑结构图。图3是传统LoRaWAN云服务器与网关间拓扑结构图。图4是本专利技术的LoRaAWAN拓扑结构图。图5是本专利技术的LoRaAWAN的跳数示意图。图6是本专利技术的LoRaAWAN网关间拓扑结构图。图7是本专利技术的各设备间通讯使用的协议图。图8是本专利技术在通讯中网关数据发送与接收图。图9是本专利技术的网关对下行数据帧的发送流程图。图10是本专利技术的网关初始化流程图。图11是本专利技术的子网关入网流程图。图12是本专利技术的可视化网络覆盖图。具体实施方式如图4所示，本专利技术公开了一种基于LoRa的组网方法(一套网关之间基于LoRa通讯的网状多跳组网方式)，解决了没有IP网络的环境中LoRa网络的覆盖问题，本专利技术将此组网方式称作LoRa增强型广域网(下文简称“LoRaAWAN”)。并且此组网方式考虑到了网关故障时整个网络的自愈性，以及LoRa网络覆盖可视化监控。如图4所示，直接与云服务器通过IP网络相连的网关称作主网关，主网关与云服务器的LoRa通讯跳数为0(网关的跳数是指网关要与云服务器通讯需要经过的网关的个数)。没有IP网络、无法与云服务器直接相连的网关称作子网关，子网关可与主网关或其他子网关相连。应用这种新型组网方式理论可以使任何一个网关所构建的子网络的覆盖范围都为无穷远。下面进行具体的介绍：1.LoRaAWAN的构成：1.1网络设备：本专利技术的LoRaAWAN由云服务器、主网关、子网关和终端组成。从硬件的角度来看：1.1.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LoRa的组网方法，其特征在于，直接与云服务器通过IP网络相连的网关称作主网关，主网关与云服务器的LoRa通讯跳数为0，网关的跳数是指网关要与云服务器通讯需要经过的网关的个数；没有IP网络、无法与云服务器直接相连的网关称作子网关，子网关与主网关或其他子网关相连；使终端与子网关相连；该组网方法包括物理层、链路层、网络层和应用帧层，所述链路层负责临近网关的链接，所述网络层负责云服务器与指定网关间的链接，其中包含路由信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa的组网方法，其特征在于，直接与云服务器通过IP网络相连的网关称作主网关，主网关与云服务器的LoRa通讯跳数为0，网关的跳数是指网关要与云服务器通讯需要经过的网关的个数；没有IP网络、无法与云服务器直接相连的网关称作子网关，子网关与主网关或其他子网关相连；使终端与子网关相连；该组网方法包括物理层、链路层、网络层和应用帧层，所述链路层负责临近网关的链接，所述网络层负责云服务器与指定网关间的链接，其中包含路由信息。2.根据权利要求1所述的组网方法，其特征在于，所述子网关入网执行如下步骤：初始化步骤：网关初始化；请求步骤：广播发送入网请求；判断步骤：判断超时时间内是否收到云服务器的入网确认，如是，那么执行保存步骤，否则执行请求步骤；保存步骤：保存入网确认中的网关地址信息；发送步骤：网关按照保存的路由表信息，向云服务器发送入网确认信息；确认步骤：云服务器确认网关已经入网成功。3.根据权利要求1所述的组网方法，其特征在于，每当网络发生变化时，云服务器会根据路由跳数、接收时间和此网关与相邻网关的RSSI这三个值来计算路径权重PathWeight，算法如下：PathWeight＝a*Hop+b*RcvTime+c*PathWeight其中a、b、c是系数，根据实际权衡来调节；每个网关选出权重最大的几条路径，也就是从相邻网关中选取下一跳优先网关，并将此信息更新到对应网关中。4.根据权利要求1所述的组网方法，其特征在于，如果云服务器发现发送下行数据时，某个网关无法继续转发数据，则重新计算路由，换另外的路径发送帧，如果此时发送成功则更新响应网关的路由表；对于网关转发上行数据时，按照上行路由表的优先次序，如果某一个网关不能为其转发数据或者转发超时，会切换到下一优先级的网关继续转发，其他网关转发成功，会再使用此路径发送一个上行帧告诉云服务器，网关转发异常，云服务器会根据这一信息更新相应网关的路由表。5.根据权利要求1所述的组网方法，其特征在于，云服务器按照网关的定位信息、网关间的RSSI、以及终端与网关间的RSSI信息得出可视化网络覆盖。6.一种基于LoRa...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞浩，钟景维，
申请(专利权)人：深圳市亿道数码技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44