本發(fā)明涉及無線設(shè)備組網(wǎng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種基于lora的組網(wǎng)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有的lorawan組網(wǎng)方式為：1.終端設(shè)備(下文簡(jiǎn)稱為“終端”)通過lora無線通訊(下文簡(jiǎn)稱為“l(fā)ora通訊”)的方式與lorawan網(wǎng)關(guān)(下文簡(jiǎn)稱“網(wǎng)關(guān)”)連接。2.網(wǎng)關(guān)通過ip網(wǎng)絡(luò)(因特網(wǎng)或者局域網(wǎng))與物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器(下文簡(jiǎn)稱“云服務(wù)器”)連接。3.網(wǎng)關(guān)之間無法通過lora無線通訊方式連接。4.云服務(wù)器是整個(gè)lorawan的中心，它負(fù)責(zé)對(duì)每個(gè)終端進(jìn)行控制或數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)lorawan的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖1)：1.站在終端與網(wǎng)關(guān)的角度來看(圖2)，一個(gè)終端只能與一個(gè)網(wǎng)關(guān)相連，但是一個(gè)網(wǎng)關(guān)可以連接多個(gè)終端，這是以網(wǎng)關(guān)為中心的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2.站在網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器的角度來看(圖3)，一個(gè)網(wǎng)關(guān)只能與一個(gè)云服務(wù)器連接，但是一個(gè)云服務(wù)器可以連接多個(gè)網(wǎng)關(guān)，這是以云服務(wù)器為中心的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3.站在整個(gè)loraawan的角度來看(圖1)，這是以云服務(wù)器為中心的兩層星型拓?fù)洹．?dāng)前技術(shù)問題及缺點(diǎn)：所有網(wǎng)關(guān)必須布設(shè)在有ip網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中。在無法擁有ip網(wǎng)絡(luò)的特定環(huán)境(比如廣袤的草原和無垠的沙漠等)將無法鋪設(shè)，或者直接限制了lorawan的覆蓋范圍。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種基于lora的組網(wǎng)方法，包括：直接與云服務(wù)器通過ip網(wǎng)絡(luò)相連的網(wǎng)關(guān)稱作主網(wǎng)關(guān)，主網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器的lora通訊跳數(shù)為0，網(wǎng)關(guān)的跳數(shù)是指網(wǎng)關(guān)要與云服務(wù)器通訊需要經(jīng)過的網(wǎng)關(guān)的個(gè)數(shù)；沒有ip網(wǎng)絡(luò)、無法與云服務(wù)器直接相連的網(wǎng)關(guān)稱作子網(wǎng)關(guān)，子網(wǎng)關(guān)與主網(wǎng)關(guān)或其他子網(wǎng)關(guān)相連；使終端與子網(wǎng)關(guān)相連；該組網(wǎng)方法包括物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用幀層，所述鏈路層負(fù)責(zé)臨近網(wǎng)關(guān)的鏈接，所述網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)云服務(wù)器與指定網(wǎng)關(guān)間的鏈接，其中包含路由信息。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述子網(wǎng)關(guān)入網(wǎng)執(zhí)行如下步驟：初始化步驟：網(wǎng)關(guān)初始化；請(qǐng)求步驟：廣播發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求；判斷步驟：判斷超時(shí)時(shí)間內(nèi)是否收到云服務(wù)器的入網(wǎng)確認(rèn)，如是，那么執(zhí)行保存步驟，否則執(zhí)行請(qǐng)求步驟；保存步驟：保存入網(wǎng)確認(rèn)中的網(wǎng)關(guān)地址信息；發(fā)送步驟：網(wǎng)關(guān)按照保存的路由表信息，向云服務(wù)器發(fā)送入網(wǎng)確認(rèn)信息；發(fā)送步驟：網(wǎng)關(guān)按照保存的路由表信息，向云服務(wù)器發(fā)送入網(wǎng)確認(rèn)信息。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，每當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，云服務(wù)器會(huì)根據(jù)路由跳數(shù)、接收時(shí)間和此網(wǎng)關(guān)與相鄰網(wǎng)關(guān)的rssi這三個(gè)值來計(jì)算路徑權(quán)重pathweight，算法如下：pathweight＝a*hop+b*rcvtime+c*pathweight其中a、b、c是系數(shù)，根據(jù)實(shí)際權(quán)衡來調(diào)節(jié)；每個(gè)網(wǎng)關(guān)選出權(quán)重最大的幾條路徑，也就是從相鄰網(wǎng)關(guān)中選取下一跳優(yōu)先網(wǎng)關(guān)，并將此信息更新到對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)中。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，如果云服務(wù)器發(fā)現(xiàn)發(fā)送下行數(shù)據(jù)時(shí)，某個(gè)網(wǎng)關(guān)無法繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則重新計(jì)算路由，換另外的路徑發(fā)送幀，如果此時(shí)發(fā)送成功則更新響應(yīng)網(wǎng)關(guān)的路由表；對(duì)于網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)上行數(shù)據(jù)時(shí)，按照上行路由表的優(yōu)先次序，如果某一個(gè)網(wǎng)關(guān)不能為其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或者轉(zhuǎn)發(fā)超時(shí)，會(huì)切換到下一優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)關(guān)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，其他網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)成功，會(huì)再使用此路徑發(fā)送一個(gè)上行幀告訴云服務(wù)器，網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)異常，云服務(wù)器會(huì)根據(jù)這一信息更新相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的路由表。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，云服務(wù)器按照網(wǎng)關(guān)的定位信息、網(wǎng)關(guān)間的rssi、以及終端與網(wǎng)關(guān)間的rssi信息得出可視化網(wǎng)絡(luò)覆蓋。本發(fā)明還提供了一種基于lora的組網(wǎng)系統(tǒng)，包括云服務(wù)器、主網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)關(guān)和終端，其中：直接與云服務(wù)器通過ip網(wǎng)絡(luò)相連的網(wǎng)關(guān)稱作主網(wǎng)關(guān)，主網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器的lora通訊跳數(shù)為0，網(wǎng)關(guān)的跳數(shù)是指網(wǎng)關(guān)要與云服務(wù)器通訊需要經(jīng)過的網(wǎng)關(guān)的個(gè)數(shù)；沒有ip網(wǎng)絡(luò)、無法與云服務(wù)器直接相連的網(wǎng)關(guān)稱作子網(wǎng)關(guān)，子網(wǎng)關(guān)與主網(wǎng)關(guān)或其他子網(wǎng)關(guān)相連；終端與子網(wǎng)關(guān)相連；該組網(wǎng)系統(tǒng)包括物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用幀層，所述鏈路層負(fù)責(zé)臨近網(wǎng)關(guān)的鏈接，所述網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)云服務(wù)器與指定網(wǎng)關(guān)間的鏈接，其中包含路由信息。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述子網(wǎng)關(guān)入網(wǎng)執(zhí)行如下模塊：初始化模塊：網(wǎng)關(guān)初始化；請(qǐng)求模塊：廣播發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求；判斷模塊：判斷超時(shí)時(shí)間內(nèi)是否收到云服務(wù)器的入網(wǎng)確認(rèn)，如是，那么執(zhí)行保存模塊，否則執(zhí)行請(qǐng)求模塊；保存模塊：保存入網(wǎng)確認(rèn)中的網(wǎng)關(guān)地址信息；發(fā)送模塊：網(wǎng)關(guān)按照保存的路由表信息，向云服務(wù)器發(fā)送入網(wǎng)確認(rèn)信息；確認(rèn)模塊：云服務(wù)器確認(rèn)網(wǎng)關(guān)已經(jīng)入網(wǎng)成功。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，每當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，云服務(wù)器會(huì)根據(jù)路由跳數(shù)、接收時(shí)間和此網(wǎng)關(guān)與相鄰網(wǎng)關(guān)的rssi這三個(gè)值來計(jì)算路徑權(quán)重pathweight，算法如下：pathweight＝a*hop+b*rcvtime+c*pathweight其中a、b、c是系數(shù)，根據(jù)實(shí)際權(quán)衡來調(diào)節(jié)；每個(gè)網(wǎng)關(guān)選出權(quán)重最大的幾條路徑，也就是從相鄰網(wǎng)關(guān)中選取下一跳優(yōu)先網(wǎng)關(guān)，并將此信息更新到對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)中。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，如果云服務(wù)器發(fā)現(xiàn)發(fā)送下行數(shù)據(jù)時(shí)，某個(gè)網(wǎng)關(guān)無法繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則重新計(jì)算路由，換另外的路徑發(fā)送幀，如果此時(shí)發(fā)送成功則更新響應(yīng)網(wǎng)關(guān)的路由表；對(duì)于網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)上行數(shù)據(jù)時(shí)，按照上行路由表的優(yōu)先次序，如果某一個(gè)網(wǎng)關(guān)不能為其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或者轉(zhuǎn)發(fā)超時(shí)，會(huì)切換到下一優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)關(guān)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，其他網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)成功，會(huì)再使用此路徑發(fā)送一個(gè)上行幀告訴云服務(wù)器，網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)異常，云服務(wù)器會(huì)根據(jù)這一信息更新相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的路由表。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，云服務(wù)器按照網(wǎng)關(guān)的定位信息、網(wǎng)關(guān)間的rssi、以及終端與網(wǎng)關(guān)間的rssi信息得出可視化網(wǎng)絡(luò)覆蓋。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在沒有ip網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下極大增加lora網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍；并且是自愈型網(wǎng)絡(luò)，可以在某個(gè)或某些網(wǎng)關(guān)故障的情況下，保證終端與與服務(wù)器之間仍可以保持通訊；可視化網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可以方便擴(kuò)充以及維護(hù)設(shè)備。附圖說明圖1是傳統(tǒng)lorawan拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖2是傳統(tǒng)lorawan網(wǎng)關(guān)與終端間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖3是傳統(tǒng)lorawan云服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明的loraawan拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的loraawan的跳數(shù)示意圖。圖6是本發(fā)明的loraawan網(wǎng)關(guān)間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明的各設(shè)備間通訊使用的協(xié)議圖。圖8是本發(fā)明在通訊中網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收?qǐng)D。圖9是本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)對(duì)下行數(shù)據(jù)幀的發(fā)送流程圖。圖10是本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)初始化流程圖。圖11是本發(fā)明的子網(wǎng)關(guān)入網(wǎng)流程圖。圖12是本發(fā)明的可視化網(wǎng)絡(luò)覆蓋圖。具體實(shí)施方式如圖4所示，本發(fā)明公開了一種基于lora的組網(wǎng)方法(一套網(wǎng)關(guān)之間基于lora通訊的網(wǎng)狀多跳組網(wǎng)方式)，解決了沒有ip網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中l(wèi)ora網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題，本發(fā)明將此組網(wǎng)方式稱作lora增強(qiáng)型廣域網(wǎng)(下文簡(jiǎn)稱“l(fā)oraawan”)。并且此組網(wǎng)方式考慮到了網(wǎng)關(guān)故障時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的自愈性，以及l(fā)ora網(wǎng)絡(luò)覆蓋可視化監(jiān)控。如圖4所示，直接與云服務(wù)器通過ip網(wǎng)絡(luò)相連的網(wǎng)關(guān)稱作主網(wǎng)關(guān)，主網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器的lora通訊跳數(shù)為0(網(wǎng)關(guān)的跳數(shù)是指網(wǎng)關(guān)要與云服務(wù)器通訊需要經(jīng)過的網(wǎng)關(guān)的個(gè)數(shù))。沒有ip網(wǎng)絡(luò)、無法與云服務(wù)器直接相連的網(wǎng)關(guān)稱作子網(wǎng)關(guān)，子網(wǎng)關(guān)可與主網(wǎng)關(guān)或其他子網(wǎng)關(guān)相連。應(yīng)用這種新型組網(wǎng)方式理論可以使任何一個(gè)網(wǎng)關(guān)所構(gòu)建的子網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍都為無窮遠(yuǎn)。下面進(jìn)行具體的介紹：1.loraawan的構(gòu)成：1.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：本發(fā)明的loraawan由云服務(wù)器、主網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)關(guān)和終端組成。從硬件的角度來看：1.1.1.云服務(wù)器硬件上與傳統(tǒng)云服務(wù)器相同；1.1.2.主網(wǎng)關(guān)與子網(wǎng)關(guān)都硬件配有中央處理器、電源模塊、gps模塊，支持全球ism頻段的lora收發(fā)器(例如采用semtech的sx1301)。1.1.2.1.對(duì)于主網(wǎng)關(guān)還配有以太網(wǎng)或wifi模塊等用來連接ip網(wǎng)絡(luò)，并且為線路供電；1.1.2.2.對(duì)于子網(wǎng)關(guān)在一些不具備線路供電的情況下也可以考慮采用電池供電；1.1.3.終端是可以配有l(wèi)ora模塊可以接入lorawan的數(shù)據(jù)采集或控制類設(shè)備，大多為電池供電。1.2.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。a.loraawan拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。b.網(wǎng)關(guān)間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。c.跳數(shù)計(jì)算。1.3.loraawan的網(wǎng)絡(luò)分層(如表2)，其中：a.phylayer(物理層)與lorawan的phylayer完全相同。b.lnklayer(鏈路層)主要負(fù)責(zé)臨近網(wǎng)關(guān)的鏈接。c.nwklayer(網(wǎng)絡(luò)層)主要負(fù)責(zé)云服務(wù)器與指定網(wǎng)關(guān)間的鏈接，其中包含路由信息。2.通訊方式2.1.為了合理的利用帶寬，lorawan和loraawan之間使用的信道不同。例如，loraawan通訊使用779-787mhz頻段，lorawan通訊使用470-510mhz頻段。(當(dāng)然按照實(shí)際情況也可以使用同一個(gè)頻段中分配不同的信道lorawan和loraawan使用)。2.2.從整個(gè)優(yōu)化后的系統(tǒng)來看，各設(shè)備間的通訊方式見圖7：2.2.1.云服務(wù)器只需要支持loraawan。2.2.2.每個(gè)網(wǎng)關(guān)都分別實(shí)現(xiàn)了lorawan和loraawan。2.2.3.終端僅支持lorawan。2.2.4.終端與網(wǎng)關(guān)的通訊被轉(zhuǎn)換成loraawan后在轉(zhuǎn)發(fā)給云服務(wù)器或者其他網(wǎng)關(guān)。2.3.站在通訊發(fā)起端來看loraawan通訊方式見圖8，其中除了網(wǎng)關(guān)需要發(fā)送之外的時(shí)間全部用來接收數(shù)據(jù)。2.4.loraawan的幀格式。2.4.1.phylayer(物理層)與lorawan的phylayer完全相同。2.4.2.在phylayer之上是lnklayer(鏈路層)，結(jié)構(gòu)見表3。lnklayer通過lhdr(表6)保證了臨近網(wǎng)關(guān)間的傳輸。其中2.4.2.1.lnk描述(表7)中確定了數(shù)據(jù)類型(表8)，是正常發(fā)送出去的，還是由于某種原因回傳回來的，如果是回傳的數(shù)據(jù)可以查看表9，判斷目標(biāo)是否不可達(dá)。2.4.2.2.lnk序號(hào)是發(fā)起端指定的一個(gè)數(shù)字，為了在傳輸失敗時(shí)確認(rèn)哪一個(gè)序號(hào)lnkpayload失敗了。2.4.2.3.接收方地址和發(fā)送方地址都是3字節(jié)的網(wǎng)關(guān)地址。網(wǎng)關(guān)只有發(fā)現(xiàn)接收方的地址與自身匹配才處理這一幀。網(wǎng)關(guān)地址為0指云服務(wù)器，網(wǎng)關(guān)地址為0xffffff指廣播。2.4.2.4.如果當(dāng)前網(wǎng)關(guān)接到a幀，轉(zhuǎn)發(fā)a幀失敗后，則回傳，并且告訴在lnk狀態(tài)中標(biāo)注目標(biāo)不可達(dá)。2.4.3.在lnklayer之上是nwklayer(網(wǎng)絡(luò)層)，結(jié)構(gòu)見表4。nwklayer通過nhdr(表10)引入了路由表的概念，可以依賴路由表通過多個(gè)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳輸至云服務(wù)器或者指定網(wǎng)關(guān)。2.4.3.1.nwk描述(表11)中定義了ntype(nwk類型，見表12)，其中“上行”指從指定網(wǎng)關(guān)到云服務(wù)器，“下行”指從云服務(wù)器到指定網(wǎng)關(guān)?！靶枰_認(rèn)”指接收方收到此幀后需要回復(fù)原始發(fā)送方確認(rèn)幀(確認(rèn)位＝1)，“不需要確認(rèn)”是指接收方收到此幀后不需要回復(fù)任何信息。如果“通訊模式”為1表示此幀是節(jié)點(diǎn)與云服務(wù)器之間的通訊，frmpayload需要按照lorawan的phypayload解析。“通訊模式”為0代表frmpayload按照loraawan的子協(xié)議解析。2.4.3.2.“nwk序號(hào)”是發(fā)起端指定的一個(gè)數(shù)字，為了在傳輸失敗時(shí)確認(rèn)哪一個(gè)序號(hào)的nwkpayload失敗了。2.4.3.3.“網(wǎng)關(guān)地址”在上行幀中代表發(fā)起方網(wǎng)關(guān)的地址，在下行幀中代表目標(biāo)接受方的網(wǎng)關(guān)地址。2.4.3.4.“跳數(shù)”是指當(dāng)前網(wǎng)關(guān)收到此幀時(shí)已經(jīng)經(jīng)過了幾個(gè)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)。2.4.3.5."路由序列"在2.4.5中描述。在下行幀中需要從“路由序列”中“跳數(shù)”對(duì)應(yīng)的位置取出網(wǎng)關(guān)編號(hào)，再根據(jù)網(wǎng)關(guān)編號(hào)檢索出對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)地址，將此網(wǎng)關(guān)地址填入“l(fā)hdr”中的“接收方”，自身作為發(fā)送方，將此幀發(fā)送出去。2.4.3.6.“確認(rèn)的nwk序號(hào)”僅當(dāng)“nwk描述”中的“確認(rèn)位”位1時(shí)才存在，代表了對(duì)哪個(gè)nwk序號(hào)的幀進(jìn)行確認(rèn)。2.4.4.在nwklayer之上是frmlayer(應(yīng)用幀層)，結(jié)構(gòu)見表5。frmlayer攜帶具體的應(yīng)用數(shù)據(jù)，因此這一層的協(xié)議由對(duì)應(yīng)應(yīng)用自行定義。2.4.5.“路由序列”：2.4.5.1.路由信息對(duì)于上行和下行的意義不同。上行幀中需要每個(gè)途徑的網(wǎng)關(guān)填入自身的下一跳網(wǎng)關(guān)編號(hào)到對(duì)應(yīng)“跳數(shù)”的位置，并將“跳數(shù)”加1，并此網(wǎng)關(guān)編號(hào)檢索到的網(wǎng)關(guān)地址填入“l(fā)hdr”中的“接收方”，自身作為發(fā)送方，將此幀發(fā)送出去；2.4.5.2.網(wǎng)關(guān)編號(hào)由3位組成，“路由序列”表由15個(gè)字節(jié)組成，意味著最大跳數(shù)只能到40。3.網(wǎng)關(guān)入網(wǎng)流程：3.1“入網(wǎng)請(qǐng)求”的frmpayload格式見表14。3.1.1“網(wǎng)關(guān)設(shè)備id”是發(fā)起入網(wǎng)請(qǐng)求的網(wǎng)關(guān)在ieeeeui64地址空間的唯一設(shè)備地址。3.1.2“到第一個(gè)網(wǎng)關(guān)的rssi”是指入網(wǎng)幀被第一網(wǎng)關(guān)接收到時(shí)的rssi(接收的信號(hào)強(qiáng)度指示)。3.1.3最多允許網(wǎng)關(guān)有三根天線，這三根天線也許不在同一位置，每根天線坐標(biāo)字段的前3個(gè)字節(jié)為緯度，后3個(gè)字節(jié)為經(jīng)度。3.1.4“網(wǎng)關(guān)的utc時(shí)間”是指發(fā)起入網(wǎng)請(qǐng)求的網(wǎng)關(guān)在與gps同步時(shí)間后獲取的utc時(shí)間，云服務(wù)器可以以此計(jì)算此網(wǎng)關(guān)到云服務(wù)器的上行傳輸延遲時(shí)間。3.2入網(wǎng)確認(rèn)的frmpayload格式見表15。3.2.1“網(wǎng)關(guān)設(shè)備id”是發(fā)起入網(wǎng)請(qǐng)求的網(wǎng)關(guān)在ieeeeui64地址空間的唯一設(shè)備地址。3.2.2“分配的網(wǎng)絡(luò)地址”是指云服務(wù)器分配給此“網(wǎng)關(guān)設(shè)備id”的網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)地址。3.2.3“臨近網(wǎng)關(guān)地址列表”是指云服務(wù)器告訴發(fā)起入網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，它附近有哪些其他網(wǎng)關(guān)已經(jīng)加入此loraawan網(wǎng)絡(luò)。最多有8個(gè)網(wǎng)關(guān)地址，他們的編號(hào)是從0到7。3.2.4“上行路由表”是一個(gè)優(yōu)先級(jí)列表，其中每3位是“臨近網(wǎng)關(guān)地址列表”中的一個(gè)序號(hào)，最多保存4個(gè)網(wǎng)關(guān)序號(hào)，發(fā)送上行數(shù)據(jù)可以根據(jù)此序號(hào)檢索“臨近網(wǎng)關(guān)地址列表”取出網(wǎng)關(guān)地址作為目標(biāo)地址傳輸幀。3.2.5“云服務(wù)器的utc時(shí)間”是指云服務(wù)器的utc時(shí)間，網(wǎng)關(guān)可以以此計(jì)算下行傳輸延遲時(shí)間。3.3網(wǎng)關(guān)入網(wǎng)前需要做的初始化如圖10。3.4子網(wǎng)關(guān)入網(wǎng)流程圖見圖11，執(zhí)行如下步驟：初始化步驟：網(wǎng)關(guān)初始化；請(qǐng)求步驟：廣播發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求；判斷步驟：判斷超時(shí)時(shí)間內(nèi)是否收到云服務(wù)器的入網(wǎng)確認(rèn)，如是，那么執(zhí)行保存步驟，否則執(zhí)行請(qǐng)求步驟；保存步驟：保存入網(wǎng)確認(rèn)中的網(wǎng)關(guān)地址信息；發(fā)送步驟：網(wǎng)關(guān)按照保存的路由表信息，向云服務(wù)器發(fā)送入網(wǎng)確認(rèn)信息；確認(rèn)步驟：云服務(wù)器確認(rèn)網(wǎng)關(guān)已經(jīng)入網(wǎng)成功。4.終端入網(wǎng)流程：4.1.從終端的角度來看，入網(wǎng)流程與lorawan沒有任何差別。4.2.從網(wǎng)關(guān)的角度來看，每個(gè)收到此終端入網(wǎng)請(qǐng)求的網(wǎng)關(guān)都需要將入網(wǎng)請(qǐng)求的phypayload(lorawan)搭載在loraawan的frmpayload中發(fā)送給服務(wù)器，并在frmpayload結(jié)尾處加入收到終端入網(wǎng)請(qǐng)求幀的rssi。4.3從云服務(wù)器的角度來看：4.3.1.它會(huì)收到對(duì)于此終端入網(wǎng)信息來自不同網(wǎng)關(guān)的幀。4.3.2.它會(huì)根據(jù)rssi、路由信息選出一個(gè)最適合轉(zhuǎn)發(fā)此終端的信息的網(wǎng)關(guān)作為目標(biāo)網(wǎng)關(guān)發(fā)送終端的入網(wǎng)確認(rèn)信息。4.3.3.它會(huì)選擇幾個(gè)最適合轉(zhuǎn)發(fā)此終端上行幀的網(wǎng)關(guān)，并更新這幾個(gè)網(wǎng)關(guān)的“終端托管列表”。4.4.網(wǎng)關(guān)收到一個(gè)終端的上行幀時(shí)，會(huì)先查詢自身的“終端托管列表”，如果存在此終端地址則轉(zhuǎn)發(fā)此終端的上行數(shù)據(jù)，否則忽略。5.路由表更新算法。每當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，比如增加或減少一個(gè)網(wǎng)關(guān)時(shí)。云服務(wù)器會(huì)根據(jù)路由跳數(shù)(hopnb)、接收時(shí)間(rcvtime)和此網(wǎng)關(guān)與相鄰網(wǎng)關(guān)的rssi這三個(gè)值來計(jì)算路徑權(quán)重(pathweight)。算法如下：pathweight＝a*hop+b*rcvtime+c*pathweight其中a、b、c是系數(shù)，根據(jù)實(shí)際權(quán)衡來調(diào)節(jié)。每個(gè)網(wǎng)關(guān)選出權(quán)重最大的幾條路徑，也就是從相鄰網(wǎng)關(guān)中選取下一跳優(yōu)先網(wǎng)關(guān)。并將此信息更新到對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)中。6.網(wǎng)絡(luò)自愈機(jī)制網(wǎng)絡(luò)自愈是指，網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)問題，無法轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，那么可以不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，并且可以定位出問題的網(wǎng)關(guān)。如果云服務(wù)器發(fā)現(xiàn)發(fā)送下行數(shù)據(jù)時(shí)，某個(gè)網(wǎng)關(guān)無法繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則重新計(jì)算路由，換另外的路徑發(fā)送幀，如果此時(shí)發(fā)送成功則更新響應(yīng)網(wǎng)關(guān)的路由表。對(duì)于網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)上行數(shù)據(jù)時(shí)，按照上行路由表的優(yōu)先次序，如果某一個(gè)網(wǎng)關(guān)不能為其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或者轉(zhuǎn)發(fā)超時(shí)，它會(huì)切換到下一優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)關(guān)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，其他網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)成功，它會(huì)再使用此路徑發(fā)送一個(gè)上行幀告訴云服務(wù)器，這個(gè)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)異常。云服務(wù)器會(huì)根據(jù)這一信息更新相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的路由表。7.可視化網(wǎng)絡(luò)維護(hù)云服務(wù)器可以按照網(wǎng)關(guān)的定位信息，網(wǎng)關(guān)間的rssi，終端與網(wǎng)關(guān)間的rssi等信息得出可視化網(wǎng)絡(luò)覆蓋(如圖12)。根據(jù)可視化覆蓋信息可以提供如下幫助：a.掌握各個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況。b.再次部署網(wǎng)關(guān)時(shí)應(yīng)該選擇什么樣的位置。c.找出網(wǎng)絡(luò)的薄弱和冗余環(huán)節(jié)。本發(fā)明還公開了一種基于lora的組網(wǎng)系統(tǒng)，包括云服務(wù)器、主網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)關(guān)和終端，其中：直接與云服務(wù)器通過ip網(wǎng)絡(luò)相連的網(wǎng)關(guān)稱作主網(wǎng)關(guān)，主網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器的lora通訊跳數(shù)為0，網(wǎng)關(guān)的跳數(shù)是指網(wǎng)關(guān)要與云服務(wù)器通訊需要經(jīng)過的網(wǎng)關(guān)的個(gè)數(shù)；沒有ip網(wǎng)絡(luò)、無法與云服務(wù)器直接相連的網(wǎng)關(guān)稱作子網(wǎng)關(guān)，子網(wǎng)關(guān)與主網(wǎng)關(guān)或其他子網(wǎng)關(guān)相連；終端與子網(wǎng)關(guān)相連；該組網(wǎng)系統(tǒng)包括物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用幀層，所述鏈路層負(fù)責(zé)臨近網(wǎng)關(guān)的鏈接，所述網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)云服務(wù)器與指定網(wǎng)關(guān)間的鏈接，其中包含路由信息。所述子網(wǎng)關(guān)入網(wǎng)執(zhí)行如下模塊：初始化模塊：網(wǎng)關(guān)初始化；請(qǐng)求模塊：廣播發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求；判斷模塊：判斷超時(shí)時(shí)間內(nèi)是否收到云服務(wù)器的入網(wǎng)確認(rèn)，如是，那么執(zhí)行保存模塊，否則執(zhí)行請(qǐng)求模塊；保存模塊：保存入網(wǎng)確認(rèn)中的網(wǎng)關(guān)地址信息；發(fā)送模塊：網(wǎng)關(guān)按照保存的路由表信息，向云服務(wù)器發(fā)送入網(wǎng)確認(rèn)信息；確認(rèn)模塊：云服務(wù)器確認(rèn)網(wǎng)關(guān)已經(jīng)入網(wǎng)成功。每當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，云服務(wù)器會(huì)根據(jù)路由跳數(shù)、接收時(shí)間和此網(wǎng)關(guān)與相鄰網(wǎng)關(guān)的rssi這三個(gè)值來計(jì)算路徑權(quán)重pathweight，算法如下：pathweight＝a*hop+b*rcvtime+c*pathweight其中a、b、c是系數(shù)，根據(jù)實(shí)際權(quán)衡來調(diào)節(jié)；每個(gè)網(wǎng)關(guān)選出權(quán)重最大的幾條路徑，也就是從相鄰網(wǎng)關(guān)中選取下一跳優(yōu)先網(wǎng)關(guān)，并將此信息更新到對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)中。如果云服務(wù)器發(fā)現(xiàn)發(fā)送下行數(shù)據(jù)時(shí)，某個(gè)網(wǎng)關(guān)無法繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則重新計(jì)算路由，換另外的路徑發(fā)送幀，如果此時(shí)發(fā)送成功則更新響應(yīng)網(wǎng)關(guān)的路由表；對(duì)于網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)上行數(shù)據(jù)時(shí)，按照上行路由表的優(yōu)先次序，如果某一個(gè)網(wǎng)關(guān)不能為其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或者轉(zhuǎn)發(fā)超時(shí)，會(huì)切換到下一優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)關(guān)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，其他網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)成功，會(huì)再使用此路徑發(fā)送一個(gè)上行幀告訴云服務(wù)器，網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)異常，云服務(wù)器會(huì)根據(jù)這一信息更新相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的路由表。云服務(wù)器按照網(wǎng)關(guān)的定位信息、網(wǎng)關(guān)間的rssi、以及終端與網(wǎng)關(guān)間的rssi信息得出可視化網(wǎng)絡(luò)覆蓋。3framelayer(應(yīng)用幀層，下文簡(jiǎn)稱“frmlayer”)2maclayer(介質(zhì)訪問控制層)1physicallayer(物理層，下文簡(jiǎn)稱“phylayer”)表1傳統(tǒng)lora網(wǎng)絡(luò)(lorawan)分層4frmlayer3networklayer(網(wǎng)絡(luò)層，下文簡(jiǎn)稱“nwklayer”)2linklayer(鏈路層，下文簡(jiǎn)稱“l(fā)nklayer”)1phylayer表2lora增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò)(loraawan)分層lhdrlinpayloadmic表3loraawan的lnklayer(即phypayload)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)nhdrnetpayload表4loraawan的nwklayer(即linpayload)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)fhdrfrmpayload表5loraawan的frmlayer(即netpayload)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度(字節(jié))1233定義lnk描述lnk序號(hào)接收方地址發(fā)送方地址表6lhdr的數(shù)據(jù)格式bit#7..54..21..0描述固定為0b111lnk類型lnk狀態(tài)表7lnk描述的數(shù)據(jù)格式表8lin類型的數(shù)據(jù)格式值(二進(jìn)制)描述00傳輸成功01目標(biāo)不可達(dá)10預(yù)留11預(yù)留表9lnk狀態(tài)的描述表10nhdr的數(shù)據(jù)格式bit#7..54..210定義ntype預(yù)留確認(rèn)位通訊模式表11nwk描述的數(shù)據(jù)格式ntype描述000入網(wǎng)請(qǐng)求001入網(wǎng)確認(rèn)010不需要確認(rèn)的上行數(shù)據(jù)011不需要確認(rèn)的下行數(shù)據(jù)100需要確認(rèn)的上行數(shù)據(jù)101需要確認(rèn)的下行數(shù)據(jù)110預(yù)留111預(yù)留表12ntype的數(shù)據(jù)描述01網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器之間的通訊節(jié)點(diǎn)與云服務(wù)器之間的通訊表13net描述中通訊模式定義表14入網(wǎng)請(qǐng)求所攜帶的數(shù)據(jù)表15入網(wǎng)確認(rèn)所攜帶的數(shù)據(jù)本發(fā)明在沒有ip網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下極大增加lora網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍；并且是自愈型網(wǎng)絡(luò)，可以在某個(gè)或某些網(wǎng)關(guān)故障的情況下，保證終端與與服務(wù)器之間仍可以保持通訊；可視化網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可以方便擴(kuò)充以及維護(hù)設(shè)備。比如荒漠中，需要捕獲一些信息(例如溫度、風(fēng)速等)，或者控制某個(gè)設(shè)備(例如噴灌設(shè)備等)。由于無法廣泛鋪設(shè)ip網(wǎng)絡(luò)，所以傳統(tǒng)lorawan的覆蓋范圍被極大限制，甚至可能達(dá)不到目標(biāo)效果。本發(fā)明的loraawan可以在這樣的環(huán)境中鋪設(shè)，loraawan網(wǎng)關(guān)的覆蓋不依賴于ip網(wǎng)絡(luò)。并且有效應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境，在網(wǎng)關(guān)故障的情況下可以快速愈合網(wǎng)絡(luò)，并且定位出故障設(shè)備。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12