CN106507369A - 物联网通信网络的搭建方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物联网通信网络的搭建方法及系统。其中，该方法至少包括：基站向服务端发送白频谱信息获取请求；所述服务端对所述白频谱信息获取请求进行响应；所述基站接收白频谱信息响应；所述基站根据接收到的白频谱信息进行跳频。本发明根据获取到的白频谱信息进行跳频，实现了在白频谱频段进行通信，从而实现了对白频谱的有效利用，无需增加通信设备和布线，不仅易部署，而且还降低了成本。同时，还提高了频谱的利用率。

Description

物联网通信网络的搭建方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及物联网通信网络的搭建方法及系统。
背景技术
在互联网时代，网络已经渗透到生活的各个方面。但是，对于偏远农村居民来说，因地处偏远而无法连接到网络。在国家大力提倡物联网和互联网+的情形下，为偏远农村提供稳定、易推广、易搭建的宽带网络是发展物联网以及互联网+的基础。因此，提供低成本、易部署、性能稳定的农村无线网络解决方案成为了非常重要的研究领域，并受到了政府的高度重视。
网络的搭建大致可分为两类：有线网络连接和无线网络连接。其中，有线网络连接是通过光纤、网线等线缆连接到路由器或者交换机上进行网络连接。无线网络连接可分为移动通信网络的网络连接(如移动、联通等)和无线局域网络连接(如WiFi常用采取802.11协议的无线局域网等)。但是，这些均不适于在偏远农村进行宽带接入。主要原因如下：
(1)由于农村的面积比较大，人口比较分散，而且有些农村的位置非常偏远，如果通过铺设光纤和网线来向居民提供网络连接，则需要复杂而且庞大的网络系统。但是，网络的利用率低导致费用高，这样就会使得前期的设备投资较大而使得收费较高，因而推广性差。
(2)采用移动通信网络不适合进行宽带接入。虽然现在通过4G网络可以达到100Mbps的下行速度，可以达到网络的需求，但是偏远农村的移动网络信号覆盖差且移动网络的费用太高，因而也不适于推广农村宽带接入。
(3)由于WiFi采用的是2.4GHz的公共频段，因此提供满意的性能的传输距离只有50-100米，不适宜长距离传输。虽然可以通过多路由来搭建长距离网络，但是增加额外的设备必然会导致搭建网络的设备成本增加而同样不利于推广，不适合农村网络的搭建。
通过分析以上方案的缺点可知，对于农村互联网接入需要提供一种易部署和低成本的通信网络。
发明内容
本发明通过提供一种物联网通信网络的搭建方法及系统，解决了现有技术中成本高的技术问题，实现了降低成本的技术效果。
本发明提供了一种物联网通信网络的搭建方法，至少包括：
基站向服务端发送白频谱信息获取请求；
所述服务端对所述白频谱信息获取请求进行响应；
所述基站接收白频谱信息响应；
所述基站根据接收到的白频谱信息进行跳频。
进一步地，还至少包括：
所述服务端维护白频谱信息数据库；其中，所述白频谱信息数据库至少包括有基站信息、与基站相对应的白频谱信息；
所述服务端对所述白频谱信息获取请求进行响应，具体包括：
所述服务端通过查询所述白频谱信息数据库对所述白频谱信息获取请求进行响应。
进一步地，在所述基站向服务端发送白频谱信息获取请求之前，还至少包括：
所述基站向所述服务端发送注册信息；
所述服务端根据所述注册信息对所述基站进行注册，并统计出与所述基站相对应的白频谱信息，存入所述白频谱信息数据库；
所述服务端通过查询所述白频谱信息数据库对所述白频谱信息获取请求进行响应，具体包括：
所述服务端根据所述白频谱信息获取请求查询所述白频谱信息数据库，得到与所述基站相对应的白频谱信息，将所述白频谱信息发送到所述基站。
进一步地，在所述基站根据接收到的白频谱信息进行跳频之后，将所述白频谱信息进行广播。
进一步地，还至少包括：
用户终端根据所述基站广播的白频谱信息进行跳频。
本发明提供的物联网通信网络的搭建系统，至少包括：
基站请求模块，用于使基站向服务端发送白频谱信息获取请求；
服务端响应模块，用于使所述服务端对所述白频谱信息获取请求进行响应；
基站接收模块，用于使所述基站接收白频谱信息响应；
基站跳频模块，用于使所述基站根据接收到的白频谱信息进行跳频。
进一步地，还至少包括：
服务端维护模块，用于使所述服务端维护白频谱信息数据库；其中，所述白频谱信息数据库至少包括有基站信息、与基站相对应的白频谱信息；
所述服务端响应模块，具体用于使所述服务端通过查询所述白频谱信息数据库对所述白频谱信息获取请求进行响应。
进一步地，还至少包括：
基站注册申请模块，用于使所述基站向所述服务端发送注册信息；
服务端处理模块，用于使所述服务端根据所述注册信息对所述基站进行注册，并统计出与所述基站相对应的白频谱信息，存入所述白频谱信息数据库；
所述服务端响应模块，具体包括：
查询单元，用于使所述服务端根据所述白频谱信息获取请求查询所述白频谱信息数据库，得到与所述基站相对应的白频谱信息；
响应单元，用于将所述白频谱信息发送到所述基站。
进一步地，还至少包括：
基站广播模块，用于将所述白频谱信息进行广播。
进一步地，还至少包括：
终端跳频模块，用于使用户终端根据所述基站广播的白频谱信息进行跳频。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
根据获取到的白频谱信息进行跳频，实现了在白频谱频段进行通信，从而实现了对白频谱的有效利用，无需增加通信设备和布线，不仅易部署，而且还降低了成本。同时，还提高了频谱的利用率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的物联网通信网络的搭建方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的物联网通信网络的搭建系统的模块图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种物联网通信网络的搭建方法及系统，解决了现有技术中成本高的技术问题，实现了降低成本的技术效果。
本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据获取到的白频谱信息进行跳频，实现了在白频谱频段进行通信，从而实现了对白频谱的有效利用，无需增加通信设备和布线，不仅易部署，而且还降低了成本。同时，还提高了频谱的利用率。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参见图1，本发明实施例提供的物联网通信网络的搭建方法，至少包括：
步骤S110：基站向服务端发送白频谱信息获取请求；
在本实施例中，白频谱信息获取请求CHANNEL_AVAILABLE_DB的数据结构如表1所示：
表1白频谱信息获取请求CHANNEL_AVAILABLE_DB的数据结构
步骤S120：服务端对白频谱信息获取请求进行响应；
在本实施例中，服务端维护白频谱信息数据库；其中，白频谱信息数据库至少包括有基站信息、与基站相对应的白频谱信息。在本实施例中，基站信息至少包括：基站ID、基站序列号和基站位置等，本发明实施例对此不做出具体的限制。
在这种情况下，步骤S120具体包括：
服务端通过查询白频谱信息数据库对白频谱信息获取请求进行响应。
对本发明实施例进行说明，在步骤S110之前，
基站向服务端发送注册信息；
在本实施例中，注册信息REQUEST_ENLISTMENT_DB的数据结构如表2所示：
表2注册信息REQUEST_ENLISTMENT_DB的数据结构
服务端根据注册信息对基站进行注册，并统计出与基站相对应的白频谱信息，存入白频谱信息数据库。
服务端还返回确认注册信息CONFIRM_ENLISTMENT_DB到基站，表明服务端已注册该基站的相关信息。其中，确认注册信息CONFIRM_ENLISTMENT_DB的数据结构如表3所示：
表3确认注册信息CONFIRM_ENLISTMENT_DB的数据结构
对步骤S120进行进一步说明：
服务端根据白频谱信息获取请求查询白频谱信息数据库，得到与基站相对应的白频谱信息，将白频谱信息发送到基站。
对本发明实施例进行进一步说明，在基站向服务端发送注册信息之前，基站通过socket套接字与服务端建立通信连接。
在本实施例中，协议采用TCP可靠传输协议。在建立完成socket网络通信之后，通过send()函数以及recv()函数来进行数据的发送和接收。具体地，基站通过socket向服务端发送通信连接请求REQUEST_AVAILABLE_DB。该通信连接请求的数据结构如表4所示：
表4通信连接请求REQUEST_AVAILABLE_DB的数据结构
在基站发送通信连接请求REQUEST_AVAILABLE_DB后，服务端会返回确认信息CONFIRM_AVAILABLE_DB，以表明连接成功。
步骤S130：基站接收白频谱信息响应；
步骤S140：基站根据接收到的白频谱信息进行跳频，使基站能够在白频谱频段进行通信。
这里需要说明的是，在服务端的Web程序中调用Google地图API，从而可以在Google地图上显示基站的地理位置信息。具体地，Web浏览器发送地图数据请求，Google地图服务器接收请求查询地图数据库，返回XML格式的数据，Web页面解析XML数据将地图显示出来。由于基站在白频谱信息数据库中存储有经度和纬度信息，因此，服务端在接收到带有经纬度坐标的请求参数时，可以将基站位置在Google地图上显示出来。
在本实施例中，服务端为云平台。
这里还需要说明的是，本发明实施例将白频谱信息存储在地图上的每一个像素点中，每一个像素点有一个经纬度的地址信息，且每个像素点存储了该地址的白频谱信息，以这种方式，能够便捷地得到白频谱信息。
步骤S150：将白频谱信息进行广播。
步骤S160：用户终端根据基站广播的白频谱信息进行跳频，使用户终端能够在白频谱频段进行通信。
对本步骤进行说明：
用户终端接收到信标帧的数据后，将其中基站使用的白频谱信息获取，其中信标帧中的白频谱信息strcut act ive_whitespace_data的数据结构如表5所示。
表5白频谱信息的数据结构
用户终端接收到基站广播的信标帧后，终端跳频到基站使用的白频谱频段，并发送应答信息到基站，表明该终端已跳频加入网络。其中，应答信息的数据结构如表6所示。
表6应答信息的数据结构
本发明实施例还提供了一种针对本发明实施例提供的物联网通信网络的搭建方法进行测试的方法。具体包括：
(1)基站开机，通过频率监测设备监测基站的频率以及信号功率等信息，并记录相关信息。
(2)终端加入网络，监测终端的频率以及信号功率等信息，并且记录下相关信息。
(3)基站向服务端发送请求获取可用白频谱频段，基站获取到可用白频谱频段后，记录下白频谱数据信息，并打印出获取到的数据信息。
(4)基站广播信标帧后，跳频到可用白频谱频段等待终端的加入。基站跳频到可用白频谱频段后，通过频率监测设备监测基站的频率以及信号功率等信息，并记录下相关信息。
(5)终端接收到信标帧后，打印出接收到的信标帧信息并将相关的信息记录下来。
(6)终端跳频加入到基站网络后，通过频率监测设备监测终端的频率以及信号功率等信息，并记录下相关的信息
(7)重复步骤1-6，多次测试并且记录下测试结果。
(8)分析记录的数据，判断基站以及终端是否能够根据接收到的可用白频谱频段信息实现白频谱的自适应机制。具体地，通过以上的监测方法对基站以及终端的频谱进行监测，将监测数据与从服务端获取到的数据进行对比，从而分析基站以及终端是否实现了白频谱自适应机制。
在本实施例中，监测到的数据如表7所示：
表7监测到的数据
由表7可知，分别记录了100次基站以及终端跳频的信息，将基站获取到的频谱信息和频率监测设备监测到的频谱信息进行比较。如果基站获取到的频谱信息和频率监测设备监测到的信息相等且基站和终端的频段相等，则说明此次跳频成功。分析数据对比100次跳频的成功率，若跳频正确率达到95％，则可说明白频谱自适应机制正确，否则需要对白频谱自适应机制进行修改重新测试。
在本实施例中，频率监测设备为国产的白鹭HSA820频谱仪，其测量的频率范围为9KHz到2GHz之间，支持对占用带宽(OBW)、信道功率(CHP)以及领导功率比(ACPR)的一键测量。
参见图2，本发明实施例提供的物联网通信网络的搭建系统，至少包括：
通信连接模块100，用于使基站通过socket套接字与服务端建立通信连接。
在本实施例中，协议采用TCP可靠传输协议。在建立完成socket网络通信之后，通过send()函数以及recv()函数来进行数据的发送和接收。
基站请求模块200，用于使基站向服务端发送白频谱信息获取请求；
服务端响应模块300，用于使服务端对白频谱信息获取请求进行响应；
基站接收模块400，用于使基站接收白频谱信息响应；
基站跳频模块500，用于使基站根据接收到的白频谱信息进行跳频，使基站能够在白频谱频段进行通信。
基站广播模块600，用于将白频谱信息进行广播。
终端跳频模块700，用于使用户终端根据基站广播的白频谱信息进行跳频，使用户终端能够在白频谱频段进行通信。
对本发明实施例进行说明，还至少包括：
服务端维护模块，用于使服务端维护白频谱信息数据库；其中，白频谱信息数据库至少包括有基站信息、与基站相对应的白频谱信息。在本实施例中，基站信息至少包括：基站ID、基站序列号和基站位置等，本发明实施例对此不做出具体的限制。
在这种情况下，服务端响应模块300，具体用于使服务端通过查询白频谱信息数据库对白频谱信息获取请求进行响应。
对本发明实施例进行进一步说明，还至少包括：
基站注册申请模块，用于使基站向服务端发送注册信息；
服务端处理模块，用于使服务端根据注册信息对基站进行注册，并统计出与基站相对应的白频谱信息，存入白频谱信息数据库。
在这种情况下，服务端响应模块300，具体包括：
查询单元，用于使服务端根据白频谱信息获取请求查询白频谱信息数据库，得到与基站相对应的白频谱信息；
响应单元，用于将白频谱信息发送到基站。
【技术效果】
1、根据获取到的白频谱信息进行跳频，实现了在白频谱频段进行通信，从而实现了对白频谱的有效利用，无需增加通信设备和布线，不仅易部署，而且还降低了成本。同时，还提高了频谱的利用率。
2、由于白频谱宽带接入使用的频段更低，波长更长，因此有更强的穿透力，受环境干扰的可能性也会更低，因而传播的距离也会更远，理论上传输距离可以达到160公里，因此本发明实施例还实现了长距离传输。
3、通过Google地图API来显示基站的地理位置信息，将频谱资源坐标化来对频谱资源进行定位，实现了清晰直观地查看基站的状态信息和对频谱资源进行定位，从而可以方便地对频谱资源和设备进行管理。
4、基站在实现了跳频之后，将白频谱信息进行广播，使其他设备能够感知到白频谱信息，从而使其他设备也能够跳频到白频谱频段进行通信，进而提高了本发明实施例的实用性。
5、本发明实施例中的服务端为云平台，第一，通过云平台提供的虚拟服务，使用户不论在任何地方任何时间，只要有互联网，就可以通过网络获取服务，因而避免了因频谱资源分布比较分散而需要多点部署服务器和数据库，不仅能够更好地满足对于频谱管理的需求，而且还降低了使用成本。第二，通过云平台所拥有的超大规模的计算能力，满足了大量白频谱信息的计算需求。第三，通过云平台所具有的高伸缩性的特点，满足了后期随着基站和终端的增加，频谱资源数据会成倍增加的需求，因而为后期平台的扩建预留了可操作空间。第四，由于云平台具有资源分布和可靠性高的特点，因而保证了通信的稳定。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种物联网通信网络的搭建方法，其特征在于，至少包括：
基站向服务端发送白频谱信息获取请求；
所述服务端对所述白频谱信息获取请求进行响应；
所述基站接收白频谱信息响应；
所述基站根据接收到的白频谱信息进行跳频。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还至少包括：
所述服务端维护白频谱信息数据库；其中，所述白频谱信息数据库至少包括有基站信息、与基站相对应的白频谱信息；
所述服务端对所述白频谱信息获取请求进行响应，具体包括：
所述服务端通过查询所述白频谱信息数据库对所述白频谱信息获取请求进行响应。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述基站向服务端发送白频谱信息获取请求之前，还至少包括：
所述基站向所述服务端发送注册信息；
所述服务端根据所述注册信息对所述基站进行注册，并统计出与所述基站相对应的白频谱信息，存入所述白频谱信息数据库；
所述服务端通过查询所述白频谱信息数据库对所述白频谱信息获取请求进行响应，具体包括：
所述服务端根据所述白频谱信息获取请求查询所述白频谱信息数据库，得到与所述基站相对应的白频谱信息，将所述白频谱信息发送到所述基站。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述基站根据接收到的白频谱信息进行跳频之后，将所述白频谱信息进行广播。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还至少包括：
用户终端根据所述基站广播的白频谱信息进行跳频。
6.一种物联网通信网络的搭建系统，其特征在于，至少包括：
基站请求模块，用于使基站向服务端发送白频谱信息获取请求；
服务端响应模块，用于使所述服务端对所述白频谱信息获取请求进行响应；
基站接收模块，用于使所述基站接收白频谱信息响应；
基站跳频模块，用于使所述基站根据接收到的白频谱信息进行跳频。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还至少包括：
服务端维护模块，用于使所述服务端维护白频谱信息数据库；其中，所述白频谱信息数据库至少包括有基站信息、与基站相对应的白频谱信息；
所述服务端响应模块，具体用于使所述服务端通过查询所述白频谱信息数据库对所述白频谱信息获取请求进行响应。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还至少包括：
基站注册申请模块，用于使所述基站向所述服务端发送注册信息；
服务端处理模块，用于使所述服务端根据所述注册信息对所述基站进行注册，并统计出与所述基站相对应的白频谱信息，存入所述白频谱信息数据库；
所述服务端响应模块，具体包括：
查询单元，用于使所述服务端根据所述白频谱信息获取请求查询所述白频谱信息数据库，得到与所述基站相对应的白频谱信息；
响应单元，用于将所述白频谱信息发送到所述基站。
9.如权利要求6-8中任一项所述的系统，其特征在于，还至少包括：
基站广播模块，用于将所述白频谱信息进行广播。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，还至少包括：
终端跳频模块，用于使用户终端根据所述基站广播的白频谱信息进行跳频。
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