CN106686654A - 低速无线网络多网关报文去重的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低速无线网络多网关报文去重的方法，包括以下步骤：步骤一、节点发送报文，多个网关将报文封装发送至网络协议服务器；步骤二、网络协议服务器启动处理线程提取报文的有效载荷，计算消息完整性校验码，并和节点的网络地址组成密钥寻址至报文多拷贝集合，将报文插入，添加报文成功的处理线程竞争加锁；步骤三、决策线程进入休眠，其余处理线程在休眠期退出运行状态，决策线程被唤醒后对报文排序，挑选目标报文协议处理并发送至应用服务器。本发明还公开了一种低速无线网络多网关报文去重装置。本发明针对低速无线网络内部署多个冗余网关而带来的接收报文重复的问题，能够在网络协议服务器端去重，提高收包成功利率。

Description

低速无线网络多网关报文去重的方法及装置

技术领域

本发明涉及低速无线网络传输领域。更具体地说，本发明涉及一种低速无线网络多网关报文去重的方法及装置。

背景技术

在低速率无线网络里，为扩大网络覆盖以及保证报文传输成功，会部署多个信道参数相同的冗余网关，为了解决由此引入的报文多拷贝给业务层带来的不良影响，就需要在网络协议服务器端对接收报文进行去重。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种低速无线网络多网关报文去重的方法及装置，其针对低速无线网络内部署了多个信道参数相同的冗余网关而带来的接收报文重复的问题，能够在网络协议服务器端去重，提高收包成功利率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种低速无线网络多网关报文去重的方法，节点通过低速率无线通信协议与网关通信连接，包括以下步骤：

步骤一、节点发送报文，接收到报文的多个网关分别将报文封装，通过互联网发送至网络协议服务器；

步骤二、网络协议服务器启动相应数量的处理线程分别提取报文的有效载荷，计算其消息完整性校验码，并和节点的网络地址组成密钥寻址至报文多拷贝集合，将报文插入到所述报文多拷贝集合，添加报文成功的处理线程竞争加锁；

步骤三、首个加锁成功的处理线程跃迁成决策线程并进入休眠，其余处理线程在决策线程休眠期间退出运行状态，决策线程被唤醒后按照预定规则对所述报文多拷贝集合中的报文排序，挑选目标报文进行协议处理，并通过互联网发送至应用服务器。

优选的是，所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，所述低速率无线通信协议为MAC层协议，为LoRa、Zigbee、蓝牙技术中的一种。

优选的是，所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，网关将报文作为有效载荷，并添加网关信息，使用TCP/IP协议进行封装。

优选的是，所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，网关信息包括网关的网络地址、接收信号强度、信噪比、节点发送速率。

优选的是，所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，预定规则为接收信号强度、信噪比、节点发送速率中的一种，目标报文为决策排序的最优报文。

一种低速无线网络多网关报文去重装置，包括：

报文缓存模块，其接收并存储冗余报文；

报文处理模块，其启动相应数量的处理线程分别处理冗余报文，所述处理线程提取报文的有效载荷，计算其消息完整性校验码，并和节点的网络地址组成密钥寻址至报文多拷贝集合，将报文插入到所述报文多拷贝集合，添加报文成功的处理线程竞争加锁，首个加锁成功的处理线程跃迁成决策线程并进入休眠，其余处理线程在决策线程休眠期间退出运行状态，所述决策线程被唤醒后按照预定规则对所述报文多拷贝集合中的报文排序，并挑选目标报文；

协议处理模块，其提取所述目标报文中的有效载荷，按照MAC层协议的要求进行处理，应答节点或者转发用户数据至应用服务器。

本发明至少包括以下有益效果：本发明针对低速无线网络内部署了多个信道参数相同的冗余网关而带来的接收报文重复的问题，能够在网络协议服务器端去重，根据报文的MIC和节点网络地址构成的密钥来寻址报文多拷贝集合，并进行插入、排序、决策、去重，提高收包成功利率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的多处理线程分别处理多节点的状态示意图；

图2为本发明的决策线程的决策排序示意图；

图3为本发明的网络拓扑示意图；

图4为本发明的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

一种低速无线网络多网关报文去重的方法，由于低速无线网络具有速率低、干扰多等特点，为了尽量提高网络协议服务器端接收报文的成功率，我们在节点(传感器、信号发射源或报警源等)周围不同地理位置部署多个信道参数(发射机、接收机射频配置的参数，例如信道、编码方式，频率，发射速率等)相同的冗余网关，节点通过低速率无线通信协议与网关通信连接，网关的网络侧通过TCP/IP协议和网络协议服务器通信连接，网络协议服务器处理完报文后再发送应用服务器。本发明的方法包括以下步骤：

步骤一、如图1、4所示，节点发送报文，接收到报文的多个网关分别将报文封装，通过互联网发送至网络协议服务器，节点SN_x发送报文，位于节点SN_x周围的多个网关将报文封装成P₁、P₂、…、P_n，节点SN_y发送报文，位于节点SN_y周围的多个网关将报文封装成P₁’、P₂’、…、P_m，此时，二者的多个网关可能有部分重合，取决于节点的位置与网关的位置，同一时刻多个节点同时或相继发送报文，多个网关均可以第一时间接收并封装，彼此之间无干涉或干扰；

步骤二、如图1、4所示，网络协议服务器从接收报文缓冲区中读取报文，每读取一个报文，便启动一个处理线程，报文P₁、P₂、…、P_n分别对应处理线程T₁、T₂、…、T_n；报文P₁’、P₂’、…、P_m分别对应处理线程T₁’、T₂’、…、T_m，网络协议服务器启动相应数量的处理线程分别提取报文的有效载荷(以下简称payload)，计算其消息完整性校验码(以下简称MIC)，并和节点的网络地址组成密钥寻址至报文多拷贝集合，针对节点SN_x的报文拷贝P₁、P₂、…、P_n有相同的寻址密钥“MIC_x+ADDR_x”；针对节点SN_y的报文有相同的寻址密钥“MIC_y+ADDR_y”，每个处理线程根据寻址密钥来定位节点的报文多拷贝集合，将原始报文插入到所述报文多拷贝集合，节点SN_x的报文P₁、P₂、…、P_n插入SN_x报文集合；节点SN_y的报文P₁’、P₂’、…、P_m插入SN_y报文集合，每一个处理线程将报文插入到报文集合后，便尝试添加决策锁，添加报文成功的处理线程竞争加锁；

步骤三、如图2、4所示，首个加锁成功的处理线程跃迁成决策线程并进入休眠，让其它线程尽可能多的处理报文，休眠期为预先设定的时间，因网络容量、服务器质量不同，其余处理线程在决策线程休眠期间退出运行状态，休眠期时间结束后，仍在投递的处理线程直接退出运行状态，决策线程被唤醒作为唯一的处理线程具有决策权，按照预定规则对所述报文多拷贝集合中的报文排序，挑选最符合排序要求的目标报文(例如SN_x报文P₂、SN_y报文P₃’)出队操作，进行协议处理，并通过互联网发送至应用服务器。

在上述技术方案中，如图3、4所示，无线网络由节点SN_x以及部署在周围的多个信道参数相同的网关GW₁、GW₂、GW₃、GW₄构成，在T_send时刻，节点SN_x发送报文P_x，该报文被节点周围的4个网关接收到，各网关将报文作为payload，并添加相关的属性信息，封装成报文P₁、P₂、P₃、P₄，然后通过TCP/IP协议发送到网络协议服务器，网络协议服务器依次读取报文P₁、P₂、P₃、P₄，并启动4个处理线程。比如，处理线程T₁处理报文P₁，处理线程T₂处理报文P₂，处理线程T₃处理报文P₃，处理线程T₄处理报文P₄。处理线程T₁首先从报文P₁中提取有效载荷并计算其MIC，然后将MIC_x和SN_x的节点网络地址组成节点报文集合寻址密钥“MIC_x+ADDR_x”，通过此密钥索引寻址到SN_x报文多拷贝集合，并将报文P₁插入到该集合，然后处理线程T₁尝试添加决策锁，其他处理线程尚未到达此步骤，处理线程T₁加锁成功，跃迁成为决策线程T1，随后决策线程T₁进入休眠状态，休眠时长为ΔT_recv。在此ΔT_recv时间段内，处理线程T₂、T₃、T₄分别完成报文集合寻址密钥的计算以及报文集合的寻址，并将报文插入到报文多拷贝集合。随后处理线程T₂、T₃、T₄分别尝试添加决策锁失败，随即退出运行状态。加锁是一种通用的计算机软件中使用的方法，每个对象都对应于一个是否加锁的标记，目的是在多线程中，保证在任意时刻只有一个线程可以访问该对象。在本文中，加锁是为了保证只有一个线程可以从处理线程跃迁成决策线程。报文决策线程T₁经过ΔT_recv时间(ΔT_recv时间为预先设置，因网络容量、服务器质量不同，一般设置为300ms，能够尽可能在规定时间内收多个重复包，提高效率)的休眠后被唤醒，开始按照预定规则(人为定义的规则，按照某个参数的大小作升降序，以考量报文的某个指标是否达标)对SN_x报文多拷贝集合中的报文排序，假设某个指标的大小排序为P₂、P₃、P₁、P₄，挑选出符合要求的报文P₂送入协议处理模块处理，完成处理后将报文P₂送到应用服务器完成报文的去重和处理。

在另一种技术方案中，所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，所述低速率无线通信协议为MAC层协议，为LoRa、Zigbee、蓝牙技术中的一种，优选为LoRa技术，应用效果更好，丢包率更低。

在另一种技术方案中，所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，网关将报文作为有效载荷，并添加网关信息，使用TCP/IP协议进行封装，为报文赋予与网关相关的独特的身份信息，封装成网络协议服务器能够接收并处理的形式。

在另一种技术方案中，所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，网关信息包括网关的网络地址、接收信号强度、信噪比、节点发送速率，以上网关信息均为影响报文传输、去重的关键参数。

在另一种技术方案中，所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，预定规则为接收信号强度、信噪比、节点发送速率中的一种，三者均为报文质量的重要指标，可根据用户需求选择其一或加权后的综合指标，目标报文为决策排序的最优报文，即排序第一位的报文。

一种低速无线网络多网关报文去重装置，与网关、应用服务器通过互联网通信连接，对多个网关接收并转发的封装报文在网络协议服务器端进行去重处理，如图3所示，包括：

报文缓存模块，其与网关通信连接，接收网关发送的冗余报文并存储冗余报文；

报文处理模块，其从报文缓存模块读取报文，每读取一个报文，便启动一个处理线程，启动相应数量的处理线程分别处理冗余报文，所述处理线程提取报文的有效载荷，计算其消息完整性校验码，并和节点的网络地址组成密钥针对同一节点发送的由多个网关封装的报文有相同的寻址密钥“MIC_x+ADDR_x寻址至报文多拷贝集合，将原始报文插入到所述报文多拷贝集合，添加报文成功的处理线程竞争加锁，首个加锁成功的处理线程跃迁成决策线程并进入休眠，让其它线程尽可能多的处理报文，休眠期为预先设定的时间，因网络容量、服务器质量不同，其余处理线程在决策线程休眠期间退出运行状态，休眠期时间结束后，仍在投递的处理线程直接退出运行状态，所述决策线程被唤醒后作为唯一的处理线程具有决策权，按照预定规则对所述报文多拷贝集合中的报文排序，并挑选最符合排序要求的目标报文；

协议处理模块，其提取所述目标报文中的有效载荷，按照MAC层协议的要求进行处理，报文是协议报文时，在MAC协议服务器终结，由MAC协议服务器来应答，报文是数据报文，协议处理模块接收后应答节点或者转发用户数据至应用服务器。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种低速无线网络多网关报文去重的方法，节点通过低速率无线通信协议与网关通信连接，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、节点发送报文，接收到报文的多个网关分别将报文封装，通过互联网发送至网络协议服务器；

步骤二、网络协议服务器启动相应数量的处理线程分别提取报文的有效载荷，计算其消息完整性校验码，并和节点的网络地址组成密钥寻址至报文多拷贝集合，将报文插入到所述报文多拷贝集合，添加报文成功的处理线程竞争加锁；

步骤三、首个加锁成功的处理线程跃迁成决策线程并进入休眠，其余处理线程在决策线程休眠期间退出运行状态，决策线程被唤醒后按照预定规则对所述报文多拷贝集合中的报文排序，挑选目标报文进行协议处理，并通过互联网发送至应用服务器。

2.如权利要求1所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，其特征在于，所述低速率无线通信协议为MAC层协议，为LoRa、Zigbee、蓝牙技术中的一种。

3.如权利要求1所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，其特征在于，网关将报文作为有效载荷，并添加网关信息，使用TCP/IP协议进行封装。

4.如权利要求3所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，其特征在于，网关信息包括网关的网络地址、接收信号强度、信噪比、节点发送速率。

5.如权利要求1所述的低速无线网络多网关报文去重的方法，其特征在于，预定规则为接收信号强度、信噪比、节点发送速率中的一种，目标报文为决策排序的最优报文。

6.一种低速无线网络多网关报文去重装置，其特征在于，包括：

报文缓存模块，其接收并存储冗余报文；

报文处理模块，其启动相应数量的处理线程分别处理冗余报文，所述处理线程提取报文的有效载荷，计算其消息完整性校验码，并和节点的网络地址组成密钥寻址至报文多拷贝集合，将报文插入到所述报文多拷贝集合，添加报文成功的处理线程竞争加锁，首个加锁成功的处理线程跃迁成决策线程并进入休眠，其余处理线程在决策线程休眠期间退出运行状态，所述决策线程被唤醒后按照预定规则对所述报文多拷贝集合中的报文排序，并挑选目标报文；

协议处理模块，其提取所述目标报文中的有效载荷，按照MAC层协议的要求进行处理，应答节点或者转发用户数据至应用服务器。