CN107659889B

CN107659889B - 数据转发方法和装置

Info

Publication number: CN107659889B
Application number: CN201710901621.0A
Authority: CN
Inventors: 李华
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: CN107659889A

Abstract

本申请提供了数据转发方法和装置。本申请中，MESH网关在每一状态调整周期内确定出数据传输时间窗口后，集中在确定出的数据传输时间窗口内集中进行数据传输，而在数据传输时间窗口之外的其他时间，MESH网关处于低功耗的休眠状态，这样使得MESH网关能够按需进行数据传输，极大降低MESH网关的整体功耗，使得在指定应用场景中即使缺少外接电源、有线传输线路，也能靠部署电池供电的MESH网关和无线MESH连接方式将指定应用场景接入Lora网络，实现指定应用场景的Lora网络化。

Description

数据转发方法和装置

技术领域

本申请涉及网络通信技术，特别涉及数据转发方法和装置。

背景技术

低功耗广域网(LoraWAN)MAC层协议(简称LoraWAN协议)定义了Lora网络的星形连接方式，即众多的终端通过Lora无线技术连接到Lora网关，以便访问有线网络，具体如图1所示的Lora网络的星形连接结构。

星型连接的组网方式实现简单、网络传输延时可控。但是，其必须依赖有线网络资源才可以进行网络部署。考虑到Lora扩频技术传输的距离较远(单个基站即可以覆盖较大的区域)、项目实际部署和维护的难易程度这些因素，标准的LoraWAN协议只支持星型结构。

对于大部分的应用场景，Lora网络的星型结构完全可以满足要求。但对于不满足Lora网络安装条件的指定应用场景，由于不满足Lora网络安装条件，则Lora网络的星型连接方式是不能工作的。这里，不满足Lora网络安装条件包括：不具备有线网络资源、外接电源等安装资源。

对于指定应用场景，如何将指定应用场景接入Lora网络，实现指定应用场景的Lora网络化是亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了数据转发方法和装置，以实现指定应用场景接入Lora网络，实现指定应用场景的Lora网络化。

本申请提供的技术方案包括：

一种数据转发方法，该方法应用于指定应用场景中支持无线网格MESH连接的MESH网关，所述指定应用场景为不满足Lora网络安装条件的应用场景，该方法包括：

基于LoraWAN协议，与Lora网络中Lora网关建立MESH连接；

按照预设的状态调整周期执行以下步骤：获取并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口，在所述数据传输时间窗口内通过所述MESH连接或者通过与本地接入终端之间的Lora链路进行业务数据传输，在本状态调整周期内所述数据传输时间窗口之后的时间段内以低功耗休眠方式运行。

一种数据转发方法，该方法应用于指定应用场景中的终端，所述指定应用场景为不满足Lora网络安装条件的应用场景，当所述终端工作在Class A模式时，该方法包括：

若侦听到所述指定应用场景中支持MESH连接的MESH网关发送的信标Beacon报文，则，

与所述MESH网关进行时间同步，在与所述MESH网关完成时间同步后发送访问时隙请求给所述MESH网关；

接收所述MESH网关转发的来自Lora网络中Lora服务器发送给本终端的访问时隙响应，从所述访问时隙响应中获取并记录所述Lora服务器为本终端分配的访问时隙；

在所述访问时隙内进行业务数据传输，而在所述访问时隙之后的时间以低功耗休眠方式运行。

一种数据转发装置，该装置应用于指定应用场景中支持MESH连接的MESH网关，所述指定应用场景为不满足Lora网络安装条件的应用场景，该装置包括：

MESH连接单元，用于基于LoraWAN协议，与Lora网络中Lora网关建立MESH连接；

执行单元，用于按照预设的状态调整周期执行以下步骤：获取并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口，在所述数据传输时间窗口内通过所述MESH连接或者通过与本地接入终端之间的Lora链路进行业务数据传输，在本状态调整周期内所述数据传输时间窗口之后的时间段内以低功耗休眠方式运行。

一种数据转发装置，其特征在于，该装置应用于指定应用场景中的终端，所述指定应用场景为不满足Lora网络安装条件的应用场景，该装置包括：

侦听单元，用于当所述终端工作在Class A模式时，侦听所述指定应用场景中支持MESH连接的MESH网关发送的信标Beacon报文；

同步单元，用于在所述侦听单元侦听到所述MESH网关发送的Beacon报文，则与所述MESH网关进行时间同步；

时隙单元，用于在所述同步单元完成同步后，发送访问时隙请求给所述MESH网关；以及，接收所述MESH网关转发的来自Lora网络中Lora服务器发送给本终端的访问时隙响应，从所述访问时隙响应中获取并记录所述Lora服务器为本终端分配的访问时隙；以及，

由以上技术方案可以看出，本申请中，MESH网关在每一状态调整周期内确定出数据传输时间窗口后，集中在确定出的本状态调整周期内的数据传输时间窗口内集中进行数据传输，而在本状态调整周期内数据传输时间窗口之后的时间段内，MESH网关处于低功耗的休眠状态，这样使得MESH网关能够按需进行数据传输，极大降低MESH网关的整体功耗，使得在指定应用场景中即使缺少外接电源、有线传输线路，也能靠部署电池供电的MESH网关和无线MESH连接方式将指定应用场景接入Lora网络，实现指定应用场景的Lora网络化。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为Lora网络的星形连接结构；

图2为本申请提供的网络拓扑结构图；

图3为本申请提供的一种数据转发方法的流程图；

图4为本申请提供的数据传输时间窗口确定流程图；

图5为本申请提供的状态调整周期示意图；

图6为本申请提供的另一种数据转发方法的流程图；

图7为本申请提供的一种数据转发装置的结构示意图；

图8为本申请提供的另一种数据转发装置的结构示意图。

具体实施方式

在无线网络中，常见的无线网络连接方式除了星型连接方式之外还有MESH组网方式。所谓MESH组网方式，是指无线网络中的多个设备以多跳无线链路的形式连接起来。

MESH组网方式可以使组网更加灵活，不依赖有线网络资源就可以进行网络部署。

基于此，对于不满足Lora网络安装条件的指定应用场景，本申请可以借鉴无线网络中的MESH组网方式的思路将指定应用场景接入Lora网络，实现指定应用场景的Lora网络化。下面进行具体描述：

为了将指定应用场景接入Lora网络，实现指定应用场景的Lora网络化，本申请中，在指定应用场景中部署支持MESH连接的网关(简称MESH网关)。需要说明的是，本申请中，部署的MESH网关的数量可为1个，也可根据实际需求设置两个以上，本申请并不限定。

本申请中，在指定应用场景部署的MESH网关位于指定应用场景的终端侧和Lora网络中已有的支持MESH连接的Lora网关之间。这里，Lora网关可为从Lora网络中已有的Lora网关中根据业务需求选择的支持MESH连接的网关，也可为按照最短路径方式从Lora网络中选择的距离MESH网关最近的支持MESH连接的Lora网关，等等，本申请并不具体限定。至于Lora网关的数量，本申请也不具体限定，其可为1，也可为大于1的数值。

基于上面描述，下面对本申请提供的应用于MESH网关的数据转发方法进行描述：

参见图2，图2为本申请提供的一种数据转发方法的流程图。该方法应用于指定应用场景中的MESH网关。如图2所示，该流程可包括以下步骤：

步骤201，MESH网关基于LoraWAN协议，与Lora网络中Lora网关建立MESH连接。

作为一个实施例，在本申请中，MESH网关与Lora网关之间建立MESH连接的方式类似现有MESH连接建立方式，不再赘述。通过MESH网关与Lora网关之间建立MESH连接，实现了MESH网关与Lora网关之间的无线链路连接(即，Lora链路连接)。在本申请中，终端侧与MESH网关之间也是通过Lora链路连接。图3举例示出了网络拓扑结构。

步骤202，MESH网关按照预设的状态调整周期执行以下步骤：获取并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口，在所述数据传输时间窗口内通过所述MESH连接或者通过与本地接入终端之间的Lora链路进行业务数据传输，在本状态调整周期内所述数据传输时间窗口之后的时间段内以低功耗休眠方式运行。

在本申请中，会预先指定状态调整周期，状态调整周期一般比较长，具体可根据实际需求设置。而MESH网关确定出的本状态调整周期内的数据传输时间窗口集中占用本状态调整周期内的某一块时间段，远小于状态调整周期的时间段。

在本申请中，每一状态调整周期都有一个数据传输时间窗口，两个相邻状态调整周期的数据传输时间窗口有可能不同，也有可能相同，主要取决于状态调整条件，如果满足状态调整条件，则两个相邻状态调整周期的数据传输时间窗口不同，如果不满足，则两个相邻状态调整周期的数据传输时间窗口相同。作为一个实施例，满足状态调整条件包括但不限于：两个相邻状态调整周期中后一状态调整周期相比前一个状态调整周期，有终端新接入MESH网关。

在本申请中，MESH网关获取并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口有很多实现方式，下文图4所示流程只是举例其中一种实现方式，并不具体限定。

需要说明的是，MESH网关是在获取本状态调整周期内的数据传输时间窗口后，才会在本状态调整周期内的数据传输时间窗口内通过所述MESH连接或者通过与本地接入终端之间的Lora链路进行业务数据传输，在本状态调整周期内所述数据传输时间窗口之后的时间段内以低功耗休眠方式运行。而如果MESH网关未在本状态调整周期内的一段预设时间内获取本状态调整周期内的数据传输时间窗口，则不属于本申请涉及的范围，可灵活处理，比如从上述一段预设时间后以低功耗休眠方式运行，直至到达下一状态调整周期。

至此，完成图2所示流程。

通过图2所示流程可以看出，本申请中，MESH网关在每一状态调整周期内确定出数据传输时间窗口后，集中在确定出的本状态调整周期内的数据传输时间窗口内集中进行数据传输，而在本状态调整周期内数据传输时间窗口之后的时间段内，MESH网关处于低功耗的休眠状态，这样使得MESH网关能够按需进行数据传输，极大降低MESH网关的整体功耗，使得在指定应用场景中即使缺少外接电源、有线传输线路，也能靠部署电池供电的MESH网关和无线MESH连接方式将指定应用场景接入Lora网络，实现指定应用场景的Lora网络化。

参见图4，图4为本申请提供的MESH网关确定本状态调整周期内的数据传输时间窗口的流程图。如图4所示，该流程可包括：

步骤401，MESH网关在本状态调整周期的指定时间段内接收所述终端在ClassA模式下发送的访问时隙请求，将所述访问时隙请求通过所述MESH连接转发给所述Lora网关，以使所述Lora网关将所述访问时隙请求转发给所述Lora网络中的Lora服务器。

作为一个实施例，在本申请中，MESH网关还可在本状态调整周期内的指定时间段内以指定Beacon周期发送Beacon报文。其中，MESH网关发送Beacon报文的指定Beacon周期不同于LoraWAN标准定义的Class B方式的128秒。本申请中的指定Beacon周期可大于128秒，具体数值可基于系统功耗需求设置，本申请并不具体限定。

在本申请中，MESH网关以指定Beacon周期发送Beacon报文，其目的是实现未接入MESH网关、未与MESH网关取得时间同步的终端依据侦听到的Beacon报文与MESH网关进行时间同步，并按照LoraWAN标准定义的Class A模式发送访问时隙请求。

作为一个实施例，这里的指定时间段可为状态调整周期开始的一段连续时间，远大于指定Beacon周期。图5示出了状态调整周期、指定时间段、指定Beacon周期之间的关系。

当MESH网关接收到终端在收到所述Beacon报文后发送的访问时隙请求时，如步骤401描述，MESH网关将所述访问时隙请求通过所述MESH连接转发给所述Lora网关，以使所述Lora网关将所述访问时隙请求转发给Lora网络的Lora服务器。

而当Lora服务器收到访问时隙请求后，会依据访问时隙请求携带的终端的网络访问周期、终端申请的访问时隙长度等信息从本状态调整周期内选择未被占用的时隙，将选择的时隙分配给终端作为终端的访问时隙，将为终端分配的访问时隙携带在访问时隙响应中发送给所述Lora网关，以由所述Lora网关通过与MESH网关之间的MESH连接转发访问时隙响应给MESH网关。当MESH网关通过MESH连接接收到所述Lora网关转发的访问时隙响应时，执行步骤402。

步骤402，MESH网关在所述指定时间段内通过所述MESH连接接收所述Lora网关转发的所述Lora服务器发向所述终端的访问时隙响应；依据所述访问时隙响应携带的访问时隙获取并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口。

具体地，MESH网关依据所述访问时隙响应携带的访问时隙获取并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口可包括：

检查本地是否已记录有本状态调整周期的数据传输时间窗口；如果否，确定并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口为所述访问时隙响应携带的访问时隙；如果是，将本地记录的数据传输时间窗口更新为本地记录的数据传输时间窗口与所述访问时隙的并集。

最终，MESH网关即可依据访问时隙响应携带的访问时隙获取本状态调整周期内的数据传输时间窗口。

作为一个实施例，为防止MESH网关在休眠和数据传输两个状态之间振荡，MESH网关确定出的本状态调整周期内的数据传输时间窗口最好为一段连续的时间，这就需要Lora服务器在为本状态调整周期内发起访问时隙请求的终端分配网络访问时隙时需要考虑数据传输时间窗口的连续性。

需要说明的是，在本申请中，为避免网络访问冲突，不同终端的网络访问时隙不同，并且，各终端的网络访问时隙均为本状态调整周期内的指定时间段之后的时间。

至此，完成图4所示的流程。

需要说明的是，在图4所示流程中，MESH网关还进一步执行以下操作：

在指定时间段内将发向终端的访问时隙响应发送给所述终端，以使所述终端从所述访问时隙响应获取访问时隙后在所述访问时隙内进行数据传输，在所述访问时隙之外的时间段内以低功耗休眠方式运行。图6站在终端侧进行了具体描述：

参见图6，图6为本申请提供的另一种数据转发方法的流程图。该流程应用于指定应用场景中的终端。终端未接入指定应用场景中支持MESH连接的MESH网关，当终端工作在Class A模式时，如图6所示，该方法包括：

步骤601，终端若侦听到所述MESH网关发送的Beacon报文，则执行步骤602。

步骤602，终端与所述MESH网关进行时间同步，在与所述MESH网关完成时间同步后发送访问时隙请求给所述MESH网关。

作为一个实施例，终端发送的访问时隙请求携带了终端的网络访问周期、申请的访问时隙长度等参数。该参数方便Lora服务器为终端分配访问时隙，具体见下文描述。

如上描述，终端发送访问时隙请求给MESH网关后，MESH网关将所述访问时隙请求通过所述MESH连接转发给所述Lora网关，以使所述Lora网关将所述访问时隙请求转发给Lora网络的Lora服务器。当Lora服务器收到访问时隙请求后，会依据访问时隙请求携带的终端的网络访问周期、申请的访问时隙长度等参数从本状态调整周期内选择未被占用的时隙，将选择的时隙分配给终端作为终端的网络访问时隙，将为终端分配的网络访问时隙携带在时隙响应报文中发送给所述Lora网关，以由所述Lora网关通过与MESH网关之间的MESH连接转发访问时隙响应给MESH网关。当MESH网关通过MESH连接接收所述Lora网关转发的访问时隙响应时，MESH网关转发来自Lora服务器发送给该终端的访问时隙响应。当终端接收所述MESH网关转发的来自Lora服务器发送给本终端的访问时隙响应时执行下述步骤603。

步骤603，终端接收所述MESH网关转发的来自Lora网络中Lora服务器发送给本终端的访问时隙响应，从所述访问时隙响应中获取并记录所述Lora服务器为本终端分配的访问时隙。

步骤604，终端在所述访问时隙内进行业务数据传输，而在所述访问时隙之后的时间以低功耗休眠方式运行。

至此，完成图6所示流程。

通过图6所示流程可以看出，在本申请中，将多个随机、零散的终端的数据传输行为，可以按照图6所示流程合并到同一个数据传输时间窗口内由MESH网关进行集中处理，因此MESH网关可以避免持续的开机工作、从而能够降低功率消耗。

至此，完成本申请提供的方法描述。

在本申请提供的方法中，不管是MESH网关还是已经接入MESH网关的终端，其都是按照预设的状态调整周期执行的。对于MESH网关，其在本状态调整周期的数据传输时间窗口结束后，其会将本状态调整周期的数据传输时间窗口更新为下一状态调整周期的数据传输时间窗口。等到达下一状态调整周期后，按照上面图4所示流程执行。

而对于已经接入MESH网关的终端，其也类似，在本状态调整周期的访问时隙结束后，其会将本状态调整周期的访问时隙更新为下一状态调整周期的访问时隙。

需要说明的是，在本申请中，对于已经接入MESH网关的终端可在访问时隙内，或者在当前状态调整周期内的指定时间段内发送访问时隙更新报文给所述MESH网关；MESH网关通过MESH连接将访问时隙更新报文发送给Lora网关，以使所述Lora网关将所述访问时隙更新报文转发给Lora网络的Lora服务器；Lora服务器收到访问时隙更新报文后，根据访问时隙更新报文携带的终端的网络访问周期、申请的更新后的访问时隙长度等参数重新为终端分配访问时隙，将重新分配的访问时隙携带在访问时隙更新响应报文中发送给Lora网关，以由Lora网关通过MESH连接发送访问时隙更新响应报文给MESH网关。MESH网关接收到访问时隙更新响应报文后，转发来自Lora网络中Lora服务器发送给终端的访问时隙更新响应报文。终端从接收的所述访问时隙更新响应报文中获取所述Lora服务器为本终端分配的更新后的访问时隙；将本地已记录的访问时隙更新为从所述访问时隙更新响应报文中获取的访问时隙。之后在访问时隙内进行业务数据传输，而在所述访问时隙之后的时间以低功耗休眠方式运行。

还需要说明的是，在本申请中，如上描述，终端在本地记录的访问时隙之后的非访问时隙内进入休眠状态，对于数据上传频率较低的终端，其可能进入休眠状态的时间比较长，当终端进入休眠状态，终端不会执行数据发送(比如发送时隙请求、时隙更新请求、业务数据等)操作，如此，Lora服务器就不会收到终端发送的数据(比如时隙请求、时隙更新请求、业务数据等)，当Lora服务器监测到终端超过设定时间未收到终端发送的数据(比如时隙请求、时隙更新请求、业务数据等)，则认为终端超过设定时间未执行数据发送操作，Lora服务器会向终端发送访问时隙释放消息。而当终端接收所述MESH网关转发的来自Lora网络中Lora服务器发送给本终端的访问时隙释放报文；依据所述访问时隙释放报文删除本地记录的访问时隙，此时终端与访问时隙的绑定关系即可解除，即意味着访问时隙的释放，Lora服务器可将该释放的访问时隙分配给其他有时隙请求的终端，保证了时隙资源的高效利用。后续该删除了本地记录的访问时隙的终端再有数据发送请求时，可按照图6所示流程执行。

下面对本申请提供的装置进行描述：

参见图7，图7为本申请提供的一种数据转发装置的结构图。该装置应用于指定应用场景中支持MESH连接的MESH网关，所述指定应用场景为不满足Lora网络安装条件的应用场景，如图7所示，该装置包括：

作为一个实施例，所述执行单元具体用于：

在本状态调整周期的指定时间段内接收所述终端在ClassA模式下发送的访问时隙请求，将所述访问时隙请求通过所述MESH连接转发给所述Lora网关，以使所述Lora网关将所述访问时隙请求转发给所述Lora网络中的Lora服务器；

在所述指定时间段内通过所述MESH连接接收所述Lora网关转发的所述Lora服务器发向所述终端的访问时隙响应；依据所述访问时隙响应携带的访问时隙获取并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口。

作为一个实施例，所述执行单元进一步用于：

在本状态调整周期的指定时间段内以指定Beacon周期发送Beacon报文，以使侦听到所述Beacon报文的终端与所述MESH网关进行时间同步并在Class A模式下发送访问时隙请求。

作为一个实施例，所述执行单元进一步用于：

将本状态调整周期的数据传输时间窗口更新为下一状态调整周期的数据传输时间窗口。

至此，完成图7所示装置的结构描述。

参见图8，图8为本申请提供的另一种数据转发装置的结构图。该装置应用于指定应用场景中的终端，所述指定应用场景为不满足Lora网络安装条件的应用场景，该装置包括：

作为一个实施例，所述时隙单元进一步在所述访问时隙内，或者在当前状态调整周期内的指定时间段内发送访问时隙更新报文给所述MESH网关；接收所述MESH网关转发的来自Lora网络中Lora服务器发送给本终端的访问时隙更新响应报文，从所述访问时隙更新响应报文中获取所述Lora服务器为本终端分配的更新后的访问时隙；将本地已记录的访问时隙更新为从所述访问时隙更新响应报文中获取的访问时隙；以及，

接收所述MESH网关转发的来自Lora网络中Lora服务器发送给本终端的访问时隙释放报文；依据所述访问时隙释放报文删除本地记录的访问时隙，以使所述Lora服务器将原本分配给本终端的访问时隙分配给其他终端。

至此，完成图8所示装置的结构描述。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims

1.一种数据转发方法，其特征在于，该方法应用于指定应用场景中支持无线网格MESH连接的MESH网关，所述指定应用场景为不满足Lora网络安装条件的应用场景，该方法包括：

基于LoraWAN协议，与Lora网络中Lora网关建立MESH连接；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据所述访问时隙响应携带的访问时隙获取并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口包括：

检查本地是否已记录有本状态调整周期的数据传输时间窗口；

如果否，确定并记录本状态调整周期的数据传输时间窗口为所述访问时隙响应携带的访问时隙；

如果是，将本地记录的数据传输时间窗口更新为本地记录的数据传输时间窗口与所述访问时隙的并集。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在本状态调整周期的数据传输时间窗口结束后，该方法进一步包括：

6.一种数据转发装置，其特征在于，该装置应用于指定应用场景中支持MESH连接的MESH网关，所述指定应用场景为不满足Lora网络安装条件的应用场景，该装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述执行单元具体用于：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述执行单元进一步用于：

在本状态调整周期的指定时间段内以指定Beacon周期发送Beacon报文，以使侦听到所述Beacon报文的终端与所述MESH网关进行时间同步并在Class A模式下发送访问时隙请求；以及，

在本状态调整周期的数据传输时间窗口结束后，将本状态调整周期的数据传输时间窗口更新为下一状态调整周期的数据传输时间窗口。