CN108200624B - 基于lpwan的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法 - Google Patents

基于lpwan的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法。中继节点根据网关节点发送的第一配置文件与对应的中继节点或网关节点建立通信连接形成链型网络，子节点根据第二配置文件与所述链型网络末端的中继节点建立通信连接形成星型网络，所述子节点根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接以使得所述自由节点能够与网关节点通信。由链型网络和星型网络组合形成的混合型网络可以在增大网络容量的同时使得网络传输的距离更远，此外还可以在通信网络的末端子节点自动接入新节点，使得通信网络更加灵活和便利。

Description

基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法
技术领域
本申请涉及计算机物联网通信领域，具体涉及一种基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法。
背景技术
LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)是一种低功耗的无线通信广域网络，以远距离、低功耗、低运维成本进行通讯。多数LPWAN技术可以实现几公里甚至几十公里的网络覆盖。由于其网络覆盖范围广、终端功耗低等特点其更适合于大规模的物联网应用部署。与传统的物联网技术相比，LPWAN技术有着明显低带宽、低功耗、远距离、大量连接的优点。LPWAN可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。
基于LPWAN技术的物联网通信网络可以通过无线模块进行组网通信，无线模块之间的通信网络可为链型网络或星型网络。链型网络是指中心节点到链路末端节点之间有多个子节点进行数据转发，组成多跳网络，同时可有多个链路，转发的路径预先通过软件设置好，如图1所示。星型网络是指有一个中心节点，多个子节点；子节点和中心节点进行通信，子节点之间不能通信，子节点到中心节点只有一跳路径，如图2所示。链型网络的优点是传输的距离较长，缺点是网络的容量较小；而星型网络的优点是网络的容量比较大，但是传输的距离受限。一般情况下，无线网络的传输路径是预先设计好的，若想在网络的末端节点再接入新的子节点时，需要重新设计一条网络传输路径来添加新的子节点，以实现新的子节点与无线网络的通信。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法，在增大网络容量的同时使得网络传输的距离更远。
根据本申请的第一方面，提供一种基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法，包括：
至少一个中继节点根据网关节点发送的第一配置文件与对应的中继节点或网关节点建立通信连接形成链型网络；
至少一个子节点根据第二配置文件与所述链型网络末端的中继节点建立通信连接形成星型网络；
所述子节点根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接以使得所述自由节点能够与网关节点通信。
优选地，所述自由节点与所述子节点通过无线通信模块进行连接。
优选地，所述子节点根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接包括：
自由节点通过无线通信模块向子节点发送入网请求，所述入网请求包括自由节点的标识；
子节点根据接收到的入网请求向所述自由节点发送确认入网指令以使得所述自由节点与所述网关节点通信。
优选地，所述自由节点通过子节点以及子节点对应的网络通信连接将传输数据转发至网关节点进行处理。
第二方面，提供一种基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网的通讯系统，包括：
网关节点和自由节点；
至少一个中继节点，被配置为根据网关节点发送的第一配置文件与对应的中继节点或网关节点建立通信连接形成链型网络；
至少一个子节点，被配置为根据第二配置文件与所述链型网络末端的中继节点建立通信连接形成星型网络，所述子节点还被配置为根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接以使得所述自由节点能够与网关节点通信。
优选地，所述自由节点与所述子节点通过无线通信模块进行连接。
优选地，所述自由节点被配置为通过无线通信模块向子节点发送入网请求，所述入网请求包括自由节点的标识；
所述子节点还被配置为根据接收到的入网请求向所述自由节点发送确认入网指令以使得所述自由节点与所述网关节点通信。
优选地，所述自由节点通过子节点以及子节点对应的网络通信连接将传输数据转发至网关节点进行处理。
本申请公开了一种基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法。中继节点根据网关节点发送的第一配置文件与对应的中继节点或网关节点建立通信连接形成链型网络，子节点根据第二配置文件与所述链型网络末端的中继节点建立通信连接形成星型网络，所述子节点根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接以使得所述自由节点能够与网关节点通信。由链型网络和星型网络组合形成的混合型网络可以在增大网络容量的同时使得网络传输的距离更远，此外还可以在通信网络的末端子节点自动接入新节点，使得通信网络更加灵活和便利。
附图说明
通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是现有的链型网络的示意图；
图2是现有的星型网络的示意图；
图3是本申请实施例的基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网的通讯系统架构图；
图4是本申请实施例的基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网的通讯方法的流程图；
图5是本申请实施例的子节点与自由节点建立通信连接的方法流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合附图对本申请进行详细说明。
图3为基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网的通讯系统架构图。如图3所示，通讯系统100包括网关节点101、中继节点102-104、子节点105-108以及新加入的通信网络的自由节点109。其中，中继节点102-104通过网关节点101发送的第一配置文件与网关节点101建立通信连接形成链型网络。链型网络中的传输数据可以进行一次或者多次的转发，即传输数据可以经过多跳到达网关节点101进行数据处理。链型网络的传输的距离较长。子节点105-108根据第二配置文件与链型网络末端的中继节点104建立通信连接形成星型网络。即子节点105-108任一节点处的传输数据直接与中继节点104进行通信连接，而子节点105-108之间不能直接进行通信。星型网络控制简单、故障诊断容易、方便服务，很容易在网络中增加新的节点，数据的安全性和优先级容易控制。由此网关节点101、中继节点102-104以及子节点105-108形成了包含链型网络和星型网络的混合型网络，可以在增大网络容量的同时使得网络传输的距离更远。
当所述混合型网络需要接入新的自由节点时，自由节点可以通过无线通信模块自动接入子节点105-108中，不需要重新建立网络传输路径即可实现自由节点与网关节点进行通信连接。无线通信模块是数字数传电台的模块化产品，是指借助DSP技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台模块。无线通信模块可以广泛地运用在无人机通信控制、工业自动化、油田数据采集、铁路无线通信、煤矿安全监控系统、管网监控、水文监测系统、污水处理监控、PLC、车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、智能家居、工、非接触RF智能卡、楼宇自动化、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信传输等领域中。优选地，在本实施例中无线通信模块为433MHZ无线通信模块。
网关节点101可以是服务器或是专门的接线设备，负责接收信息、转发信息以及处理信息，可以控制中继节点和子节点的接入，可以调度和分配数据信息。中继节点102-104可以是中继器等网络设备，在网络中起到中继的作用，能实现信号的中继和方法，从而延伸无线网络的覆盖范围。子节点105-108和自由节点109可以是工作站、客户、网络用户或个人计算机，还可以是服务器、打印机和其他网络连接的设备。每一个工作站﹑服务器、终端设备、网络设备，即拥有自己唯一网络地址的设备都是子节点。本领域技术人员应理解，图3所示的中继节点、子节点以及自由节点的数目仅仅是示例性的，在实际应用中，可以根据需求设置任意数量的中继节点、子节点以及自由节点。
图4是本实施例基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法的流程图。如图4所示，所述方法包括：
步骤S210、中继节点根据网关节点发送的第一配置文件与对应的中继节点或网关节点建立通信连接形成链型网络。
网关节点101用于接收、转换和处理数据信息。网关节点101将第一配置文件发送给对应的中继节点，中继节点根据第一配置文件与对应的中继节点或网关节点建立通信连接形成链型网络。其中，第一配置文件包括用于指示中继节点的下一跳的信息以及中继节点的唯一标识。中继节点102-104用来转发网关节点和下一跳中继节点的数据信息，实现链式通信的多跳功能。在同一个应用环境中，任意一个中继节点发出的信息根据中继节点的唯一标识能够准确地到达目标中继节点。此链型网络可以传输较远的距离，以满足传输距离的要求。
在整个链型网络中，向网关节点101方向的无线数据传输定义为上行数据，该方向定义为上行方向，背离网关节点方向的无线数据传输定义为下行数据，该方向定义为下行方向；因此，数据传输时，以发送节点为中心，上行方向的相邻节点为上行节点，下行方向的相邻节点为下行节点；数据上行传输时，以发送节点为中心，将数据发送到其上行节点，其下行节点对数据直接丢弃不做处理；数据下行传输时，以发送节点为中心，将数据发送到其下行节点，其上行节点对数据直接丢弃不做处理。
步骤S220、至少一个子节点根据第二配置文件与所述链型网络末端的中继节点建立通信连接形成星型网络。
网关节点101将第二配置文件发送至至少一个子节点，子节点根据接收到的第二配置文件与链型网络末端的中继节点104建立通信连接，在链型网络末端的中继节点104处形成以中继节点104为中央节点的星型网络。任意两个子节点之间不能直接进行通信，必须经过中央节点才能进行通信。其中，第二配置文件包括用于指示子节点的下一跳的信息以及子节点的唯一标识。在统一应用环境中，可以根据子节点的唯一标识准确地将信息传输至目标节点。此星型网络的网络容量比较大，可以满足更多的信息传输。通过以链型网络中的中继节点104为星型网络的中央节点实现链型网络和星型网络的结合，最终实现子节点与网关节点的通信连接，可以在增大网络容量的同时使得网络传输的距离更远。
步骤S230、所述子节点根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接以使得所述自由节点能够与网关节点通信。
当自由节点需要添加至上述混合型网络时，自由节点可以向所需连接的子节点发送入网请求，子节点根据接收到的入网请求与所述自由节点建立通信连接，子节点加入该混合型网络中，之后自由节点可以与网关节点通信。优选地，在本实施例中，自由节点可以通过433MHZ无线通信模块与子节点建立通信。
本实施例所述的混合型网络可以自动的响应于自由节点的入网请求，将自由节点加入所述混合型网络中，起到扩充网络容量的作用并将自由节点的数据指令传输到网关进行处理，不需要因为要加入新的节点再重新建立一条网络。实现混合型网络的末端子节点可以自动添加新节点的功能。
自由节点需要传输数据指令时，先将数据指令发送至子节点，子节点转发到中继节点，中继节点再将数据指令转发至网关节点，网关节点接收并处理该数据指令。
所述子节点根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接具体如图5所示，包括：
步骤S231、自由节点通过无线通信模块向子节点发送入网请求，所述入网请求包括自由节点的标识。
当所述自由节点需要加入上述混合型网络时，通过无线通信模块向子节点发送入网请求。其中，入网请求包括自由节点的标识。子节点可以根据自由节点的标识与对应的自由节点建立通信连接。
步骤S232、子节点根据接收到的入网请求向所述自由节点发送确认入网指令以使得所述自由节点与所述网关节点通信。
子节点根据接收到的入网请求以及入网请求中自由节点的标识，向所述自由节点发送确认入网指令，由此自由节点与混合型网络可以进行通信。所述自由节点处的传输数据通过子节点以及子节点转发至链型网络末端的中继节点，然后通过多跳中继节点转发至网关节点进行处理，完成数据上行传输。
在本实施例中，可以设定所述自由节点在距离子节点预定范围内，可以主动向预定范围内的子节点发送入网请求，子节点可以设置相应的用户及密码，在接收到入网请求时通过判断接收的入网请求中用户及密码的正确性来确认是否将所述自由节点加入子节点所在的通信网络。如果正确，子节点根据自由节点的标识将所述自由节点加入子节点所在的通信网络中；如果错误，子节点根据自由节点将不能加入通信网络的提示发送给自由节点，以供自由节点根据提示重新发送入网请求。
本申请中继节点根据网关节点发送的第一配置文件与对应的中继节点或网关节点建立通信连接形成链型网络，子节点根据第二配置文件与所述链型网络末端的中继节点建立通信连接形成星型网络，所述子节点根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接以使得所述自由节点能够与网关节点通信。由链型网络和星型网络组合形成的混合型网络可以在增大网络容量的同时使得网络传输的距离更远，此外还可以在通信网络的末端子节点自动接入新节点，使得通信网络更加灵活和便利。
同时，如本领域技术人员将意识到的，本申请实施例的各个方面可以被实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本申请实施例的各个方面可以采取如下形式：完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或者在本文中通常可以都称为“电路”、“模块”或“系统”的将软件方面与硬件方面相结合的实施方式。此外，本申请的方面可以采取如下形式：在一个或多个计算机可读介质中实现的计算机程序产品，计算机可读介质具有在其上实现的计算机可读程序代码。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是如(但不限于)电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、设备或装置，或者前述的任意适当的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷尽列举)将包括以下各项：具有一根或多根电线的电气连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或前述的任意适当的组合。在本发申请实施例的上下文中，计算机可读存储介质可以为能够包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用的程序或结合指令执行系统、设备或装置使用的程序的任意有形介质。
计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，所述传播的数据信号具有在其中如在基带中或作为载波的一部分实现的计算机可读程序代码。这样的传播的信号可以采用多种形式中的任何形式，包括但不限于：电磁的、光学的或其任何适当的组合。计算机可读信号介质可以是以下任意计算机可读介质：不是计算机可读存储介质，并且可以对由指令执行系统、设备或装置使用的或结合指令执行系统、设备或装置使用的程序进行通信、传播或传输。
可以使用包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等或前述的任意适当组合的任意合适的介质来传送实现在计算机可读介质上的程序代码。
用于执行针对本申请各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任意组合来编写，所述编程语言包括：面向对象的编程语言如Java、Smalltalk、C++等；以及常规过程编程语言如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以作为独立软件包完全地在用户计算机上、部分地在用户计算机上执行；部分地在用户计算机上且部分地在远程计算机上执行；或者完全地在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，可以将远程计算机通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)的任意类型的网络连接至用户计算机，或者可以与外部计算机进行连接(例如通过使用因特网服务供应商的因特网)。
上述根据本申请实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图例和/或框图描述了本申请的各个方面。将要理解的是，流程图图例和/或框图的每个块以及流程图图例和/或框图中的块的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供至通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器，以产生机器，使得(经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的)指令创建用于实现流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的装置。
还可以将这些计算机程序指令存储在可以指导计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式运行的计算机可读介质中，使得在计算机可读介质中存储的指令产生包括实现在流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令还可以被加载至计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上，以使在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列可操作步骤来产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的过程。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网通讯方法，包括：
至少一个中继节点根据网关节点发送的第一配置文件与对应的中继节点或网关节点建立通信连接形成链型网络，所述第一配置文件包括用于指示中继节点的下一跳的信息以及中继节点的唯一标识；
至少一个子节点根据第二配置文件与所述链型网络末端的中继节点建立通信连接形成星型网络，所述第二配置文件包括用于指示子节点的下一跳的信息以及子节点的唯一标识；
所述子节点根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接以使得所述自由节点能够与网关节点通信；
其中，所述子节点根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接包括：
自由节点通过无线通信模块主动向预定范围内的子节点发送入网请求，所述入网请求包括自由节点的标识、用户名称和密码；
子节点响应于所述入网请求中的用户名称和密码与所述子节点中的用户名称和密码相同时，子节点根据自由节点的标识向所述自由节点发送确认入网指令以使得所述自由节点与所述网关节点通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自由节点与所述子节点通过无线通信模块进行连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自由节点通过子节点以及子节点对应的网络通信连接将传输数据转发至网关节点进行处理。
4.一种基于LPWAN的具有自动入网功能的混合型网络组网的通讯系统，包括：
网关节点和自由节点，所述自由节点被配置为通过无线通信模块向子节点发送入网请求，所述入网请求包括自由节点的标识；
至少一个中继节点，被配置为根据网关节点发送的第一配置文件与对应的中继节点或网关节点建立通信连接形成链型网络，所述第一配置文件包括用于指示中继节点的下一跳的信息以及中继节点的唯一标识；
至少一个子节点，被配置为根据第二配置文件与所述链型网络末端的中继节点建立通信连接形成星型网络，所述子节点还被配置为根据自由节点的入网请求与所述自由节点建立通信连接以使得所述自由节点能够与网关节点通信，所述子节点还被配置为响应于根据接收到的预定范围内的自由节点主动发送的入网请求中的用户名称和密码与所述子节点中的用户名称和密码相同时，向所述自由节点发送确认入网指令以使得所述自由节点与所述网关节点通信，所述第二配置文件包括用于指示子节点的下一跳的信息以及子节点的唯一标识。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述自由节点与所述子节点通过无线通信模块进行连接。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述自由节点通过子节点以及子节点对应的网络通信连接将传输数据转发至网关节点进行处理。
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