CN108833516A - 一种基于卫星通信的物联网通信系统 - Google Patents

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陈如申
黎勇跃
季伟栋
高枫
胡树恒
许珍
余大信
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    • H04L67/01—Protocols
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/66—Arrangements for connecting between networks having differing types of switching systems, e.g. gateways

Abstract

本发明公开了一种基于卫星通信的物联网通信系统，通信网络分为三层，感知层网关和管理层，感知层负责采集传感器数据，并将数据发送给网关；网关包含LoRa通信协议功能模块、数据管理模块和网络通信管理模块，LoRa通信协议功能模块负责管理与感知层节点的LoRa通信，并将采集到的感知层节点的数据交给数据管理模块进行管理，网络通信管理模块将数据管理模块的数据信息传送给管理层，并将管理层的控制命令和参数传回；所述管理层将网关的数据解析出来展示给用户。本发明将所有与第一层交互的LoRa通信相关的机制都交给第二层的网关（传输层）来实现，从而解决了由于网络时延导致的通信效率低下的问题。

Description

一种基于卫星通信的物联网通信系统
技术领域
本发明属于物联网领域，特别涉及一种基于卫星通信的物联网通信系统。
背景技术
目前，国外有一种LoRa和海事卫星通信的应用技术（Actility），LoRa（物联网）是一种新型的低功耗无线通信技术，采用扩频调制，具有较强的抗干扰性，适用于低功耗广域物联网（LPWAN）方向；Ranger是一种可用于低功耗物联网通信的海事卫星终端。
现有的基于LoRa调制技术的LoRaWAN网络分三层，第一层为前端感知层（Sensor），负责采集传感器数据并通过LoRaWAN协议与第二层的LoRa网关（Gateway Host）交互，LoRa网关不做任何通信机制管理，仅起到路由转发功能，将数据直接传递给第三层的网络管理层（Network Server），整个网络的管理由第三层负责。而由于LoRa通信速率很低，仅为300bps～5kbps，整个网络由第三层控制，所以导致整个系统的时延很长，通信效率也不高；同时，卫星通信（例如海事卫星通信）的时延很长（一般情况可能会超过1秒钟），导致整个网络的响应和效率更低。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种能够解决网络时延长而导致的通信效率低下问题的基于卫星通信的物联网通信系统。
为此，本发明的技术方案是：一种基于卫星通信的物联网通信系统，通信网络分为三层，第一层为感知层，第二层为网关，第三层为管理层；所述感知层负责采集传感器数据，并将数据发送给网关；其特征在于：所述网关包含第二LoRa通信协议功能模块、数据管理模块和网络通信管理模块，第二LoRa通信协议功能模块负责管理与感知层节点的LoRa通信，并将采集到的感知层节点的数据交给数据管理模块进行管理，网络通信管理模块将数据管理模块的数据信息传送给管理层，并将管理层的控制命令和参数传给第二LoRa通信协议功能模块和数据管理模块；所述管理层将网关的数据解析出来展示给用户。
优选地，所述感知层与网关之间通过LoRaWAN协议传输数据。
优选地，所述感知层内包含第一LoRa通信协议功能模块和传感器数据采集模块，传感器数据采集模块将采集到的传感器数据传递给第一LoRa通信协议功能模块，后者将数据封装好并发送给网关。
优选地，所述管理层包括数据库模块、网络通信模块和用户交互模块，网络通信模块将网关的数据解析出来后传递给数据库模块，用户交互模块负责将数据库模块的数据展示给用户。
本发明是一种基于LoRaWAN的卫星通信系统，把原属于第三层的第二LoRa通信协议功能模块，以及负责感知层节点管理的数据管理模块全部移至第二层的网关（传输层），在第二层的网关（传输层）实现LoRaWAN协议的功能（该功能原属于第三层）。本发明将所有与第一层交互的LoRa通信相关的机制都交给第二层的网关（传输层）来实现，无需将数据传输到第三层来实现，从而解决了由于网络时延导致的通信效率低下的问题。
附图说明
以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
参见附图。本实施例所述的物联网通信系统分为三层，第一层为感知层，感知层内包含第一LoRa通信协议功能模块和传感器数据采集模块，第一LoRa通信协议功能模块负责与网关（传输层）进行通信，如收发数据包﹑加解密等，传感器数据采集模块负责采集传感器数据。工作时，传感器数据采集模块将采集到的传感器数据传递给第一LoRa通信协议功能模块，后者将数据封装好并发送给网关（传输层）。
第二层为网关（传输层），网关（传输层）包含第二LoRa通信协议功能模块、数据管理模块和网络通信管理模块，第二LoRa通信协议功能模块负责LoRa无线通信功能，如收发数据包﹑加解密﹑组网管理等，数据管理模块负责数据包管理和感知层节点管理，网络通信管理模块负责管理于第三层的交互接口。第二LoRa通信协议功能模块负责管理与感知层节点的LoRa通信，实现网络稳定通信，并将采集到的感知层节点的数据交给数据管理模块，统一管理相关数据和节点信息；网络通信管理模块负责管理与第三层的卫星通信接口，将数据管理模块的数据信息传送给第三层，并将第三层的控制命令和参数传给第二LoRa通信协议模块和数据管理模块。
第三层为Server（管理层），Server（管理层）包括数据库模块、网络通信模块和用户交互模块，网络通信模块负责卫星通信接口交互和用户接口交互；用户交互模块包含WEB端和手机APP端的用户展示交互界面。网络通信模块将网关（传输层）的数据解析出来后传递给数据库模块，用户交互模块负责将数据库模块的数据展示给用户。
整体通信流程包括网关组网和感知节点与网关通信：
网关组网：网关上电后，首先对相关通信信道进行扫描（检测附近是否有网关），根据扫描结果选择当前合适的信道进行通信，通过卫星终端与Server端连接（UDP协议）；
感知节点与网关通信：感知节点上电后，先通过相关信道扫描附近网关，（如有多个网关）选择合适的（一般是选择信道质量最好的）网关并向其发送接入请求，网关鉴权并应答后，节点正式接入网络并进行通信。节点与网关的通信协议可以是标准的LoRaWAN协议也可以是用户自定义的协议。

Claims (4)

1.一种基于卫星通信的物联网通信系统，通信网络分为三层，第一层为感知层，第二层为网关，第三层为管理层；所述感知层负责采集传感器数据，并将数据发送给网关；其特征在于：所述网关包含第二LoRa通信协议功能模块、数据管理模块和网络通信管理模块，第二LoRa通信协议功能模块负责管理与感知层节点的LoRa通信，并将采集到的感知层节点的数据交给数据管理模块进行管理，网络通信管理模块将数据管理模块的数据信息传送给管理层，并将管理层的控制命令和参数传给第二LoRa通信协议功能模块和数据管理模块；所述管理层将网关的数据解析出来展示给用户。
2.如权利要求1所述的一种基于卫星通信的物联网通信系统，其特征在于：所述感知层与网关之间通过LoRaWAN协议传输数据。
3.如权利要求1所述的一种基于卫星通信的物联网通信系统，其特征在于：所述感知层内包含第一LoRa通信协议功能模块和传感器数据采集模块，传感器数据采集模块将采集到的传感器数据传递给第一LoRa通信协议功能模块，后者将数据封装好并发送给网关。
4.如权利要求1所述的一种基于卫星通信的物联网通信系统，其特征在于：所述管理层包括数据库模块、网络通信模块和用户交互模块，网络通信模块将网关的数据解析出来后传递给数据库模块，用户交互模块负责将数据库模块的数据展示给用户。
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