CN109067594A - 星型拓扑网络的下行报文控制方法和服务器 - Google Patents

星型拓扑网络的下行报文控制方法和服务器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种星型拓扑网络的下行报文控制方法和执行所述控制方法的服务器，所述星型拓扑网络包括服务器、多个网关和多个节点，所述节点通过所述网关与所述服务器通信，所述服务器为每个所述网关分配一个定时器，所述控制方法包括：步骤1，判断是否有节点新接入所述星型拓扑网络，如果是，则进入步骤2；步骤2，建立节点‑‑网关拓扑关系以确定每个网关的覆盖区域和每个节点的覆盖区域；步骤3，将多个下行频点中的一个分配给新接入的节点；步骤4，在一个网关要发送报文请求所需的频率未被所述报文请求的目的节点的覆盖区域内的网关使用时，请求所述一个网关发送所述报文请求。本发明能够更高效地解决星型拓扑网络下行通信的同频干扰问题。

Description

星型拓扑网络的下行报文控制方法和服务器
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种星型拓扑网络的下行报文控制方法和服务器。
背景技术
随着互联网的不断发展与延伸，以及通信技术、大数据等相关配套技术的发展，以前由人与人、人与机、机与机相连接的互联网，延伸和扩展到了任何物体与物体之间信息交换的物联网。
作为物联网的一种解决方案，星型拓扑网络，已在多个国家和地区开展应用。一个星型拓扑网络包括一个服务器、多个网关以及若干个节点。所述节点通过所述网关与所述服务器通信。当服务器主动与多个节点通信时，由于节点与节点、节点与网关、网关与网关之间的无线信号范围可能相互重叠，因此同频发射时存在干扰，造成通信中断。现有的解决同频干扰的方案是采用单频点串行下行通信。但这种解决方案只利用一个下行频道，效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种星型拓扑网络的下行报文控制方法和服务器，能够更高效地解决星型拓扑网络下行通信的同频干扰问题。
有鉴于此，本申请提供一种星型拓扑网络的下行报文控制方法，所述星型拓扑网络包括服务器、多个网关和多个节点，所述节点通过所述网关与所述服务器通信，所述服务器为每个所述网关分配一个定时器，所述控制方法包括：
步骤1，所述服务器判断是否有节点新接入所述星型拓扑网络，如果是，则进入步骤2；
步骤2，所述服务器建立节点--网关拓扑关系以确定每个网关的覆盖区域和每个节点的覆盖区域；
步骤3，所述服务器将多个下行频点中的一个分配给新接入的节点；
步骤4，所述服务器在一个网关要发送报文请求所需的频率未被所述报文请求的目的节点的覆盖区域内的网关使用时，请求所述一个网关发送所述报文请求。
进一步地，所述步骤4包括：
步骤4-1，所述服务器判断所述多个网关中是否有一个网关的定时器倒计时为0，如果是则进入步骤4-2，否则，返回步骤1；
步骤4-2，所述服务器判断是否存在需要经由所述一个网关发送的报文请求；如果是，则进入步骤4-3；
步骤4-3，所述服务器查询节点-网关网络拓扑，判断在所述报文请求的目的节点的覆盖区域内的网关中是否有网关正在使用所述一个网关发送所述报文请求所需的频点，如果是，则服务器重置所述一个网关的定时器，返回步骤1，如果否，则进入步骤4-4；
步骤4-4，所述服务器请求所述一个网关发送所述报文请求，重置所述一个网关的定时器，并返回步骤1。
进一步地，所述步骤2包括：
步骤2-1，所述服务器接收来自所述节点的数据帧；
步骤2-2，所述服务器针对接收到的所述数据帧进行MAC校验，如果校验不合法，则丢弃所述数据帧，返回步骤2-1，否则进入步骤2-3；
步骤2-3，所述服务器判断接收到的所述数据帧属于第一帧、重复帧还是无效帧；
步骤2-4，如果所述数据帧属于无效帧，则所述服务器丢弃所述数据帧；
步骤2-5，所述服务器根据所述第一帧和所述重复帧建立节点--网关拓扑关系。
进一步地，所述步骤2-5包括：
步骤2-5-1，所述服务器检测所述数据帧包含的节点标识和网关标识；
步骤2-5-2，所述服务器针对每个节点，根据所述节点标识和网关标识确定能够接收到由所述节点发出的数据帧的网关。
优选地，所述星型拓扑网络是LoraWan网络。
优选地，所述第一网关采用LoraWanSX1301或LoraWanSX1308芯片。
优选地，所述节点是C类节点。
相应地，本发明还提供一种LoraWan网络中的服务器，采用权利要求以上所述任一种下行报文控制方法。
本申请与现有技术相比，能够更高效地解决星型拓扑网络下行通信的同频干扰问题。
附图说明
图1为星型拓扑网络的示意图；
图2为节点和网关的覆盖区域的示意图；
图3为本发明的一种星型拓扑网络的下行报文控制方法的一个实施方式的示意图；
图4为本发明的一种星型拓扑网络的下行报文控制方法的一个实施方式的另一示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
参考图1，本发明提供一种星型拓扑网络的下行报文控制方法，所述星型拓扑网络包括服务器、多个网关和多个节点，所述节点通过所述网关与所述服务器通信，所述服务器为每个所述网关分配一个定时器。如图2所示，每个网关和每个节点的无线信号都具有一定的覆盖区域(图2中的圆形虚线)，每个网关可以与该网关的覆盖区域内的多个节点进行通信，同理每个节点可以同该节点的覆盖区域内的多个网关进行通信。如图3所示，在一个实施方式中，本发明的一种星型拓扑网络的下行报文控制方法包括：
步骤1，所述服务器判断是否有节点新接入所述星型拓扑网络，如果是，则进入步骤2；
步骤2，所述服务器建立节点--网关拓扑关系以确定每个网关的覆盖区域和每个节点的覆盖区域；
步骤3，所述服务器将多个下行频点中的一个分配给新接入的节点；
步骤4，所述服务器在一个网关要发送报文请求所需的频率未被所述报文请求的目的节点的覆盖区域内的网关使用时，请求所述一个网关发送所述报文请求。
参考图1，假设服务器1与节点3要通过网关2在频率f下通信。当服务器1要通过网关2向目的节点3发送下行报文请求时，服务器1首先判断目的节点3的覆盖区域内的网关是否正在使用频率f。当目的节点3覆盖区域内的网关都没有在使用频率f时，服务器1请求网关2以频率f发送所述报文请求。
具体地，例如，在图2的示例中，节点3a位于网关2a的覆盖区域内但没有位于网关2b的覆盖区域内，在图中表示为节点3a的覆盖区域与网关2a的覆盖区域有重叠但与网关2b的覆盖区域没有重叠。在这种情况下，假设网关2b正在与其覆盖区域内的节点3b以频率f进行通信，则网关2a与其覆盖区域内的节点3a也可以以频率f进行通信。仍然参见图2，节点3c位于网关2a、网关2b和网关2c的覆盖区域内，此时若网关2b正在与节点3b以频率f进行通信，那么网关2a、网关2b和网关2c都不能与节点3c以频率f通信。
现有技术采用单频点串行下行通信，意思是为防止空中无线数据冲突，与同一服务器相连的各网关在需要使用同一个下行频率发送数据时，同一时间只允许有1个网关发送数据。本发明通过确定与同一服务器相连的网关的覆盖区域，然后判断该网关要发送报文请求所需的频率是否被所述报文请求的目的节点的覆盖区域内的网关使用，并在目的节点的覆盖区域内的所有网关均未使用所述所需的频率时请求所述一个网关发送所述报文请求，可以实现一个网关与目的节点的覆盖区域外的其他网关同时使用同一频率发送数据，也就是说两个网关可以同时使用同一频率发送数据。此外，本发明也能够允许多个网关同时使用不同频率发送数据。因此，本发明能够提高了下行通道的使用效率，也一定程度地提升上行通道的使用效率，从而提升整个系统的使用效率。此外，本发明判断所需频率是否正在被一个网关的覆盖区域内的网关使用，如果该频率正在被使用则不发送数据。通过这样的方法，本发明解决了同频干扰问题。
参考图2，在一个实施方式中，所述步骤4包括：
步骤4-1，所述服务器判断所述多个网关中是否有一个网关的定时器倒计时为0，如果是则进入步骤4-2，否则，返回步骤1；其中，所述定时器倒计时为0表明所述网关的上一个任务已完成，可以处理下一个任务了，例如发送下一个报文请求；
步骤4-2，所述服务器判断是否存在需要经由所述一个网关发送的报文请求；如果是，则进入步骤4-3；具体地，所述服务器可以遍历在服务中缓存的下行队列，判断是否存在需要经由所述一个网关发送的报文请求，如果是，则进入步骤4-3；
步骤4-3，所述服务器查询节点-网关网络拓扑，判断在所述报文请求的目的节点的覆盖区域内的网关中是否有网关正在使用与发送所述报文请求所需的频点，如果是，则服务器重置所述第一网关的定时器，返回步骤1，如果否，则进入步骤4-4；其中，在一个具体地实施方式中，所述服务器可以为各个网关的每个下行频点设置一个标识项，用来指示该频点是否正在被使用，所述标志项在网关正在使用该频点发送数据的期间以及数据发送完之后的一段时间内被设置为正在被使用，这里所述的一段时间可以被设定成数据帧在空中发射的时间；
步骤4-4，如果否，则服务器请求所述一个网关发送所述报文请求，重置所述一个网关的定时器，并返回步骤1。其中，重置的定时器的时长为计算出的发送所述报文请求所需的时长。
在一个优选的实施方式中，所述星型拓扑网络是LoraWan网络，所述节点是C类节点。所述网关采用LoraWanSX1301或LoraWanSX1308芯片来实现。
LoraWan网络标准支持A/B/C三类节点；在ClassA模式时，终端在发送完成一个上行数据后，会在等待RECEIVE_DELAY1时间后开启RX1接收窗口，如果在RX1接收窗口期间没有接收到数据，会等待1秒后(RECEIVE_DELAY2)再开启RX2接收窗口，通过这两种一个上行窗口后开启两个接收窗口的方式接收下行数据，所以要求网关必须在下行窗口打开的时候把数据发送下来，否则就接收不到数据。在ClassA时，除了上下行窗口打开发送或接收数据的时间，其它时间都是处理休眠模式，这样可以最大限度的降低功耗。ClassB模式是在ClassA模式的基础上，服务器周期性广播Beacon报文，节点的接受窗口开闭周期与服务器Beacon报文周期同步，这样网关知道节点的接收窗口开闭状态，可以在相应的接收窗口内下发数据。ClassC则是在ClassA基础上，将终端休眠的时间段全部用来监听下行数据，所以ClassC的接收窗口是一直打开的。其中，C类节点的通信最为灵活，网络服务器可实时主动与节点通信。
在该实施方式中，所述步骤2具体包括：
步骤2-1，所述服务器接收来自所述节点的数据帧；
步骤2-2，所述服务器针对接收到的所述数据帧进行MAC校验，如果校验不合法，则丢弃所述数据帧，返回步骤2-1，否则进入步骤2-3；
步骤2-3，所述服务器判断接收到的所述数据帧属于第一帧、重复帧还是无效帧；
步骤2-4，如果所述数据帧属于无效帧，则所述服务器丢弃所述数据帧；
步骤2-5，所述服务器根据所述第一帧和所述重复帧建立节点--网关拓扑关系。
其中，步骤2-3具体可通过如下方法具体实现：
当服务器对接收到的数据帧时，所述数据帧除应用层加密数据外，还包括如下字段：MoteShortAddress(节点短地址)、Fcnt(帧序数)、GateWayEui(接收网关标识)以及无线信号质量参数RSSI(射频信号强度指标)和SNR(信噪比)。以MoteShortAddress(节点短地址)作为索引查询节点档案，可形成如下的接收数据老化表：
【MoteEui，AppEui，Fcnt，RSSI，SNR，GateWayEui，接收时间】
【MoteEui，AppEui，Fcnt，RSSI，SNR，GateWayEui，接收时间】
……………………………………………………
【MoteEui，AppEui，Fcnt，RSSI，SNR，GateWayEui，接收时间】
然后，根据MoteEui(节点标识)，Fcnt(帧序数)和接收时间来识别第一帧、重复帧、无效帧。其中，
第一帧是【MoteEui(节点标识)，Fcnt(帧序数)】在接收数据老化表中第一次出现的数据帧。
重复帧是【MoteEui(节点标识)，Fcnt(帧序数)】在接收数据老化表中已存在的数据帧。
无效帧是【MoteEui(节点标识)，Fcnt(帧序数)】在接收数据老化表中已存在，但接收时间超过网络上行延时时间数值，一般为300ms的数据帧。此类帧视为节点重发帧，可能为其他网络异常原因导致的数据帧。无效帧放弃作为分析拓扑结构的数据帧。
在一个实施方式中，所述步骤2-5包括：
步骤2-5-1，所述服务器检测所述数据帧包含的节点标识和网关标识；
步骤2-5-2，所述服务器针对每个节点根据所述节点标识和网关标识确定能够接收到由所述节点发出的数据的网关。
如果一个节点发出的数据帧能够被一个网关接收到，则所述服务器判断该节点和该网关彼此位于对方的覆盖区域内。具体地，步骤2-5可通过如下方法具体实现：
对于服务器接收到的数据帧的第一帧和重复帧，可以用如下储存结构来记录节点-网关拓扑结构：
MoteEui1
【GateWayEui11，RSSI11，SNR11】
【GateWayEui21，RSSI21，SNR21】
……………………
【GateWayEuiM1，RSSIM1，SNRM1】
MoteEui2
【GateWayEui12，RSSI12，SNR12】
【GateWayEui22，RSSI22，SNR22】
……………………
【GateWayEuiM2，RSSIM2，SNRM2】
……………………
MoteEuiN
【GateWayEui1N，RSSI1N，SNR1N】
【GateWayEui2N，RSSI2N，SNR2N】
……………………
【GateWayEuiMN，RSSIMN，SNRMN】
其中：
MoteEuiN是第N个节点的标识，所述标识例如是全局唯一地址。
GateWayEuiMN是第M个接收到由第N个节点发出的数据帧的网关的标识，所述标识例如是全局唯一地址，
RSSIMN：是第M个网关接收到由第N个节点发出的数据帧时的射频信号强度指标，
SNRMN：是第M个网关接收到由第N个节点发出的数据帧时的信噪比。
其中，MoteEui1、MoteEui2、MoteEuiN的地址两两一定不同。而GateWayEui11，GateWayEui12，GateWayEui1N可能地址一样。如果节点-网关拓扑结构中出现GateWayEuiMN，则表明第N个节点与第M个网关彼此位于对方的覆盖区域内。
在一个实施方式中，所述步骤3包括：当节点入网时，根据节点请求入网的DevEUI(设备节点唯一标识)不同，配置不同的Rx2下行频点。频点设置值为Rx2FreqBase+(DevEUI％8)*200,000；Rx2接收窗口频率可以采用RXParamSetupReq MAC命令(LoraWan接收窗口参数设置MAC命令)设置。其中：
Rx2Freq为loraWan的默认频点，默认单位为赫兹(Hz)。
DevEUI为设备节点唯一标识，相同LoraWan网络内不会重复的64位唯一编号。
(DevEUI％8)表示对DevEUI数字按十进制模8取余。
200,000为LoraWan频点间隔，即200kHz。
相应地，本发明还提供一种LoraWan网络中的服务器，采用以上任一种下行报文控制方法。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种星型拓扑网络的下行报文控制方法，其特征在于，所述星型拓扑网络包括服务器、多个网关和多个节点，所述节点通过所述网关与所述服务器通信，所述服务器为每个所述网关分配一个定时器，所述控制方法包括：
步骤1，所述服务器判断是否有节点新接入所述星型拓扑网络，如果是，则进入步骤2；
步骤2，所述服务器建立节点--网关拓扑关系以确定每个网关的覆盖区域和每个节点的覆盖区域；
步骤3，所述服务器将多个下行频点中的一个分配给新接入的节点；
步骤4，所述服务器在一个网关要发送报文请求所需的频率未被所述报文请求的目的节点的覆盖区域内的网关使用时，请求所述一个网关发送所述报文请求。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤4包括：
步骤4-1，所述服务器判断所述多个网关中是否有一个网关的定时器倒计时为0，如果是则进入步骤4-2，否则，返回步骤1；
步骤4-2，所述服务器判断是否存在需要经由所述一个网关发送的报文请求；如果是，则进入步骤4-3；
步骤4-3，所述服务器查询节点-网关网络拓扑，判断在所述报文请求的目的节点的覆盖区域内的网关中是否有网关正在使用所述一个网关发送所述报文请求所需的频点，如果是，则服务器重置所述一个网关的定时器，返回步骤1，如果否，则进入步骤4-4；
步骤4-4，所述服务器请求所述一个网关发送所述报文请求，重置所述一个网关的定时器，并返回步骤1。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2-1，所述服务器接收来自所述节点的数据帧；
步骤2-2，所述服务器针对接收到的所述数据帧进行MAC校验，如果校验不合法，则丢弃所述数据帧，返回步骤2-1，否则进入步骤2-3；
步骤2-3，所述服务器判断接收到的所述数据帧属于第一帧、重复帧还是无效帧；
步骤2-4，如果所述数据帧属于无效帧，则所述服务器丢弃所述数据帧；
步骤2-5，所述服务器根据所述第一帧和所述重复帧建立节点--网关拓扑关系。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2-5包括：
步骤2-5-1，所述服务器检测所述数据帧包含的节点标识和网关标识；
步骤2-5-2，所述服务器针对每个节点，根据所述节点标识和网关标识确定能够接收到由所述节点发出的数据帧的网关。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述星型拓扑网络是LoraWan网络。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第一网关采用LoraWanSX1301或LoraWanSX1308芯片。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述节点是C类节点。
8.一种LoraWan网络中的服务器，其特征在于，采用权利要求1至权利要求7所述的下行报文控制方法。
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