CN109194774A - 一种lpwan网络服务器的设备地址扩展方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，包括：将基站根据地域分组；对于静态终端设备，将网络服务器服务区域根据地域划分为不同的区域，每个区域分配一个区域码，每个区域码分配一个独立的用于静态终端设备的地址池，该地址池关联一个设备地址‑设备标识映射表；对于移动终端设备使用一个独立的用于移动终端设备的地址池，该地址池也关联一个设备地址‑设备标识映射表；对于每个网关在开通时根据其所处区域将其绑定到对应的区域码，本发明能够通过地址重用大幅扩展网络服务器的地址空间。

Description

一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法

技术领域

本发明属于低功耗广域物联网通讯领域，尤其涉及一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法。

背景技术

目前按照LoRa Alliance(LoRa联盟)定义的LoRaWAN v1.0.2规范，每个终端都有一个设备标识DevEui(Device Electronic Unique Identifier：设备唯一标识)。

DevEui为8字节长，用于终端认证流程，认证完成后，网络需要为终端分配一个网络地址DevAddr，DevAddr为4个字节，32位，其中高7位为网络标识(network identifier(NwkID))，这样一个网络的每个网络服务器地址空间为2的25次方＝33554422个，也就是33.5M。

由于未来物联网终端的数量巨大，各种预测有数百亿之多，因此33.5M肯定是不够用的，目前传统的扩展方法有如下几种：

方法1：增加网络服务器数量，通过多个网络服务器来实现地址空间扩展；

这种方法的主要缺点如下：

A，网络结构复杂，需要部署多台网络服务器，管理节点多；

B，对应用来说，应用服务器需要连接多个网络服务器，暴露接口多，对应用不友好；

方法2：增加地址字段长度，例如从4字节增加到6字节，这样终端地址空间会增加到8万亿；

这种方法的主要缺点如下：

A，需要修改规范，导致各终端需要升级版本，重新兼容；

B，增加了字段长度，导致每帧长度增加2字节，增加了终端发包时长和功耗。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，能够通过地址重用大幅扩展网络服务器的地址空间。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，将基站根据地域分组；

对于静态终端设备，将网络服务器服务区域根据地域划分为不同的区域，每个区域分配一个区域码，每个区域码分配一个独立的用于静态终端设备的地址池，该地址池关联一个设备地址-设备标识映射表；对于移动终端设备使用一个独立的用于移动终端设备的地址池，该地址池也关联一个设备地址-设备标识映射表；

对于每个网关在开通时根据其所处区域将其绑定到对应的区域码。

进一步的，还包括：终端设备在业务开通时增加终端属性，终端设备在注册时注册服务器把终端设备的终端属性传给网络服务器，网络服务器根据终端属性来判断将该终端设备到用于静态终端设备的地址池还是用于移动终端设备的地址池来分配地址。

进一步的，所述终端属性为终端设备是移动终端设备或者是静态终端设备的标识。

进一步的，所述分配地址具体为：

对于静态终端设备，当网络服务器收到静态终端设备注册请求消息后，先根据该消息携带的基站标识得到其对应的区域码，再从该区域码所对应的地址池中分配一个地址给该静态终端设备，接着在该地址池所关联的设备地址-设备标识映射表中创建一条对应的新记录；

对于移动终端设备，网络服务器在独立用于移动终端的地址池中分配地址，在其对应的设备地址-设备标识映射表中创建一条建立新记录。

进一步的，所述终端属性在终端设备业务开通时签约标定。

进一步的，网络服务器用于静态终端设备的地址池为一个二维地址池，地址空间＝区域码数量×独立的用于静态终端设备的地址池容量+移动终端设备的地址池容量。

进一步的，根据地域划分的不同组的静态终端设备地址重用。

本发明所达到的有益效果是：在不增加地址字段长度和服务器的情况下大幅度扩展了地址空间，使得单网络服务器终端地址空间达到了数十亿。

附图说明

图1为一种典型的LoRaWAN网络结构示意图；

图2为LoRaWAN网络服务器实现的结构示意图；

图3为本发明中基于分区域实现地址空间扩展示意图；

图4为本发明中支持扩展地址空间的网络服务器实现示意图；

图5为终端注册流程图；

图6为终端上行包处理流程示意图。

具体实施方式

为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

一个典型的LoRaWAN网络如附图1所示：

1，101Mote(Mobile Teminal:移动终端)：实现各种物联网终端功能，内置LoRaWANModem实现和网络的通信。对于LoRaWAN来说，终端包括3种类型，ClassA/B/C，三者区别如下：

ClassA：省电类型，除收发包外，均处于休眠状态；

ClassB：间歇接受类型，休眠状态时，需要周期性打开接收窗口，侦听是否有下行数据；

ClassC：持续接收类型，终端无休眠状态，非发包时一直处于接收状态。

2，102LoRaGW(LoRa Gateway:LoRa网关)：实现LoRa信号上行接收转发，下行接收发送功能；

3，103NS(Network Server：网络服务器)：实现LoRaWAN MAC层协议功能，NS为每个终端分配一个Net Address(网络地址)，保存一个转发上下文，保存有认证密钥，对于101Mote的下行消息，需要先保存到转发上下文中，等待上行消息到达后下发；

4，104AS(Application Server：应用服务器)：实现LoRaWAN物联网应用，为每个终端保存一个会话上下文，保存有加密密钥；

5，105JS(Join Server：注册服务器)：实现LoRaWAN终端的认证，会话密钥生成功能，保存有每个终端的签约信息和根密钥，根密钥会在认证过程中生成加密密钥和认证密钥，分别传送给104AS和103NS；

6，106NC(Network Controler：网络控制器)：实现对LoRaWAN网络的无线参数控制功能。

典型NS的系统架构如图2所示：

按照典型网络服务器实现，采用一个终端地址池206负责设备地址的分配；整个终端注册和业务转发流程如下：

1，终端注册处理203负责终端注册流程，当收到终端注册请求后，到终端地址池206申请一个终端地址DevAddr，然后到网关配置数据库中活动网关无线信道信息，构建注册请求消息，通过JS接口协议模块211发送给终端注册服务器JS；

2，终端注册服务器收到注册请求后，对终端进行认证，认证通过后，构建注册完成消息，发送给网络服务器，JS接口协议模块211收到该消息后转发给终端注册处理模块203处理，终端注册处理模块203到终端地址/标识转换表207中建立一条新的DevAddr--DevEui的映射记录，到终端上下文208建立一条新的终端上下文，然后通过网关下行调度202将注册完成消息发送给LoRa网关接口模块201，再通过LoRa网关发送给终端；

3，终端发送上行包时，LoRa网关协议接口模块201收到后转发给终端上行处理模块，该模块根据终端地址DevAddr到终端地址/标识转换表207中查找终端标识DevEui，得到后，再根据DevEui到终端上下文208中查找终端上下文，找到后根据上下文信息进行相应协议处理，并根据上行包信息更新上下文；处理完成后，发送给应用服务器处理；

4，应用服务器要发送下行包时，AS协议接口模块210将接收包发送给终端下行处理模块204，收到包后，根据终端标识DevEui到终端上下文208中查找终端上下文，找到后根据上下文信息进行相应协议处理，找到上下文保存的当前网关信息，将包发送给网关下行调度202，网关下行调度模块根据网关当前排队信息和终端下行包发送时间调度一个无线发送窗口发送下行包；

从上述流程看，终端地址主要在上行包处理时起作用，网络服务器收到上行包后要根据DevAddr找到DevEui。

终端地址池的容量决定了网络服务器的用户容量，而地址池的容量又由规范中地址编码长度决定，按照LoRaWAN协议定义，地址为32位，其中高7位为network identifier(网络标识)，这样可分配地址空间仅有25位，也就是33554422个地址。

本申请提出的网络服务器终端设备地址扩展方法如图3-图6所示：

1，由于物联网终端绝大部分都是静止终端，因此可以将终端和基站根据地域分组，不同组重用地址空间；

2，对于静态终端，将网络服务器服务区域根据地域划分为不同的区域305，分配一个AreaID(区域码)，不同的AreaID分配一个独立地址池301，再关联一个独立的DevAddr-DevEui映射表302；对于移动终端使用一个独立地址池303和地址-标识映射表304；

3，对于每个网关在开通时根据地理位置绑定到对应AreaID；

4，网络服务器收到终端注册请求消息后，先根据该消息携带的基站标识得到其对应的AreaID，再根据AreaID到其绑定的关联地址池301分配一个地址，到其关联的DevAddr-DevEui映射表302建立一条新纪录；

5，当网络服务器收到终端(静态终端)上行包后，根据基站标识得到对应的DevAddr-DevEui映射表303，根据DevAddr到该表中查找DevEui，得到DevEui后就可以找到终端上下文，后续流程同典型网络服务器流程处理。

6，对于移动终端，可以在终端注册时通过终端属性来判断(判断移动终端还是静态终端)，于是网络服务器在移动终端独立地址池303中分配地址，在专用地址-标识映射表304中建立新纪录；

7，后续移动终端上行数据通过地址判断其是移动终端(移动终端和静态终端采用不同的地址池，地址池的前缀不同)，到移动地址-标识映射表304中查找标识。

这样整个网络服务器的地址池变为一个二维地址池，地址空间＝AreaID数量×独立地址池容量，大大扩展了原有的空间。

本发明优点主要如下：

1，将网络服务器管理范围划分为不同区域，每个区域分配一个标识AreaID；

2，根据LoRa网关地址位置在开通时配置不同的AreaID，保存在网关配置数据库212中；

3，修改终端地址池定义，定义为二维地址池，在地址池管理401中，为每个区域分配一个独立的地址池Area x地址池，同时为移动终端分配一个独立的移动终端地址池；例如定义如下，假定network identifier(网络标识)为0x11：

Area X地址池空间和移动终端地址池空间隔离，各Area X地址池空间相同，地址复用。

4，在JS 105中修改终端签约属性定义，增加移动性类型：移动，固定；

5，对于终端地址/标识转换表管理402，也类似地址池管理，设计为二维表，为每个Area定义一个Area地址/标识转换表，为移动终端定义一个移动终端地址/标识转换表。

上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，其特征在于，包括：

将基站根据地域分组；

对于静态终端设备，将网络服务器服务区域根据地域划分为不同的区域，每个区域分配一个区域码，每个区域码分配一个独立的用于静态终端设备的地址池，该地址池关联一个设备地址-设备标识映射表；对于移动终端设备使用一个独立的用于移动终端设备的地址池，该地址池也关联一个设备地址-设备标识映射表；

对于每个网关在开通时根据其所处区域将其绑定到对应的区域码。

2.根据权利要求1所述的一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，其特征在于，还包括：终端设备在业务开通时增加终端属性，终端设备在注册时注册服务器把终端设备的终端属性传给网络服务器，网络服务器根据终端属性来判断将该终端设备到静态终端设备的地址池还是到移动终端设备的地址池来分配地址。

3.根据权利要求1所述的一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，其特征在于，所述终端属性为终端设备是移动终端设备或者是静态终端设备的标识。

4.根据权利要求2所述的一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，其特征在于，所述分配地址具体为：

对于静态终端设备，当网络服务器收到静态终端设备注册请求消息后，先根据该消息携带的基站标识得到其对应的区域码，再从该区域码所对应的地址池中分配一个地址给该静态终端设备，接着在该地址池所关联的设备地址-设备标识映射表中创建一条对应的新记录；

对于移动终端设备，网络服务器在独立用于移动终端的地址池中分配地址，在其对应的设备地址-设备标识映射表中创建一条建立新记录。

5.根据权利要求2所述的一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，其特征在于：所述终端属性在终端设备业务开通时签约标定。

6.根据权利要求1所述的一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，其特征在于：网络服务器用于静态终端设备的地址池为一个二维地址池，地址空间 = 区域码数量 × 独立的用于静态终端设备的地址池容量 + 移动终端设备的地址池容量。

7.根据权利要求1所述的一种LPWAN网络服务器的设备地址扩展方法，其特征在于：根据地域划分的不同组的静态终端设备地址重用。