CN110519830B - 能识别终端设备重号的LoRaWAN系统及其终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，包括：至少一个终端设备(ED)、至少一个网关设备(GW)、以及服务器，服务器包括网络服务器(NS)、应用服务器(AS)、客户服务器(CS)，该系统还包括网络控制器(NC)，NS对上与AS通信，对下与GW进行通信；NC为NS提供GW和GW下的ED的无线RF通信参数，CS与AS通信。本发明具有及时识别和处理DevSN重号的终端设备的功能。

Description

能识别终端设备重号的LoRaWAN系统及其终端设备

技术领域

本发明涉及一种能识别终端设备重号的LoRaWAN系统及其终端设备。

背景技术

LoRa是一种长距离低功耗无线通信技术，特别适用于只有电池供电的设备的通信。常见的只有电池供电需要通信的设备有水表、燃气表、热量表等，这些设备多，且地理位置分布广。此类设备的数据读取方法常采用最传统的人工抄表，耗费大量人力。随着科技的发展，为节省抄读人工成本，一些利用通信的抄读方式就应运而生。而LoRa的长距离低功耗无线通信技术则特别适用这种抄读需求。在LoRa技术基础上构成的LoRaWAN广域网系统，则能完整地构成这种自动表计抄读系统AMR。

电能表，通常认为是不差电的，可以不用电池供电进行通信的装置，但往往需要实时地进行双向通信，以便抄读电表数据和进行参数配置和投切。LoRa技术针对此类设备，也有专门考量，C类终端设备在不发送的时候，都是处于接收状态，完全可以实时地双向通信。

终端设备ED加入LoRaWAN网络时，会将其LoRa通信扩展标识符DevEUI(64位)传送给网络服务器NS，NS会给ED分配终端设备LoRa通信地址DevAddr(32位)，同时NS将DevAddr与终端设备的LoRa通信扩展标识符DevEUI关联。正常入网后使用DevAddr进行LoRa通信。

现有技术，ED入网过程为：首先ED依据DevSN构造出DevEUI，DevEUI未与DevSN进行独立编号；然后ED将DevEUI通过GW传送给NS；NS为DevEUI分配和关联DevAddr的同时，将DevEUI传送给AS；AS依据DevEUI解析出DevSN；最后AS给NS确认，NS将DevAddr通过GW传送给ED。

现有技术，因为DevEUI未与DevSN进行独立编号，而是由DevSN构造而成，一旦因为各种原因，DevSN发生重号，就会造成实际不同的终端设备的数据，因为DevSN重号，在AS服务器中会记录到同一个DevSN下，而且还不一定能及时发现。

在现有技术方案条件下：即使终端设备ED生产制造水平很高，如高于6σ水平，其DevSN出现重号的概率小于3.4个PPM，假设为1个PPM。再设LoRaWAN网络中有100万台终端设备ED，那么这100万台ED出现重号的概率为：

P_现＝1-(1-10^-6)^1000000＝0.632121＝632121PPM

这表明，即使ED的生产制造水平很高，对于百万级终端设备的LoRaWAN网络，有超出63.2％的概率要发生DevSN和DevEUI重号，从而系统出现混乱。

本发明出现的专业术语解释如下：

LoRa：Long Range，是由Semtech公司创建的，采用线性调频的一种长距离低功耗无线局域网技术和标准。

LoRaWAN：以LoRa技术为基础，增加网关和服务器构造而成的广域网。其中终端设备与网关设备之间采用LoRa技术通信。

ED：End Device，终端设备，具有LoRa通信功能，与GW通过LoRa无线进行通信。

DevSN：终端设备的设备编号。

DevEUI：终端设备的LoRa通信扩展标识符(64位)。

DevAddr：终端设备LoRa通信地址(32位)，终端设备入网时由网络服务器分配。

GW：Gateway，网关设备，与ED进行LoRa通信，与NS通过JSON/GWMP/UDP IP等进行通信。GW仅对报文进行转发，不对报文进行解析。

NS：Network Server，网络服务器，将来自GW的消息上传给AS，为来自AS的消息选择发送给适当的GW。NS传给GW的消息中含GW和ED的RF参数，该RF参数由NS取自NC。

NC：Network Controller，网络控制器，为LoRa通信提供RF参数。

AS：Application Server，应用服务器。

CS：Customer Server，客户服务器。

Command console，命令控制台。

PPM：Parts Per Million，百万分之一。

JSON＝JavaScript ObjectNotation，Java脚本对象简谱。

UDP＝User Data Protocol，用户数据报协议。

TCP＝Transmission Control Protocol，传输控制协议。

IP＝Internet Protocol，网际协议。

GWMP＝GateWay Message Protocol,网关消息协议。

发明内容

本发明通过提供一种能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，以解决现有技术中终端设备的设备编号DevSN重号的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，包括：

至少一个终端设备(ED)、至少一个网关设备(GW)、以及服务器，服务器包括网络服务器(NS)、应用服务器(AS)、客户服务器(CS)，该系统还包括网络控制器(NC)，NS对上与AS通信，对下与GW进行通信；NC为NS提供GW和GW下的ED的无线RF通信参数，CS与AS通信；

其中ED用于向NS发送入网请求；GW位于所述ED和NS之间，与终端设备通过LoRa进行无线通信，与NS通过公网或专网进行通信，用于ED和网络服务器之间转发信息；NS用于接收ED的入网请求信息，并发送数据至所述应用服务器，以及，接收AS发送的数据；AS用于接收NS发送的数据，并执行数据对应的操作，以及发送数据至NS，以及处理CS发送的请求。

上述系统通过以下方法实现识别终端设备的重号，该方法包括以下步骤：

步骤1，设备生产时，分别将终端设备的DevSN和DevEUI完全独立编号，且不相互关联；

步骤2，ED加入LoRaWAN网络时，首先将DevEUI传送给NS；NS给ED分配DevAddr的同时，将DevEUI传给AS；

步骤3，AS与ED进行通信会话获取DevSN；

步骤4，依据获取的DevSN在AS库中查找对应的DevEUI，设为DevEUI0，如有新入网终端设备，新入网ED的DevEUI记为DevEUI1，将DevEUI0与新入网ED的DevEUI1进行比对，若DevEUI0存在且异于DevEUI1，AS则报告新入网的ED的DevSN可能重号，请求人工判断；否则不重号；

进一步地，所述步骤3具体为：ED收到DevAddr后主动上报DevSN给AS。

进一步地，所述步骤4中人工判断的具体为：操作人员收到AS反馈新入网ED的DevSN可能重号的报告后，进行以下判定：

若确实是同一个终端设备ED只是更换了LoRa通信单元，以致DevEUI从DevEUI0变成了DevEUI1，则将AS的库中DevSN关联的DevEUI从DevEUI0更新为DevEUI1。

否则，AS通知NS将DevEUI为DevEUI1的设备踢出网络，并通知人工将DevSN重号其DevEUI为DevEUI1的ED进行移除。

进一步的，所述终端设备分A类、B类，C类三种，其中，

A类终端设备，功耗最低。它只有在发送完消息后，才开启两个接收窗口，以接收来自网关设备GW的下行消息。除了发送时间和接收窗口，A类设备均处于低功耗的休眠状态；即A类ED与GW的LoRa通信的只能由ED发起，ED是会话的主端；GW是从端。

B类终端设备，功耗较A类终端设备大，它有一个固定周期的接收时隙，以及一个同步信标时隙。此外其它时间此类设备处于低功耗休眠状态；即，B类ED与GW的LoRa通信，从GW传向ED的下行消息是在固定周期的时隙进行；从ED传向GW的上行消息，则是在固定周期的下行消息时隙和固定周期信标时隙外的其它任意时段进行，B类ED与GW的通信会话，两者都可发起，若会话是ED发起的，ED是主端，GW是从端，只是GW给出的应答是必须是在固定周期的时隙内进行；若会话是GW发起的，则GW是主端，ED是从端，只是GW的发起消息必须是在固定周期的下行消息时隙中发生。

C类终端设备，功耗最大，除了发送时段，其它时间都处于接收状态，因此功耗最大。即，C类ED在不发送时，都处于接收状态。所以，C类ED和GW都可以发起LoRa通信会话。当C类ED发起会话时，ED是主端，GW是从端；而当GW发起会话时，GW是主端，ED是从端。因此，C类ED与GW的通信会话的主从端完全可以随时切换。前文所述电能表，即可以是C类ED。

进一步地，该方法还包括NC为NS提供GW和GW下的ED的无线RF通信参数步骤。

本发明的另一个目的提供一种终端设备，该终端设备采用上述能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，所述终端设备包括电能表、水表、燃气表和热量表中的一种或多种的组合。

本发明的原理：AS发现新入网ED的DevSN的DevEUI为DevEUI1，在AS的数据库依据DevSN获取DevEUI，若存在的DevEUI为DevEUI0，不同于DevEUI1，则需要人工确认：若确是同一个ED，只是其LoRa通信单元更换了，新换LoRa通信单元的DevEUI变成了DevEUI1，则将AS库中DevSN关联的DevEUI从DevEUI0更新为DevEUI1；否则，通知NS将DevEUI1的设备踢出网络，并产生告警要求人工参与将DevEUI为DevEUI1的ED移除。这样就实现了及时识别和处理DevSN重号的终端设备的功能。

本发明的有益效果是：

在本发明技术方案中，还是假定终端设备ED的DevSN和DevEUI各自重号的概率为1PPM，采用本发明技术方案，只有当终端设备的DevSN和DevEUI都相同时，才会漏判DevSN重号。因此，本发明技术方案对于100万台级ED的LoRaWAN网络，漏判重号的概率为：P_本发明＝1-(1-10^-6×10^-6)^1000000＝10^-6＝1PPM，因此，采用本发明技术方案LoRaWAN系统存在DevSN重号不能发现的概率为1PPM，远小于现有技术方案的632121PPM，明显好于现有技术方案。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2为本发明中AS发起通信会话获取DevSN的具体过程。

图3为本发明中DevSN由ED收到DevAddr后主动上报过程。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一，参见图1，一种能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，系统由终端设备、网关设备，以及服务器等组成。在LoRaWAN系统中，一个ED发出的LoRa消息，可由1个或多个GW同时接收和传送给NS，NS选择其一传送给AS。AS有消息要传送给ED时，由NS选择合适的GW进行传送。网关设备GW，与终端设备通过LoRa进行无线通信，与NS通过公网或专网进行通信。服务器包括网络服务器NS、应用服务器AS、客户服务器CS，和网络控制器NC，NS对上与AS通信，对下与GW进行通信；NC为NS提供GW和GW下的ED的无线RF通信参数，CS与AS通信。

首先，终端设备生产时将DevSN和DevEUI完全独立编号，不相互关联。终端设备ED加入LoRaWAN网络时，首先还是将DevEUI传送给NS；NS给ED分配DevAddr的同时，将DevEUI传给AS。在本发明技术方案中，AS与ED会进行通信会话获取DevSN，而不是依据DevEUI解析出DevSN。AS发起通信会话获取DevSN的具体过程如图2所示(因为GW在此过程中只起到消息转发，故在图中隐去)。当然，DevSN也可由ED收到DevAddr后主动上报，具体过程如图3所示(因为GW在此过程中只起到消息转发，故在图中隐去)。

图2或图3中AS发现新入网的ED的DevSN的DevEUI为DevEUI1，在AS的数据库依据DevSN获取DevEUI，若其DevEUI为DevEUI0，不同于DevEUI1，则需要人工确认：若确是同一个ED，只是其LoRa通信单元更换了，新换LoRa通信单元的DevEUI变成了DevEUI1，则将AS库中DevSN关联的DevEUI从DevEUI0更新为DevEUI1；否则，通知NS将DevEUI1的设备踢出网络，并产生告警要求人工参与将DevEUI为DevEUI1的ED移除。这样就实现了及时识别和处理DevSN重号的终端设备的功能。

实施例二，一种终端设备包括水表、电能表等，应用本发明的能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，终端设备生产时将DevSN和DevEUI完全独立编号，不相互关联，通过本发明系统实现及时识别和处理DevSN重号的终端设备的功能。

假定终端设备ED的DevSN和DevEUI各自重号的概率为1PPM，采用本发明技术方案，只有当终端设备的DevSN和DevEUI都相同时，才会漏判DevSN重号。因此，本发明技术方案对于100万台级ED的LoRaWAN网络，漏判重号的概率为：P_本发明＝1-(1-10^-6×10^-6)^1000000＝10^-6＝1PPM，因此，采用本发明技术方案LoRaWAN系统存在DevSN重号不能发现的概率为1PPM，远小于现有技术方案的632121PPM，明显好于现有技术方案。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，包括：

至少一个终端设备(ED)、至少一个网关设备(GW)、以及服务器，服务器包括网络服务器(NS)、应用服务器(AS)、客户服务器(CS)，该系统还包括网络控制器(NC)，NS对上与AS通信，对下与GW进行通信；NC为NS提供GW和GW下的ED的无线RF通信参数，CS与AS通信；其特征在于，系统通过以下方法实现识别终端设备的重号，该方法包括以下步骤：

步骤1，终端设备生产时，将终端设备的DevSN和DevEUI完全独立编号，且不相互关联；

步骤2，ED加入LoRaWAN网络时，首先将DevEUI传送给NS；NS给ED分配DevAddr的同时，将DevEUI传给AS；

步骤3，AS与ED进行通信会话获取DevSN；

步骤4，依据获取的DevSN在AS库中查找对应的DevEUI，设为DevEUI0，新入网终端设备，其新入网ED的DevEUI记为DevEUI1，将DevEUI0与新入网ED的DevEUI1进行比对，若DevEUI0存在且异于DevEUI1，AS则报告新入网的ED的DevSN可能重号，请求人工判断；否则不重号。

2.根据权利要求1所述的能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，其特征在于，所述步骤3具体为：ED收到DevAddr后主动上报DevSN给AS。

3.根据权利要求2所述的能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，其特征在于，所述步骤4中人工判断的具体为：操作人员收到AS新入网的ED的DevSN可能重号的报告后，进行以下判定：若确实是同一个终端设备ED只是更换了LoRa通信单元，以致DevEUI从DevEUI0变成了DevEUI1，则将AS库中DevSN关联的DevEUI从DevEUI0更新为DevEUI1；否则，AS通知NS将DevEUI为DevEUI1的设备踢出网络，并通知人工将DevSN重号，其DevEUI为DevEUI1的ED移除。

4.根据权利要求1所述的能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，其特征在于，所述终端设备分A类、B类，C类三种，其中，

A类终端设备，功耗最低，它只有在发送完消息后，才开启两个接收窗口，以接收来自网关设备GW的下行消息，除了发送时间和接收窗口，A类设备均处于低功耗的休眠状态；

B类终端设备，功耗较A类终端设备大，它有一个固定周期的接收时隙，以及一个同步信标时隙，此外其它时间此类设备处于低功耗休眠状态；

C类终端设备，功耗最大，除了发送时段，其它时间都处于接收状态，因此功耗最大。

5.根据权利要求4所述的能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，其特征在于，所述方法还包括NC为NS提供GW和GW下的ED的无线RF通信参数步骤。

6.根据权利要求1所述的能识别终端设备重号的LoRaWAN系统，其特征在于，所述终端设备包括电能表、水表、燃气表和热量表中的一种或多种的组合。

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