CN110661774B - 用于在PLC网络上传送LoRa帧的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过用于对来自被称为量表的多个电量表的计量进行自动化管理的系统的第一PLC通信网络传送LoRa帧的方法，多个量表中的所述量表经由第一网络附接到至少一个数据集中器，每个数据集中器经由第二网络连接到服务器并且充当所述量表与服务器之间的中继器。该方法由多个量表中的量表执行并且包括：接收(402)LoRa帧，每个接收到的LoRa帧对应于由端点发送的相同LoRa帧；在服务器的方向上中继与所述发送帧对应的接收到的LoRa帧，该接收到的LoRa帧被称为第一帧，第一帧是根据第一预定标准选择(403)的；当接收到与所述发送LoRa帧对应的多个LoRa帧时，至少拒绝多个帧中的与第一帧不同的LoRa帧的子集。

Description

用于在PLC网络上传送LoRa帧的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过LPWAN类型的网络借助于用于对电量表计量进行自动管理的系统的电力线通信网络传送由终端发送的帧的方法，以及一种用于实施所述方法的装置和系统。

背景技术

随着近来出现物联网(IOT)，已经出现了一种新类型的网络：具有低能耗的长距离无线网络(“低功耗广域网(LPWAN)”)。在这些LPWAN网络之中，可以提及基于LoRa(注册商标)(“长距离”)技术的网络和Sigfox公司的网络。

基于LoRa技术的网络(下文称为“LoRa网络”)使用被称为LoRaWAN的协议。LoRa网络由通常置于高点上的基站或网关构成，以便覆盖较大地理区域。网关(下文称为LoRa网关)能够检测在它们的区域中由设备或终端(“端点”)发送的消息并且将它们传送到至少一个服务器(“LoRa网络服务器(LNS)”)，下文称为LNS服务器，所述LNS服务器将处理消息。

在LoRa网络的传统功能中，希望向LNS服务器传输消息(即，数据)的端点根据LoRaWAN协议在帧(被称为上行链路LoRa帧)中传输这个消息。上行链路LoRa帧以广播模式传输。这个上行链路LoRa帧被至少一个LoRa网关接收。接收到上行链路LoRa帧的每个LoRa网关对其进行解码，并且在HTTP(超文本传送协议)请求中将消息传输到服务器。如果多个LoRa网关接收到上行链路LoRa帧，则服务器接收含有消息的多个HTTP请求。然后服务器必须在接收到上行链路LoRa帧的LoRa网关中指定用于中继对上行链路LoRa帧中所含有的消息的响应的LoRa网关。响应在HTTP请求中从服务器传输到所指定的LoRa网关，并且然后以单播模式，根据LoRaWAN协议在下行链路LoRa帧中从所指定的LoRa网关传输到端点。

尽管LPWAN网络变得越来越普遍，但存在这些网络的范围之外的区域。而这些区域不能访问物联网。

其他网络提供更精细的地区覆盖，特别是在发达国家。尤其可以想到电力网络。最近开发出基本上仅意图用于传送电力的电力网络，以便变成数据可以在其中循环的网络。因此，用于AMM(自动化计量关联)类型的系统的电力线通信网络使用电力网络的基础设施以便创建所谓的逻辑网络。在被称为PLC(电力线通信)网络的这些逻辑网络之中，可以提及根据PRIME(电力线智能计量演化)规范的网络或根据ITU-T建议书G.9903中指定的G3-PLC标准的网络。在PLC网络中，在电量表(被称为智能电量表)与被称为数据集中器的装置之间建立通信，以便尤其允许由所述智能电量表进行对电力消耗测量的远程自动化计量。在下文，每个智能电量表被简称为量表。多个数据集中器通常在地理上部署在PLC网络中，以便分配多个量表的远程管理负载。每个数据集中器本身连接到提供对AMM系统的管理的相同中央单元，所述中央单元由与所述量表连接的电力供应网络的操作员管理。

如首字母缩略词AMM所指示，用于AMM系统的PLC网络意图传送来自量表的计量数据。在硬件方面和在协议方面都没有规定用于传送除了来自量表的计量数据之外的任何内容。因此，电力网络(不同于LPWAN网络，其精细地覆盖地区)目前无法用于传送来自连接在未被LPWAN网络覆盖的区域中的对象的数据。

发明内容

期望克服现有技术的这些缺点。尤其期望提出一种受益于用于AMM系统的PLC网络的覆盖以便将来自LPWAN网络的范围之外的连接对象的数据路由到服务器的方法。由于计量数据在用于AMM系统的PLC网络上具有优先级，因此所提出的方法必须确保传送来自连接对象的数据不会影响计量数据的传送。

还期望提供一种能以低成本简单地实施的解决方案。

根据本发明的第一方面，本发明涉及一种用于通过LPWAN网络、借助于用于对来自被称为量表的多个电量表的计量进行自动化管理的系统的第一所谓AMM电力线通信网络来传送由端点发送的帧的方法，多个量表中的所述量表经由AMM网络附接到至少一个数据集中器，每个数据集中器经由第二网络连接到服务器并且充当所述量表与服务器之间的中继器。所述方法由多个量表中的量表执行并且包括：根据适合于LPWAN网络的通信协议接收帧，每个接收到的帧对应于由端点通过LPWAN网络发送的相同帧；在服务器的方向上中继对应于所述发送帧的被称为第一帧的接收到的帧，第一帧是根据第一预定标准选择的；当接收到对应于所述发送帧的多个帧时，至少拒绝多个帧中的与第一帧不同的帧的子集，子集中的每个帧是根据第二预定标准选择的。

因此，本发明的方法使得通过LPWAN网络发送的帧能够通过用于对来自多个电量表的计量进行自动化管理的系统的电力线通信网络传送。此外，本发明的方法限制实际上路由到服务器的帧的数量，这使得可以限制由根据适合于LPWAN网络的通信协议的帧在所述电力线通信网络上使用的带宽。

根据一个实施例，第一预定标准包括以下项：选择第一次接收到的对应于所述发送帧的帧；或随机地从在预定时段期间接收到的对应于所述发送帧的帧之中选择第一帧；或者从在预定时段期间接收到的对应于所述发送帧的帧之中选择提供最佳接收质量的第一帧。

根据一个实施例，第二预定标准包括以下项：拒绝多个帧中与第一帧不同的每个帧；或从多个帧中的与第一帧不同的帧之中随机地选择预定数量的帧，并拒绝多个帧中的所有其他帧；或者从多个帧中与第一帧不同的帧之中选择提供最佳传输质量的预定数量的帧，并拒绝多个帧中的所有其他帧。

根据一个实施例，在量表被服务器指定用于确认由端点发送的每个帧时，所述量表在端点的方向上传输确认帧，以确认所述发送帧。

根据本发明的第二方面，本发明涉及一种用于对来自多个电量表的计量进行自动化管理的系统的所谓第一AMM电力线通信系统中所包括的电量表类型的装置，多个量表中的所述量表经由AMM网络附接到至少一个数据集中器，每个数据集中器经由第二网络连接到服务器并且充当所述量表与服务器之间的中继器。所述装置包括：

中继构件，其用于通过LPWAN网络在服务器的方向上中继由装置接收到的、与由端点根据适合于LPWAN网络的通信协议发送的帧对应的被称为第一帧的帧，第一帧是根据第一预定标准选择的；以及

拒绝构件，用于在接收到对应于所述发送帧的多个帧时至少拒绝多个帧中的与第一帧不同的帧的子集，子集中的每个帧是根据第二预定标准选择的。

根据一个实施例，该装置包括与LPWAN网络的通信接口，从而使得所述量表能够根据适合于LPWAN网络的通信协议接收帧。

根据本发明的第三方面，本发明涉及一种用于对来自被称为量表的多个电量表的计量进行自动化管理的系统，该系统被称为AMM系统，所述系统包括多个量表、至少一个数据集中器和服务器，多个量表中的量表经由第一电力线通信网络附接到数据集中器，每个数据集中器经由第二网络连接到服务器并且充当所述量表与服务器之间的中继器。所述AMM系统中的至少一个量表是根据第一方面的装置，被称为LPWAN量表。

根据一个实施例，当AMM系统包括多个LPWAN量表时，服务器包括构件，所述构件针对与所述LPWAN量表中的一者通信的每个端点确定与所述端点通信的哪个LPWAN量表必须确认由所述端点发送的每个帧。

根据本发明的第四方面，本发明涉及一种计算机程序，其包括用于在所述程序被装置的处理器执行时由所述装置实施根据第一方面的方法的指令。

根据本发明的第五方面，本发明涉及一种存储构件，其存储计算机程序，该计算机程序包括用于在所述程序被装置的处理器执行时由所述装置实施根据第一方面的方法的指令。

附图说明

通过阅读下面对示例性实施例的描述，上面提到的本发明的特征以及其他特征将会更加清楚，所述描述是结合附图给出的，在附图中：

-图1示意性地示出了实施本发明的AMM系统的示例；

-图2示意性地示出了与前一图中示出的物理网络对应的逻辑网络的表示；

-图3示意性地示出了处理模块的硬件架构的示例；

-图4示意性地示出了用于通过LPWAN网络来路由由端点发送的帧的方法在AMM系统中实施的示例；

-图5示意性地示出了上行链路LoRa帧在G3-PLC帧中的封装；

-图6示意性地示出了上行链路LoRa帧在HTTP帧中的封装；

-图7示意性地示出了下行链路LoRa帧在G3-PLC帧中的封装；

-图8示意性地示出了下行链路LoRa帧在HTTP帧中的封装；以及

-图9示意性地示出了适合于本发明的连接授权程序。

具体实施方式

在AMM系统中的PLC网络的背景下描述本发明，其中通信是基于G3-PLC协议。此外，如将在下文看到，PLC网络中的一些量表包括用于根据LoRaWAN协议通过LoRa类型的LPWAN网络使用帧进行通信的通信接口。本发明也可以在另一背景下使用。AMM系统的PLC网络也可以使用基于PRIME规范的通信。此外，LPWAN网络可以是SigFox网络。

图1示意性地示出了实施本发明的AMM系统的示例。

图1中的AMM系统包括终端系统，所述终端系统被称为HES(前端系统)140。HES系统140接收由多个量表120A、120B、120C、120D和120E(表示为120A至120E)收集的电力消耗计量信息并且处理它们。为了使得所述量表能够将所述信息传输到HES系统140，在所述量表中的每一者与数据集中器110之间建立PLC通信。通信系统通常包括多个数据集中器110，图1中仅示出一个。多个量表逻辑地连接到每个数据集中器110，因此每个数据集中器110充当连接到此的所述量表与HES系统140之间的中继器。

因此，在每个数据集中器110与连接到此的多个量表之间形成PLC网络101。这个PLC网络101是基于电力分配网络100(即，物理网络)，所述电力分配网络用来向所述量表120负责监测的电气设施供应电力。因此，每个量表120A至120E包括用于经由PLC网络101进行通信的PLC通信接口111。同样地，每个数据集中器110包括用于经由PLC网络101进行通信的这种PLC通信接口111。根据示例实施例，PLC网络101是根据G3-PLC协议。

为了使得可以将由量表120A至120E传输的信息中继到HES系统140，每个数据集中器110还包括用于与通信网络102通信的接口113，HES系统140也连接到所述通信网络。

因此，HES系统140包括用于经由通信网络102进行通信的接口113，从而使得它能够与多个数据集中器110通信。通信网络102优选地是如标准文件RFC 791中定义的IP(互联网协议)类型的网络，诸如互联网。在一个实施例中，数据集中器110与HES系统140之间的通信使用HTTP请求。

在图1中，每个量表120A至120E包括用于与LoRa类型的LPWAN网络(LoRa网络)通信的接口114。LoRa网络使得每个量表120A至120E能够与位于所述量表范围内的端点通信，每个端点借助于相同的通信接口114连接到LoRa网络。在图1中，描绘了连接对象类型的两个端点160A和160B。量表120A至120E与端点160A和160B根据LoRaWAN协议进行通信。在图1中，由端点160A在广播模式下发送的每个上行链路LoRa帧被量表120B和120C接收。由端点160B在广播模式下发送的每个上行链路LoRa帧被量表120D接收。

由端点发送的每个上行链路LoRa帧意图用于服务器150，所述服务器被称为LoRa网络服务器(LNS)。LNS服务器150接收由数据集中器110收集的上行链路LoRa帧并处理它们。

为了使得LNS服务器150能够接收由数据集中器110收集的上行链路LoRa帧，LNS服务器150包括用于与通信网络102通信的接口113。在一个实施例中，数据集中器110与LNS服务器150之间的通信使用HTTP请求。

在图1的系统中，具有通信接口114的每个量表实施LoRa网关，并且因此相对端点，起到类似于传统LoRa网络中的LoRa网关的作用。然而，如将在下文关于图2和图4看到，为了避免LoRa请求使AMM系统超载，由量表120A至120E接收到的所有上行链路LoRa请求并未都传送到LNS服务器150。

图1中的系统中的每个实体，不管是数据集中器110、量表120A至120E、HES系统140还是LNS服务器150，都包括使得这些实体能够参与本发明的实施的处理模块30(未示出)。

图2示意性地示出了与在图1所示的电网络100上实施的PLC网络对应的逻辑网络的表示。

如关于图1提及，每个量表120A至120E连接到数据集中器110。另一方面，从逻辑角度来看，某些量表(诸如量表120A和120D)直接连接到数据集中器110，而其他量表(诸如量表120B、120C和120E)借助于另一量表间接地连接到数据集中器110。因此，量表120A和120D与数据集中器110直接通信。另一方面，由量表120B、120C和120E发送的根据G3-PLC标准的每个帧(在下文被称为G3-PLC帧)必须经过量表120A以便到达数据集中器110。因此，在一些量表之间创建父子层级结构。例如，量表120A是相对于量表120B、120C和120E的父，而所述量表120B、120C和120E本身是量表120A的子。

如关于图1已经看出，由端点160A发送的每个上行链路LoRa帧被量表120B和120C接收。因此，当上行链路LoRa帧由端点160A发送时，它被量表120B接收(所述量表将它中继到量表120A)并且被量表120C接收(所述量表将它中继到量表120A)。因此，相同的上行链路LoRa帧被量表120A接收两次。在传统LoRa网络中，接收到上行链路LoRa帧的每个LoRa网关将它中继到该LoRa网关所连接到的LNS服务器。LoRa网关无法参与了解一个或多个其他LoRa网关是否已经中继相同的上行链路LoRa帧。在传统LoRa网络中，接收到上行链路LoRa帧的LoRa网关没有办法知道这个上行链路LoRa帧是否已被另一LoRa网关接收并中继到LNS服务器。

如可以在图2中看出，当LoRa网关集成在量表(诸如量表120A至120E)中时，情况不同。这是因为一些量表(诸如量表120A)由于AMM系统中的量表的父子层级结构而多次接收到相同的帧。通过分析接收到的上行链路LoRa帧，量表可以知道它多次接收到相同的上行链路LoRa帧。

图3示意性地示出了处理模块30的硬件架构的示例。

处理模块30便包括通过通信总线300连接的以下项：处理器或CPU 301；随机存取存储器RAM 302；只读存储器ROM 303；存储单元或存储介质读取器，诸如SD读卡器304；使得处理模块30能够与图1中的系统中的其他实体通信的一组通信接口305。

当处理模块30被包括在量表120A至120E中时，所述一组通信接口305包括用于与PLC网络101通信的接口111和用于与LPWAN网络通信的接口114。

当处理模块30被包括在数据集中器110中时，所述一组通信接口305包括用于与PLC网络101通信的接口111和用于与通信网络102通信的接口113。

当处理模块30被包括在HES系统140中时，所述一组通信接口305包括用于与网络102通信的接口113。

当处理模块30被包括在LNS服务器150中时，所述一组通信接口305包括用于与网络102通信的接口113。

当处理模块30被包括在端点160A或160B中时，所述一组通信接口305包括用于与LPWAN网络通信的接口114。

处理器301能够执行从以下各项加载到RAM 302中的指令：ROM 303、外部存储器(未示出)、存储介质(诸如SD卡)、或通信网络。当实体(即，数据集中器110、量表120A至120E、HES系统140、LNS服务器150或者端点160A或160B)通电时，处理器301能够从RAM 302读取指令并执行它们。这些指令形成计算机程序，所述计算机程序致使由处理器301实施关于图4描述的方法。

关于图4描述的方法的全部或一部分可以通过诸如DSP(数字信号处理器)或微控制器等可编程机器执行一组指令而以软件形式实施，或者由诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)等机器或专用部件以硬件形式实施。

图4示意性地示出了用于通过LPWAN网络来路由由端点发送的帧的方法在AMM系统中的示例实现方式。

在图4中，以由端点160A发送的上行链路LoRa帧为例。对于由端点160B发送的上行链路LoRa帧，将获得类似的实现方式。

在步骤401中，端点160A的处理模块30引起发送上行链路LoRa帧。这个上行链路LoRa帧借助于端点160A的通信接口114在广播模式下传输。上行链路LoRa帧包括呈地址DevAddr形式的端点160A的标识符。

在步骤402中，量表120B的处理模块30检测量表120B在其通信接口114上对上行链路LoRa帧的接收。

尽管这两个帧是相同的，但在下文，将由端点160发送的上行链路LoRa帧称为发送帧，并且将被量表(例如，这里是量表120B)接收到的上行链路LoRa帧称为接收帧。

在步骤403中，为了决定是否必须中继被量表120B接收到的帧，量表120B的处理模块30判定这个帧是否符合第一预定标准。

在被称为非时间延迟模式的一个实施例中，预定标准包括系统地选择量表120B第一次接收到的与所述发送帧对应的帧。

在被称为第一时间延迟模式的一个实施例中，在步骤403期间，处理模块在第一次接收到对应于相同发送帧的帧之后等待预定时段TEMPO。预定时段TEMPO是例如200ms。在这个实施例中，预定标准包括在量表120B在预定时段TEMPO期间接收到的对应于所述发送帧的帧之中随机地选择帧。

在被称为第二时间延迟模式的一个实施例中，在步骤403期间，处理模块30在第一次接收到对应于相同发送帧的帧之后等待预定时段TEMPO。在这个实施例中，预定标准包括在预定时段TEMPO期间接收到的对应于所述发送帧的帧之中选择提供最佳接收品质的帧。

在图4的情况下，量表120B仅接收一次由端点160A发送的帧。因此，无论实施例如何，都选择中继所接收的唯一帧。

在步骤404中，量表120B的处理模块30将接收到的帧封装在G3-PLC帧中，并且在数据集中器110的方向上传输这个G3-PLC帧。因此，量表120B将G3-PLC帧传输到量表120A。由量表120A发送的G3-PLC帧在下文被称为第一G3-PLC帧。

图5示意性地示出了上行链路LoRa帧在G3-PLC帧中的封装。

因此，图5中所描述的帧是根据G3-PLC标准的帧。该G3-PLC帧包括在字段56中的G3-PLC报头、在字段55中的6LowPAN(IPv6低功耗无线个人局域网)报头、在字段54中的IPv6(互联网协议版本6)报头，以及在字段53中的UDP(用户数据报协议)报头。G3-PLC帧还包括第一子部分51(其包括封装的上行链路LoRa帧)和第二子部分52。子部分51和52形成G3-PLC帧的有效载荷。第二子部分52意图用于接收直接(即，通过网络接口114)接收到封装的LoRa帧的每个量表的标识符。在一个实施例中，由量表实施的每个LoRa网关具有IP(互联网协议)地址。在这种情况下，接收到上行链路LoRa帧的量表的标识符是由这个量表实施的LoRa网关的IP地址。在另一实施例中，由量表实施的G3-PLC的LoRaWAN传送服务与UDP端口号相关联。在这个实施例中，直接接收到上行链路LoRa帧的量表的标识符是量表的IP地址和UDP端口号(与G3-PLC的LoRaWAN传送服务相关联的UDP端口号)。然而，由于在字段54中由IPv6传送协议传达的源IP地址始终属于量表，因此不再需要在字段52中传输IP地址。

在这些实施例中，在步骤404期间，量表120B将量表120B的标识符存储在子部分52中。

在一个实施例中，除了存储接收到上行链路LoRa帧的每个量表的标识符之外，对于接收到上行链路LoRa帧的每个量表，子部分52还存储表示所述量表对所述上行链路LoRa帧的接收质量的信息。质量信息是例如信噪比(SNR)和/或关于接收信号的强度的指示(接收信号强度指示(RSSI))。

在这个实施例中，子部分52包括表示量表120B对由端点160A发送的帧的接收质量的信息。

在步骤406中，量表120C的处理模块30检测量表120C在其通信接口114上对由端点160A发送的帧的接收。

在步骤407中，量表120C的处理模块30应用与步骤403相同的步骤。步骤407的结果便与步骤403的结果相同，由于量表120C的处理模块30选择接收到的唯一帧并且在步骤408期间在数据集中器110的方向上以G3-PLC帧对这个帧进行中继。由量表120C发送的G3-PLC帧在下文被称为第二G3-PLC帧。

第二G3-PLC帧重复关于图5描述的帧格式。在子部分51中，包括与第一G3-PLC帧相同的上行链路LoRa帧。在子部分52中，包括量表120C的标识符。在一个实施例中，子部分52还包括表示量表120C对所述上行链路LoRa帧的接收质量的信息。

在步骤405和409中，量表120A的处理模块30分别在其通信接口111上接收第一G3-PLC帧和第二G3-PLC帧。

在步骤410中，量表120A的处理模块30应用与步骤403和407相同的步骤。然而，鉴于在量表120B和120C各自接收对应于所发送的帧的唯一帧的背景下执行步骤步骤403和407，在步骤410期间，量表120A接收对应于所发送的帧的两个帧。

在非时间延迟模式的情况下，量表120A的处理模块30一接收到对应于所发送的帧的第一接收帧就选择这个帧。因此，选择在步骤405期间接收到的帧进行中继。

在第一时间延迟模式的情况下，量表120A的处理模块30随机地选择它接收到的与所发送的帧对应的帧之中的一个帧。例如，量表120A的处理模块30选择在步骤405期间接收到的帧(即，第一G3-PLC帧)。

在第二时间延迟模式的情况下，量表120A的处理模块30选择它接收到的与所发送的帧对应的帧之中的提供最佳接收质量的帧。为此，量表120A的处理模块30使用每个接收到的G3-PLC帧(即，第一和第二G3-PLC帧)的子部分52中所含有的表示接收质量的信息。例如，量表120A的处理模块30选择在步骤409期间接收到的帧(即，第二G3-PLC帧)。

当接收到对应于发送帧的多个帧时，在步骤411期间，处理模块至少拒绝多个帧中的与在步骤410期间选择的帧不同的帧的子集，所述子集中的每个帧是根据第二预定标准选择的。

在一个实施例中，第二预定标准包括拒绝多个帧中的与在步骤410期间选择的帧不同的每个帧。因此，在这个实施例中，每个量表120A至120E将与所发送的帧对应的唯一帧中继到数据集中器110。

在一个实施例中，第二预定标准包括在多个帧中的与在步骤410期间选择的帧不同的帧之中随机地选择预定数量的帧，多个帧中的所有其他帧都被拒绝。例如，量表120A的处理模块30随机地选择多个帧中的与在步骤410期间选择的帧不同的帧之中的一个帧。因此，在这个实施例中，每个量表120A至120E将与所发送的帧对应的两个帧中继到数据集中器110。

在一个实施例中，第二预定标准由在多个帧中的与在步骤410期间选择的帧不同的帧之中选择提供最佳传输质量的帧构成，多个帧中的所有其他帧都被拒绝。为此，量表120A的处理模块30使用每个接收到的G3-PLC帧的子部分52中所含有的表示接收质量的信息。例如，量表120A的处理模块30选择多个帧中的与在步骤410期间选择的帧不同的帧之中的一个帧。因此，在这个实施例中，每个量表120A至120E将与发送帧对应的两个帧中继到数据集中器110。例如，每个量表对多个帧中的帧之中的提供两个最佳传输质量的帧进行中继。

在步骤412中，量表120A的处理模块30致使将每个选择的帧(即，每个G3-PLC帧，封装与端点160A所发送的帧对应的上行链路LoRa帧)中继到数据集中器110。每个中继的帧符合关于图5描述的帧格式。在步骤412期间，每个中继的帧包括在其子部分51中的在步骤401期间由端点160A发送的上行链路LoRa帧。此外，在步骤412期间，每个中继的帧包括在其子部分52中的直接接收到上行链路LoRa帧的每个量表(此处，这对应于量表120B和120C)的标识符。在一个实施例中，对于直接接收到由端点160A发送的上行链路LoRa帧的每个量表，子部分52还包括表示量表对所述帧的接收质量的信息。在图4中的示例中，每个中继的G3-PLC帧包括表示量表120B对上行链路LoRa帧的接收质量的信息和表示量表120C对上行链路LoRa帧的接收质量的信息。

在步骤413中，数据集中器110的处理模块30检测到数据集中器110已经接收到至少一个G3-PLC帧。在步骤413期间，对于每个接收到的G3-PLC帧，处理模块30判定G3-PLC帧是否含有源于量表的计量数据或者它是否含有根据LoRaWAN协议的数据。为此，数据集中器110的处理模块30判定G3-PLC帧的有效载荷是否含有子部分51和52。当G3-PLC帧包括计量数据中，提取G3-PLC帧的有效载荷并将其封装在HTTP帧中，所述HTTP帧在HES系统140的方向上传输。当G3-PLC帧包括子部分51和52中，提取G3-PLC帧的有效载荷并将其封装在HTTP帧中，所述HTTP帧在步骤414中在LNS服务器150的方向上传输。

图6示意性地示出了上行链路LoRa帧在HTTP帧中的封装。

HTTP帧包括在字段66中的例如以太网报头、在字段65中的IP报头(IPv4或IPv6)、在字段64中的TCP(传输控制协议)报头以及在字段63中的HTTP报头。在HTTP帧的有效载荷中，发现子部分51和子部分62，所述子部分62在UDP端口号与G3-PLC的LoRaWAN传送服务不关联的情况下与子部分52相同(因此，子部分62包括由中继上行链路LoRa帧的量表实施的LoRa网关的IP地址)，并且在UDP端口号与由中继上行链路LoRa帧的量表实施的G3-PLC的LoRaWAN传送服务相关联的情况下包括实施LoRa网关的量表的IP地址。在变体中，有可能使用对应于HTTPS(超文本传送协议安全)的TLS(传送层安全)与HTTP协议，以便以安全方式进行传输。

在步骤417期间，LNS服务器150的处理模块30检测到LNS服务器150已经接收到根据LoRaWAN协议的含有数据的HTTP帧并且处理这些数据。

在传统LoRa网络中，端点与LNS服务器之间的消息交换是双向的。LNS服务器可以例如确认上行链路LoRa帧。为此，如上所述，如果多个LoRa网关接收到相同的上行链路LoRa帧，则LNS服务器必须在接收到上行链路LoRa帧的LoRa网关之中指定用于中继对上行链路LoRa帧中所含有的消息的响应的LoRa网关。响应在HTTP请求中从LNS服务器传输到所指定的LoRa网关，并且然后以单播，根据LoRaWAN协议在下行链路LoRa帧中从所指定的LoRa网关传输到端点。

无法设想在用于中继LoRa帧的AMM系统的背景下应用此类程序。这是因为AMM系统具有数据传送时间，所述数据传送时间与LoRaWAN协议分配给端点的用于在所述端点发送上行链路LoRa帧之后接收确认的时间约束不兼容。

在一个实施例中，LNS服务器110的处理模块30为它所了解的每个端点指定量表之中的能够为所述端点中继上行链路LoRa帧的一个量表。这个指定可以例如在将端点连接到LoRa网络的过程期间完成。

此处假设，在步骤401期间由端点160A发送的上行链路LoRa帧是加入请求帧。在这种情况下，关于图4描述的方法是对应于加入请求阶段的连接程序的开始。

在步骤417期间，因此，LNS服务器150在至少一个HTTP帧的子部分51中接收加入请求帧。此外，在子部分52中，LNS服务器150接收量表120B和120C的标识符。在一个实施例中，LNS服务器150的处理模块30随机地选择量表之中的具有子部分52中的标识符的一个量表。在另一实施例中，当子部分52也包括子部分51中所包括的表示上行链路LoRa帧的接收质量的信息时，LNS服务器150的处理模块30选择与表示质量的最佳信息相关联的量表。例如，LNS服务器150的处理模块30选择量表120B。指定的量表然后用于每次LNS服务器150将下行链路LoRa帧传输到端点160A。对量表120B的指定可以是明确的或者定期地更新，例如每24小时更新。在定期更新的情况下，LNS服务器150的处理模块30依赖于与它接收到的任何上行链路LoRa帧相关联的子部分52的内容，而这个上行链路LoRa帧不一定是加入请求帧。

在接收到加入请求帧之后，LNS服务器用加入接受帧进行响应。

图9示意性地示出了加入接受程序。

在步骤901中，LNS服务器150的处理模块生成意图用于装置160A的含有加入接受的下行链路LoRa帧(被称为加入接受帧)、将加入接受帧封装在HTTP帧中并且使得由LNS服务器150将HTTP帧传输到数据集中器110。

图8示意性地示出了下行链路LoRa帧在HTTP帧中的封装。

在HTTP帧中发现字段63、64、65和66。子部分51包括加入接受帧。HTTP帧还包括子部分82。子部分82包括所指定的量表的标识符。在图9中的示例中是量表120B。此外，子部分82包括所指定的量表(即，量表120B)发送下行链路LoRa帧所需的时间。这个发送时间是相对于所指定的量表对上行链路LoRa帧的接收时间的相对时间。

在步骤903中，数据集中器110接收HTTP帧。在步骤903期间，数据集中器110的处理模块30提取HTTP帧的有效载荷(即，子部分51和82)并使用这个有效载荷形成G3-PLC帧。

图7示意性地示出了下行链路LoRa帧在G3-PLC帧中的封装。

在G3-PLC帧中发现字段53、54、55和56。子部分51包括下行链路LoRa帧。子部分72包括子部分82中所指示的所指定的量表发送下行链路LoRa帧所需的时间。

在步骤903期间，数据集中器110的处理模块30读取子部分82(或72)中的所指定的量表的地址，并且确定为了到达所指定的量表(即，量表120B)，它必须将它所形成的G3-PLC帧传输到量表120A。数据集中器110的处理模块30接下来使得将G3-PLC帧发送到量表120A。

在步骤904中，量表120A接收G3-PLC帧。在步骤904期间，量表120A在量表120B的方向上中继这个帧。

在步骤905中，量表120B的处理模块30检测到量表120B已经接收到G3-PLC帧，并且从G3-PLC帧中提取下行链路LoRa帧。量表120B的处理模块30等待接收来自端点160A的上行链路LoRa帧。当量表120B的处理模块30检测到接收了上行链路LoRa帧时，它记下对这个上行链路LoRa帧的接收时间、将在步骤905期间接收到的G3-PLC帧中所含有的所需发送时间的值添加到所述接收时间以便获得实际传输时间，并且在因而计算出的实际传输时间将下行链路LoRa帧传输到端点160A。下行链路LoRa帧还含有对最后接收到的上行链路LoRa帧的确认。在步骤905期间，量表120B的处理模块30确定其标识符已被插入子部分72中，并且从中推断出它已被指定为传输来自LNS服务器150并意图用于端点160A的每条消息。此外，量表120A的处理模块30确定它必须从现在起确认由端点160A发送的每个LoRa帧。

在步骤906中，装置160A接收下行链路LoRa帧。

在图9中的示例中，下行链路LoRa帧因此是加入接受。类似的方法应用于由LNS服务器150传输到端点160A的任何其他帧。

返回到图4，这次假设由端点160A发送的上行链路LoRa帧是含有意图用于LNS服务器150的消息的帧。先前执行了连接程序，其中由端点160A发送加入请求帧并且由LNS服务器150传输加入接受。如上所述，LNS服务器150没有确认上行链路LoRa帧，但向它已经指定的量表委派继续确认的责任。先前执行的且关于图4和图9描述的连接过程使得有可以指定量表120B继续对来自端点160A的上行链路LoRa帧的确认。

在传统LoRa网络中，端点和LNS服务器各自管理变量FcntUP和变量FcntDOWN。为了区分它们，端点的变量FcntUP和FcntDOWN在下文分别被称为FcntUP_T和FcntDown_T。所有这些变量采用32位(32位模式：通常情况)或采用16位(16位模式：变体)。另一方面，不管模式如何，在LoRaWAN帧中都只传输最低有效16位。LNS服务器的变量FcntUP和FcntDOWN在下文分别被称为FcntUP_S和FcntDown_S。LNS服务器为它所知晓的每个端点管理一对变量FcntUP_S和FcntDown_S。每当端点传输上行链路LoRa帧时，变量FcntUP_T就增加一个单位。每当端点接收到下行链路LoRa帧时，变量FcntDown_T就进行更新。在32位模式的情况下，端点考虑到在帧中以16位接收的值并且根据这个接收到的16位值来管理变量FcntDown_T的增量，具体地涉及从32位变量的右边开始的第17个位。在16位模式的情况下，端点在其局部变量中复制在帧中接收到的16位值。每当LNS服务器从与变量相关联的端点接收到上行链路LoRa帧时，由LNS服务器以恰好与端点的变量FcntDown_T相同的方式管理变量FcntUP_S。每当LNS服务器将下行链路LoRa帧传输到与变量相关联的端点时，变量FcntDown_S就增加一个单位。在连接到LoRa网络的过程期间，将变量FcntUP_T、FcntDown_T、FcntUP_S和FcntDown_S设置为零。当端点传输上行链路LoRa帧时，它将其FcntUP_T量表的值插入在这个帧中。当LNS服务器传输下行链路LoRa帧时，它将其FcntDown_S量表的值插入在这个帧中。当LNS服务器从端点接收到含有值低于与所述端点相关联的变量FcntUP_S的值的变量FcntUP_T的上行链路LoRa帧时，它拒绝该上行链路LoRa帧。当端点从LNS服务器接收到含有值小于变量FcntDown_T的值的变量FcntDown_S的下行链路LoRa帧时，它拒绝该下行链路LoRa帧。

在本发明的背景下，由LNS服务器150指定用于将下行链路LoRa帧传输到端点并用于确认来自这个端点的上行链路LoRa帧的量表还被委派为对端点而不是LNS服务器150变量FcntUP_S和FcntDown_S的管理。在图4中的示例中，量表120B的处理模块30必须管理与端点160A相关联的变量FcntUP_S和FcntDown_S。每当量表120B中继意图用于端点160A的下行链路LoRa帧或者将确认帧传输到端点160A时，处理模块30使变量FcntDown_S的值增加一个单位并且将这个值插入下行链路LoRa帧中或插入确认帧中。每当量表120B从端点160A接收到上行链路LoRa帧时，它更新变量FcntUP_S，如上文在传统LoRa网络的情况下所指示。以与传统LNS服务器相同的方式，当量表120B从端点160A接收到传送比变量FcntUP_S的值低的变量FcntUP_T的值的上行链路LoRa帧时，量表120B的处理模块30拒绝所述帧。

在步骤402期间由量表120B接收到端点160A所发送的上行链路LoRa帧之后，量表120B的处理模块30执行步骤418。在步骤418期间，量表160A的处理模块30生成确认帧、使变量FcntUP_S和FcntDown_S的值增加一个单位，并且将变量FcntDown_S的值插入确认帧中。确认帧接下来传输到端点160A。假设，负责确认上行链路LoRa帧的每个量表而不是LNS服务器150先前存储了LoRaWAN协议的信息，诸如密钥NtwSEndKey和密钥SNwkSIntKey，这些密钥中的每一者对于每个端点来说是唯一的。密钥NtwSEndKey用于对确认帧的有用部分(有效载荷)进行编码。密钥SNwkSIntKey用于对确认帧的MIC(消息完整性代码)部分进行编码。

在步骤419中，端点160A接收确认帧并且检查到变量FcntDown_S的值高于变量FcntDown_T的值。如果变量FcntDown_S的值高于变量FcntDown_T的值，则端点160A接受确认帧并使变量FcntDown_T的值增加一个单位。

应注意，如在传统LoRa网络中，在本发明的背景下对帧的确认是可选的。

直到现在，已经假设量表120A至120E严格地相同。因此，每个量表120A至120E包括具有通信接口114的接口并且实施LoRa网关。

在一个实施例中，所有的量表120A至120E都实施LoRa网关，但不一定包括通信接口114。因此，量表120A至120E可以实施LoRa网关，而无需能够接收或传输LoRa帧。例如，在这个实施例中，量表120A不包括通信接口114但实施LoRa网关，这使得它能够在特定步骤405、409、410、411、412和904中执行。

在一个实施例中，一些量表不包括通信接口114并且不实施LoRa网关。这些量表便可以是实施LoRa网关的两个量表之间的中间量表。这些量表随后仅仅中继G3-PLC帧，而无需考虑到这些帧的内容。

当通信接口包括多个数据集中器110时，LNS服务器150可以从多个不同的数据集中器110接收封装相同上行链路LoRa帧的多个HTTP帧。在这种情况下，每个接收到的HTTP帧的子部分62含有表示已经接收到相同上行链路LoRa帧的不同组量表的信息。事实上可以想象端点160A所发送的上行链路LoRa帧被量表120B、120C和120D接收，但量表120B和120C附接到第一数据集中器110，而量表120D附接到第二数据集中器110。在这种情况下，LNS服务器150的处理模块30考虑含有相同上行链路LoRa帧的所有HTTP帧。当LNS服务器150的处理模块30必须指定用于将帧中继到端点或用于确认帧的量表时，它从每个接收到的HHTP帧的子部分62中所指示的量表之中进行指定。

Claims (10)

1.一种借助于用于对来自多个量表(120A，120B，120C，120D，120E)的计量进行自动化管理的系统的第一AMM电力线通信网络(101)来传送由端点通过低功耗广域LPWAN网络发送的帧的方法，所述多个量表中的量表经由所述AMM电力线通信网络附接到至少一个数据集中器，每个数据集中器经由第二网络(102)连接到服务器(150)并且用作所述量表与所述服务器之间的中继器，其特征在于，所述方法由所述多个量表中的量表执行并且包括：

根据适合于LPWAN网络的通信协议来接收(402)至少一个帧，所接收的每个帧对应于由端点通过所述LPWAN网络发送的相同帧；

在所述服务器的方向上中继(404)与发送帧对应的被称为第一帧的接收帧，所述第一帧是根据第一预定标准选择(403)的；

当接收到对应于所述发送帧的多个帧时，至少拒绝所述多个帧中的与所述第一帧不同的帧的子集，所述子集中的每个帧是根据第二预定标准选择的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预定标准包括以下项：选择第一次接收到的对应于所述发送帧的帧；或随机地从在预定时段期间接收到的对应于所述发送帧的帧之中选择所述第一帧；或者从在预定时段期间接收到的对应于所述发送帧的帧之中选择提供最佳接收质量的所述第一帧。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二预定标准包括以下项：拒绝所述多个帧中的与所述第一帧不同的每个帧；或从所述多个帧中的与所述第一帧不同的帧之中随机地选择预定数量的帧，并拒绝所述多个帧中的所有其他帧；或者从所述多个帧中的与所述第一帧不同的帧之中选择提供最佳传输质量的预定数量的帧，并拒绝所述多个帧中的所有其他帧。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述量表被所述服务器指定用于确认由所述端点发送的每个帧时，所述量表在所述端点的方向上传输确认帧，以确认所述发送帧。

5.一种用于对来自多个量表(120A，120B，120C，120D，120E)的计量进行自动化管理的AMM系统中所包括的量表类型的装置，所述多个量表中的量表经由第一电力线网络(101)附接到至少一个数据集中器(110)，每个数据集中器经由第二网络(102)连接到服务器(150)并且充当所述量表与所述服务器之间的中继器，其特征在于，所述装置包括：

用于通过低功耗广域LPWAN网络在所述服务器的方向上中继由所述装置接收到的、与由端点根据适合于LPWAN网络的通信协议发送的帧对应的被称为第一帧的帧的中继装置，所述第一帧是根据第一预定标准选择的；以及

用于在接收到对应于发送帧的多个帧时至少拒绝所述多个帧中的与所述第一帧不同的帧的子集的装置，所述子集中的每个帧是根据第二预定标准选择的。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括与LPWAN网络的通信接口(114)，从而使得所述量表能够根据适合于LPWAN网络的通信协议来接收帧。

7.一种用于对来自多个量表的计量进行自动化管理的AMM系统，所述AMM系统包括多个量表(120A，120B，120C，120D，120E)、至少一个数据集中器(110)和服务器(150)，所述多个量表的所述量表经由第一电力线通信网络(101)附接到数据集中器，每个数据集中器经由第二网络(102)连接到所述服务器并且充当所述量表与所述服务器之间的中继器，其特征在于，所述AMM系统的至少一个量表是根据权利要求6所述的装置，被称为LPWAN量表。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述AMM系统中的至少一个量表是根据权利要求5所述的装置。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，当所述AMM系统包括多个LPWAN量表时，所述服务器包括：针对与所述LPWAN量表中的一者通信的每个端点，用于确定与所述端点通信的哪个LPWAN量表必须确认由所述端点发送的每个帧的装置。

10.存储装置，其特征在于，存储包括指令的计算机程序，当所述程序由设备的处理器运行时，所述指令使所述设备实施根据权利要求1至4中的任一项所述的方法。

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