CN111083045A - 一种基于LoRa技术的边缘计算网关及其通信处理方法 - Google Patents

一种基于LoRa技术的边缘计算网关及其通信处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于LoRa技术的边缘计算网关及其通信处理方法，网关包括主控模块、LoRa基站通信模块、远程通讯模块、本地通讯模块、电源模块、定位模块、天线接口模块、状态指示灯模块、按钮模块、温湿度监控模块，LoRa基站通信模块、远程通讯模块、本地通讯模块、电源模块、定位模块、天线接口模块、状态指示灯模块、按钮模块、温湿度监控模块都与主控模块有线连接，远程通讯模块、LoRa基站通信模块都与天线接口模块有线连接，电源模块、远程通讯模块、LoRa基站通信模块都与状态指示灯模块有线连接，本发明一方面提高响应速度，减少网络延时，实现对第三方设备的智能化管理；另一方面，本发明减少云端服务器压力，降低方案难度，减少服务器成本，降低运维成本。

Description

一种基于LoRa技术的边缘计算网关及其通信处理方法
技术领域
本发明涉及一种基于LoRa技术的边缘计算网关及其通信处理方法。
背景技术
随着物联网技术的发展，远距离、低功耗、多设备的连接需求越来越旺盛，目前主流的无线通讯技术如WiFi、蓝牙、ZigBee由于传输距离的局限性，已经不能满足上述需求；另一种物联网技术NB-IoT，由于依赖于运营商的基站，导致很多场景如地下停车场、偏远地区等无法进行数据的传输。
在数据处理方面，大部分LoRa物联网网关都是将采集的数据传输到云端服务器进行处理，降低了数据处理的实时性，特别是数据量大的场景下，将会增加响应时间，带来延时问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有产品中的不足，提供一种基于LoRa技术的边缘计算网关及其通信处理方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于LoRa技术的边缘计算网关，包括主控模块、LoRa基站通信模块、远程通讯模块、本地通讯模块、电源模块、定位模块、天线接口模块、状态指示灯模块、按钮模块、温湿度监控模块，所述LoRa基站通信模块、远程通讯模块、本地通讯模块、电源模块、定位模块、天线接口模块、状态指示灯模块、按钮模块、温湿度监控模块都与主控模块有线连接，所述远程通讯模块、LoRa基站通信模块都与天线接口模块有线连接，所述电源模块、远程通讯模块、LoRa基站通信模块都与状态指示灯模块有线连接，所述本地通讯模块用于以有线方式下与第三方设备进行通讯。
作为优选，所述主控模块包括处理器单元、存储器单元、时钟模块、复位单元、边缘计算模块，所述存储器单元、时钟模块、复位单元、边缘计算模块都与处理器单元有线连接。
作为优选，所述远程通讯模块包括WiFi通信模块、4G通信模块、蓝牙通讯模块、GPS通信模块，所述远程通讯模块用于完成数据的无线传输。
作为优选，所述本地通讯模块包括RS485通讯模块、RS232通讯模块、DI/DO模块、USB通信模块、MicroUSB接口模块、MiniHDMI接口模块、TF接口模块、以太网通讯模块。
作为优选，电源模块包括电源转换模块、断电告警模块、防雷模块。
作为优选，定位模块包括GPS定位精准授时模块，所述定位模块用于提供网关的定位数据，所述温湿度监控模块用于实时监测主控模块的温湿度，所述按钮模块包括启动单元和复位单元，所述按钮模块用于控制主控模块的启动和复位。
作为优选，所述时钟模块包括RTC时钟电路，所述时钟模块用于为处理器单元提供准确的时间信息。
作为优选，所述天线接口模块包括LoRa天线接口、4G天线接口、WiFi天线接口、GPS天线接口，所述LoRa天线接口与LoRa基站通信模块有线连接，所述4G天线接口与4G通信模块有线连接，所述WiFi天线接口与WiFi通信模块有线连接，所述GPS天线接口与GPS通信模块有线连接。
作为优选，所述状态指示灯模块包括红灯指示灯模块、绿灯指示灯模块、蓝灯指示灯模块，所述红灯指示灯模块与电源模块有线连接，所述绿灯指示灯模块与4G通讯模块有线连接，所述蓝灯指示灯模块与LoRa基站通信模块有线连接。
一种基于LoRa技术的边缘计算网关的通信处理方法，通信处理方法包括如下步骤：
步骤s1：基于LoRa技术的边缘计算网关启动；
步骤s2：第三方设备发送信号给基于LoRa技术的边缘计算网关；
步骤s3：基于LoRa技术的边缘计算网关接收信号；
步骤s4：基于LoRa技术的边缘计算网关将信号进行解调；
步骤s5：基于LoRa技术的边缘计算网关将信号进行解码；
步骤s6：边缘计算模块进行解密，然后边缘计算模块进行校验，若边缘计算模块校验未通过则退出结束，否则边缘计算模块将校验后的信号进行计算分析处理，得到处理后的信号；
步骤s7：将处理后的信号发送给云端服务器或者通过本地通讯模块发送给第三方设备进行相互通信；
步骤s8：结束。
本发明的有益效果如下：本发明网关中的LoRa基站通信模块兼容标准的LoRaWAN标准协议，LoRa终端可快速接入网关，支持海量设备连接，低功耗、远距离、易部署的特性可以让用户灵活组网，实现物联网的全覆盖；边缘计算模块内置于主控模块，一方面在LoRa网关层即可对终端数据进行清洗、分析、计算、存储，提高响应速度，减少网络延时，实现对第三方设备的智能化管理；另一方面，LoRa技术的边缘计算网关内置边缘计算模块，减少云端服务器压力，降低方案难度，减少服务器成本，降低运维成本；本发明包括RS485、RS232通讯模块，可以以有线的方式连接多种第三方设备，实现网关的多线性连接。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为通信处理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：
如图1所示，一种基于LoRa技术的边缘计算网关，包括主控模块1、LoRa基站通信模块2、远程通讯模块3、本地通讯模块4、电源模块5、定位模块6、天线接口模块7、状态指示灯模块8、按钮模块9、温湿度监控模块10，所述LoRa基站通信模块2、远程通讯模块3、本地通讯模块4、电源模块5、定位模块6、天线接口模块7、状态指示灯模块8、按钮模块9、温湿度监控模块10都与主控模块1有线连接，所述远程通讯模块3、LoRa基站通信模块2都与天线接口模块7有线连接，所述电源模块5、远程通讯模块3、LoRa基站通信模块2都与状态指示灯模块8有线连接，所述本地通讯模块4用于以有线方式下与第三方设备18进行通讯。
主控模块1用于完成信息的解析、发送、协议转换、地址解析，包括上下行模块，对上传的数据进行处理，并将结果发送至远程通讯模块。主控模块还包括边缘计算模块，数据无需上传云端服务器，在设备端即可完成数据的处理，减少网络延时，降低服务器的压力和成本。
LoRa基站通信模块2内置LoRa射频芯片SX1301，包括8个上行信道和1个下行信道，用于通过LoRa调制方式完成物联网节点数据的收发。具有低功耗、远距离的特点。
如图1所示，所述主控模块1包括处理器单元11、存储器单元12、时钟模块14、复位单元13、边缘计算模块15，所述存储器单元12、时钟模块14、复位单元13、边缘计算模块15都与处理器单元11有线连接。
如图1所示，所述远程通讯模块3包括WiFi通信模块32、4G通信模块31、蓝牙通讯模块34、GPS通信模块33，所述远程通讯模块3用于完成数据的无线传输。
如图1所示，本地通讯模块4包括RS485通讯模块41、RS232通讯模块42、DI/DO模块43、USB通信模块44、MicroUSB接口模块47、MiniHDMI接口模块48、TF接口模块49、以太网通讯模块45。其中，RS485有2路接口；RS232有2路接口；DI/DO有2路接口，分别用于接收和发送高低电平的状态，控制继电器模块的开关状态；USB通讯模块有2路接口，采用USB2.0协议，用于和外围设备进行通讯；MicroUSB接口模块有1路接口，支持OTG功能，用于和便携设备之间进行数据的高速通讯；MiniHDMI接口模块有1路接口，用于输出图像信号和音频信号；TF接口模块有1路接口，用于SD卡的扩展接口。
如图1所示，电源模块5包括电源转换模块51、断电告警模块52、防雷模块53。
如图1所示，定位模块6包括GPS定位精准授时模块61，所述定位模块6用于提供网关的定位数据，所述温湿度监控模块10用于实时监测主控模块1的温湿度，所述按钮模块9包括启动单元92和复位单元91，所述按钮模块9用于控制主控模块1的启动和复位。
如图1所示，时钟模块14包括RTC时钟电路141，所述时钟模块14用于为处理器单元11提供准确的时间信息。
如图1所示，天线接口模块7包括LoRa天线接口74、4G天线接口71、WiFi天线接口72、GPS天线接口73，所述LoRa天线接口74与LoRa基站通信模块2有线连接，所述4G天线接口71与4G通信模块31有线连接，所述WiFi天线接口72与WiFi通信模块32有线连接，所述GPS天线接口73与GPS通信模块33有线连接。
如图1所示，状态指示灯模块8包括红灯指示灯模块81、绿灯指示灯模块82、蓝灯指示灯模块83，所述红灯指示灯模块81与电源模块5有线连接，所述绿灯指示灯模块82与4G通讯模块31有线连接，所述蓝灯指示灯模块83与LoRa基站通信模块2有线连接。红灯亮起表示电源模块启动；绿灯亮起表示4G通讯模块启动；蓝灯亮起表示LoRa通讯模块启动。
如图2所示，一种基于LoRa技术的边缘计算网关的通信处理方法，所述通信处理方法包括如下步骤：
步骤s1：基于LoRa技术的边缘计算网关启动；
步骤s2：第三方设备18发送信号给基于LoRa技术的边缘计算网关；
步骤s3：基于LoRa技术的边缘计算网关接收信号；
步骤s4：基于LoRa技术的边缘计算网关将信号进行解调；
步骤s5：基于LoRa技术的边缘计算网关将信号进行解码；
步骤s6：边缘计算模块15进行解密，然后边缘计算模块15进行校验，若边缘计算模块15校验未通过则退出结束，否则边缘计算模块15将校验后的信号进行计算分析处理，得到处理后的信号；
步骤s7：将处理后的信号发送给云端服务器或者通过本地通讯模块4中的RS232接口、MQTT协议、HTTP协议现实送给第三方设备18进行相互通信；
步骤s8：结束。
本发明还可实现设备的管理、配置下发、第三方设备终端数据的推送、指令的批量处理，缓解了从端到云的数据量传输负担，减少了和云端交互的响应时间，缩短带宽延时，满足数据实时处理、数据优化、数据安全、故障快速定位等关键需求，实现云边协同。
本发明网关中的LoRa基站通信模块兼容标准的LoRaWAN标准协议，LoRa终端可快速接入网关，支持海量设备连接，低功耗、远距离、易部署的特性可以让用户灵活组网，实现物联网的全覆盖；边缘计算模块内置于主控模块，一方面在LoRa网关层即可对终端数据进行清洗、分析、计算、存储，提高响应速度，减少网络延时，实现对第三方设备的智能化管理；另一方面，LoRa技术的边缘计算网关内置边缘计算模块，减少云端服务器压力，减少服务器成本，降低方案难度，降低运维成本；本发明包括RS485、RS232通讯模块，可以以有线的方式连接多种第三方设备，实现网关的多线性连接。
需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于LoRa技术的边缘计算网关，其特征在于，包括主控模块（1）、LoRa基站通信模块（2）、远程通讯模块（3）、本地通讯模块（4）、电源模块（5）、定位模块（6）、天线接口模块（7）、状态指示灯模块（8）、按钮模块（9）、温湿度监控模块（10），所述LoRa基站通信模块（2）、远程通讯模块（3）、本地通讯模块（4）、电源模块（5）、定位模块（6）、天线接口模块（7）、状态指示灯模块（8）、按钮模块（9）、温湿度监控模块（10）都与主控模块（1）有线连接，所述远程通讯模块（3）、LoRa基站通信模块（2）都与天线接口模块（7）有线连接，所述电源模块（5）、远程通讯模块（3）、LoRa基站通信模块（2）都与状态指示灯模块（8）有线连接，所述本地通讯模块（4）用于以有线方式下与第三方设备（18）进行通讯。
2.根据权利要求1所述基于LoRa技术的边缘计算网关，其特征在于，所述主控模块（1）包括处理器单元（11）、存储器单元（12）、时钟模块（14）、复位单元（13）、边缘计算模块（15），所述存储器单元（12）、时钟模块（14）、复位单元（13）、边缘计算模块（15）都与处理器单元（11）有线连接。
3.根据权利要求1所述基于LoRa技术的边缘计算网关，其特征在于，所述远程通讯模块（3）包括WiFi通信模块（32）、4G通信模块（31）、蓝牙通讯模块（34）、GPS通信模块（33），所述远程通讯模块（3）用于完成数据的无线传输。
4.根据权利要求1所述基于LoRa技术的边缘计算网关，其特征在于，所述本地通讯模块（4）包括RS485通讯模块（41）、RS232通讯模块（42）、DI/DO模块（43）、USB通信模块（44）、MicroUSB接口模块（47）、MiniHDMI接口模块（48）、TF接口模块（49）、以太网通讯模块（45）。
5.根据权利要求1所述基于LoRa技术的边缘计算网关，其特征在于，所述电源模块（5）包括电源转换模块（51）、断电告警模块（52）、防雷模块（53）。
6.根据权利要求1所述基于LoRa技术的边缘计算网关，其特征在于，所述定位模块（6）包括GPS定位精准授时模块（61），所述定位模块（6）用于提供网关的定位数据，所述温湿度监控模块（10）用于实时监测主控模块（1）的温湿度，所述按钮模块（9）包括启动单元（92）和复位单元（91），所述按钮模块（9）用于控制主控模块（1）的启动和复位。
7.根据权利要求2所述基于LoRa技术的边缘计算网关，其特征在于，所述时钟模块（14）包括RTC时钟电路（141），所述时钟模块（14）用于为处理器单元（11）提供准确的时间信息。
8.根据权利要求3所述基于LoRa技术的边缘计算网关，其特征在于，所述天线接口模块（7）包括LoRa天线接口（74）、4G天线接口（71）、WiFi天线接口（72）、GPS天线接口（73），所述LoRa天线接口（74）与LoRa基站通信模块（2）有线连接，所述4G天线接口（71）与4G通信模块（31）有线连接，所述WiFi天线接口（72）与WiFi通信模块（32）有线连接，所述GPS天线接口（73）与GPS通信模块（33）有线连接。
9.根据权利要求3所述基于LoRa技术的边缘计算网关，其特征在于，所述状态指示灯模块（8）包括红灯指示灯模块（81）、绿灯指示灯模块（82）、蓝灯指示灯模块（83），所述红灯指示灯模块（81）与电源模块（5）有线连接，所述绿灯指示灯模块（82）与4G通讯模块（31）有线连接，所述蓝灯指示灯模块（83）与LoRa基站通信模块（2）有线连接。
10.一种基于LoRa技术的边缘计算网关的通信处理方法，其特征在于，基于权利要求2所述基于LoRa技术的边缘计算网关，所述通信处理方法包括如下步骤：
步骤s1：基于LoRa技术的边缘计算网关启动；
步骤s2：第三方设备（18）发送信号给基于LoRa技术的边缘计算网关；
步骤s3：基于LoRa技术的边缘计算网关接收信号；
步骤s4：基于LoRa技术的边缘计算网关将信号进行解调；
步骤s5：基于LoRa技术的边缘计算网关将信号进行解码；
步骤s6：边缘计算模块（15）进行解密，然后边缘计算模块（15）进行校验，若边缘计算模块（15）校验未通过则退出结束，否则边缘计算模块（15）将校验后的信号进行计算分析处理，得到处理后的信号；
步骤s7：将处理后的信号发送给云端服务器或者通过本地通讯模块（4）发送给第三方设备（18）进行相互通信；
步骤s8：结束。
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