CN111465089A - 一种基于物联网关的低功耗通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网关的低功耗通信系统。所述通信系统包括：转发服务器、通信基站、核心网、物联网关和移动终端。所述转发服务器与核心网连接；所述核心网分别与转发服务器和通信基站连接；所述通信基站以有线通信方式与核心网连接，以无线通信的方式与物联网关连接；所述物联网关通过无线通信方式分别与通信基站和移动终端连接。本发明大幅降低了通信基站的工作负荷，从而实现了大规模物联网移动终端同时接入物联网的目的。本发明中的移动终端采用物联网无线通信协议与物联网关进行短距离通信，移动终端不与通信基站直接连接，从而在保证移动终端通信可靠性的同时，还保持了终端设备的低功耗特性。

Description

一种基于物联网关的低功耗通信系统
技术领域
本发明涉及无线通信终端接入网络的方法，特别是一种允许大规模物联网无线通信终端同时接入物联网的方法。
背景技术
5G时代到来，整个通信领域都在努力实现“万物互联”的目标，想要通过万物互联将信息转化为行动，给企业、个人和国家创造新的功能，并带来更加丰富的体验和前所未有的经济发展机遇。
在物联网领域内，目前较为主流的无线大连接通信协议（物联网终端入网方案）为NB-IoT、LoRaWAN和Sigfox。NB-IoT技术的基站容量理论上可达5万，但实测只能达到3千到5千；LoRaWAN与NB-IoT的设计思路和工作原理相似，所以它们的基站容量也是相似的，它们都不能实现大规模的物联网终端同时接入。Sigfox是以上三种技术方案中覆盖范围最广的，基站容量达到了数十万之多，但为了达到数十万的基站容量，它将终端设备的带宽限制至100bps，同时限制终端设备每天通信的次数不超过140次，这使Sigfox的应用场景受限。综上所述，目前还没有任何一种技术方案可以实现大规模物联网终端设备同时接入物联网，与此同时还允许终端设备保持低功耗、高可靠性、低成本和体积小巧的特性。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于物联网关的低功耗通信系统。
一种基于物联网关的低功耗通信系统，包括：转发服务器、通信基站、核心网、物联网关和移动终端；所述转发服务器与所述核心网连接，所述转发服务器负责对所述物联网关与物联网关之间、所述移动终端与移动终端之间传输的数据包进行转发；所述核心网分别与转发服务器和通信基站连接，所述核心网为转发服务器与通信基站提供数据通路。
所述通信基站通过有线通信方式与核心网连接，所述通信基站通过无线通信方式与物联网关连接，所述通信基站使核心网和物联网关能够进行数据交互；所述物联网关通过无线通信方式分别与通信基站和移动终端连接，所述物联网关负责在通信基站和移动终端之间进行数据的汇聚和转发。
所述物联网关与所述通信基站通信时采用LTE/NR移动宽带通信协议，保证通信的高速率和低时延特性；所述物联网关与所述移动终端通信时采用Thread/Zigbee物联网无线通信协议（窄带通信），保证移动终端低功耗、高可靠性、低成本和体积小巧的特性。
所述核心网为有线网络，提供超大带宽，超高速率，超高可靠性的数据通信链路；所述物联网关在上电时，首先将自身的设备ID号上报给转发服务器，为所述转发服务器在物联网关与物联网关之间的数据转发工作提供寻址依据。
所述物联网关设置于需要大规模部署物联网移动终端的区域，物联网关的数量取决于物联网无线终端设备的数量和所需要的通信速率要求。
本发明的基于物联网关的低功耗通信系统所采用的方法，包括如下步骤：
架设转发服务器（1），负责将接收到的数据进行解析并转发到相应的目标终端设备；
在需要大规模部署物联网移动终端设备（5）的区域部署至少一台物联网关（4）；
物联网关（4）上电，物联网关（4）首先将自身的设备ID号上报给转发服务器（1）；
移动终端（5）上电，移动终端（5）首先通过物联网关（4）将自身的设备ID号上报给转发服务器；
任意发送方移动终端（5）向任意接收方移动终端（5）发送数据时，首先将数据发送给它所连接的物联网关（4）；所述物联网关（4）将数据通过通信基站（3）和核心网（2）发送到转发服务器（1）；转发服务器（1）对数据进行解析并通过核心网（2）和通信基站（3）将数据转发到接收方移动终端（5）所连接的物联网关（4），物联网关（4）将接收到的数据发送到接收方移动终端（5）。
本发明得到的有益效果：
1.本发明采用分治的设计思路，大幅降低了通信基站的工作负荷，从而实现大规模物联网移动终端同时接入物联网的目的。
2.本发明中的移动终端采用物联网无线通信协议与物联网关进行短距离通信，保证了通信的可靠性，终端设备不再需要大尺寸的天线；移动终端不与通信基站直接连接，从而保证了移动终端保持低功耗特性，从而移动终端不再需要厚重的电源，也不再需要复杂的硬件电路。综合上述各种特性，为移动终端带来了体积小巧的优势。
3.本发明不再需要像传统方法那样去部署大量通信基站，只需要在需要大规模使用物联网无线终端设备的区域内部部署物联网关即可，大幅降低了成本。同时网络部署和运维极为方便，只需要保证物联网关的持续供电即可。
附图说明
图1是本发明的系统架构设计原理示意图。
图中：1-转发服务器；2-核心网；3-通信基站；4-物联网关；5-移动终端。
图2是本发明的通信方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技巧方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实例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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例中，如图1所示，一种基于物联网关的低功耗通信系统，包括：转发服务器1、通信基站3、核心网2、物联网关4和移动终端5；所述转发服务器1与所述核心网2连接，所述转发服务器1负责对所述物联网关4之间、所述移动终端5间传输的数据包进行转发；所述核心网2分别与转发服务器1和通信基站3连接，所述核心网2为转发服务器1与通信基站3提供数据通路。
所述通信基站3通过有线通信方式与核心网2连接，所述通信基站通过无线通信方式与物联网关4连接；所述物联网关4通过无线通信方式分别与通信基站3和移动终端5连接。
在本实施例中，如图2所示，当有任意移动终端A需要发送数据至另一终端B时，移动终端A首先将需要传输的数据发送给它所连接的物联网关A，然后物联网关A会将数据通过运营商部署的通信基站和核心网发送到转发服务器；当转发服务器接收到数据之后，再通过核心网和通信基站将数据发送给移动终端B所连接的物联网关B，当移动终端B连接的物联网关B接收到数据后，将数据发送给移动终端B，由此便实现了任意移动终端间的通信过程。

Claims (8)

1.一种基于物联网关的低功耗通信系统，包括移动终端（5），其特征在于，还包括转发服务器（1）、通信基站（3）、核心网（2）和物联网关（4）；所述转发服务器（1）与所述核心网（2）连接，所述转发服务器（1）负责对所述物联网关（4）与物联网关（4）之间、所述移动终端（5）与移动终端（5）之间传输的数据包进行转发；
所述核心网（2）分别与转发服务器（1）和通信基站（3）连接，所述核心网（2）为转发服务器（1）与通信基站（3）提供数据通路；
所述通信基站（3）通过有线通信方式与核心网（2）连接；所述通信基站（3）通过无线通信方式与物联网关（4）连接；所述通信基站（3）使核心网（2）和物联网关（4）能够进行数据交互；
所述物联网关（4）通过无线通信方式分别与通信基站（3）和移动终端（5）连接，所述物联网关（4）负责在通信基站（3）和移动终端（5）之间进行数据的汇聚和转发。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网关的低功耗通信系统，其特征在于，所述物联网关（4）与所述通信基站（3）通信时采用LTE/NR移动宽带通信协议。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网关的低功耗通信系统，其特征在于，所述物联网关（4）与所述移动终端（5）通信时采用Thread/Zigbee物联网无线通信协议。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网关的低功耗通信系统，其特征在于，所述核心网（2）采用有线网络，提供超大带宽，超高速率，超高可靠性的数据通信链路。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网关的低功耗通信系统，其特征在于，所述物联网关（4）在上电时，首先将自身的设备ID号上报给转发服务器（1），为所述转发服务器（1）在物联网关（4）与物联网关（4）之间的数据转发工作提供寻址依据。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网关的低功耗通信系统，其特征在于，所述移动终端（5）在上电时，首先将自身的设备ID号通过所述物联网关（4）上报给转发服务器（1），为所述转发服务器（1）在移动终端（5）与移动终端（5）之间的数据转发工作提供寻址依据。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网关的低功耗通信系统，其特征在于，所述物联网关（4）的数量至少为1台，设置于需要大规模部署物联网移动终端（5）的区域。
8.根据权利要求1所述的一种基于物联网关的低功耗通信系统的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
架设转发服务器（1），负责将接收到的数据进行解析并转发到相应的目标终端设备；
在需要大规模部署物联网移动终端设备（5）的区域部署至少一台物联网关（4）；
物联网关（4）上电，物联网关（4）首先将自身的设备ID号上报给转发服务器（1）；
移动终端（5）上电，移动终端（5）首先通过物联网关（4）将自身的设备ID号上报给转发服务器；
任意发送方移动终端（5）向任意接收方移动终端（5）发送数据时，首先将数据发送给它所连接的物联网关（4）；所述物联网关（4）将数据通过通信基站（3）和核心网（2）发送到转发服务器（1）；转发服务器（1）对数据进行解析并通过核心网（2）和通信基站（3）将数据转发到接收方移动终端（5）所连接的物联网关（4），物联网关（4）将接收到的数据发送到接收方移动终端（5）。
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