CN111555969B - 一种基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于Sub‑G星型网络和mesh网络的网关，包括微控制器MCU和Sub‑G芯片，Sub‑G芯片包括射频RF Chip SDK、硬件抽象层HAL、运行环境编程接口层RAL、协议栈模块；射频RF Chip SDK为导入的对应芯片平台的SDK；硬件抽象层HAL包括根据射频RF Chip SDK封装的第一通用接口；运行环境编程接口层RAL包括根据射频RF Chip SDK封装的第二通用接口；协议栈模块，用于对获取的硬件抽象层HAL和运行环境编程接口层RAL输入的数据进行处理，然后向硬件抽象层HAL和运行环境编程接口层RAL输出对应的执行指令，以便硬件抽象层HAL和运行环境编程接口层RAL在执行指令的控制下进行对应的执行操作；微控制器MCU，用于与Sub‑G芯片以及服务端通信。能够避免网关中Sub‑G和MCU交互的时延和冲突，提升网关的平台可移植性。

Description

一种基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关。

背景技术

Sub-G是一种工作在1GHz以下的微功率短距离无线通信技术，如常见的433、786、868、915。相比WiFi、Blutooth和Zigbee，Sub-G通信距离最远、穿墙效果最好、休眠功耗最低且成本较低，因此被广泛应用在智能家电和安防传感领域。

Sub-G一般需要借助网关才能将Sub-G子设备接入服务端，传统的Sub-G网关一般由Sub-G(Sub-G为SoC(即System on Chip，系统级芯片)或mcu+RF)+微控制器MCU(通信协议为WiFi/蓝牙/其他)组成，其中网关中的Sub-G只需要负责简单的数据收发处理和数据透传功能。这样会导致将许多实现逻辑推给难度系数更大的MCU统一实现，导致网关的MCU与Sub-G在数据上行和下行交互时出现不必要的时延和撞包冲突问题，用户会增加各种UART(即Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)防撞包时序处理和数据缓存策略，但依然无法解决时延问题和频繁交互时的冲突问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，能够避免网关中Sub-G和MCU交互的时延和冲突，并提升网关的平台可移植性。其具体方案如下：

本申请公开了一种基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，包括微控制器MCU和Sub-G芯片，所述Sub-G芯片包括射频RF Chip SDK、硬件抽象层HAL、运行环境编程接口层RAL、协议栈模块；其中，

所述射频RF Chip SDK为导入的对应芯片平台的SDK；

所述硬件抽象层HAL包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第一通用接口；

所述运行环境编程接口层RAL包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第二通用接口；

所述协议栈模块，用于对获取的所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输入的数据进行处理，然后向所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输出对应的执行指令，以便所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL在所述执行指令的控制下进行对应的执行操作；

所述微控制器MCU，用于与所述Sub-G芯片以及服务端进行通信。

可选的，所述协议栈模块具体包括数据收发模块，数据存储模块，射频数据模块，任务调度模块，其中，

所述数据收发模块，用于与所述微控制器MCU进行通信；

所述数据存储模块，用于存储当前网关对应的入网子设备节点的节点信息、缓存指令以及响应所述节点信息对应的查询指令；

所述射频数据模块，用于对射频数据进行初始化、解析以及过滤重传；

所述任务调度模块，用于调度所述协议栈模块的任务。

可选的，所述网关，还包括：

用户应用层，用于为目标客户端提供开发服务。

可选的，所述网关在子设备节点入网时，在flash中为每个入网的所述子设备节点建立对应的节点信息表，并利用所述节点信息表存储所述子设备节点的节点信息以及缓存指令。

可选的，所述网关在所述子设备节点入网时，为所述子设备节点分配对应的meshid，并将所述mesh id和所述子设备节点的MAC地址保存至所述节点信息表。

可选的，所述网关在子设备节点入网时，为所述子设备节点分配对应的mesh key，然后在与所述子设备节点进行数据交互时，利用所述mesh key对交互数据进行加密或解密。

可选的，所述网关查找所述子设备节点的mesh id或groud mesh id，利用所述mesh id或所述groud mesh id与所述子设备节点进行数据交互；

其中，所述groud mesh id为群组订阅时为所述子设备节点分配的组id。

可选的，所述网关获取子设备节点上报的告警信息或状态信息，然后将所述告警信息或状态信息保存至所述节点信息表。

可选的，所述网关能够唤醒低功耗节点，并更新网关本地保存的所述低功耗节点的节点信息。

可选的，所述网关能够将超低功耗节点对应的节点更新信息存储在对应的所述节点信息表中，在超低功耗节点发送请求时，将所述节点更新信息发送至所述超低功耗节点；

其中，所述节点更新信息为所述网关或者用户终端设置的更新信息。

可见，本申请公开的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，包括微控制器MCU和Sub-G芯片，所述Sub-G芯片包括射频RF Chip SDK、硬件抽象层HAL、运行环境编程接口层RAL、协议栈模块；其中，所述射频RF Chip SDK为导入的对应芯片平台的SDK；所述硬件抽象层HAL包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第一通用接口；所述运行环境编程接口层RAL包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第二通用接口；所述协议栈模块，用于对获取的所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输入的数据进行处理，然后向所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输出对应的执行指令，以便所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL在所述执行指令的控制下进行对应的执行操作；所述微控制器MCU，用于与所述Sub-G芯片以及服务端进行通信。这样，射频RF Chip SDK为导入的对应芯片平台的SDK，在切换平台时，导入对应的SDK以及更新HAL层和RAL层即可，并且，协议栈模块来实现Sub-G星型网络和mesh网络的数据处理逻辑，能够避免网关中Sub-G和MCU交互的时延和冲突，并提升网关的平台可移植性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请公开的一种基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关结构示意图；

图2为本申请公开的一种具体的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关架构图；

图3为本申请公开的一种Sub-G网关和子设备数据交互流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本申请实施例公开了本申请公开了一种基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，包括微控制器MCU11和Sub-G芯片12，所述Sub-G芯片包括射频RF ChipSDK121、硬件抽象层HAL122、运行环境编程接口层RAL123、协议栈模块124；其中，

所述射频RF Chip SDK121为导入的对应芯片平台的SDK；

所述硬件抽象层HAL122包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第一通用接口；

所述运行环境编程接口层RAL123包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第二通用接口；

所述协议栈模块124，用于对获取的所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输入的数据进行处理，然后向所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输出对应的执行指令，以便所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL在所述执行指令的控制下进行对应的执行操作；

所述微控制器MCU，用于与所述Sub-G芯片以及服务端进行通信。

可见，本申请实施例公开的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，包括微控制器MCU和Sub-G芯片，所述Sub-G芯片包括射频RF Chip SDK、硬件抽象层HAL、运行环境编程接口层RAL、协议栈模块；其中，所述射频RF Chip SDK为导入的对应芯片平台的SDK；所述硬件抽象层HAL包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第一通用接口；所述运行环境编程接口层RAL包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第二通用接口；所述协议栈模块，用于对获取的所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输入的数据进行处理，然后向所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输出对应的执行指令，以便所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL在所述执行指令的控制下进行对应的执行操作；所述微控制器MCU，用于与所述Sub-G芯片以及服务端进行通信。这样，射频RF Chip SDK为导入的对应芯片平台的SDK，在切换平台时，导入对应的SDK以及更新HAL层和RAL层即可，并且，协议栈模块来实现Sub-G星型网络和mesh网络的数据处理逻辑，能够避免网关中Sub-G和MCU交互的时延和冲突，并提升网关的平台可移植性。

其中，所述射频RF Chip SDK121为最底层，切换平台时导入相应平台的SDK库环境，并更新HAL层和RAL即可，解决了移植的问题。

HAL层和RAL层是在RF Chip SDK基础上封装好的最接近底层的通用接口，HAL层管理常见的驱动接口如GPIO、UART、Timer等，RAL负责管理RF的部分接口如Tx、Rx、Idle、Sleep、RSSI、载波等，切换芯片平台时需要同步更新接口里面的逻辑即可移植。

所述协议栈模块124，具体可以包括数据存储模块，射频数据模块，任务调度模块，所述数据收发模块，用于与所述微控制器MCU进行通信；所述数据存储模块，用于存储当前网关对应的入网子设备节点的节点信息、缓存指令以及响应所述节点信息对应的查询指令；所述射频数据模块，用于对射频数据进行初始化、解析以及过滤重传；所述任务调度模块，用于调度所述协议栈模块的任务。

并且，所述协议栈模块124还可以包括GPIO模块，用于管理芯片GPIO的逻辑，Parameter模块，用于管理和定义协议栈模块124中各模块的参数。

另外，所述网关还包括用户应用层，用于为目标客户端提供开发服务。

例如，参见图2所示，本申请实施例公开了一种具体的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关架构图，其中Protocal Stack Of Sub-G Mesh Link即协议栈模块，在切换平台时无需改动，所有Sub-G的星型和mesh网络的数据处理逻辑均在此模块中完成，协议栈模块从HAL层和RAL层获取数据输入，处理完成后输出具体指令给HAL层和RAL层执行。该协议栈模块主要包含六个模块组件，其中UART Data Module数据收发模块具备对接外部MCU的通用协议逻辑，用于与外部MCU通信；Flash Data Module数据存储模块具备存储多个子设备的绑定参数和缓存指令单元的能力和逻辑，同时可用于子设备信息响应查询，用于存储当前网关对应的入网子设备节点的节点信息、缓存指令以及响应所述节点信息对应的查询指令；RF Data Module射频数据模块用于对RF数据初始化、解析和过滤重传数据包；TimerModule任务调度模块负责整理和调动整个Protocal Stack的任务，实现延时收发数据包和其他任务的调度。确保星型网络和mesh网络在大规模组网时有序进行。Application是在Protocal Stack模块上抽离出来的用户应用层，可以对客户开放其Application用于二次开发。

这样，基于Sub-G的星型和mesh网络网关由MCU和Sub-G(SoC)两部分组成。把Sub-G(SoC)部分划分成图2所示的架构，并实现每个模块的逻辑和相互关联。这样Sub-G网关中的MCU只需要通过UART和GPIO跟Sub-G进行通用对接，即可大大减少了不必要的逻辑交互，从而缓解了时延和冲突的问题。并且该架构在Sub-G子设备节点同样适用。

进一步的，所述网关在子设备节点入网时，在flash中为每个入网的所述子设备节点建立对应的节点信息表，并利用所述节点信息表存储所述子设备节点的节点信息以及缓存指令。所述网关在所述子设备节点入网时，为所述子设备节点分配对应的mesh id，并将所述mesh id和所述子设备节点的MAC地址保存至所述节点信息表。

具体的，本申请在入网前子设备节点Node支持广播地址寻址，入网后Node只支持mesh id或groud mesh id寻址。Node的mesh id统一由网关Gateway分配且依次递增不重复，并在入网后双方进行本地存储。Gateway添加Node时，先识别Node的类型，节点类型包括常节点、低功耗节点和超低功耗节点，根据节点类型为每类节点分配对应预设范围的meshid，同时Gateway每绑定一个Node，为每个入网的子设备节点在flash中建立一个属于该Node的信息表，用于存储该Node的所有相关绑定信息和缓存命令，举例如{node_sn，meshid，mac，gid_num,cmd_buf}。

其中，子设备节点的入网方式包括用户终端APP或网关本地广播请求入网或该子设备主动广播入网。

并且，所述网关在子设备节点入网时，为所述子设备节点分配对应的mesh key，然后在与所述子设备节点进行数据交互时，利用所述mesh key对交互数据进行加密或解密。本申请入网过程全程进行信号安全加密，入网时Gateway为Node分配统一的mesh key，Node入网后用mesh key加解密数据。

此外，在子设备入网成功后，网关将子设备节点的节点信息保存在本地，同时给服务端上传报备一下已入网的Node信息，也即，将本地存储的节点信息同步给服务端。

并且，所述网关查找所述子设备节点的mesh id或groud mesh id，利用所述meshid或所述groud mesh id与所述子设备节点进行数据交互；其中，所述groud mesh id为群组订阅时为所述子设备节点分配的组id。也即，在控制流程中，Gateway具备自动查找Node的mesh id或groud mesh id的能力，通过mesh id或groud mesh id跟Node进行交互，并进行本地状态的更新，同时更新Gateway中关于Node信息表的falsh内容，服务端可以从Gateway本地同步所有Node的mesh信息表，即服务端可以同步所述节点信息表。

进一步的，所述网关获取子设备节点上报的告警信息或状态信息，然后将所述告警信息或状态信息保存至所述节点信息表。同时，Node告警或状态上报时，也通过mesh id标识与Gateway进行交互，Gateway同步更新Node的信息表。

另外，所述网关能够唤醒低功耗节点，并更新网关本地保存的所述低功耗节点的节点信息。所述网关能够将超低功耗节点对应的节点更新信息存储在对应的所述节点信息表中，在超低功耗节点发送请求时，将所述节点更新信息发送至所述超低功耗节点；其中，所述节点更新信息为所述网关或者用户终端设置的更新信息。也即，对于低功耗或者超低功耗的Node，由于长期期处在休眠状态，可以周期性唤醒更新数据或外部中断触发告警，Sub-G网关Gateway支持唤醒低功耗Node并直接更新其信息；对于超低功耗Node，Gateway支持最新数据暂存到其flash信息表中(可以是APP更新的设置或本地更新的设置)，等待超低功耗Node请求Gateway时，Gateway会以命令或ACK的形式把信息表中的指令参数更新到超低功耗Node。

例如，参见图3所示，本申请实施例公开了一种Sub-G网关和子设备数据交互流程图。网关和子设备的在星型和mesh网络中的入网绑定流程、数据控制流程、数据上报和状态更新流程均可以在无网络环境下完成，重新连网后支持从网关拉取最新的子设备节点信息，解决本地完成配网问题以及告警和状态由于无网络丢失的问题。其核心在于所有Sub-Gmesh等参数的本地化，即网关本地存储子设备节点的节点信息。

现有技术中，无网络环境下MCU断开与服务端的连接，不能通过网关本地添加和操控子设备，子设备上报的告警信号也会丢失。本实施例网关端Sub-G实现了本地入网参数的分配和数据存储，建立和保存与子设备的绑定关系，以及实现在无网络环境下通过网关能够操控子设备，解决本地无网绑定和控制问题。对于子设备上报的告警或状态跟新信息，需要对应保存到网关Sub-G上做缓存和更新，网络重连时MCU能从网关Sub-G端拉取数据并更新到服务端，解决状态和告警丢失问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的一种基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，其特征在于，包括微控制器MCU和Sub-G芯片，所述Sub-G芯片包括射频RF Chip SDK、硬件抽象层HAL、运行环境编程接口层RAL、协议栈模块；其中，

所述射频RF Chip SDK为导入的对应芯片平台的SDK；

所述硬件抽象层HAL包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第一通用接口；

所述运行环境编程接口层RAL包括根据所述射频RF Chip SDK封装的第二通用接口；

所述协议栈模块，用于对获取的所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输入的数据进行处理，然后向所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL输出对应的执行指令，以便所述硬件抽象层HAL和所述运行环境编程接口层RAL在所述执行指令的控制下进行对应的执行操作；

所述微控制器MCU，用于与所述Sub-G芯片以及服务端进行通信。

2.根据权利要求1所述的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，其特征在于，所述协议栈模块具体包括数据收发模块，数据存储模块，射频数据模块，任务调度模块，其中，

所述数据收发模块，用于与所述微控制器MCU进行通信；

所述数据存储模块，用于存储当前网关对应的入网子设备节点的节点信息、缓存指令以及响应所述节点信息对应的查询指令；

所述射频数据模块，用于对射频数据进行初始化、解析以及过滤重传；

所述任务调度模块，用于调度所述协议栈模块的任务。

3.根据权利要求1所述的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，其特征在于，还包括：

用户应用层，用于为目标客户端提供开发服务。

4.根据权利要求1所述的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，其特征在于，所述网关在子设备节点入网时，在flash中为每个入网的所述子设备节点建立对应的节点信息表，并利用所述节点信息表存储所述子设备节点的节点信息以及缓存指令。

5.根据权利要求4所述的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，其特征在于，所述网关在所述子设备节点入网时，为所述子设备节点分配对应的meshid，并将所述meshid和所述子设备节点的MAC地址保存至所述节点信息表。

6.根据权利要求1所述的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，其特征在于，所述网关在子设备节点入网时，为所述子设备节点分配对应的mesh key，然后在与所述子设备节点进行数据交互时，利用所述mesh key对交互数据进行加密或解密。

7.根据权利要求5所述的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，其特征在于，所述网关查找所述子设备节点的mesh id或groud mesh id，利用所述mesh id或所述groud meshid与所述子设备节点进行数据交互；

其中，所述groud mesh id为群组订阅时为所述子设备节点分配的组id。

8.根据权利要求5所述的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关，其特征在于，所述网关获取子设备节点上报的告警信息或状态信息，然后将所述告警信息或状态信息保存至所述节点信息表。

9.根据权利要求5所述的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关其特征在于，所述网关能够唤醒低功耗节点，并更新网关本地保存的所述低功耗节点的节点信息。

10.根据权利要求5所述的基于Sub-G星型网络和mesh网络的网关其特征在于，所述网关能够将超低功耗节点对应的节点更新信息存储在对应的所述节点信息表中，在超低功耗节点发送请求时，将所述节点更新信息发送至所述超低功耗节点；

其中，所述节点更新信息为所述网关或者用户终端设置的更新信息。

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