CN111866040A - 用于LoRa服务器的网关负载均衡方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网关负载均衡方法，适用于包括LoRa服务器、多个网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，包括：步骤S1、检查多个网关节点的负载状态；步骤S2、根据负载状态，按照设定的负载均衡规则，调整多个网关节点的发射功率以调整对应网关节点的信号覆盖范围；以及步骤S3、发送网关切换指令至终端节点，终端节点根据网关切换条件切换连接的网关节点本发明通过定时检查网关节点的负载状态，根据网关节点的负载状态和预设的负载均衡规则，调整网关的信号覆盖范围，使得终端节点根据调整后的信号覆盖范围和网关切换条件，进行网关切换，由此可以均衡网关下的终端负载，从而提高整个系统的运行效率和数据吞吐量。

Description

用于LoRa服务器的网关负载均衡方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用于LoRa服务器的网关负载均衡方法和装置。

背景技术

随着科技的不断发展和应用，物联网技术已经开始走进并影响人类的生产和生活等活动。尤其是近年来，随着人们对智能体验的需求的日益增加，越来越多的碎片化终端设备需要接入网络实现互联，物联网技术已经在智能家居、智慧城市、智能建筑、智能农业等各个应用场景中大显身手。

LoRa技术是近年来刚刚发展起来的一种低功耗广域网通信技术，相比于之前的WiFi、ZigBee、蓝牙等同域网无线技术，以及2G/3G/4G等广域网无线技术，LoRa同时具有传输距离远、终端功耗低、容量大、使用时间长等优点，能最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，因而在物联网应用领域中大放异彩。

LoRa通信系统通常包括一个服务器、多个网关和多个终端，终端通过网关与服务器进行通信。因此，在多终端多网关的应用场景中，终端设备加入到网关后由于某些区域终端设备数量比较多，某些区域设备数量比较少导致某些网关下的终端数量比较多比较繁忙，而某些网关下的终端数量比较少比较空闲，这样会降低整个系统运行效率和数据吞吐量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于LoRa服务器的网关负载均衡方法和装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种网关负载均衡方法，适用于包括LoRa服务器、多个网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，所述方法包括：

步骤S1、检查多个网关节点的负载状态；

步骤S2、根据所述负载状态，按照设定的负载均衡规则，调整多个网关节点的信号覆盖范围；以及

步骤S3、发送网关切换指令至终端节点，终端节点根据网关切换条件切换连接的网关节点。

在本发明提供的方法中，所述负载均衡规则包括预设检查间隔时间、最大负载值、最小负载值和网关切换条件，所述步骤S2包括：

步骤S21、根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，其中，如果网关节点的负载状态大于最大负载值，则该网关节点为繁忙网关节点，如果网关节点的负载状态小于最小负载值，则该网关节点为空闲网关节点；

步骤S22、调整网关节点的信号覆盖范围，包括：减小繁忙网关节点的信号覆盖范围，扩大空闲网关节点的信号覆盖范围。

在本发明提供的方法中，在步骤S3之后，还包括：

步骤S4、在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

步骤S5、根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，则变更网关切换条件；

步骤S6、发送网关切换指令至终端节点，终端节点根据变更后的网关切换条件切换连接的网关节点。

在本发明提供的方法中，在所述步骤S6之后，还包括：

步骤S7、在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

步骤S8、根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，则根据网关容量变更条件发送容量提高指令至繁忙网关节点，繁忙网关节点根据容量提高指令提高容量。

相应地，本发明还提供一种网关负载均衡装置，适用于包括LoRa服务器、多个网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，所述装置包括：

负载状态检查模块，用于检查多个网关节点的负载状态；

网关调整模块，用于根据所述负载状态，按照设定的负载均衡规则，调整多个网关节点的信号覆盖范围；以及

终端切换控制模块，用于发送网关切换指令至终端节点，使终端节点根据网关切换条件切换连接的网关节点。

在本发明提供的装置中，所述负载均衡规则包括预设检查间隔时间、最大负载值、最小负载值和网关切换条件，所述网关调整模块包括：

分类单元，用于根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，其中，如果网关节点的负载状态大于最大负载值，则该网关节点为繁忙网关节点，如果网关节点的负载状态小于最小负载值，则该网关节点为空闲网关节点；

调整单元，用于调整网关节点的信号覆盖范围，包括：减小繁忙网关节点的信号覆盖范围，扩大空闲网关节点的信号覆盖范围。

在本发明提供的装置中，还包括网关切换条件变更模块；

所述负载状态检查模块还用于在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

所述分类单元用于根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，发送变更指令至所述网关切换条件变更模块；

所述网关切换条件变更模块，用于根据所述变更指令变更网关切换条件；

所述终端切换控制模块，还用于发送网关切换指令至终端节点使终端节点根据变更后的网关切换条件切换连接的网关节点。

在本发明提供的装置中，还包括网关容量调整单元，所述负载状态检查模块还用于在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

所述分类单元根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，则通过网关容量调整单元发送容量提高指令至繁忙网关节点，使繁忙网关节点根据容量提高指令提高容量。

相应地，本发明还提供一种服务器，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序可被所述处理器加载并执行如上所述的方法。

相应地，本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行后，能够实现前述一个或多个技术方案提供的方法。

本发明的网关负载均衡方法和装置，具有以下有益效果：本发明通过定时检查网关节点的负载状态，根据网关节点的负载状态和预设的负载均衡规则，调整网关的信号覆盖范围，使得终端节点根据调整后的信号覆盖范围和网关切换条件，进行网关切换，由此可以均衡网关下的终端负载，从而提高整个系统的运行效率和数据吞吐量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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是本发明一实施例提供的网关负载均衡方法的流程图；

图2是网关和负载连接的示意图；

图3是图1所示的步骤S2的流程图；

图4是图2所示的场景在应用本实施例提供的负载均衡方法后的网关和负载连接的示意图；

图5是本发明另一实施例提供的网关负载均衡方法的流程图；

图6是本发明又一实施例提供的网关负载均衡方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

参看图1，本发明实施例提供一种网关负载均衡方法，适用于包括LoRa服务器、多个网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，方法包括以下步骤：

S1、检查多个网关节点的负载状态；

S2、根据所述负载状态，按照设定的负载均衡规则，调整多个网关节点的发射功率；

S3、发送网关切换指令至终端节点，终端节点根据网关切换条件切换连接的网关节点。

需要说明的是，网关节点的负载状态是指与网关节点连接的终端节点的个数与该网关节点的容量的比值，其中，网关节点的容量是只该网关节点能够连接的最大负载的个数，每个网关节点的容量可以相同，也可以不同，本发明并不以此为限。例如，如图2所示，此时网关节点A与8个终端节点相连，网关节点B与2个终端节点相连，网关节点A和B的容量均为10，则此时网关节点A的负载状态为80％，网关节点B的负载状态为20％。

具体地，负载均衡规则包括预设检查间隔时间、最大负载值和最小负载值和网关切换条件。在通信过程中，服务器会随时网关节点的连接状态，即随时可以获取此时与网关节点连接的终端节点的个数，但只在设定的时刻检查网关节点的负载状态。因此，检查间隔时间是指服务器定时检查网关节点的负载状态的时间间隔；进一步地，服务器根据网关节点此时的负载状态对网关节点进行分类，如果网关节点的负载状态大于最大负载值，则该网关节点为繁忙网关节点，如果网关节点的负载状态小于最小负载值，则该网关节点为空闲网关节点，这里的最大负载值和最小负载值可以预先在服务器中设置，也可根据后续的网关运行状态进行调整。例如，将负载状态为30％的网关节点定义为空闲网关节点，将负载状态为80％的网关节点定义为繁忙网关节点。

因此，如图3所示，步骤S2包括：

步骤S21、根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，其中，如果网关节点的负载状态大于最大负载值，则该网关节点为繁忙网关节点，如果网关节点的负载状态小于最小负载值，则该网关节点为空闲网关节点；

步骤S22、调整网关节点的信号覆盖范围，包括：减小繁忙网关节点的信号覆盖范围，扩大空闲网关节点的信号覆盖范围。

具体地，在监测到系统中存在繁忙节点或空闲节点后，服务器会启动调度算法，通过调整网关的发射功率来调整网关的信号覆盖范围，如图2所示，A为空闲网关节点，B为繁忙网关节点，所以需要提高A网关的发射功率来扩大A网关的信号覆盖范围，降低B网关的发射功率来减小B网关的信号覆盖范围。在网关调整了信号覆盖范围后，服务器经由网关发送网关切换指令通知终端进行网关的切换。终端收到切换网关的命令后，根据网关切换条件选择信号好的网关重新加入网关，其中，网关切换条件是指原加入网关和待加入网关的信号强度的差值，例如，如图4所示，信号覆盖范围调整后，终端6接收到的A和B两个网关的信号强度差值大于预设值(例如，6db)，所以终端6由A网关切换到B网关，而终端1接收到的A和B两个网关的信号强度差值并未达到预设值(例如，6db)，所以终端1并未切换网关。

本实施例通过定时检查网关节点的负载状态，根据网关节点的负载状态和预设的负载均衡规则，调整网关的信号覆盖范围，使得终端节点根据调整后的信号覆盖范围和网关切换条件，进行网关切换，由此可以均衡网关下的终端负载，从而提高整个系统的运行效率和数据吞吐量。

需要说明的是，本发明不仅适用于LoRa通信，也适用于其他多终端多网关的应用场景中可能会出现网关的负载不均的情形。本发明使用LoRa通信时，无论是否使用LoRaWAN协议，采用此方法都可以达到均衡网关负载，提高系统运行效率的目的。

实施例二

图5是本发明另一实施例提供的网关负载均衡方法的流程图，参考图5，与图1所示的网关负载均衡方法的区别在于：在进行负载均衡之后，本实施例提供的网关负载均衡方法还进一步检查网关的负载状态，根据网关的负载状态，变更网关切换条件，进一步平衡网关的负载连接。例如，将网关切换条件由6db将为4db,这样，使得更多的终端由繁忙节点加入到空闲节点。因此，在步骤S1-S3之后，还包括：

步骤S4、在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

步骤S5、根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，则变更网关切换条件；

步骤S6、发送网关切换指令至终端节点，终端节点根据变更后的网关切换条件切换连接的网关节点。

实施例三

图6是本发明又一实施例提供的网关负载均衡方法的流程图，参考图6，与图2所示的网关负载均衡方法的区别在于：在根据网关的负载状态，变更网关切换条件后，进一步检查网关的负载状态，如果仍然有空闲节点和繁忙节点，则变更繁忙网关节点的容量来进一步平衡网关的负载连接。例如，将某繁忙网关节点的容量由10扩大到15。因此，在步骤S1-S6之后，还包括：

步骤S7、在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

步骤S8、根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，则发送容量提高指令至繁忙网关节点，繁忙网关节点根据容量提高指令提高容量。

可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。

实施例四

本发明实施例还提供一种服务器，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序可被所述处理器加载并执行实施例一至三的方法。

实施例五

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行后，能够实现实施例一至三提供的通信方法。

实施例六

本发明实施例还提供一种网关负载均衡装置，适用于包括LoRa服务器、多个网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，其特征在于，所述装置包括：

负载状态检查模块，用于检查多个网关节点的负载状态；

网关调整模块，用于根据所述负载状态，按照设定的负载均衡规则，调整多个网关节点的信号覆盖范围；以及

终端切换控制模块，用于发送网关切换指令至终端节点，使终端节点根据网关切换条件切换连接的网关节点。

进一步地，所述负载均衡规则包括预设检查间隔时间、最大负载值、最小负载值，所述网关调整模块包括：

分类单元，用于根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，其中，如果网关节点的负载状态大于最大负载值，则该网关节点为繁忙网关节点，如果网关节点的负载状态小于最小负载值，则该网关节点为空闲网关节点；

调整单元，用于调整网关节点的信号覆盖范围，包括：减小繁忙网关节点的信号覆盖范围，扩大空闲网关节点的信号覆盖范围。

进一步地，还包括网关切换条件变更模块；

所述负载状态检查模块还用于在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

所述分类单元用于根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，发送变更指令至所述网关切换条件变更模块；

所述网关切换条件变更模块，用于根据所述变更指令变更网关切换条件；

所述终端切换控制模块，还用于发送网关切换指令至终端节点使终端节点根据变更后的网关切换条件切换连接的网关节点。

进一步地，还包括网关容量调整单元，所述负载状态检查模块还用于在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

所述分类单元根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，则通过网关容量调整单元发送容量提高指令至繁忙网关节点，使繁忙网关节点根据容量提高指令提高容量。

因该实施例的构思与实施例一至三相同，所以细节内容可具体参考实施例一至三，此处不再赘述。

上述描述涉及各种模块。这些模块通常包括硬件和/或硬件与软件的组合(例如固化软件)。这些模块还可以包括包含指令(例如，软件指令)的计算机可读介质(例如，永久性介质)，当处理器执行这些指令时，就可以执行本发明的各种功能性特点。相应地，除非明确要求，本发明的范围不受实施例中明确提到的模块中的特定硬件和/或软件特性的限制。作为非限制性例子，本发明在实施例中可以由一种或多种处理器(例如微处理器、数字信号处理器、基带处理器、微控制器)执行软件指令(例如存储在非永久性存储器和/或永久性存储器)。另外，需要指出的是，上文对各种模块的描述中，分割成这些模块，是为了说明清楚。然而，在实际实施中，各种模块的界限可以是模糊的。例如，本文中的任意或所有功能性模块可以共享各种硬件和/或软件元件。又例如，本文中的任何和/或所有功能模块可以由共有的处理器执行软件指令来全部或部分实施。另外，由一个或多个处理器执行的各种软件子模块可以在各种软件模块间共享。相应地，除非明确要求，本发明的范围不受各种硬件和/或软件元件间强制性界限的限制。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种网关负载均衡方法，适用于包括LoRa服务器、多个网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1、检查多个网关节点的负载状态；

步骤S2、根据所述负载状态，按照设定的负载均衡规则，调整多个网关节点的信号覆盖范围；以及

步骤S3、发送网关切换指令至终端节点，终端节点根据网关切换条件切换连接的网关节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负载均衡规则包括预设检查间隔时间、最大负载值、最小负载值和网关切换条件，所述步骤S2包括：

步骤S21、根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，其中，如果网关节点的负载状态大于最大负载值，则该网关节点为繁忙网关节点，如果网关节点的负载状态小于最小负载值，则该网关节点为空闲网关节点；

步骤S22、调整网关节点的信号覆盖范围，包括：减小繁忙网关节点的信号覆盖范围，扩大空闲网关节点的信号覆盖范围。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S3之后，还包括：

步骤S4、在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

步骤S5、根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，则变更网关切换条件；

步骤S6、发送网关切换指令至终端节点，终端节点根据变更后的网关切换条件切换连接的网关节点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S6之后，还包括：

步骤S7、在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

步骤S8、根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，则发送容量提高指令至繁忙网关节点，繁忙网关节点根据容量提高指令提高容量。

5.一种网关负载均衡装置，适用于包括LoRa服务器、多个网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，其特征在于，所述装置包括：

负载状态检查模块，用于检查多个网关节点的负载状态；

网关调整模块，用于根据所述负载状态，按照设定的负载均衡规则，调整多个网关节点的信号覆盖范围；以及

终端切换控制模块，用于发送网关切换指令至终端节点，使终端节点根据网关切换条件切换连接的网关节点。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述负载均衡规则包括预设检查间隔时间、最大负载值、最小负载值和网关切换条件，所述网关调整模块包括：

分类单元，用于根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，其中，如果网关节点的负载状态大于最大负载值，则该网关节点为繁忙网关节点，如果网关节点的负载状态小于最小负载值，则该网关节点为空闲网关节点；

调整单元，用于调整网关节点的信号覆盖范围，包括：减小繁忙网关节点的信号覆盖范围，扩大空闲网关节点的信号覆盖范围。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括网关切换条件变更模块；

所述负载状态检查模块还用于在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

所述分类单元用于根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，发送变更指令至所述网关切换条件变更模块；

所述网关切换条件变更模块，用于根据所述变更指令变更网关切换条件；

所述终端切换控制模块，还用于发送网关切换指令至终端节点使终端节点根据变更后的网关切换条件切换连接的网关节点。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括网关容量调整单元，所述负载状态检查模块还用于在预设检查间隔时间后，重新检查多个网关节点的负载状态；

所述分类单元根据网关节点的负载状态，对网关节点进行分类，如果仍然有繁忙网关节点和空闲网关节点，则通过网关容量调整单元发送容量提高指令至繁忙网关节点，使繁忙网关节点根据容量提高指令提高容量。

9.一种服务器，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序可被所述处理器加载并执行如权利要求1-4任一项所述的方法。

10.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行后，能够实现权利要求1至4任一项所述的方法。

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