CN111935649B - 帧的确认方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及帧的确认方法。该方法使得应用服务器能够用单个确认帧来确认由一组终端中的终端发射给所述应用服务器的所有帧。所述组中的每个终端经由网关和集中服务器来与应用服务器进行通信。应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器。集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关。该组终端和每个网关形成LoRa网络，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用LoRaWAN协议。

Description

帧的确认方法
技术领域
本发明涉及帧的确认（acquittement）方法以及实施所述方法的装置和系统，所述帧是由一组终端中的终端发射给应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器（serveur centralisateur）与应用服务器进行通信。
背景技术
互联网正在逐步转变为称为“物联网”的延伸网络，使变得可连接的各种各样的对象相连。于是出现了网络方面的新的需求，尤其是需要这样的无线网络：其具有比传统的蜂窝网络更大的覆盖范围，并且使得能够限制所连接的设备的能耗。在使得能够实现低能耗的这些大范围无线网络（英语术语“Low Power Wide Area Network（LPWAN，低功率广域网）”）当中，可以举基于LoRa（注册商标，英语术语“Long Range（长程）”）技术的网络为例。LoRa技术在称为“ ISM频带”（工业、科学和医学）的波段上运行，该波段包括可以自由地用于工业、科学和医学应用的波段。LoRa技术是基于扩频技术，该技术使得能够在噪声特别大的ISM频带中获得具有良好鲁棒性的低速通信。
基于LoRa技术的网络（后文称为“LoRa网络”）使用称为LoRaWAN的协议（ LoRaWAN  1.1规范，最终版本，2017年10月11日）。LoRa网络由基站或网关（英语术语“gateway”）组成，其通常位于高点以覆盖大的地理区域。网关能够检测设备或终端（英语术语“endpoint（端点）”）在其区域中发射的消息，并将它们上传给至少一个服务器（英语术语“LoRa NetworkServer（LoRa网络服务器，LNS）”，后文将其称为LNS服务器或集中服务器），所述至少一个服务器将处理所述消息或将它们转送给一个或多个应用服务器。
在LoRa网络的传统操作中，希望将消息（即数据）传输给LNS服务器或经由LNS服务器传输给集中服务器的终端在符合LoRaWAN协议的称为上行帧的帧中传输该消息。符合LoRaWAN协议的上行帧称为LoRa上行帧，以多播（英语术语“broadcast（广播）”）模式进行传输。该LoRa上行帧由至少一个网关接收。接收到LoRa上行帧的每个网关对其进行解码，并在HTTP（超文本传输协议，英语术语“HyperText Transfer Protocol”）请求（称为HTTP上行请求）中将包含在所述帧中的消息转送给服务器。如果多个网关接收到了LoRa上行帧，则LNS服务器会接收到包含相同消息的多个HTTP上行请求。然后，LNS服务器必须在接收到了该LoRa上行帧的网关当中指定要用来中继对该LoRa上行帧中包含的消息的响应的网关。响应在HTTP下行请求中从LNS服务器传输给指定网关，然后在符合LoRaWAN协议的称为LoRa下行帧的下行帧中点对点地从指定网关传输给终端。在LoRa网络的大部分实现中，指定网关是提供与发射了LoRa上行帧的终端的最佳传输质量的网关。
LoRaWAN协议定义了三个操作类别：类别A、B和C。就能耗而言，类别A最为经济。当终端有数据要发送时，它发送消息而无需管控，然后终端针对可能出现的来自LNS服务器的消息打开两个连续的侦听窗口。这两个窗口的建议持续时间为“1”秒和“2”秒。这两个窗口是服务器可以将服务器先前存储的针对该终端的数据发送给终端的唯一窗口。出于兼容性的原因，须在所有终端中实现类别A。
类别B使得能够实现能耗与双向通信需求之间的良好折衷。以类别B操作的终端以按LNS服务器发送的定期消息安排（programmer）的时间间隔打开接收窗口。
类别C的能耗最高，这是因为终端持续在侦听，这使得能够始终进行通信。
要注意到，设备可以在操作期间改变类别。
多个终端可以协助（contribuer à）由同一应用服务器管理的同一应用。当前，期望确认针对同一应用从多个终端接收到的帧的应用服务器必须逐个确认每个帧。这种确认方法除了冗长耗时的方面之外，该方法还不可忽视地独占网络资源。
期望减轻现有技术的这些缺点。尤其期望提出一种高效的确认方法。
还期望提出易于实施且成本低廉的方法。
发明内容
根据本发明的第一方面，本发明涉及一种帧的确认方法，所述帧是由一组终端中的终端发射给应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且使得能够实现低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。该方法由集中服务器来执行，并且包括：接收由应用服务器发射的至少一个确认消息，每个确认消息确认由所述组中的终端发射的多个帧，每个确认消息包括多个字段，第一字段包括使得接收到确认消息的每个终端能够进行同步（une mise à l'heure）的信息，第二字段包括设定接收到确认消息的每个终端的下个唤醒期限（date）的信息，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由所述组中的每个终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给所述终端的，并且第四字段包括针对所述组中的每个终端指示其自上次确认以来发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；以及，经由使得能够与所述组中的终端进行通信的每个网关以多播模式向所述组传输帧，所述帧针对接收到的每个确认消息的每个字段包括代表由所述字段表示的信息的信息。
由于以多播模式用单个发射帧来确认由一组终端中的终端发射的多个帧，该确认方法不会独占网络资源。
根据一个实施例，当集中服务器接收到单个确认消息时，以多播模式传输的帧包括该确认消息。
根据一个实施例，旨在以多播模式传输给所述组的每个帧在所述帧的终端地址字段中包括预定义地址，接收到包括预定义地址的帧的每个终端将该帧标识为以多播模式发射的帧。
根据一个实施例，在连接阶段期间，集中服务器通过连接授权帧来对从所述组中的终端发出的每个连接请求帧进行响应，连接授权帧点对点地传输给传输了连接请求帧的终端，连接授权帧包括：在终端地址字段中的所述组的标识符、包括使得所述授权帧的接收终端能够进行同步的信息的字段、以及设定所述接收终端的下个唤醒期限的字段。
根据一个实施例，第四字段采取二进制掩码的形式，其中每个比特对应于所述组中的一个终端，所述连接授权帧的终端地址字段还包括向所述连接授权帧的接收终端指示与所述接收终端相对应的比特在二进制掩码中的位置的信息。
根据一个实施例，当应用服务器实现多个应用时，所述组中的每个终端可以协助该多个应用中的每个应用，由应用服务器实现的每个应用与所述组中的每个终端已知的应用编号相关联，每个确认消息包括第五字段，该第五字段包括使得能够标识该多个应用当中的针对其确认了帧的应用的应用标识符。
根据本发明的第二方面，本发明涉及一种帧的确认方法，所述帧是由一组终端中的终端发射给应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且使得能够实现低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。该方法由所述组中的称为当前终端的终端来执行，并且包括：接收确认帧，确认帧是由集中服务器以多播模式传输的并且包括基于由应用服务器提供的信息而生成的确认消息，所述消息对于所述组中的每个终端都是相同的并且由多个字段组成，第一字段包括使得当前终端能够进行同步的信息，第二字段设定当前终端的下个唤醒期限，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由当前终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给当前终端的，并且第四字段包括向所述当前终端指示其发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；使用第一字段来同步所述终端的内部时钟；如果由包含在第三字段中的代表所述组的标识符的信息所表示的标识符与当前终端在连接阶段期间接收到的标识符相对应，则使用第四字段来验证自上次确认以来发射的每个帧是否被确认；以及，进入休眠，直到第二字段中指示的下个唤醒期限为止。
根据本发明的第三方面，本发明涉及一种帧的确认方法，所述帧是由一组终端中的终端发射给应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且使得能够实现低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。由应用服务器执行的该方法包括：生成确认消息，该确认消息包括多个字段，第一字段包括使得接收到所述消息的每个终端能够进行同步的信息，第二字段包括设定接收到所述消息的每个终端的下个唤醒期限的信息，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由所述组中的每个终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给所述终端的，并且第四字段包括针对所述组中的每个终端指示其自上次确认以来发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；以及，发射包括所述消息的帧，包括在所述消息的每个字段中的信息旨在经由集中服务器和使得集中服务器能够与该组终端中的每个终端通信的每个网关而传输给该组终端中的每个终端。
根据一个实施例，使得能够实现低能耗的大范围无线网络是LoRa网络，并且适合于所述网络的通信协议是LoRaWAN协议。
根据本发明的第四方面，本发明涉及一种集中服务器类型的装置，其使得能够确认由一组终端中的终端发射给应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且使得能够实现低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。该装置包括：用于接收由应用服务器发射的确认消息的接收部件，所述消息确认由所述组中的终端发射的多个帧，确认消息包括多个字段，第一字段包括使得接收到所述消息的每个终端能够进行同步的信息，第二字段包括设定接收到所述消息的每个终端的下个唤醒期限的信息，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由所述组中的每个终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给所述终端的，并且第四字段包括针对所述组中的每个终端指示其自上次确认以来发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；以及，用于经由使得能够与所述组中的终端进行通信的每个网关以多播模式向所述组传输帧的传输部件，所述帧针对接收到的每个确认消息的每个字段包括代表由所述字段表示的信息的信息。
根据本发明的第五方面，本发明涉及一种属于向应用服务器发射帧的一组终端中的终端的类型的装置，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且使得能够实现低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。称为当前终端的该终端包括：用于接收确认帧的接收部件，确认帧是由集中服务器以多播模式传输的并且包括基于由应用服务器提供的信息而生成的确认消息，所述消息对于所述组中的每个终端都是相同的并且由多个字段组成，第一字段包括使得当前终端能够进行同步的信息，第二字段设定当前终端的下个唤醒期限，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由当前终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给当前终端的，并且第四字段包括向所述当前终端指示其发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；用于使用第一字段来同步所述当前终端的内部时钟的部件；用于在由包含在第三字段中的代表所述组的标识符的信息所表示的标识符与当前终端在连接阶段期间接收到的标识符相对应的情况下使用第四字段来验证所发射的每个帧是否被确认的部件；以及，用于使当前终端进入休眠直到第二字段中指示的下个唤醒期限为止的休眠部件。
根据本发明的第六方面，本发明涉及一种应用服务器类型的装置，其适合于确认由一组终端中的终端发射给所述应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且使得能够实现低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。该装置包括：用于生成确认消息的部件，该确认消息包括多个字段，第一字段包括使得接收到所述消息的每个终端能够进行同步的信息，第二字段设定接收到所述消息的每个终端的下个唤醒期限，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由所述组中的每个终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给所述终端的，并且第四字段包括针对所述组中的每个终端指示其自上次确认以来发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；所述消息旨在经由集中服务器和使得集中服务器能够与该组终端中的每个终端通信的每个网关而传输给该组终端中的每个终端。
根据本发明的第七方面，本发明涉及一种系统，其包括向根据第六方面的应用服务器发射帧的根据第五方面的一组终端，所述组中的每个终端经由网关和根据第四方面的集中服务器来与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且使得能够实现低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。
根据本发明的第八方面，本发明涉及一种计算机程序，其特征在于其包括指令，当所述程序由装置的处理器执行时，所述指令用于通过所述装置来实施根据第一方面的方法。
根据第九方面，本发明涉及存储包括指令的计算机程序的存储部件，当所述程序由装置的处理器执行时，所述指令用于通过所述装置来实施根据第一方面的方法。
附图说明
通过阅读以下对实施例的描述，上述本发明的特征以及其他特征将更清楚地显现，所述描述是结合附图给出的，在附图中：
- 图1示意性地示出了本发明实施于其中的系统；
- 图2A示意性地示出了LNS服务器中包括的处理模块；
- 图2B示意性地示出了终端中包括的处理模块；
- 图2C示意性地示出了应用服务器中包括的处理模块；
- 图3示意性地示出了根据本发明的连接授权消息；
- 图4示意性地示出了连接授权帧的终端地址字段；
- 图5示意性地示出了确认帧的终端地址字段；
- 图6示意性地示出了确认消息；
- 图7示意性地示出了根据本发明的到LoRa网络的连接过程；以及
- 图8示意性地示出了根据本发明的确认过程的操作。
具体实施方式
接下来在应用服务器经由网关和LNS服务器接收终端发射的多个帧的情境中描述本发明，网关和终端形成LoRa网络。然而，本发明适用于关于使得能够实现低能耗的所有类型的大范围无线网络的其他情境，其中服务器须确认由多个终端传输的帧，所述终端通常处于休眠模式中并且暂时性地转换为活动模式。
图1示意性地示出了本发明实施于其中的系统。
在图1的示例中，多个终端14A、14B、14C、14D、14E、14F、14G和14H通过LoRa网络13连接到网关12。要注意到，无线通信链路13上的通信符合LoRaWAN协议。
网关12借助于有线或无线通信链路15与称为 LNS服务器的服务器11通信。
LNS服务器11借助于有线或无线通信链路16连接到称为 应用服务器的一个或多个服务器10。
在图1的示例中，多个终端14A、14B、14C、14D、14E、14F、14G和14H形成协助由应用服务器10执行的应用的一组终端。该组终端例如是由应用服务器10定义的。要注意到，为了简化图1，该组终端仅包括“8”个终端。在实际情况中，该组可以由大量终端组成。例如，该组终端包括“256”个终端。在其他实施例中，该组终端可以包括更多的“512”或“1024”个终端。同样，在图1中，表示了单个网关12。在实际情况中，网关的数量可能会更多，例如包括百来个网关。
此外，应用服务器10可以并行地执行多个应用。该组终端中的每个终端可以协助多个应用，这些应用可以是由多个应用服务器执行的。
图2A示意性地示出了LNS服务器11中包括的处理模块110的硬件架构的示例。
根据图2A中表示的硬件架构的示例，处理模块110于是包括通过通信总线1100连接的：处理器或CPU（英语术语“Central Processing Unit（中央处理单元）”）1101；读写存储器RAM（英语术语“Random Access Memory（随机存取存储器）”）1102；只读存储器ROM（英语术语“Read Only Memory”）1103；存储单元1104，如硬盘或存储介质读取器，如SD（英语术语“Secure Digital（安全数码）”）卡读取器；至少一个通信接口1105，其使得处理模块110能够与诸如网关12和应用服务器10之类的其他装置通信。
处理器1101能够执行从ROM 1103、外部存储器（未示出）、存储介质（如SD卡）、或通信网络加载到RAM 1102中的指令。当LNS服务器11通电时，处理器1101能够从RAM 1102读取指令并执行它们。在一个实施例中，这些指令形成计算机程序，所述计算机程序引起处理器1101完整地或部分地实施后文结合图7和图8描述的方法。
图2B示意性地示出了该组终端中的每个终端中包括的处理模块140的硬件架构的示例。
根据图2B中表示的硬件架构的示例，处理模块140于是包括通过通信总线1400连接的：处理器或CPU（英语术语“Central Processing Unit（中央处理单元）”）1401；读写存储器RAM（英语术语“Random Access Memory（随机存取存储器）”）1402；只读存储器ROM（英语术语“Read Only Memory”）1403；存储单元1404，如硬盘或存储介质读取器，如SD（英语术语“Secure Digital（安全数码）”）卡读取器；至少一个通信接口1405，其使得处理模块140能够与诸如网关12之类的其他装置通信。
处理器1401能够执行从ROM 1403、外部存储器（未示出）、存储介质（如SD卡）、或通信网络加载到RAM 1402中的指令。当终端通电时，处理器1401能够从RAM 1402读取指令并执行它们。在一个实施例中，这些指令形成计算机程序，所述计算机程序引起处理器1401完整地或部分地实施后文结合图7和图8描述的方法。
图2C示意性地示出了应用服务器10中包括的处理模块100的硬件架构的示例。
根据图2C中表示的硬件架构的示例，处理模块100于是包括通过通信总线1000连接的：处理器或CPU（英语术语“Central Processing Unit（中央处理单元）”）1001；读写存储器RAM（英语术语“Random Access Memory（随机存取存储器）”）1002；只读存储器ROM（英语术语“Read Only Memory”）1003；存储单元1004，如硬盘或存储介质读取器，如SD（英语术语“Secure Digital（安全数码）”）卡读取器；至少一个通信接口1005，其使得处理模块100能够与诸如LNS服务器11之类的其他装置通信。
处理器1001能够执行从ROM 1003、外部存储器（未示出）、存储介质（如SD卡）、或通信网络加载到RAM 1002中的指令。当应用服务器10通电时，处理器1001能够从RAM 1002读取指令并执行它们。在一个实施例中，这些指令形成计算机程序，所述计算机程序引起处理器1001完整地或部分地实施后文结合图7和图8描述的方法。
结合图7和图8描述的方法可以通过由可编程机器（例如DSP（英语术语“DigitalSignal Processor（数字信号处理器）”）或微控制器）执行一组指令而以软件形式实现，或者由专用机器或组件（例如FPGA（英语术语“Field-Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）”）或ASIC（英语术语“Application-Specific Integrated Circuit（专用集成电路）”））以硬件形式来实现。
图7示意性地示出了根据本发明的到LoRa网络的连接阶段。
在图7中，示出了由终端14A执行的连接阶段。然而，每个终端14B、14C、14D、14E、14F、14G和14H在其连接到LoRa网络时执行相同的连接阶段。该阶段例如由操作方在安装终端时启动。
在步骤701中，终端14A的处理模块140引起以多播模式发送LoRa上行帧，其对应于连接到LoRa网络的请求。LoRa上行帧包括如LoRaWAN协议中定义的JOIN REQUEST（加入请求）消息。
在步骤702中，网关12接收包括JOIN REQUEST消息的LoRa上行帧，并且在目的地为LNS服务器11的HTTP上行帧中中继JOIN REQUEST消息。
在步骤703中，LNS服务器11接收包含JOIN REQUEST消息的HTTP上行帧。
在步骤704中，LNS服务器11的处理模块110引起目的地为终端14A的对JOINREQUEST消息的点对点响应的发送。该响应采取适合于本发明的连接授权消息的形式，后文将其称为JOIN ACCEPT BIS。JOIN ACCEPT BIS消息与如LoRaWAN协议中定义的JOIN ACCEPT消息非常相似。
图3示意性地示出了根据本发明的连接授权消息。
JOIN ACCEPT BIS消息包括在LoRaWAN协议中定义的字段30、31、33和34。编码在三个字节（octet）上的字段30对应于 JoinNonce字段，编码在3个字节上的字段31对应于 Home_ NetID字段，编码在一个字节上的字段33对应于 DLSettings字段，并且编码在一个字节上的字段34对应于 RxDelay字段。JOIN ACCEPT BIS消息还包括称为 终端地址的字段32，其编码在与 DevAddr字段的修改版本相对应的四个字节上。
图4示意性地示出了连接授权消息的终端地址字段。
终端地址字段32由三个子字段组成。第一子字段320对应于由LoRaWAN协议定义的 NWK字段。第二子字段321包括称为 高地址的地址，其被编码在“17”个比特上，其表示被分配给由终端14A、14B、14C、14D、14E、14F、14G和14H形成的一组终端的地址。在一个实施例中，高地址是由应用服务器10提供给LNS服务器11的。第三子字段322包括编码在八个比特上的称为 低地址的地址。低地址表示终端14A在该组终端中的标识符。要注意到，当该组终端包括“256”个终端时，低地址中的比特数使得能够向该组终端中的每个终端给予不同的标识符。当在一个实施例中该组终端包括“512”或“1024”个终端时，低地址的比特数分别变为“9”和“10”比特。在这种情况下，高地址的比特数相应减少，并且分别变为“16”和“15”比特。在一个实施例中，与每个终端相对应的低地址是由应用服务器10提供给LNS服务器11的。
返回图3，JOIN ACCEPT BIS消息还包括：编码在“32”个比特上的传递使得能够同步终端14A的信息的字段35和编码在“32”个比特上的字段36，其包括设定终端14A的下个唤醒期限的信息。下个唤醒期限在此处采用绝对编码。在一个实施例中，下个唤醒期限可以采用相对于字段35中包含的使得能够同步的信息的相对编码。在这种情况下，下个唤醒期限可以编码在“24”个比特上。
返回图7，LNS服务器11的处理模块110在步骤704中将JOIN ACCEPT BIS消息插入到HTTP下行帧中，并引起该HTTP下行帧向网关12的点对点的发送。
在步骤705中，网关12接收包括JOIN ACCEPT BIS消息的HTTP下行帧。在步骤705中，网关12将JOIN ACCEPT BIS消息插入到LoRa下行帧中，并将该LoRa下行帧点对点地传输给终端14A。
在步骤706中，终端14A接收包括JOIN ACCEPT BIS消息的LoRa下行帧。终端14A的处理模块140保存包含在字段321中的高地址以及包含在字段322中的其在一组终端中的标识符。此外，处理模块140用字段35中包含的信息来同步终端14A中包含的内部时钟，记录字段36中包含的下个唤醒期限，并进入休眠直到所述下个唤醒期限为止。要注意到，在每个唤醒时段期间，每个终端会暂时转换为类别C，然后返回类别A。
因此，在连接阶段结束时，终端14A知道其所属于的组的地址以及其在该组中的标识符。
图8示意性地示出了根据本发明的确认过程的操作。
在图8中，仅示出了终端14A、14B和14C。要注意到，该组终端中的其他终端的行为与终端14A、14B和14C相同。
在步骤801中，终端14A的处理模块140引起称为 应用消息的消息发送给应用服务器10。在步骤801中，将该消息插入到LoRa上行帧中，将该LoRa上行帧点对点地发送给网关12。
在步骤802中，网关12接收包含应用消息的LoRa上行帧。在步骤802中，网关12将应用消息插入到HTTP上行帧中，并将HTTP上行帧点对点地发送给LNS服务器11。
在步骤803中，LNS服务器11接收包含应用消息的HTTP上行帧，并将该帧中继给应用服务器10。
并行地，终端14B（或者是14C）执行与步骤801相同的步骤805（或者是809），以便发送应用消息。在发送了该应用消息之后，网关12、LNS服务器11和应用服务器10分别执行与步骤802、803、804相同的步骤806、807、808（或者是810、811、812）。在步骤804、808和812之后，应用服务器10接收到了三个应用消息。
在步骤813中，应用服务器10的处理模块100生成确认消息，该确认消息旨在确认自上次确认以来该组终端中的终端传输的每个应用消息。在步骤813中，将确认消息插入到以多播（英语术语“broadcast（广播）”）模式发送的HTTP下行帧中。后文将传递确认消息的HTTP下行帧称为 HTTP确认帧。
图6示意性地示出了确认消息。
确认消息包括多个字段。编码在“32”个比特上的第一字段60包括使得能够同步接收到确认消息的每个终端的信息。编码在“32”个比特上的第二字段61设定接收到确认消息的每个终端的下一唤醒期限。第三字段62包括“5”个保留比特。第四字段63包括代表作为应用服务器10的目标的该组终端的标识符的信息。在此，该组终端由终端14A、14B、14C、14D、14E、14F、14G和14H形成。该标识符是在连接阶段期间提供的包括在字段321中的高地址。当相关的一组终端包括256个终端时，编码在“256”个比特上的第五字段64包括针对所述组中的每个终端指示其自上次确认以来发送给应用服务器的帧是否被确认的信息。在此，自上次确认以来发送的帧包括包含在步骤801、802和803中发送的应用消息的LoRa上行帧。
在一个实施例中，字段64采取二进制掩码的形式，其中每个比特对应于该组终端中的一个终端。该组终端中的每个终端在连接阶段期间接收到的低地址对应于与所述终端相对应的比特在该二进制掩码中的位置。
返回图8，在步骤813中，应用服务器10的处理模块100向LNS服务器11传输HTTP确认帧。
在步骤814中，LNS服务器11接收HTTP确认帧。在一个实施例中，LNS服务器11形成如LoRaWAN协议（ LoRaWAN 1.1规范，最终版本，2017年10月11日）的第4节中描述的MAC消息，其中，将确认消息插入到 MACPayload型的有用部分的 FRMPayload型的子部分中。此外，为了形成旨在以多播（英语术语“broadcast（广播）”）模式传输的帧，在LoRaWAN协议的4.3.1节中描述的帧头部（英语术语“ Frame header（帧头）”）的 DevAddr字段采取结合图5描述的形式。
图5示意性地示出了确认帧的 DevAddr终端地址字段。
确认帧的 DevAddr字段分为两个子字段。第一子字段323对应于由LoRaWAN协议定义的 NWK字段。第二子字段324包括编码在“27”个比特上的代表多播模式传输的预定义地址。于是，接收到包括这样的预定义地址的帧的终端知道该帧是以多播模式传输的。在一个实施例中，代表多播模式传输的预定义地址的所有比特都为“1”。
一旦形成，LNS服务器11的处理模块110就将MAC消息插入到HTTP下行帧中，并将该HTTP下行帧传输给网关12。
在步骤815中，网关12接收包含MAC消息的HTTP帧，该MAC消息包含确认消息。在步骤815中，将MAC消息插入到LoRa下行帧中。包括包含确认消息的MAC消息的LoRa下行帧以多播模式传输给该组终端中的终端。
在步骤818（或者是817和816）中，终端14A（或者是14B和14C）接收包括包含确认消息的MAC消息的LoRa下行帧。
在接收到确认帧之后，终端14A（或者是14B和14C）使用确认消息的字段60来同步所述终端的内部时钟，并保存包含在字段61中的下个唤醒期限。如果字段63中包括的标识符对应于终端14A（或者是14B和14C）在连接阶段期间接收到的该组终端的高地址，则所述终端14A（或者是14B和14C）的处理模块140认为包括包含确认消息的MAC消息的LoRa下行帧与之相关。在这种情况下，终端14A使用字段64验证其自上次确认以来发射的帧是否被确认。为此，终端14A在二进制掩码中寻找与它在连接阶段期间接收到的字段322表示的低地址相对应的比特。如果该比特为“1”，则认为该帧已被确认。否则，认为该帧丢失。在丢失帧的情况下，终端14A（或者是14B和14C）的处理模块140引起丢失的帧的重发。
终端14A（或者是14B和14C）的处理模块140然后引起所述终端进入休眠直到下个唤醒期限为止。此处再次地，每个终端会在其被叫醒时暂时转换为类别C，并且然后返回类别A。
如果终端14A（或者是14B和14C）的处理模块140认为包括包含确认消息的MAC消息的LoRa下行帧与之无关，则其忽略字段64并直接引起所述终端进入休眠直到下个唤醒期限为止。
在一个实施例中，每个终端自上次确认以来传输了不止一个帧。在这种情况下，确认帧使得能够确认自上次确认以来传输的每个帧。
在一个实施例中，应用服务器10向LNS服务器11传输多个连续的确认消息，每个确认消息与该组终端中的不同终端相关。LNS服务器10然后接收多个确认消息，并从其接收到的该多个确认消息形成一个确认消息，称为级联确认消息。当位于该多个确认消息中的一个确认消息的二进制掩码之一中的相同位置的比特为值“1”时，级联确认消息的二进制掩码的每个比特取值“1”。由于字段60、61、62和63在每个确认消息中是相同的，因此该多个确认消息中的一个确认消息的字段60、61、62和63被复制到级联确认消息中。于是，在步骤814中以多播模式传输的帧针对每个确认消息的每个字段（即，针对字段60、61、62、63、64）包括（即，字段60、61、62、63和64的）代表信息，其包括代表由所述字段表示的信息的信息。
在一个实施例中，应用服务器直接形成包括确认消息的MAC消息。这样，在步骤813中传输的包括包含确认消息的MAC消息的HTTP下行帧是在不被LNS服务器11修改的情况下被中继的。
在一个实施例中，确认消息的字段62表示使得能够对一组终端的高地址进行加密的函数的标识符。字段62包括“5”个比特，其使得能够向“32”个不同函数给予标识符。加密方法例如是通过转换字段62（即，通过将字段62表示的二进制数转换为十进制值）而获得的若干比特的高地址的比特的右循环旋转。这样，在该实施例中，由确认消息中的字段63表示的标识符并不直接是高地址，而是该高地址的加密版本。此外，每个终端知道对应于字段62的每个可能值的加密函数。这样，每个终端可以解密由字段63表示的标识符，以将获得的值与其在连接阶段期间获得的高地址进行比较。
在一个实施例中，当应用服务器10实现多个应用时或当一个终端协助多个应用时，字段62被分为两部分，字段62的比特中的一部分（例如“3”个比特）旨在标识加密函数，并且另一部分比特（例如“2”个比特）旨在标识应用。优选地，在 MACPayload字段（其本身定义在LoRaWAN协议（ LoRaWAN 1.1规范，最终版本，2017年10月11日）中）中定义的 FPort字段使得能够标识其确认的应用。

Claims (16)

1.一种帧的确认方法，所述帧是由一组终端中的终端发送给应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且可负担低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议，其中，该方法由集中服务器来执行，并且包括：
接收由应用服务器发送的至少一个确认消息，每个确认消息确认由所述组中的终端发送的多个帧，每个确认消息包括多个字段，第一字段包括允许接收到确认消息的每个终端进行时间设置的信息，第二字段包括设定接收到确认消息的每个终端的下个唤醒时间的信息，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由所述组中的每个终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给所述终端的，并且第四字段包括针对所述组中的每个终端指示其自上次确认以来发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；以及
经由使得能够与所述组中的终端进行通信的每个网关以广播模式向所述组传输帧，所述帧针对接收到的每个确认消息的每个字段包括代表由所述字段表示的信息的信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当集中服务器接收到单个确认消息时，以广播模式传输的帧包括该确认消息。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，旨在以广播模式传输给所述组的每个帧在所述帧的终端地址字段中包括预定义地址，接收到包括预定义地址的帧的每个终端将该帧标识为以广播模式发送的帧。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在连接阶段期间，集中服务器通过连接启用帧来对源自所述组中的终端的每个连接请求帧进行响应，连接启用帧以单播模式传输给传输了连接请求帧的终端，连接启用帧包括：在终端地址字段中的所述组的标识符、包括使得所述启用帧的接收终端能够进行时间设置的信息的字段、以及设定所述接收终端的下个唤醒时间的字段。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，第四字段采取二进制掩码的形式，其中每个比特对应于所述组中的一个终端，所述连接启用帧的终端地址字段还包括向所述连接启用帧的接收终端指示与所述接收终端相对应的比特在二进制掩码中的位置的信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，当应用服务器实现多个应用时，所述组中的每个终端可协助该多个应用中的每个应用，由应用服务器实现的每个应用与所述组中的每个终端已知的应用编号相关联，每个确认消息包括第五字段，该第五字段包括用于标识该多个应用当中的针对其确认了帧的应用的应用标识符。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，可负担低能耗的大范围无线网络是LoRa网络，并且适合于所述网络的通信协议是LoRaWAN协议。
8.一种非暂时性存储介质，其存储有包括指令的计算机程序，当所述程序由装置的处理器执行时，所述指令用于通过所述装置来实施根据权利要求1所述的方法。
9.一种帧的确认方法，所述帧是由一组终端中的终端发送给应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且可负担低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议，其中，该方法由所述组中的称为当前终端的终端来执行，并且包括：
接收确认帧，确认帧是由集中服务器以广播模式传输的并且包括基于由应用服务器提供的信息而生成的确认消息，所述消息对于所述组中的每个终端都是相同的并且由多个字段组成，第一字段包括允许当前终端进行时间设置的信息，第二字段设定当前终端的下个唤醒时间，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由当前终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给当前终端的，并且第四字段包括向所述当前终端指示其发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；
使用第一字段来设置所述终端内部的时钟；
如果由包含在第三字段中的代表所述组的标识符的信息所表示的标识符与当前终端在连接阶段期间接收到的标识符相对应，则使用第四字段来验证自上次确认以来发送的每个帧是否被确认；以及
进入休眠，直到第二字段中指示的下个唤醒时间为止。
10.一种帧的确认方法，所述帧是由一组终端中的终端发送给应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且可负担低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议，其中，由应用服务器执行的该方法包括：
生成确认消息，该确认消息包括多个字段，第一字段包括允许接收到所述消息的每个终端进行时间设置的信息，第二字段包括设定接收到所述消息的每个终端的下个唤醒时间的信息，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由所述组中的每个终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给所述终端的，并且第四字段包括针对所述组中的每个终端指示其自上次确认以来发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；以及
发送包括所述消息的帧，包括在所述消息的每个字段中的信息旨在经由集中服务器和使得集中服务器能够与该组终端中的每个终端通信的每个网关而传输给该组终端中的每个终端。
11.一种集中服务器类型的装置，其使得能够确认由一组终端中的终端发送给应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且可负担低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议，其中，该装置包括：
服务器，其被配置成：
接收由应用服务器发送的确认消息，所述消息确认由所述组中的终端发送的多个帧，确认消息包括多个字段，第一字段包括允许接收到所述消息的每个终端进行时间设置的信息，第二字段包括设定接收到有效载荷的每个终端的下个唤醒时间的信息，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由所述组中的每个终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给所述终端的，并且第四字段包括针对所述组中的每个终端指示其自上次确认以来发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；以及
经由使得能够与所述组中的终端进行通信的每个网关以广播模式向所述组传输帧，所述帧针对接收到的每个确认消息的每个字段包括代表由所述字段表示的信息的信息。
12.一种包括向应用服务器发送帧的一组终端的系统，所述组中的每个终端经由网关和根据权利要求11所述的集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且可负担低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。
13.一种终端类型的装置，其属于向应用服务器发送帧的一组终端，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且可负担低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议，其中，称为当前终端的该终端包括：
服务器，其被配置成：
接收确认帧，确认帧是由集中服务器以广播模式传输的并且包括基于由应用服务器提供的信息而生成的确认消息，所述消息对于所述组中的每个终端都是相同的并且由多个字段组成，第一字段包括允许当前终端进行时间设置的信息，第二字段设定当前终端的下个唤醒时间，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由当前终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给当前终端的，并且第四字段包括向所述当前终端指示其发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；
使用第一字段来设置所述当前终端内部的时钟；
在由包含在第三字段中的代表所述组的标识符的信息所表示的标识符与当前终端在连接阶段期间接收到的标识符相对应的情况下使用第四字段来验证所发送的每个帧是否被确认；以及
使当前终端进入休眠直到第二字段中指示的下个唤醒时间为止。
14.一种包括向应用服务器发送帧的一组终端的系统，所述终端是根据权利要求13所述的终端，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器来与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且可负担低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。
15.一种应用服务器类型的装置，其适合于确认由一组终端中的终端发送给所述应用服务器的帧，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且可负担低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议，其中，该装置包括：
服务器，其被配置成生成确认消息，该确认消息包括多个字段，第一字段包括允许接收到所述消息的每个终端进行时间设置的信息，第二字段设定接收到所述消息的每个终端的下个唤醒时间，第三字段包括代表所述组的标识符的信息，所述标识符是在由所述组中的每个终端执行的与第三网络的连接阶段期间由集中服务器提供给所述终端的，并且第四字段包括针对所述组中的每个终端指示其自上次确认以来发送给应用服务器的每个帧是否被确认的信息；
所述消息旨在经由集中服务器和使得集中服务器能够与该组终端中的每个终端通信的每个网关而传输给该组终端中的每个终端。
16.一种包括向应用服务器发送帧的一组终端的系统，所述应用服务器是根据权利要求15所述的应用服务器，所述组中的每个终端经由网关和集中服务器来与应用服务器进行通信，应用服务器经由第一通信网络连接到集中服务器，集中服务器通过第二通信网络连接到每个网关，该组终端和每个网关形成第三网络，该第三网络的类型为大范围无线网络并且可负担低能耗，所述组中的终端与网关之间的每个通信使用适合于所述第三网络的通信协议。
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