CN112202881B - 物联网设备组网系统及其组网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物联网设备组网系统及其组网方法，部分终端组成第一网络连接到第一网关设备，包括LoRa网络接口的部分终端与第一网络的协调器、第一网络的路由器通过第二网络连接到第二网关设备，第一网关设备和第二网关设备连接至物联网服务器，第一网络表征Zigbee网络，第一网关设备表征第一网关设备表征Zigbee网络网关设备，第二网关设备表征Lora网络网关设备，第二网络表征LoRa网络，第一网络用于数据传输，第二网络作为控制网络。本发明通过Lora网络对各Zigbee子网进行管理和控制，通过Lora网络对Zigbee子网的传输功率控制方式，通过Lora网络控制Zigbee终端设备在不同子网中切换，实现控制与数据分离的物联网智能设备灵活组网方式。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种物联网设备组网系统及其组网方法。
背景技术
电力物联网建设中，物联网是一个实现电网基础设施、人员及所在环境识别、感知、互联与控制的网络系统，涉及用电、配电、变电、输电、发电及电网资产管理各个环节，比如输电中的线路监控、视频监控，变电环节的设备巡检、环境安防监控；配电环节的配网自动化、设备环境监控等；用电环节的智能家居、远程抄表等。都存在大量IoT(InternetofThings，物联网)设备。传统的物联网设备组网方式，需要大量的布线工作，而且受到空间的限制，布置复杂、成本高。
虽然，也有采用Zigbee(紫蜂)、LoRa(Long Range Radio，远距离无线电)等现有无线传输协议可以将大量物联网设备通过无线的方式连接在一起，但是不同的协议有不同的组网策略，实现不同的覆盖范围，组成了不同的无线物联网。灵活性较差无法满足实际的需求。
发明内容
针对于上述问题，本发明提供一种物联网设备组网系统及其组网方法，实现了控制与数据分离的物联网智能设备灵活组网方式的目的。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种物联网设备组网系统，包括：
第一网关设备、第二网关设备、第一网络的协调器、第一网络的路由器和若干个终端，所述第一网络表征Zigbee网络，所述第一网关设备表征第一网关设备表征Zigbee网络网关设备，所述第二网关设备表征Lora网络网关设备，至少部分所述终端包括LoRa网络接口；
其中，部分所述终端组成第一网络连接到所述第一网关设备，包括LoRa网络接口的部分所述终端与所述第一网络的协调器、所述第一网络的路由器通过第二网络连接到所述第二网关设备，所述第一网关设备和所述第二网关设备连接至物联网服务器，所述第二网络表征LoRa网络，所述第一网络用于数据传输，所述第二网络作为控制网络。
可选地，所述系统还包括：
第一网络设备，所述第一网络设备具有统一的设备类型标识；
所述第一网络设备，用于启动后，注册进入第二网络，通过所述设备类型标识连接不同的网络，使得所述第一网络设备能够建立协调器对话模式和路由器对话模式。
可选地，所述第一网络的协调器用于：
控制第一网络的子网络内容的通信，使得能够通过控制所述第一网络的协调器通过目标第一网关设备连接数据服务器。
可选地，所述第一网络的协调器包括通信服务模块和控制服务器模块，
其中，
所述通信服务模块，用于通过第二网络连接至云端进行设备管理；
所述控制服务器模块，用于连接至所述第一网络。
可选地，所述第一网络的路由器用于：
对所述第一网络的子网络进行扩展。
可选地，所述第一网络的路由器还用于：
当所述路由器与所述协调器通信断开时，发送重新连接请求，使得所述路由器重新连接至第一网络。
可选地，所述第一网络的路由器还用于：
当网络异常时，向所述物联网服务器发送节点错误信息，使得所述物联网服务器对故障节点进行隔离。
一种物联网设备组网方法，所述方法应用于如上任意一项所述的物联网设备组网系统，所述方法包括：
控制部分终端组成第一网络连接到第一网关设备；
控制包括LoRa网络接口的部分所述终端与所述第一网络的协调器、所述第一网络的路由器通过第二网络连接到所述第二网关设备；
控制第一网关设备和第二网关设备连接至物联网服务器，其中，所述第一网络表征Zigbee网络，所述第一网关设备表征第一网关设备表征Zigbee网络网关设备，所述第二网关设备表征Lora网络网关设备，至少部分所述终端包括LoRa网络接口，所述第二网络表征LoRa网络，所述第一网络用于数据传输，所述第二网络作为控制网络。
可选地，所述方法还包括：
获取第一网络设备的设备类型标识；
通过所述设备类型标识连接至不同的网络，使得所述第二网络表征LoRa网络，所述第一网络用于数据传输，所述第二网络作为控制网络。
可选地，所述方法还包括：
将待传输数据通过所述第一网络网关发送至物联网服务器；
将控制信令通过所述第二网络网关发送至物联网服务器。
相较于现有技术，本发明提供了一种物联网设备组网系统及其组网方法，部分终端组成第一网络连接到第一网关设备，包括LoRa网络接口的部分终端与第一网络的协调器、第一网络的路由器通过第二网络连接到第二网关设备，第一网关设备和第二网关设备连接至物联网服务器，第一网络表征Zigbee网络，第一网关设备表征第一网关设备表征Zigbee网络网关设备，第二网关设备表征Lora网络网关设备，第二网络表征LoRa网络，第一网络用于数据传输，第二网络作为控制网络。本发明通过Lora网络对各Zigbee子网进行管理和控制，通过Lora网络对Zigbee子网的传输功率控制方式，通过Lora网络控制Zigbee终端设备在不同子网中切换，实现控制与数据分离的物联网智能设备灵活组网方式。
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为本发明实施例提供的一种物联网设备组网系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种协调器以及路由器功能划分示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
在本发明实施例提供的一种物联网设备组网系统通过Lora网络对各Zigbee子网进行管理和控制，通过Lora网络对Zigbee子网的传输功率控制方式，通过Lora网络控制Zigbee终端设备在不同子网中切换，实现控制与数据分离的物联网智能设备灵活组网方式。
参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种物联网设备组网系统的结构示意图，该系统包括：
第一网关设备101、第二网关设备102、第一网络的协调器103、第一网络的路由器104和若干个终端105，第一网络表征Zigbee网络，第一网关设备表征第一网关设备表征Zigbee网络网关设备，第二网关设备表征Lora网络网关设备，至少部分终端包括LoRa网络接口；
其中，部分终端组成第一网络连接到第一网关设备，包括LoRa网络接口的部分终端与第一网络的协调器、第一网络的路由器通过第二网络连接到第二网关设备，第一网关设备和第二网关设备连接至物联网服务器，第二网络表征LoRa网络，第一网络用于数据传输，第二网络作为控制网络。
因此，本发明实施例通过在Zigbee的路由器(Router)、协调器(Coordinator)和部分终端上增加Lora终端功能，使得路由器、协调器和部分终端同时可以连接到另一个LoRa网络中，实现混合无线组网。其中，Zigbee网络主要作为数据传输网络，LoRa网络作为控制网络存在，必要时还可以作为紧急信息的低延时传递网络，整个混合式网络实现数据传输流与控制流的分离。
在这种组网方式中，Zigbee首先组成基础网络并连接到Zigbee数据网关。同时，Zigbee的协调器、路由器、部分终端也通过Lora网络连接到Lora控制网关。最后，数据和控制信息，通过不同的网关汇总到云端的IoT平台。
其中，Zigbee网络负责完成zigbee组网和数据通信功能，Lora网络负责管理协调不同Zigbee子网络，如控制不同Zigbee设备的发射功率，以在保证连接的情况下功率最低；路由设置，当单一设备可以连接进入多个网络时，选择最合适的路由策略等等。
在对物联网设备进行组网时，首先要对设备进行注册，即所述系统还包括：
第一网络设备，所述第一网络设备具有统一的设备类型标识；所述第一网络设备，用于启动后，注册进入第二网络，通过所述设备类型标识连接不同的网络，使得所述第一网络设备能够建立协调器对话模式和路由器对话模式。
该第一网络设备是指Zigbee设备，即某一类型Zigbee设备(协调器、路由器)具有一致的JoinEUI(设备类型标识)，格式定义如表1所示：
表1
| 标准字段(6octets) | 自定义段(2octets) |
| 标准地址 | 协调器、路由器标识位 |
当Zigbee设备(协调器、路由器)启动时，需要同注册进入Lora网络，使用JoinEUI区分不同连接服务，建立两种对话，协调器对话和路由器对话。
在上述实施例的基础上，第一网络的协调器用于：
控制第一网络的子网络内容的通信，使得能够通过控制第一网络的协调器通过目标第一网关设备连接数据服务器。
对应的，第一网络的协调器包括通信服务模块和控制服务器模块，其中，
通信服务模块，用于通过第二网络连接至云端进行设备管理；
控制服务器模块，用于连接至第一网络。
在一种可能的实现方式中，第一网络的路由器用于：
对第一网络的子网络进行扩展。
第一网络的路由器还用于：
当路由器与协调器通信断开时，发送重新连接请求，使得路由器重新连接至第一网络。
当网络异常时，向物联网服务器发送节点错误信息，使得物联网服务器对故障节点进行隔离。
下面以设备通信过程对物联网设备组网进行说明。
参见图2，其示出了本发明实施例提供了一种协调器以及路由器功能划分示意图。协调器负责Zigbee某一子网内容的通信和控制功能。通过协调器控制对话，控制协调器经由指定zigbee网关连接对应数据服务器。协调器的应用层分为两部分APLME和APLDE，分别对应通信服务和控制服务。协调器的APLME通过Lora对话连接至云侧进行设备管理，APLDE仍然连接在原有Zigbee服务上。通过这种方式，将数据量小的、不定时发送的控制信号，汇聚至Lora信道中，同时将设备管理功能上移。对于通信数据，仍然经原有Zigbee信道传输，最大效率利用数据信道带宽。
路由器负责Zigbee某一子网的扩展，一般不直接进行网络管理，但是启动时都会在lora网络中注册，当路由器与协调器失去联系时，可以通过控制会话，发送重连接请求，同控制平台通信，控制平台根据重连接请求和掌握的网络设备信息，帮助路由器重新连接进入Zigbee子网，可能是之前连接网络，可能是加入新的zigbee子网。
当出现某些网络异常时，路由器也可以通过路由器会话向控制平台报告，发送子节点错误信息，协助控制平台定位问题，控制平台收到子节点错误信息后，将隔离故障节点，禁止故障节点使用Zigbee数据通信服务，保证其他正常节点正常工作。
在本发明实施例中提供的物联网组网系统，将控制信令和有效数据分离，在一般Zigbee网络之上增加Lora控制，简化设备部署和运维。控制信令数据量小，但是非常关键，利用Lora带宽低，但是连接数大，传输距离远特点；有效数据数据量大，但是延时要求低，丢失影响小，走一般Zigbee数据通道。组网方式灵活，可以极大的扩充网络中设备的数量；一般的Zigbee组网，由于数据冲突等原因，组网数量是有很大限制的。利用Lora进行控制，可以在一个Lora控制网的下面，覆盖多个Zigbee子网，将设备划分进入不同子网，增加路由控制功能，减小拥塞、降低延时。增加应急通信功能，关键数据可以直接通过Lora网络发送至IoT云平台，如火警等紧急报警信息；覆盖范围大，利用Lora网络长距离传输优势，穿透力强，克服楼宇复杂内部结构影响，甚至可以跨楼宇部署；通过Lora网关可以方便控制各Zigbee子网，防止信息孤岛出现。例如，当楼内布置发生改变时，个别Zigbee设备的无线传输信道可能发生改变，同主网失去联系，而由于Lora控制网的存在，运维测可以及时发现这种情况，进行控制，如增大发生功率，或者线下人为调整，不会发生丢失设备的现象。通过Lora控制网络可以实现低功耗运行。根据连接情况，Lora控制网络可以配置不同的Zigbee子网以合适的功率进行通信，在保证无线连接的前提下，功率尽可能小，延长设备使用周期，节能环保，同时也减小了对办公场所电磁环境的影响。路由器拥有Lora通信功能，可以被部署于环境复杂多变场景，如移动场景，通过Lora的控制，设备在不同zigbee子网中切换而不至于丢失信号。更强的网络健壮性，lora网络和Zigbee网络相对独立，单一网络故障不至于使得整张网络瘫痪，便于隔离故障。
在上述实施例的基础上，本发明还提供了一种物联网设备组网方法，该方法应用于物联网设备组网系统，包括：
控制部分终端组成第一网络连接到第一网关设备；
控制包括LoRa网络接口的部分所述终端与所述第一网络的协调器、所述第一网络的路由器通过第二网络连接到所述第二网关设备；
控制第一网关设备和第二网关设备连接至物联网服务器，其中，所述第一网络表征Zigbee网络，所述第一网关设备表征第一网关设备表征Zigbee网络网关设备，所述第二网关设备表征Lora网络网关设备，至少部分所述终端包括LoRa网络接口，所述第二网络表征LoRa网络，所述第一网络用于数据传输，所述第二网络作为控制网络。
可选地，所述方法还包括：
获取第一网络设备的设备类型标识；
通过所述设备类型标识连接至不同的网络，使得所述第二网络表征LoRa网络，所述第一网络用于数据传输，所述第二网络作为控制网络。
可选地，所述方法还包括：
将待传输数据通过所述第一网络网关发送至物联网服务器；
将控制信令通过所述第二网络网关发送至物联网服务器。
需要说明的是，该方法实施例与上述系统实施例是一一对应的，具体的方法执行步骤请参见对应上述系统实施例的描述过程，此处不进行一一赘述。
本发明实施例提供的物联网设备组网方法，控制部分终端组成第一网络连接到第一网关设备；控制包括LoRa网络接口的部分所述终端与所述第一网络的协调器、所述第一网络的路由器通过第二网络连接到所述第二网关设备；控制第一网关设备和第二网关设备连接至物联网服务器。通过Lora网络对各Zigbee子网进行管理和控制，通过Lora网络对Zigbee子网的传输功率控制方式，通过Lora网络控制Zigbee终端设备在不同子网中切换，实现控制与数据分离的物联网智能设备灵活组网方式。
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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种物联网设备组网系统，其特征在于，包括：
第一网关设备、第二网关设备、第一网络的协调器、第一网络的路由器和若干个终端，所述第一网络表征Zigbee网络，所述第一网关设备表征第一网关设备表征Zigbee网络网关设备，所述第二网关设备表征Lora网络网关设备，至少部分所述终端包括LoRa网络接口；
其中，部分所述终端组成第一网络连接到所述第一网关设备，包括LoRa网络接口的部分所述终端与所述第一网络的协调器、所述第一网络的路由器通过第二网络连接到所述第二网关设备，所述第一网关设备和所述第二网关设备连接至物联网服务器，所述第二网络表征LoRa网络，所述第一网络用于数据传输，所述第二网络作为控制网络。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
第一网络设备，所述第一网络设备具有统一的设备类型标识；
所述第一网络设备，用于启动后，注册进入第二网络，通过所述设备类型标识连接不同的网络，使得所述第一网络设备能够建立协调器对话模式和路由器对话模式。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一网络的协调器用于：
控制第一网络的子网络内容的通信，使得能够通过控制所述第一网络的协调器通过目标第一网关设备连接数据服务器。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一网络的协调器包括通信服务模块和控制服务器模块，其中，
所述通信服务模块，用于通过第二网络连接至云端进行设备管理；
所述控制服务器模块，用于连接至所述第一网络。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一网络的路由器用于：
对所述第一网络的子网络进行扩展。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一网络的路由器还用于：
当所述路由器与所述协调器通信断开时，发送重新连接请求，使得所述路由器重新连接至第一网络。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一网络的路由器还用于：
当网络异常时，向所述物联网服务器发送节点错误信息，使得所述物联网服务器对故障节点进行隔离。
8.一种物联网设备组网方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-7中任意一项所述的物联网设备组网系统，所述方法包括：
控制部分终端组成第一网络连接到第一网关设备；
控制包括LoRa网络接口的部分所述终端与所述第一网络的协调器、所述第一网络的路由器通过第二网络连接到所述第二网关设备；
控制第一网关设备和第二网关设备连接至物联网服务器，其中，所述第一网络表征Zigbee网络，所述第一网关设备表征第一网关设备表征Zigbee网络网关设备，所述第二网关设备表征Lora网络网关设备，至少部分所述终端包括LoRa网络接口，所述第二网络表征LoRa网络，所述第一网络用于数据传输，所述第二网络作为控制网络。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取第一网络设备的设备类型标识；
通过所述设备类型标识连接至不同的网络，使得所述第二网络表征LoRa网络，所述第一网络用于数据传输，所述第二网络作为控制网络。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将待传输数据通过所述第一网络网关发送至物联网服务器；
将控制信令通过所述第二网络网关发送至物联网服务器。
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