CN113056008B - 数据传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数据传输方法及装置。其中，该数据传输方法包括：节点将数据封装有私有协议数据；节点在除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关。本申请可以提高应用LoRaWAN协议的设备的数据传输率。

Description

数据传输方法及装置

技术领域

本申请涉及数据传输技术领域，特别是涉及一种数据传输方法及装置。

背景技术

LoRa(Long Range，长距离)是一种新兴的低功耗广域网技术，它使用专有的扩频技术调制信号，用于远距离通信链路场景。LoRaWAN(Long Range Wide Area Network，低功耗远程)是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构，它是一种媒体访问控制(MAC,Media Access Control)层协议。本申请的发明人在长期的研发过程中，发现目前应用LoRaWAN协议进行数据传输时还存在一定的局限性，也在一定程度上影响了数据传输率。

发明内容

本申请提供一种数据传输方法及装置，以提高应用LoRaWAN协议的设备的数据传输率。

为达到上述目的，本申请提供一种数据传输方法，该方法包括：

节点将数据封装有私有协议数据；

节点在除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关。

其中，空闲时间包括低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间之间的时间；和/或，

空闲时间包括节点在下行数据接收时间之后的休眠时间。

其中，节点将数据封装有私有协议数据，之前包括：

节点的媒体访问控制层将节点的应用层的大数据包进行分包，得到多个数据。

其中，空闲时间为低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间之间的时间，节点在除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关，之后包括：

若在预设时间内未从网关获取到应答消息，则对私有协议数据进行重传处理。

为达到上述目的，本申请提供一种数据传输方法，该方法包括：

网关获取私有协议数据，私有协议数据是节点在节点的除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间发送过来的；

网关将私有协议数据发送给网络服务器。

其中，网关将私有协议数据发送给网络服务器，包括：

网关将低功耗远程协议数据和私有协议数据组装成网关信息协议数据；

网关将私有协议数据发送给网络服务器，包括：

网关将网关信息协议数据发送给网络服务器。

为达到上述目的，本申请提供一种数据传输方法，该方法包括：

网络服务器从网关获取私有协议数据；

网络服务器解析私有协议数据，以得到数据；

网络服务器将数据上传到应用服务器。

其中，网络服务器从网关获取私有协议数据，包括：

网络服务器从网关获取包括私有协议数的网关信息协议数据；

该方法还包括：

响应于获取到网关信息协议数据，通过网关向节点发送应答消息。

为达到上述目的，本申请提供一种电子设备，该电子设备包括处理器；处理器用于执行指令以实现上述数据传输方法。

为达到上述目的，本申请提供一种计算机可读存储介质，其用于存储指令/程序数据，指令/程序数据能够被执行以实现上述数据传输方法。

本申请节点将数据封装成私有协议数据，接着节点在除LoRaWAN协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关，这样节点既可以充分利用空闲时间将数据上传，又可以不对在LoRaWAN协议规定的Transmit时间上传LoRaWAN协议数据和下行数据接收时间接收数据造成影响，可以在不影响LoRaWAN协议数据正常发送和接收的情况下提高数据传输率。

附图说明

图1是LoRaWAN Class A模式下的下行接收窗口示意图；

图2是本申请数据传输方法一实施方式的流程示意图；

图3是本申请数据传输方法一实施例的示意图；

图4是本申请数据传输方法另一实施例的示意图；

图5是本申请数据传输方法又一实施例的示意图；

图6是本申请数据传输方法中网关传输私有协议数据方法的示意图；

图7是本申请数据传输方法中节点的工作流程示意图；

图8是本申请数据传输方法中网关的工作流程示意图；

图9是本申请数据传输方法中网络服务器的工作流程示意图；

图10是电子设备一实施方式的结构示意图；

图11是本申请计算机可读存储介质一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的数据传输方法及装置做进一步详细描述。

LoRaWAN的网络架构中包含节点(End Nodes)、网关(Gateway)和服务器。服务器又可分为直接与网关进行通讯的网络服务器以及位于网络服务器后端的应用服务器。节点与网关之间采用LoRa技术进行无线通信。网关与服务器之间采用TCP/IP协议进行通信。网关对节点和服务器之间的LoRaWAN协议数据做转发处理。

在LoRaWAN系统中，节点经过一个或多个网关中转向服务器发送数据称为上行，服务器通过网关中转向唯一确定的节点发送数据称为下行。

LoRaWAN协议根据应用场景制定了三种类型(Classes)，规范节点与服务器之间的通讯命令和消息格式等，这三种类型分别是Class A、Class B和Class C。Class A是节点先进行上行发送，在上行发送后开启一段时间的下行接收窗口，节点只有在上行发送后才进行下行接收。Class B是在Class A的基础上增加节点和服务器协商好下行接收窗口的开启时间，然后在约定的时间进行下行接收。Class C是节点在除上行发送以外的其他时间都开启下行接收窗口。

请参阅图1，这是LoRaWAN Class A模式下的下行接收窗口示意图。由于所有的LoRaWan节点都必须实现Class A，所以该下行接收窗口亦适用于Class B和Class C应用场景，这一点不再赘述。某节点向服务器发送上行数据结束后，等待RECEIVE_DELAY1(接收延时1)的时间后打开RX1(下行接收窗口1)；同样以发送上行数据结束为起点等待RECEIVE_DELAY2(接收延时2)的时间后打开RX2(下行接收窗口2)。如果上行数据是确认帧，由于现有的LoRaWAN系统没有网关的确认信息，需要等待服务器回复的应答信息进行确认。可见在class A模式下，应用lorawan协议传输一个数据包至少需要消耗

Transmit+RECEIVE_DELAY1+Recviev的时长，并且由于Transmit时间的限制，导致在Transmit中传输的数据包大小受限，例如，在中国境内在Transmit中传输的数据包的有效负荷仅为59-230字节，这样导致lorawan在class A模式下，实际数据传输率比较低。

基于此，本申请可在除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将由业务数据封装而成的私有协议数据传输给网关，以充分利用休眠时间和低功耗远程协议数据上行传输时间(即Transmit期间)和下行数据接收时间(即下行接收窗口1和下行接收窗口2打开的时间)之间的等待时间，以提高数据传输率。具体请参阅图2，图2是本申请数据传输方法第一实施方式的流程示意图。本实施例数据传输方法包括以下步骤。需要注意的是，以下编号仅用于简化说明，并不旨在限制步骤的执行顺序，本实施方式的各步骤可以在不违背本申请技术思想的基础上，任意更换执行顺序。

S101：节点将数据封装有私有协议数据。

节点可以将数据封装成私有协议数据，这样节点可以在除LoRaWAN协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关，这样节点既可以充分利用空闲时间将数据上传，又可以不对在LoRaWAN协议规定的Transmit期间上传LoRaWAN协议数据和下行数据接收时间接收数据造成影响，可以在不影响LoRaWAN协议数据正常发送和接收的情况下提高数据传输率。

其中，节点可以是图像传感器、烟雾传感器、智能家电等物联网节点，当然不限于此。

可以理解的是，本申请的私有协议数据是指不使用LoRaWAN的帧结构封装的数据，如图3所示。私有协议数据的帧格式可以是自定义的，也可以是应用现有的其他协议的帧格式，例如是蓝牙帧格式。具体地，私有协议数据可以包括帧头和帧尾、以及由帧头和帧尾包起来的业务数据。

S102：节点在除LoRaWAN协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关。

节点将数据封装成私有协议数据后，可以在除LoRaWAN协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关，以避免影响LoRaWAN协议数据(同LoRa数据)的正常发送和接收。

在一实现方式中，如图4所示，空闲时间可以包括低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间之间的时间。如图3所示，即节点在Transmit期间将LoRaWAN协议数据上传后，并在到达接收延时1之前(即在打开RX1窗口之前)，将私有协议数据上传，以充分利用Transmit之后且打开RX1窗口之前的空闲时间，可以提高信息传输的实时性。可以理解的是，相比于Transmit时间，Transmit之后且打开RX1窗口之前的空闲时间较长，一般为1s，从而在这期间可以传输较多的数据。

在另一实现方式中，如图5所示，空闲时间可以包括节点在下行数据接收时间之后的休眠时间。目前的LoRaWAN协议中，节点在打开RX1或RX2窗口并接收到下行传输数据，且接收时间到达RX1或RX2窗口关闭后，节点进入休眠，直至业务层发起LoRaWAN传输。但对于本申请来说，节点可在接收时间到达RX1或RX2窗口关闭后的休眠时间将私有协议数据上传，这样在下一次LoRaWAN协议数据上传之前，都可以通过私有协议通道将大量的私有协议数据上传，可以实现数据的连续传输。

另外，本申请的节点的媒体访问控制层还可以具有分包功能，以按照需求将应用层的大数据包进行分包，得到多个数据，然后利用私有协议帧格式(私有协议Frame)对数据进行封包，得到私有协议数据。

其中，私有协议数据中封装的数据的类型可以与LoRaWAN协议数据中封装的数据类型相同，也可以不同，具体可根据需求进行设定。

例如，对于图像传感器而言，可以将少量业务数据封装成LoRaWAN协议数据，然后在Transmit期间上传给网关；另外将数据量比较大的图像数据封装成多个私有协议数据，在空闲时间上传给网关。

另例如，对于一帧图像帧的码流数据来说，可以被应用层分为多个数据包，然后媒体访问控制层可以将一个数据包封装成LoRaWAN协议数据，在Transmit期间上传给网关；LoRaWAN协议数据上传空口关闭后，如果码流数据未传输完毕，媒体访问控制层可以将由数据包封装而成的至少一个私有协议数据上传给网关；接收延时1到达从而RX1窗口打开时，节点可通过RX1窗口接收下行数据；在节点通过RX1窗口接收到下行数据，且接收时间达到致使RX1窗口关闭后，若码流数据未传输完毕，媒体访问控制层可以将由数据包封装而成的至少一个私有协议数据上传给网关，直至业务层发起LoRaWAN协议数据的上传或码流数据的所有数据包均上传完毕。

又例如，对于一帧图像帧的码流数据来说，可以被应用层分为多个数据包，然后媒体访问控制层可以将一个数据包封装成LoRaWAN协议数据，在Transmit期间上传给网关；LoRaWAN协议数据上传空口关闭后，若码流数据未传输完毕，媒体访问控制层可以将由数据包封装而成的至少一个私有协议数据上传给网关；接收延时1到达从而RX1窗口打开时，节点可通过RX1窗口接收下行数据；在节点通过RX1窗口接收到下行数据，且接收时间达到致使RX1窗口关闭后，若码流数据未传输完毕，重新进入Transmit期间，媒体访问控制层将由数据包封装而成的LoRaWAN协议数据上传给网关；然后LoRaWAN协议数据上传空口关闭后，若码流数据未传输完毕，媒体访问控制层可以将由数据包封装而成的至少一个私有协议数据上传给网关；接着打开RX1窗口，以接收下行数据，如此循环往复，以将由码流数据分成的所有数据包上传完毕。

S103：网关将私有协议数据发送给网络服务器。

节点在空闲时间将私有协议数据传输给网关后，网关就能获取到私有协议数据。对于现有LoRaWAN协议的网关来说，私有协议数据为非法数据，不能将私有协议数据转发给网络服务器。但是本申请的网关具有直接接收私有协议的模块，可以接收节点发过来的私有协议数据并保存起来，并且可以将私有协议数据传输给网络服务器。

在一实现方式中，如图6所示，网关接收到节点发送过来的LoRaWAN协议数据，并接收到节点在空闲时间传输过来的私有协议数据后，可以将预设时间段内的LoRaWAN协议数据和私有协议数据组装成GWMP(网关信息协议)协议数据，并将GWMP协议数据上传给网络服务器。具体地，网关可以将节点在Transmit期间传输的LoRaWAN协议数据和节点在Transmit期间之后的第一时间内上传的私有协议数据组装成GWMP协议数据并传输给网络服务器，其中，第一时间小于或等于接收延时1；这样节点就能在RX1窗口或RX2窗口及时收到回复应答消息，以避免网络服务器已收到消息但节点误以为网络服务器未收到导致节点重新上传数据的情况发生。例如，假设接收延时1为1s，第一时间为500ms，则网关将节点在Transmit期间传输的LoRaWAN协议数据和节点在Transmit期间之后的500ms内上传的私有协议数据组装成GWMP协议数据并传输给网络服务器，网络服务器若收到数据，则会通过网关中转应答消息(ACK)，节点收到ACK后，节点就知道LoRaWAN协议数据和在Transmit期间之后的500ms内上传的私有协议数据已成功上传至网络服务器。

在另一实现方式中，网关接收到节点发送过来的私有协议数据，将私有协议数据通过网关和网络服务器之间的一条专门的私有数据通道发送给网络服务器。当然，网关接收到节点发送过来的LoRaWAN协议数据，还是将LoRaWAN协议数据转化成GWMP协议，通过UDP协议发送给网络服务器。

S104：网络服务器解析私有协议数据，以得到数据。

网关将私有协议数据传输给网络服务器后，网络服务器可以获取到私有协议数据，网络服务器可以增加处理私有协议数据的模块，这样网络服务器就可以解析私有协议数据，以得到私有协议数据内封装的数据。

S105：网络服务器将数据上传到应用服务器。

网络对私有协议数据解析得到数据后，可以将数据上传给应用服务器。

可选地，应用服务器可以从接收到的第一个私有协议数据开始计时，每隔第二时间回复应答消息，以使节点在发送私有协议数据后的预设时间内收到应答消息，以向节点告知这段时间的私有协议数据均已收到。其中，第一个私有协议数据可以是指LoRaWAN协议数据之后的第一个私有协议数据。在其他实现方式中，也可以通过其他方式回复应答消息。其中。预设时间大于或等于第二时间。第二时间可以是预设值，在此不做限制，例如可为100ms。

在本实施方式中，本申请节点将数据封装成私有协议数据，接着节点在除LoRaWAN协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关，这样节点既可以充分利用空闲时间将数据上传，又可以不对LoRaWAN协议数据在LoRaWAN协议规定的Transmit时间上传和下行数据接收时间接收数据造成影响，可以在不影响LoRaWAN协议数据正常发送和接收的情况下提高数据传输率。

对于节点，其实现数据传输方法的步骤请参阅图7，图7是本申请数据传输方法中节点的工作流程示意图。

S201：节点将数据封装有私有协议数据；

S202：节点在除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关。

本实施方式中上述步骤与图2所示实施例中的相关步骤类似，具体不再赘述。节点将数据封装成私有协议数据，接着节点在除LoRaWAN协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将私有协议数据传输给网关，这样节点既可以充分利用空闲时间将数据上传，又可以不对LoRaWAN协议数据在LoRaWAN协议规定的Transmit时间上传和下行数据接收时间接收数据造成影响，可以在不影响LoRaWAN协议数据正常发送和接收的情况下提高数据传输率。

对于网关，其实现数据传输方法的步骤请参阅图8，图8是本申请数据传输方法中网关的工作流程示意图。

S301：网关获取私有协议数据。

其中，私有协议数据是节点在节点的除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间发送过来的。

S302：网关将私有协议数据发送给网络服务器。

上述步骤与图2所示实施例中的相关步骤类似，具体不再赘述。网关获取私有协议数据，私有协议数据是节点在节点的除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间发送过来的，然后网关将私有协议数据发送给网络服务器，这样网关就可将节点在除LoRaWAN协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间传输的私有协议数据转发给网络服务器，这样就可以在不影响LoRaWAN协议数据正常传输的情况下提高数据传输率。

对于网络服务器，其实现数据传输方法的步骤请参阅图9，图9是本申请数据传输方法中网络服务器的工作流程示意图。

S401：网络服务器从网关获取私有协议数据。

S402：网络服务器解析私有协议数据，以得到数据。

S403：网络服务器将数据上传到应用服务器。

本实施方式中上述步骤与图2所示实施例中的相关步骤类似，具体不再赘述。网络服务器从网关获取私有协议数据；网络服务器解析私有协议数据，以得到数据；网络服务器将数据上传到应用服务器，这样网络服务器就可将节点在除LoRaWAN协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间传输的私有协议数据解析，并将解析得到的数据上传给应用服务器，这样就可以在不影响LoRaWAN协议数据正常传输的情况下提高数据传输率。

请参阅图10，图10是本申请电子设备一实施方式的结构示意图。本电子设备10包括处理器12，处理器12用于执行指令以实现上述数据传输方法。

处理器12还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器12可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器12还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器12也可以是任何常规的处理器等。

电子设备10还可进一步包括存储器11，用于存储处理器12运行所需的指令和数据。

处理器12用于执行指令以实现上述本申请数据传输方法任一实施例及任意不冲突的组合所提供的方法。

请参阅图11，图11为本申请实施方式中计算机可读存储介质的结构示意图。本申请实施例的计算机可读存储介质20存储有指令/程序数据21，该指令/程序数据21被执行时实现本申请数据传输方法任一实施例以及任意不冲突的组合所提供的方法。其中，该指令/程序数据21可以形成程序文件以软件产品的形式存储在上述存储介质20中，以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质20包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种数据传输方法，其特征在于，所述数据传输方法应用于低功耗远程协议的网络架构，所述低功耗远程协议的网络架构包括节点、网关和服务器，所述方法包括：

所述节点将数据封装有私有协议数据；

所述节点在除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将所述私有协议数据传输给所述网关，以使所述网关将低功耗远程协议数据和所述私有协议数据组装成网关信息协议数据，并将所述网关信息协议数据上传给所述服务器，上行是指所述节点经过所述网关中转向所述服务器发送数据，下行是指所述服务器通过所述网关中转向所述节点发送数据。

2.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述空闲时间包括所述低功耗远程协议数据上行传输时间和所述下行数据接收时间之间的时间；和/或，

所述空闲时间包括所述节点在所述下行数据接收时间之后的休眠时间。

3.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述空闲时间为所述低功耗远程协议数据上行传输时间和所述下行数据接收时间之间的时间，所述节点在除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间将所述私有协议数据传输给所述网关，之后包括：

若在预设时间内未从所述网关获取到应答消息，则对所述私有协议数据进行重传处理。

4.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述节点将数据封装有私有协议数据，之前包括：

所述节点的媒体访问控制层将所述节点的应用层的大数据包进行分包，得到多个所述数据。

5.一种数据传输方法，其特征在于，所述数据传输方法应用于低功耗远程协议的网络架构，所述低功耗远程协议的网络架构包括节点、网关和服务器，所述服务器包括网络服务器，所述方法包括：

所述网关获取私有协议数据，所述私有协议数据是所述节点在所述节点的除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间发送过来的；

所述网关将所述私有协议数据和低功耗协议数据组装成网关信息协议数据；

所述网关将所述网关信息协议数据发送给所述网络服务器；

其中，上行是指所述节点经过所述网关中转向所述服务器发送数据，下行是指所述服务器通过所述网关中转向所述节点发送数据。

6.一种数据传输方法，其特征在于，所述数据传输方法应用于低功耗远程协议的网络架构，所述低功耗远程协议的网络架构包括节点、网关和服务器，所述服务器包括网络服务器和应用服务器，所述方法包括：

所述网络服务器从所述网关获取网关信息协议数据，所述网关信息协议数据是由所述网关将私有协议数据和低功耗远程协议数据组装而成，所述私有协议数据是所述节点在除低功耗远程协议数据上行传输时间和下行数据接收时间以外的空闲时间传输给所述网关的；

所述网络服务器解析所述私有协议数据，以得到数据；

所述网络服务器将所述数据上传到应用服务器；

其中，所述上行是指所述节点经过所述网关中转向所述服务器发送低功耗远程协议数据，所述下行是指所述服务器通过所述网关中转向所述节点发送低功耗远程协议数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应于获取到所述网关信息协议数据，通过所述网关向节点发送应答消息。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器；所述处理器用于执行指令以实现如权利要求1-7任一项所述的数据传输方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储指令/程序数据，所述指令/程序数据能够被执行以实现如权利要求1-7任一项所述的数据传输方法。

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