CN113132913A - 一种基于LoRaWan实现组播的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种基于LoRaWan实现组播的方法，包括：网络侧，发送下行数据包，所述下行数据包的目的地址为播组地址；所述组播地址通过扩展LoRaWan协议中终端地址DevAddr来实现，由网络标识字段、组标识字段和组地址字段组成。终端侧，接收下行数据包，首先判断所述下行数据包的目的地址是否为本端设备的单播地址；如果不是则再判断是否为本端设备的组播地址。

Description

一种基于LoRaWan实现组播的方法

技术领域

无线通信领域，尤其涉及一种基于LoRaWan实现组播的方法。

背景技术

LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种，是Semtech公司专有的一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。LoRaWan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)层协议。在目前的已有规范和协议中，无法实现下行组播功能，那么在实际的具体LoRa网络应用系统中，下行组播是一个很急迫和很实际的具体功能需求，比如针对不同的LoRa终端组的特殊指令、特殊配置、特殊管理等。

现有的一种LPWAN实现组播的方法中：由组播应用建立和维护组播群，向网络服务器申请包括分配组播群地址、组播群信道、组播群扩频码，组播群寻呼周期等组播资源。在这个方法要求，加入组播的终端要响应组播应用的寻呼，并且有一个周期，那么此周期和已有的ClassA,ClassB,ClassC终端接收周期之间需要一些接收资源的安排考虑，会影响现有终端的接收机制和时机。此外，该方法还需要在LoRa终端上下文中，取出LoRa终端当前连接的LoRa网关标识，更新到组播群上下文的LoRa网关链表中，这就会涉及路由管理问题，相对于现有规范和网络系统的路由管理提高了复杂性。上述方法提供的是重新定义的组播处理机制，不能同时兼容单播和组播，增加了实现的复杂度和系统开销。

发明内容

为解决上述问题，本申请实施例提出一种基于LoRaWan实现组播的方法，所述方法用于端设备，包括如下步骤：接收下行数据包，首先判断所述下行数据包的目的地址是否为本端设备的单播地址；如果不是则再判断是否为本端设备的组播地址。

进一步的，所述组播地址通过扩展LoRaWan协议中终端地址DevAddr来实现，由网络标识字段、组标识字段和组地址字段组成。

进一步的，在接收下行数据之前还包括：接收网络侧下发的加入组请求消息，所述加入组请求消息包括组标识字段和组地址字段；发送加入组应答消息给网络侧，所述加入组应答消息包括确认字段和组标识字段，所述确认字段用于表示是否同意加入所述组标识字段指示的相应组。

进一步的，还包括：接收网络侧下发的离组请求消息，所述离组请求消息包括组标识字段；发送离组应答消息给网络侧，所述离组应答消息包括确认字段和组标识字段，所述确认字段用于表示是否同意离开所述组标识字段指示的相应组；和/或，

接收网络侧下发的变更组请求消息，所述变更组请求消息包括组标识字段和组地址字段；发送变更组应答消息给网络侧，所述变更组应答消息包括确认字段和组标识字段，所述确认字段用于表示是否同意变更到所述组标识字段指示的相应组。

更进一步的，所述加入组请求消息、加入组应答消息、离组请求消息、离组应答消息、变更组请求消息和变更组应答消息通过扩展LoRaWan协议的MAC命令来实现。

基于相同的构思，本申请实施例还提出一种基于LoRaWan实现组播的方法，用于网络侧设备，包括如下步骤：发送下行数据包，所述下行数据包的目的地址为组播地址；所述组播地址通过扩展LoRaWan协议中终端地址DevAddr来实现，由网络标识字段、组标识字段和组地址字段组成。

进一步的，在发送下行数据包之前还包括：发送加入组请求消息给端设备，所述加入组请求消息包括组标识字段和组地址字段，用于指示所述端设备加入所述组标识字段指示的相应组；接收端设备反馈的加入组应答消息，根据所述加入组应答消息中的确认字段和组标识字段内容确定是否将所述端设备加入到相应的组。

进一步的，还包括：发送离组请求消息给端设备，所述离组请求消息携带组标识字段，用于指示所述端设备离开所述组标识字段指示的相应组；接收端设备反馈的离组应答消息，根据所述离组应答消息中确认字段和组标识字段，确定是否将所述端设备从相应组中删除。

进一步的，还包括：发送变更组请求消息给端设备，所述变更组请求消息包括组标识字段和组地址字段；接收所述端设备反馈的变更组应答消息，根据所述变更组应答消息中的确认字段和组标识字段，确定是否将所述端设备变更到所述组标识字段指示的相应组中。

进一步的，所述加入组请求消息、加入组应答消息、离组请求消息、离组应答消息、变更组请求消息和变更组应答消息通过扩展LoRaWan协议中的MAC命令来实现。

本申请实施例通过对现有LoRaWan的MAC命令进行扩展实现了基于LoRaWan的组管理，通过对FHDR中DevAddr的扩展来定义组播地址，从而使组播数据传输与单播数据传输流程兼容，在不影响现有规范和网络系统的情况下实现了组播功能。

附图说明

图1为本申请实施例2提出的组播功能处理流程图；

图2为本申请实施例2提出的终端侧对下行数据包的接收处理流程框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本申请的一个实施例提出一种基于LoRaWan实现组播的方法，该方法用于端设备，包括如下步骤：接收下行数据包，首先判断下行数据包的目的地址是否为本端设备的单播地址；如果不是则再判断是否为本端设备的组播地址。

在一个可选实施例中，组播地址通过扩展LoRaWan协议中终端地址DevAddr来实现，由网络标识字段、组标识字段和组地址字段组成。

在一个可选实施例中，在接收下行数据之前还包括：接收网络侧下发的加入组请求消息，该消息包括组标识字段和组地址字段；发送加入组应答消息给网络侧，该消息包括确认字段和组标识字段，确认字段用于表示是否同意加入组标识字段指示的相应组。

在一个可选实施例中，还包括：接收网络侧下发的离组请求消息，离组请求消息包括组标识字段；发送离组应答消息给网络侧，离组应答消息包括确认字段和组标识字段，其中的确认字段用于表示是否同意离组标识字段指示的相应组；

在一个可选实施例中，还包括：接收网络侧下发的变更组请求消息，变更组请求消息包括组标识字段和组地址字段；发送变更组应答消息给网络侧，变更组应答消息包括确认字段和组标识字段，确认字段用于表示是否同意变更到组标识字段指示的相应组。

在一个可选实施例中，加入组请求消息、加入组应答消息、离组请求消息、离组应答消息、变更组请求消息和变更组应答消息通过扩展LoRaWan协议的MAC命令来实现。

基于相同的构思，本申请的一个实施例还提出一种基于LoRaWan实现组播的方法，该方法用于网络侧设备，包括：发送下行数据包，下行数据包的目的地址为组播地址；组播地址由网络标识字段、组标识字段和组地址字段组成，通过扩展LoRaWan协议中终端地址DevAddr来实现。

在一个可选实施例中，在发送下行数据包之前还包括：发送加入组请求消息给端设备，加入组请求消息包括组标识字段和组地址字段，用于指示端设备加入组标识字段指示的相应组；接收端设备反馈的加入组应答消息，根据加入组应答消息中的确认字段和组标识字段内容确定是否将端设备加入到相应的组。

在一个可选实施例中，还包括：发送离组请求消息给端设备，离组请求消息携带组标识字段，用于指示端设备离开组标识字段指示的相应组；接收端设备反馈的离组应答消息，根据离组应答消息中确认字段和组标识字段，确定是否将端设备从相应组中删除。

在一个可选实施例中，还包括：发送变更组请求消息给端设备，变更组请求消息包括组标识字段和组地址字段；接收所述端设备反馈的变更组应答消息，根据变更组应答消息中的确认字段和组标识字段，确定是否将端设备变更到组标识字段指示的相应组中。

在一个可选实施例中，加入组请求消息、加入组应答消息、离组请求消息、离组应答消息、变更组请求消息和变更组应答消息通过扩展LoRaWan协议中的MAC命令来实现。

实施例1基于现有协议的扩展

扩展LoRaWan部分预留CID(0x80-0x85)，实现组管理功能；基于FHDR的DevAddr定义组播地址。

1、以LoRaWan最新的协议V1.0.3规范为基础，扩展现有LoRaWan协议的MAC命令CID定义，同时不影响现有协议功能，具体扩展如下：

通过上述3组扩展命令，系统可以根据不同的需求，动态的将终端加入不同的组。

JoinGroup消息定义如下。通过此组命令，系统可以将终端加入多个不同的组。

LeaveGroup消息定义如下：

ChangeGroup消息定义如下：

2、扩展现有LoRaWan协议的FHDR的DevAddr字段定义，不影响现有协议功能。LoRaWan最新协议规定，终端地址(DevAddr)由可标识当前网络设备的32位ID所组成，其中高7位是NwkId，用来区别同一区域内的不同网络，也保证防止节点窜到别的网络去；低25位是NwkAddr，终端的网络地址，可以由网络管理者来分配。具体格式如下：

Bit#	[31..25]	[24..0]
			DevAddr bits	NwkID	NwkAddr

按照原有的地址格式设计另一组组播地址格式，组播地址定义具体如下：地址长度为4字节，其中：NwkID为高7bit，与现有协议兼容；组ID定义为5bit，理论上最大可支持32个组；剩余20bit为组地址，理论上最大可支持2^20个组播地址。当然，组ID和组地址的bit占比可以根据实际需求自行定义，此处仅为一个具体实施例而已。

每个终端具有一个单播地址，同时也可以有组播地址。当终端接收到下行数据后，需要先匹配单播地址，然后匹配组播地址。

实施例2：基于实施例1的扩展定义实现组播业务功能

本实施例具体涉及到的网元包括：LoRaWan终端、LoRaWan网关、网络服务器和网管服务器等。其中LoRaWan终端用于接收下行组播信息，LoRaWan网关用于将组播组数据下行发送到本LoRaWan网关所覆盖范围的所有LoRaWan终端，网络服务器用于将下行组播数据发送到LoRaWan网关，网管服务器用于将组播组管理、组播地址规划和分配等功能和LoRaWan终端进行对等的处理。系统实现组播业务的工作机制包括：组播组成员管理，由网管服务器发起组播组建立/删除/成员加入/成员退出/成员变更等；组播组地址配置，由网管服务器规划分配和配置消息下发；组播组数据传输，由网络服务器将下行组播数据下发给终端。

本实施例给出的组播功能处理流程请请参见图1。

网管服务器进行组播组定义和组地址分配规划，下发JoinGroupReq消息来通知组成员LoRaWan终端加入到相应组；JoinGroupReq命令经过网络服务器由LoRaWan网关下发给LoRaWan终端；LoRaWan终端如果同意加入组，则记录JoinGroupReq命令中的GroupID和GroupAddr，并反馈JoinGroupAns命令给网络侧，JoinGroupAns经过LoRaWan网关、网络服务器，最终被网管服务器接收，网管服务器确认该LoRaWan终端加入该组。如此，网管服务器通过JoinGroup命令建立起相应的组。

当由组数据要传递时，网络侧例如网管服务器下发DL GroupData，其目的地址为该组的组播地址；DL GroupData经由网络服务器和LoRaWan网关，由该组的组成员End-Device接收。

当需要将某组成员从当前组变更到目标组时，网管服务器会下发ChangeGroupRep消息给该终端；终端如果同意变更则记录ChangeGroupRep中的GroupID和GroupAddr，然后反馈ChangeGroupAns给网络侧，网管服务器接收该反馈消息后确认该终端从当前组变更的目标组。

当需要将某组成员从当前组中删除时，网管服务器还可以下发LeaveGroupReq消息给该终端，指示该终端离开当前组；终端接收到该消息后，反馈Leave GroupAns给网络侧，网络侧收到反馈消息确认从组呼组中删除该终端。

终端侧对下行数据包的接收处理流程框图请参见图2。

终端接收到下行数据包后，首先判断该下行数据包是否为自己的单播数据：如果是则继续进行数据处理；如果不是自己的单播数据，则继续判断该下行数据包是否为自己的组播数据，如果是则继续进行数据处理，否则本次接收数据处理结束。

具体的，下行组播数据的目的地址为组播组地址；下行单播数据的目的地址为目标终端的单播地址。当下行数据为单播数据时，终端接收到数据包后，首先将其中的目的地址与自己的单播地址进行匹配，匹配成功即确认下行数据是自己的单播数据，继续进行数据处理，直到处理完成，本次接收结束。当下行数据为组播数据时，终端接收到数据包后，首先将其中的目的地址与自己的单播地址进行匹配，匹配失败；然后再将其中的目的地址与自己的组播地址进行匹配，匹配成功即确认下行数据是自己的组播数据，继续进行数据处理，直到处理完成，本次接收过程结束。这样，使得系统可以同时支持单播和组播数据传输功能。

实施例3应用组呼功能实现终端上报采集数据周期的多次批量修改

本申请上述各实施例提出的组呼功能，可以用于实现诸如多次批量修改终端上报采集数据周期等需求，以此为例，处理过程大致包括：

首先，系统网管服务器建立所需组，包括组ID和组播组地址；系统网管服务器将所需修改上报周期的终端加入该组进行管理；系统网管服务器下发JoinGroupReq消息给各个所需的终端；各终端给网络服务器(网管服务器)响应JoinGroupAns消息。

然后，系统网络服务器下发相关的“修改终端上报采集数据周期”的命令数据；系统中所有在该组的终端接收到该命令数据，并且按照配置参数，修改自己的上报周期；本次组播应用功能结束。

如果需要删除此组，系统网管服务器下发LeaveGroupReq消息给各所需的终端；此后，这些终端就不再处理该组的下发的组播数据了。

通过以上各实施例，可以看出本申请只需扩展LoRaWan已有协议和规范的MAC命令和DevAddr定义，不牵扯到任何已有功能和协议的原有功能的修改，即可使得现有LoRaWan网络系统中具备组播功能，使得现有LoRaWan终端同时具有单播下行和组播下行接收功能，并且终端可以同时加入多个组，同时支持终端动态组加入和退出组功能；满足了批量应用下发的需求，扩展了原有系统的功能，并且兼容原有的功能和结构。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于LoRaWan实现组播的方法，所述方法用于端设备，其特征在于，包括如下步骤：接收下行数据包，首先判断所述下行数据包的目的地址是否为本端设备的单播地址；如果不是则再判断是否为本端设备的组播地址。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组播地址通过扩展LoRaWan协议中终端地址DevAddr来实现，由网络标识字段、组标识字段和组地址字段组成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收下行数据之前还包括：

接收网络侧下发的加入组请求消息，所述加入组请求消息包括组标识字段和组地址字段；

发送加入组应答消息给网络侧，所述加入组应答消息包括确认字段和组标识字段，所述确认字段用于表示是否同意加入所述组标识字段指示的相应组。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在发送加入组应答消息给网络侧后还包括：接收网络侧下发的离组请求消息，所述离组请求消息包括组标识字段；发送离组应答消息给网络侧，所述离组应答消息包括确认字段和组标识字段，所述确认字段用于表示是否同意离开所述组标识字段指示的相应组；和/或，

接收网络侧下发的变更组请求消息，所述变更组请求消息包括组标识字段和组地址字段；发送变更组应答消息给网络侧，所述变更组应答消息包括确认字段和组标识字段，所述确认字段用于表示是否同意变更到所述组标识字段指示的相应组。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述加入组请求消息、加入组应答消息、离组请求消息、离组应答消息、变更组请求消息和变更组应答消息通过扩展的LoRaWan协议MAC命令来实现。

6.一种基于LoRaWan实现组播的方法，用于网络侧设备，其特征在于，包括如下步骤：

发送下行数据包，所述下行数据包的目的地址为组播地址；

所述组播地址通过扩展LoRaWan协议中终端地址DevAddr来实现，由网络标识字段、组标识字段和组地址字段组成。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在发送下行数据包之前还包括：

发送加入组请求消息给端设备，所述加入组请求消息包括组标识字段和组地址字段，用于指示所述端设备加入所述组标识字段指示的相应组；

接收端设备反馈的加入组应答消息，根据所述加入组应答消息中的确认字段和组标识字段内容确定是否将所述端设备加入到相应的组。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

发送离组请求消息给端设备，所述离组请求消息携带标识字段，用于指示所述端设备离开所述组标识字段指示的相应组；

接收端设备反馈的离组应答消息，根据所述离组应答消息中的确认字段和组标识字段内容确定是否将所述端设备从相应组中删除。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

发送变更组请求消息给端设备，所述变更组请求消息包括组标识字段和组地址字段；

接收所述端设备反馈的变更组应答消息，根据所述变更组应答消息中的确认字段和组标识字段，确定是否将所述端设备变更到所述组标识字段指示的相应组中。

10.根据权利要求7～9任意一项所述的方法，其特征在于，所述加入组请求消息、加入组应答消息、离组请求消息、离组应答消息、变更组请求消息和变更组应答消息通过扩展LoRaWan协议中的MAC命令来实现。

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