CN113507648A - 网状网络用网关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网状网络用网关。网关使用四边形的壳体，在所述壳体内的三个角处分别各设置有至少一个天线，针对所述壳体内的三个角中的每个角，在该角处设置的天线在长度方向的延长线与构成该角的两条边相交。根据这样的结构，在天线比较有限的空间内，通过合理的摆放方式，提高了信号隔离度，降低了天线之间信号的相互影响，提高了网关的信号接收性能。

Description

网状网络用网关

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种网状网络用网关。

背景技术

以往，在使用了设置于室内的Wi-Fi或蓝牙的通信网络的领域中，通常一个发送设备与一个接收设备进行通信，从而进行信息的传递。因此，为了掌握设备、资产的位置，在设备、资产上安装诸如标签那样的发送设备，并以与发送的电波一一对应的方式设置诸如网关那样的接收设备。

网关通常包括壳体以及设置于壳体内的多个天线，从而能够经由天线接收外部设备发送的电波或者向外部设备发送电波。

然而，在以往的网关中，天线在壳体内的分布位置通常导致在某个方向上出现电波较弱、丢包的情况，甚至在某个方向上出现信号接收死角。这无疑严重影响了网关的信号接收性能。

因此，亟需一种信号接收性能较高的网状网络用网关。

发明内容

本发明的目的在于提供一种信号接收性能较高的网状网络用网关。

本发明的网状网络用网关，其使用四边形的壳体，

在所述壳体内的三个角处分别各设置有至少一个天线，

针对所述壳体内的三个角中的每个角，在该角处设置的天线在长度方向的延长线与构成该角的两条边相交。

根据这样的结构，在天线比较有限的空间内，通过合理的摆放方式，提高了信号隔离度，降低了天线之间信号的相互影响，提高了网关的信号接收性能。

优选的，所述天线为平面倒F形天线。

这里，整个平面倒F形天线(PIFA，Planar Inverted F-shaped Antenna)的形状像个倒写的英文字母F，故得名。平面倒F形天线的基本结构是采用一个平面辐射单元作为辐射体，并以地面作为反射面，辐射体上有两个相互靠近的Pin脚，分别用于接地和作为馈点。由于金属的平面倒F形天线能够改变馈电位置、能够使得信号辐射集中在网关正面的方向，因此能够进一步提高网关的信号接收能力。

优选的，所述天线设置在印刷电路板上，所述天线相对于所述印刷电路板的高度大于设置在所述印刷电路板上的其他部件相对于所述印刷电路板的高度。

根据这样的结构，由于天线的高度大于印刷电路板上的其他部件，因此能够加宽天线的带宽，从而能够进一步提高网关的信号传输能力。

优选的，设置在所述三个角中的相邻的两个角处的天线在长度方向的延长线彼此正交。

根据这样的结构，由于设置在壳体内的三个角中的相邻两个角处的天线是相互之间正交摆放的，因此正交摆放的天线与天线之间的隔离度高。可见，在网关比较有限的PCB空间内，通过合理的摆放方式，使得隔离度能在-15dB以上，降低了天线之间信号的相互影响。

优选的，所述网关以所述壳体的底部朝上的方式被安装于墙壁顶部。

根据这样的结构，网关以吸顶的方式安装在墙壁顶部，尽量覆盖房间的所有区域，并且使用金属平面倒F形天线能够使得信号辐射集中在网关正面的方向，因此使得房间内的信号覆盖比较好，同时网关反面的信号辐射最小，从而减少与楼上设备之间的互相干扰。

优选的，所述网关能够与搭载有多个蓝牙芯片的轻网关通信，所述轻网关仅具有所述网关的部分功能。

根据这样的构成，由于在蓝牙标签和网关之间加入用于中继消息的轻网关，因此能够实现消息的远距离传输。另外，由于轻网关仅具备网关的部分功能，因此轻网关的部署成本低于网关的部署成本，从而能够有效地降低网状网络的部署成本。

优选的，所述网关能够与搭载有至少三个蓝牙芯片的轻网关通信。

优选的，所述网关具备：

第一蓝牙芯片，其在第一扫描信道上进行消息扫描；

第二蓝牙芯片，其在第二扫描信道上进行消息扫描；

第三蓝牙芯片，其在第三扫描信道上进行消息扫描；以及

处理器，其分别与所述第一蓝牙芯片、第二蓝牙芯片和第三蓝牙芯片通信连接，

所述第一蓝牙芯片、第二蓝牙芯片和第三蓝牙芯片在各自的扫描信道上同时进行消息扫描。

优选的，所述网关的第一蓝牙芯片、第二蓝牙芯片和第三蓝牙芯片在各自的扫描信道上广播该网关所在子网的子网信息。

优选的，所述轻网关具备：

第四蓝牙芯片，其在第一扫描信道上进行消息扫描；

第五蓝牙芯片，其在第二扫描信道上进行消息扫描；以及

第六蓝牙芯片，其在第三扫描信道上进行消息扫描，

所述第四蓝牙芯片、第五蓝牙芯片和第六蓝牙芯片在各自的扫描信道上同时进行消息扫描。

根据上述的构成，网关具备的三个蓝牙芯片分别在其各自的扫描信道上同时进行消息的扫描，提高了扫描效率和消息接收率的同时，有效地减轻其他无线扫描通道上进行的扫描过程对网关的扫描过程的影响。同理，轻网关具备的三个蓝牙芯片分别在其各自的扫描信道上同时进行消息的扫描，提高了扫描效率和消息接收率的同时，有效减轻其他无线扫描通道上进行的扫描过程对轻网关的扫描过程的影响。

也就是说，设置在不同角处的天线分别工作在不同的频点，能进一步降低信号间的干扰，保证了网关和轻网关具有较高的接收灵敏度。

优选的，所述第一扫描信道的中心频率为2402MHz，所述第二扫描信道的中心频率为2426MHz，所述第三扫描信道的中心频率为2480MHz。

根据上述的构成，将网关或轻网关的三个蓝牙芯片的扫描信道的中心频率设置在2402MHz、2426MHz和2480MHz，而网关的WIFI模块包括2.4G WIFI模块和5G WIFI模块，2.4GWIFI模块仅影响蓝牙芯片的扫描信道的一部分，从而能够有效减轻2.4G无线通信通道上进行的扫描过程对网关或轻网关的扫描过程的影响。

附图说明

通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本公开的范围。其中所包括的附图是：

图1示出了本发明实施例一网状网络用网关的壳体内部的结构示意图。

图2示出了设置于印刷电路板上的天线的结构示意图。

图3示出了本发明实施例一网状网络用网关的天线的隔离度示意图。

图4示出了本发明实施例一网状网络用网关的天线的方向图合成示意图。

图5示出了本发明实施例一网状网络用网关的安装示意图。

图6示出了现有技术中蓝牙低功耗网状网络的拓扑示意图。

图7示出了根据本发明实施例二的蓝牙低功耗网状网络的拓扑示意图。

图8示出了现有技术中网关的扫描策略示意图。

图9示出了本发明实施例二中网关的结构示意图。

图10示出了本发明实施例二中网关的扫描策略示意图。

图11示出了蓝牙低功耗网状网络的子网配置方法的流程示意图。

图12示出了轻网关根据子网信息确定目标子网的方法的流程示意图。

图13示出了蓝牙低功耗网状网络的子网配置方法的一个例子的示意图。

图14示出了基于蓝牙低功耗网状网络的消息上传方法的流程示意图。

图15示出了基于蓝牙低功耗网状网络的消息上传方法的一个例子的示意图。

图16示出了基于蓝牙低功耗网状网络的蓝牙标签位置确定方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

在以往的网关中，天线在壳体内的分布位置通常导致在某个方向上出现电波较弱、丢包的情况，甚至在某个方向上出现信号接收死角。这无疑严重影响了网关的信号接收性能。为解决此问题，本发明实施例提供了一种信号接收性能较高的网状网络用网关。

实施例一

图1示出了本发明实施例一网状网络用网关1的壳体10内部的结构示意图。图2示出了设置于印刷电路板30上的天线的结构示意图。如图1所示，本发明实施例的网状网络用网关1使用四边形的壳体10。网关1具备容纳于壳体10内的至少三个天线。参照图1，网关1具备三个天线，即第一天线21、第二天线22和第三天线23。三个天线21、22、23分布于壳体10内的三个角处。壳体10内包括四个角，即，第一角11、第二角12、第三角13和第四角14。第一天线21位于壳体10内的第一角11处，第一天线21在长度方向的延长线与构成第一角11的两条边相交。第二天线22位于壳体10内的第二角12处，第二天线22在长度方向的延长线与构成第二角12的两条边相交。第三天线23位于壳体10内的第三角13处，第三天线23在长度方向的延长线与构成第三角13的两条边相交。

此外，对于壳体10内部容纳有三个以上天线的情况下，壳体10内的上述三个角中的至少一个角处设置有两个天线。此时，这两个天线可以以彼此平行或彼此不平行的方式设置，只要保证这两个天线在长度方向上的延长线均与构成该角的两条边相交即可。

根据这样的结构，在天线比较有限的空间内，通过合理的摆放方式，提高了信号隔离度，降低了天线之间信号的相互影响，提高了网关1的信号接收性能。

在本发明一优选的实施例中，参照图1或图2，第一天线21的长度方向与第二天线22在长度方向的延长线彼此正交，第二天线22的长度方向与第三天线23在长度方向的延长线彼此正交。

根据这样的结构，由于设置在壳体10内的三个角中的相邻两个角处的天线是相互之间正交摆放的，因此正交摆放的天线与天线之间的隔离度高。天线的隔离度数据如图3，在网关1比较有限的PCB空间内，通过合理的摆放方式，使得隔离度能在-15dB以上，降低了天线之间信号的相互影响。此外，天线的接收信号互补覆盖能力较好。参照图4所示的三个天线在XOY(Theta＝90°)的方向图合成情况，从2D方向图覆盖情况来看，网关1的天线能够接收来自不同方向的数据包，没有在某个方向有特别弱的情况。对于某个天线覆盖比较差的方向，其余两个天线都能补充覆盖，也就是说没有一个方向是有接收死角，从而保证了全向接收性能，降低了某些方向上可能出现的信号较弱导致丢包的情况。

在本发明一优选的实施例中，参照图1和图2，网关1具备的天线均为平面倒F形天线。这里，整个平面倒F形天线的形状像个倒写的英文字母F，故得名。平面倒F形天线的基本结构是采用一个平面辐射单元作为辐射体，并以地面作为反射面，辐射体上有两个相互靠近的Pin脚，分别用于接地和作为馈点。由于金属的平面倒F形天线能够改变馈电位置、能够使得信号辐射集中在网关1正面的方向，因此能够进一步提高网关1的信号接收能力。

在本发明一优选的实施例中，参照图1和图2，网关1具备的天线均设置在印刷电路板30上。各个天线相对于印刷电路板30的高度大于设置在印刷电路板30上的其他部件相对于印刷电路板30的高度。特别地，天线与其他部件的高度差大于10mm。

根据这样的结构，由于天线的高度大于印刷电路板30上的其他部件，因此能够加宽天线的带宽，从而能够进一步提高网关1的信号传输能力。

在本发明一优选的实施例中，采用吸顶式方式安装网关1。参照图5，网关1以壳体10的底部15朝上的方式被安装于墙壁顶部。

根据这样的结构，网关1以吸顶的方式安装在墙壁顶部，尽量覆盖房间的所有区域，并且使用金属平面倒F形天线能够使得信号辐射集中在网关1正面的方向，因此使得房间内的信号覆盖比较好，同时网关1反面的信号辐射最小，从而减少与楼上设备之间的互相干扰。此外，本实施例采用的平面倒F形天线比以往的印制天线更能减少信号干扰。具体地，印制天线的辐射能量在Z轴正方向和负方向基本上一样，这样负下方的能量会比金属平面倒F形天线天线少，而且Z轴正方向的辐射较强的话可能会带来和楼上相互干扰的问题。

上述网关1可以用于构成蓝牙网状网络。下面对蓝牙网状网络及基于该蓝牙网状网络的子网配置方法、消息上传方法和蓝牙标签位置确定方法进行详细说明。

需要说明的是，下面以BLE(Bluetooth Low Energy，蓝牙低能耗)网状网络为例详细介绍下述各个实施例。

实施例二

在传统的设计中，BLE通信是对等的。BLE标签或传感器节点直接与网关通信。如图6所示，标签分别通过两个网关与云服务器通信连接。采用此种通信方式，由于BLE技术的硬件限制，消息不能长距离传输，因此网关必须与BLE标签非常近地部署才能接收BLE标签发出的BLE消息。此外，由于网关的成本高，且网关的部署密度高，从而导致整个网络的部署成本高。

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种能够长距离传输消息且部署成本低的蓝牙低功耗网状网络。

本实施例的蓝牙低功耗网状网络具备多个子网。每个子网具备一个网关和至少一个轻网关。这里，网关作为接入设备，而轻网关作为中继设备。轻网关仅具有网关的部分功能，因此轻网关的部署成本低于网关的部署成本。网关与云服务器通信连接。各个轻网关可以直接与网关通信连接，也可以经由其他轻网关与网关通信连接。蓝牙标签输出的消息经由一个或多个轻网关中继至网关，然后由网关对接收到的消息进行处理并将处理后的消息上传至云服务器，由云服务器对上传的消息进行存储和分析。

图7示出了根据本发明实施例二的蓝牙低功耗网状网络的拓扑示意图。参照图7，蓝牙低功耗网状网络200具备子网201、子网202和子网203。下面以子网201为例对子网的结构进行说明。子网201包括一个网关GW1和两个轻网关LGW1、LGW2。标签TAG1经由轻网关LGW1与网关GW1通信连接。标签TAG2经由轻网关LGW2与网关GW1通信连接。网关GW1与云服务器100通信连接。隶属于同一子网的轻网关之间可以彼此不通信连接(例如子网201中的轻网关)，也可以彼此通信连接(例如子网202和子网203中的轻网关)，本发明实施例对此并不限制。

在本实施例中，轻网关仅具备网关的部分功能，例如报文接收功能、报文发送功能和报文过滤功能。轻网关的功能并不限于此，也可以进一步具备网关的辅助定位功能，辅助定位功能指的是基于接收信号强度指示值(RSSI，Received Signal StrengthIndication，接收信号强度指示值)来进行辅助定位。

应用本实施例的蓝牙低功耗网状网络，由于在蓝牙标签和网关之间加入用于中继消息的轻网关，消息经过轻网关的中继后能够传输至远距离外部署的网关处，从而能够实现消息的远距离传输。另外，由于轻网关仅具备网关的部分功能，因此轻网关的部署成本低于网关的部署成本，从而能够有效地降低蓝牙低功耗网状网络的部署成本。

本发明实施例主要用于建立简单、可靠、低成本的无线传输网络，以解决蓝牙低功耗网状网络传输距离受限的问题，并能够辅助定位资产位置。本发明实施例的蓝牙低功耗网状网络能够实现多对多(M：M)的设备通信，以用于创建大规模设备网络。本发明实施例适于应用于建筑物自动化、资产管理系统、传感器网络及其他物联网解决方案中，能够实现数十个、数百个乃至数千个设备之间大规模、长距离、可靠和安全的通信。

图8示出了现有技术中网关的扫描策略示意图。如图8所示，网关使用单个BLE芯片来轮询扫描三个扫描信道。BLE芯片首先在第一扫描信道(扫描信道37，其中心频率为2402MHz)上进行消息扫描，然后在第二扫描信道(扫描信道38，其中心频率为2426MHz)上进行消息扫描，随后在第三扫描信道(扫描信道39，其中心频率为2480MHz)上进行消息扫描。接下来，BLE芯片重复执行上述扫描过程。在各个扫描信道上进行消息扫描时，通过扫描间隔和扫描窗参数确定每个扫描的时间段。

然而，在网关还具备2.4G WIFI模块(本实施例的网关具备2.4G WIFI模块和5GWIFI模块)时，2.4G WIFI模块的无线扫描会对BLE芯片的三个扫描信道中的一个或两个产生干扰，从而降低了数据传输的可靠性。

为解决上述问题，本发明实施例对网关和轻网关的内部构成进行了改进。图9示出了本发明实施例网关的结构示意图，图10示出了本发明实施例网关的扫描策略示意图。在本发明一优选的实施例中，参照图9和图10，网关具备第一蓝牙低功耗芯片、第二蓝牙低功耗芯片、第三蓝牙低功耗芯片和处理器。第一蓝牙低功耗芯片在第一扫描信道(扫描信道37，其中心频率为2402MHz)上进行消息扫描。第二蓝牙低功耗芯片在第二扫描信道(扫描信道38，其中心频率为2426MHz)上进行消息扫描。第三蓝牙低功耗芯片在第三扫描信道(扫描信道39，其中心频率为2480MHz)上进行消息扫描。处理器分别与第一蓝牙低功耗芯片、第二蓝牙低功耗芯片和第三蓝牙低功耗芯片通信连接。第一蓝牙低功耗芯片在第一扫描信道上的扫描、第二蓝牙低功耗芯片在第二扫描信道上的扫描以及第三蓝牙低功耗芯片在第三扫描信道上的扫描三者是同时进行的。各个蓝牙低功耗芯片扫描得到的消息通过UART接口传输到处理器，由处理器对这些消息进行滤波和处理。处理器可以是例如CPU等处理器。特别地，第一蓝牙低功耗芯片、第二蓝牙低功耗芯片、第三蓝牙低功耗芯片和处理器集成在同一块印刷电路板上。

在本实施例中，由于网关采用三个蓝牙低功耗芯片，每个蓝牙低功耗芯片单独地扫描一个扫描信道，因此与现有技术中采用单个蓝牙低功耗芯片轮询三个扫描信道的方案相比，本实施例的扫描效率成倍增加。另外，由于同时扫描了三个扫描信道，因此增加了消息的接收可能性，从而保证了整个蓝牙低功耗网状网络的可靠性。

此外，在网关除了集成有处理器和三个蓝牙低功耗芯片之外还集成有2.4G WIFI模块的情况下，本实施例的网关能够解决2.4G WIFI模块对蓝牙低功耗芯片的扫描信道造成干扰的问题。具体地，通常情况下蓝牙低功耗芯片扫描使用的信道为扫描信道37、38和39。相关WIFI干扰信道是1、3、4、5、13和14，因此最佳解决方案是使用WIFI信道2、6、7、8、9、10、11和12。2.4G WIFI将仅干扰第一扫描信道、第二扫描信道和第三扫描信道中的1至2个扫描信道。因此，在3个蓝牙低功耗芯片同时工作的情况下，至少一个蓝牙低功耗芯片的扫描将不会受到WIFI的影响，这提高了数据传输的可靠性。即，当2.4G WIFI模块在某个信道上工作时，其仅影响蓝牙低功耗芯片的扫描信道的一部分。例如，WIFI信道2412MHz仅影响第一扫描信道37(中心频率为2402MHz)和第二扫描信道38(中心频率为2426MHz)，但该WIFI信道2412MHz不会影响第三扫描信道39(中心频率为2480MHz)。利用三个蓝牙低功耗芯片同时扫描3个扫描信道可以提高抗干扰能力，使网络更加可靠。

在本发明一优选的实施例中，轻网关的配置结构与网关类似，也具备三个蓝牙低功耗芯片(第四蓝牙低功耗芯片、第五蓝牙低功耗芯片和第六蓝牙低功耗芯片)。然而，轻网关不具备处理器和WIFI模块。第四蓝牙低功耗芯片在第一扫描信道上进行消息扫描。第五蓝牙低功耗芯片在第二扫描信道上进行消息扫描。第六蓝牙低功耗芯片在第三扫描信道上进行消息扫描。第四蓝牙低功耗芯片、第五蓝牙低功耗芯片和第六蓝牙低功耗芯片在各自的扫描信道上同时进行消息扫描。第四蓝牙低功耗芯片、第五蓝牙低功耗芯片和第六蓝牙低功耗芯片集成在同一块印刷电路板上。

轻网关的配置原理与网关的配置原理相同，重复内容在此不再赘述。本实施例轻网关的配置也能够使扫描效率成倍增加，从而提高了消息的接收可能性，另一方面轻网关同样可以提高抗干扰能力，使网络更加可靠。

下面介绍实施例二的蓝牙低功耗网状网络的子网配置方法。图11示出了图7的蓝牙低功耗网状网络的子网配置方法的流程示意图。如图11所示，子网配置方法主要包括步骤S101至步骤S104。

在步骤S101中，将蓝牙低功耗网状网络中的每个网关划分至不同的子网中。

具体地，一个网关唯一地与一个子网相对应。将不同网关划分到不同的子网中。参照图13中的例子，网状网络包括两个网关GW1和GW2。在此情况下，将网关GW1划分至子网201中，将网关GW2划分至子网202中。

在步骤S102中，蓝牙低功耗网状网络中的每个网关在网状网络范围内转发该网关所属子网的子网信息。这里，子网信息包括子网标识码和信息生存时间，子网信息每被转发一次该子网信息中的信息生存时间就自减1。

具体地，蓝牙低功耗网状网络中的每个网关在网状网络范围内周期性地转发该网关所属子网的子网信息。网关转发子网信息的方式可以为在整个网状网络范围内泛洪传输子网信息。为了防止信息的无休止地转发，通过子网信息中的信息生存时间进行限制。

仍参照图13中的例子进行详细说明。网关GW1输出与该网关GW1所属的子网相关联的子网信息。子网信息中包括子网标识码和信息生存时间(下文中称为TTL值，Time toLive value)。子网标识码与子网唯一对应，是子网的身份标识。网关GW1输出的子网信息中的信息生存时间为默认值。在图13所示的示例中，TTL值的默认值为3。网关GW1输出的子网信息的TTL值为3。子网信息每被转发一次该子网信息中的信息生存时间就自减1。轻网关接收到TTL值为3的子网信息后，将该子网信息的TTL值减1后继续转发给与该轻网关通信连接的后续轻网关。后续轻网关每转发一次该子网信息，该子网信息的TTL也同样地自减1，直到某个轻网关接收到TTL值为0的子网信息时为止。某个轻网关在接收到TTL值为0的子网信息时，直接将该TTL值为0的子网信息丢弃掉，而不再向外转发。

在步骤S103中，轻网关接收各个子网的子网信息，并根据子网信息确定目标子网。

具体地，轻网关根据子网信息确定目标子网的方法如图12所示。该方法主要包括步骤S1031至步骤S1034。

在步骤S1031中，轻网关对接收到的所有子网信息中的信息生存时间进行比较。

在步骤S1032中，轻网关判断接收到的所有子网信息中是否仅存在一个信息生存时间最大的子网信息。

在步骤S1033中，在判断出接收到的所有子网信息中仅存在一个信息生存时间最大的子网信息的情况下，将信息生存时间最大的子网信息对应的子网确定为目标子网。

在本步骤中，将仅有的一个信息生存时间最大的子网信息对应的子网确定为目标子网。

在步骤S1034中，在判断出接收到的所有子网信息中不止存在一个信息生存时间最大的子网信息(即存在多个信息生存时间并列最大的子网信息)的情况下，将这些信息生存时间最大的子网信息中的接收信号强度指示值最大的子网信息对应的子网确定为目标子网。

在本步骤中，对于存在多个并列最大的信息生存时间的情况下，进一步基于接收信号强度指示值来确定目标子网。即，进一步对上述多个并列最大的信息生存时间的子网信息的接收信号强度指示值进行比较，将这些子网信息中的接收信号强度指示值最大的子网信息对应的子网确定为目标子网。

在步骤S104中，轻网关加入至所确定的目标子网中。

具体地，在通过上述方式确定了目标子网后，将轻网关加入至目标子网，以使该轻网关隶属于目标子网。

针对每个单独的轻网关(即，尚未隶属于某个子网的轻网关)，分别应用上述步骤S101至步骤S104的方法，以将这些单独的轻网关配置到子网中，从而完成了整个蓝牙低功耗网状网络的子网配置。对于采用上述步骤而不能加入某个子网的轻网关，设置成该轻网关隶属于每个子网。

参照图13说明轻网关LGW3加入子网的过程。网关GW1向轻网关LGW3发送TTL为默认值3的子网信息。网关GW2通过两个轻网关而向轻网关LGW3发送TTL为1的子网信息(网关GW2发送的子网信息的TTL值每经过一个轻网关就自减1，经过两个轻网关的中继后，TTL值由默认值3变为1)。接下来，轻网关LGW3对来自网关GW1和GW2的子网信息的TTL值进行比较，将TTL值(即，3)较大的子网信息对应的网关GW1作为目标网关。然后，轻网关LGW3加入目标网关GW1所属的目标子网201。

参照图13说明轻网关LGW4加入子网的过程。网关GW1通过一个轻网关向轻网关LGW4发送TTL为2的子网信息。网关GW2通过一个轻网关而向轻网关LGW4发送TTL为2的子网信息(网关GW2发送的子网信息的TTL值每经过一个轻网关就自减1，经过一个轻网关的中继后，TTL值由默认值3变为2)。接下来，轻网关LGW3对来自网关GW1和GW2的子网信息的TTL值进行比较，在比较出两个子网信息的TTL值相同(均为2)的情况下，将接收信号强度指示值较大的子网信息对应的网关GW1作为目标网关。然后，轻网关LGW4加入目标网关GW1所属的目标子网201。

根据上述的方法，轻网关能够利用接收到的各子网的子网信息，选择与其距离最近的子网并加入其中。信息生存时间的设置能够限制各子网的子网信息在网状网络中的转发次数，可以减少网络流量。

此外，为了解决现有技术中边缘节点与网关进行通信时以纯文本格式发送的消息可轻易被第三方检测到而导致的信息泄露的风险高、整个网络容易被黑客攻击的问题，优选地，对子网配置过程中传输的子网信息进行加密，然后将加密后的子网信息在网状网络范围内转发，而轻网关在接收到加密后的子网信息后，对接收的加密后的子网信息进行解密并根据解密后的子网信息确定目标子网。特别地，采用AES128算法对子网信息进行加密。

上述子网配置方法能够提高子网信息在网状网络中传输的安全性，从而能够降低子网信息的泄露风险以及整个网络被黑客攻击的可能性。

下面介绍基于实施例二的蓝牙低功耗网状网络的消息上传方法。图15示出了基于图7的蓝牙低功耗网状网络的消息上传方法的流程示意图。如图14所示，消息上传方法主要包括步骤S201至步骤S203。

在步骤S201中，蓝牙标签广播消息，消息包括消息正文、消息生存时间和消息序列号。

在步骤S202中，轻网关接收蓝牙标签广播的消息，并在该轻网关所属的子网中对消息进行泛洪传输，以将消息转发至该子网中的网关。

在步骤S203中，网关对接收到的消息进行处理，并将处理后的消息上传至云服务器。

下面结合图15对步骤S202涉及的在轻网关所属的子网中对消息进行泛洪传输的方法进行详细说明。

蓝牙广播的消息包括消息正文、消息生存时间和消息序列号。其中，消息正文是待上传至云服务器的具体数据。消息生存时间与子网配置方法中涉及的信息生存时间类似，用于限制消息的传输次数，以防止消息的无休止转发。消息序列号是消息的身份标识，每条消息具有与之唯一对应的一个消息序列号。这里，蓝牙标签输出的消息的时间越早，该条消息的消息序列号就越小，相比于后续输出的消息来讲，先输出的消息为旧消息。

参照图15，蓝牙标签TAG3广播的消息首先被网关GW1直接接收。在子网201中，与蓝牙标签TAG4相关联的通信路径有三条：路径一，TAG3->LGW5->LGW6->LGW7；路径二，TAG3->LGW5->LGW8->GW1；路径三，TAG3->LGW5->LGW6->LGW8->GW1。

在消息传输过程中，用于中继消息的轻网关涉及的处理有两个。首先，轻网关执行对接收到的消息中的消息生存时间减1的更新操作，并判断更新操作后的消息中的消息生存时间是否为0，在判断出更新操作后的消息中的消息生存时间为0的情况下，丢弃该更新操作后的消息，而在判断出更新操作后的消息中的消息生存时间大于0的情况下，进一步判断本地是否存储过取值在更新操作后的消息中的消息序列号以上的消息序列号。在判断出本地存储过取值在更新操作后的消息中的消息序列号以上的消息序列号的情况下丢弃该更新操作后的消息，而在判断出本地未存储过取值在更新操作后的消息中的消息序列号以上的消息序列号的情况下，在本地存储该更新操作后的消息中的消息序列号并将该更新操作后的消息转发至与该轻网关通信连接的轻网关或网关。

以轻网关LGW6为例说明消息的转发过程。轻网关LGW6接收轻网关LGW5转发的TTL值为2的消息后，首先判断出接收到的消息中的TTL值(为2)大于0，于是轻网关LGW6将该消息的TTL值减1，更新后的TTL值为1。接下来，轻网关LGW6判断本地是否存储过取值在上述消息中的消息序列号以上的消息序列号，即轻网关LGW6判断本地是否存储过相对于该消息来说为重复的消息或旧消息的消息，轻网关LGW6在判断出本地未存储过取值在上述消息中的消息序列号以上的消息序列号的情况下，将该消息中的消息序列号存储在本地，并将更新后的消息(TTL值为1)转发给轻网关LGW7和轻网关LGW8。随后，轻网关LGW7和轻网关LGW8也利用相同的流程转发消息。

根据上述方法，一方面，蓝牙低功耗网状网络利用消息传输受管理(即，利用消息生存时间限制消息在子网中转发的次数)的泛洪方法(即，泛洪传输机制)进行消息在子网中的传播。消息只能在子网范围内转发，因此可以减少网络流量。可见，上述方法是一种简单且可靠的消息中继形式，其适用于低功率无线网状网络，尤其适合于那些处理大量多播流量的消息中继。这使得上述方法可以成为应用于商业和工业市场的严格可靠性、可伸缩性和性能要求的理想方法。另一方面上述方法能够通过消息序列号来抑制消息被同一轻网关重复转发的情况以及轻网关在转发了新消息后再转发旧消息的情况，因此能够过滤掉重复的消息和旧消息，从而减少网络中的重复业务并且防止恶意攻击。

此外，为了解决现有技术中边缘节点与网关进行通信时以纯文本格式发送的消息可轻易被第三方检测到而导致的信息泄露的风险高、整个网络容易被黑客攻击的问题，优选地，对消息上传过程中传输的消息进行加密，然后在子网范围内对加密后的消息进行泛洪传输，而轻网关在接收到蓝牙标签或其它轻网关传输的加密后的消息后，对接收到的加密后的消息进行解密，并在判断出更新操作后的消息中的消息生存时间大于0，并且本地未存储过取值在更新操作后的消息中的消息序列号以上的消息序列号的情况下，对该更新操作后的消息进行加密，并将加密后的消息转发至与该轻网关通信连接的轻网关或网关。特别地，采用AES128算法对消息进行加密。

上述方法能够提高蓝牙标签输出的消息在子网中传输的安全性，从而能够降低消息的泄露风险以及整个网络被黑客攻击的可能性。

下面介绍基于实施例二的蓝牙低功耗网状网络的蓝牙标签位置确定方法。图16示出了基于蓝牙低功耗网状网络的蓝牙标签位置确定方法的流程示意图。如图16所示，蓝牙标签位置确定方法主要包括步骤S301和步骤S302。

在步骤S301中，云服务器获取至少三个设备接收蓝牙标签广播的消息的接收信号强度指示值。这里，至少三个设备隶属于蓝牙网状网络。

具体地，蓝牙标签广播消息后，蓝牙低功耗网状网络中至少有三个设备能够直接接收到蓝牙标签广播的消息。这里，直接接收表示设备并未经由其他设备的中继而接收蓝牙标签广播的消息，而是直接扫描到蓝牙标签广播的消息。直接接收消息的各个设备将接收到消息的接收信号强度指示值记录在消息中。设备可以是轻网关也可以是网关。在设备为轻网关的情况下，记录有接收信号强度指示值的消息经由网关(或者其他轻网关和网关)的中继上传至云服务器。在设备为网关的情况下，记录有接收信号强度指示值的消息直接上传至云服务器。

在步骤S302中，云服务器根据获取的接收信号强度指示值、以及预设的至少三个设备的位置信息，确定蓝牙标签的位置信息。

具体地，首先，针对至少三个设备中的每个设备，根据该设备接收到的来自蓝牙标签的消息的接收信号强度指示值，确定该设备与蓝牙标签之间的距离。然后，根据至少三个设备中的每个设备与蓝牙标签之间的距离，以及预设的至少三个设备的位置信息，确定蓝牙标签的位置信息。

可以通过下式计算设备与蓝牙标签之间的距离：

d＝10^((abs(RSSI)-A)/(10*n))

式中，d表示设备与蓝牙标签之间的距离，RSSI表示设备接收来自蓝牙标签的消息时的接收信号强度指示值(负值)，A表示蓝牙标签和该设备相隔1米时的信号强度，n表示环境衰减因子。

在获取到至少三个设备中的每个设备与蓝牙标签的距离之后，以每个设备为中心各自画了一个圆，三个圆的交集就是蓝牙标签所在的位置。

根据上述方法，云服务器利用蓝牙网状网络中的至少三个设备接收的来自蓝牙标签的消息的接收信号强度指示值，结合预先存储的这些设备的位置信息，利用几何关系得到蓝牙标签的位置信息。可见，上述方法给出了一种可靠的蓝牙标签的定位方法。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种网状网络用网关，其使用四边形的壳体，其特征在于，

在所述壳体内的三个角处分别各设置有至少一个天线，

针对所述壳体内的三个角中的每个角，在该角处设置的天线在长度方向的延长线与构成该角的两条边相交。

2.根据权利要求1所述的网状网络用网关，其特征在于，所述天线为平面倒F形天线。

3.根据权利要求2所述的网状网络用网关，其特征在于，所述天线设置在印刷电路板上，所述天线相对于所述印刷电路板的高度大于设置在所述印刷电路板上的其他部件相对于所述印刷电路板的高度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的网状网络用网关，其特征在于，设置在所述三个角中的相邻的两个角处的天线在长度方向的延长线彼此正交。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的网状网络用网关，其特征在于，所述网关以所述壳体的底部朝上的方式被安装于墙壁顶部。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的网状网络用网关，其特征在于，所述网关能够与搭载有多个蓝牙芯片的轻网关通信，所述轻网关仅具有所述网关的部分功能。

7.根据权利要求6所述的网状网络用网关，其特征在于，所述网关能够与搭载有至少三个蓝牙芯片的轻网关通信。

8.根据权利要求7所述的网状网络用网关，其特征在于，所述网关具备：

第一蓝牙芯片，其在第一扫描信道上进行消息扫描；

第二蓝牙芯片，其在第二扫描信道上进行消息扫描；

第三蓝牙芯片，其在第三扫描信道上进行消息扫描；以及

处理器，其分别与所述第一蓝牙芯片、第二蓝牙芯片和第三蓝牙芯片通信连接，

所述第一蓝牙芯片、第二蓝牙芯片和第三蓝牙芯片在各自的扫描信道上同时进行消息扫描。

9.根据权利要求7所述的网状网络用网关，其特征在于，所述轻网关具备：

第四蓝牙芯片，其在第一扫描信道上进行消息扫描；

第五蓝牙芯片，其在第二扫描信道上进行消息扫描；以及

第六蓝牙芯片，其在第三扫描信道上进行消息扫描，

所述第四蓝牙芯片、第五蓝牙芯片和第六蓝牙芯片在各自的扫描信道上同时进行消息扫描。

10.根据权利要求8或9所述的网状网络用网关，其特征在于，

所述第一扫描信道的中心频率为2402MHz，所述第二扫描信道的中心频率为2426MHz，所述第三扫描信道的中心频率为2480MHz。

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