CN114585052B - 基于LoRa的组网方法、装置、网关和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种基于LoRa的组网方法、装置、网关和存储介质，涉及通信领域。网关接收到待入网设备的入网请求命令后，根据入网请求命令从多个选定信道中确定待入网设备的入网信道，通过向待入网设备发送包括入网信道的入网回复信息，便于待入网设备根据该入网回复信息完成入网。由于该入网信道包括目标备用信道和目标上报信道，故实现了组网过程中的信道分配，进而将待入网设备入网到数个信道中，从物理层有效避免了信道拥塞。

Description

基于LoRa的组网方法、装置、网关和存储介质

技术领域

本申请涉及通信领域，具体而言，涉及一种基于LoRa的组网方法、装置、网关和存储介质。

背景技术

LoRa是一种低功耗长距离无线通信技术，目前基于LoRa技术的协议标准有LoRaWAN，LoRaWAN是在LoRa物理层传输技术基础之上的以MAC(Media Access Control，媒体访问控制)层为主的一套协议标准，侧重于接入设备的数量、信息安全以及兼容性。

由于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，故LoRaWAN更适用于广域网，在低功耗远距离个域网的应用则存在一定限制，组网过程中容易引起信道拥塞。

发明内容

本申请实施例提供一种基于LoRa的组网方法、装置、网关和存储介质，以解决低功耗远距离个域网组网过程中容易发生信道拥塞的问题。

第一方面，本申请提供一种基于LoRa的组网方法，应用于网关，所述方法包括：

接收待入网设备的入网请求命令；

根据所述入网请求命令从多个选定信道中确定所述待入网设备的入网信道；所述入网信道包括目标备用信道和目标上报信道；

向所述待入网设备发送入网回复信息；所述入网回复信息中包括所述入网信道。

第二方面，本申请提供一种基于LoRa的组网装置，应用于网关，所述装置包括：

接收模块，用于接收待入网设备的入网请求命令；

入网请求处理模块，用于根据所述入网请求命令从多个选定信道中确定所述待入网设备的入网信道；所述入网信道包括目标备用信道和目标上报信道；

发送模块，用于向所述待入网设备发送入网回复信息；所述入网回复信息中包括所述入网信道。

第三方面，本申请提供一种网关，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如前述实施方式中任一项所述的基于LoRa的组网方法的步骤。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述实施方式中任一项所述的基于LoRa的组网方法的步骤。

在本申请实施例中，网关接收到待入网设备的入网请求命令后，根据入网请求命令从多个选定信道中确定待入网设备的入网信道，通过向待入网设备发送包括入网信道的入网回复信息，便于待入网设备根据该入网回复信息完成入网。由于该入网信道包括目标备用信道和目标上报信道，故实现了组网过程中的信道分配，进而将待入网设备入网到数个信道中，从物理层有效避免了信道拥塞。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的基于LoRa的组网方法的一种应用环境示意图；

图2示出了本申请实施例提供的基于LoRa的组网方法的一种流程示意图；

图3示出了本申请实施例提供的基于LoRa的组网方法的另一种流程示意图；

图4示出了图3中步骤S302的一种流程示意图；

图5示出了图2中步骤S202的一种流程示意图；

图6示出了本申请实施例提供的基于LoRa的组网方法的又一种流程示意图；

图7示出了本申请实施例提供的基于LoRa的组网装置的一种功能模块图；

图8示出了本申请实施例提供的基于LoRa的组网装置的另一种功能模块图；

图9示出了本申请实施例提供的网关的一种硬件结构框图。

图标：10-智能家居系统；100-网关；200-家居设备；300-服务器；400-终端设备；500-路由器；800-基于LoRa的组网装置；810-接收模块；820-入网请求处理模块；830-发送模块；840-频点扫描模块；850-信道确定模块；111-处理器；112-存储介质；113-存储器；114-输入输出接口；115-有线或无线网络接口；116-电源；1121-操作系统；1122-数据；1123-应用程序。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，为适用于本申请实施例的一种应用环境示意图。其中，图1提供了一种智能家居系统10，该智能家居系统10包括网关100、与网关100连接的家居设备200以及与网关100连接的服务器300。其中，网关100的数量可以为至少一个，家居设备200的数量可以为至少一个。另外，网关100的数量为多个时，不同网关100之间也可以进行通信连接。

在本实施例中，网关100可以为智能家居控制的智能网关，可以实现系统信息的采集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。网关100可以负责具体的安防报警、家电控制、用电信息采集。网关100还可以通过无线方式与智能交互终端等产品进行信息交互。网关100还具备有无线路由功能、优良的无线性能、网络安全和覆盖面积。

家居设备200可以包括设置于室内空间中的多种智能家电设备、传感设备以及检测设备等，例如智能电视、智能冰箱、智能空调、温湿度传感器、压力传感器、烟雾传感器、人体传感器、门窗传感器、智能开关、插座、电灯、红外发射装置、摄像头装置等。与网关100连接的家居设备200，可以与网关100之间进行信息以及指令的交互。网关100与家居设备200可以通过LoRa通信方式连接，在本实施例中，网关100可以采用LoRa单模组，也可以采用LoRa多模组，例如，当采用LoRa双模组(即一个网关100中配置两个LoRa模组)，可以实现双模组通信。网关100与家居设备200还可以通过蓝牙、WiFi(Wireless-Fidelity，无线保真)、ZigBee(紫峰技术)等通信方式连接，当然，网关100与家居设备200的连接方式在本申请实施例中可以不作为限定。

在本实施例中，服务器300可以是本地服务器、云服务器等服务器，具体的服务器类型在本申请实施例中可以不作限定。与网关100连接的服务器300，可以通过无线方式与网关100之间进行信息的交互。设置于不同的室内空间的网关100都可以通过网络与同一个服务器300进行通信连接，以进行服务器300和网关100之间的信息交互。

可选地，上述智能家居系统10还可以包括终端设备400。其中，终端设备400可以包括个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、智能手机、个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)等，在此不作限定。终端设备400可以通过2G/3G/4G/5G/WiFi等无线方式与服务器300之间进行信息的交互。当然，终端设备400与服务器300之间的连接方式在本申请实施例中可以不作限定。在一些实施方式中，该终端设备400也可用于与用户之间进行交互，方便用户通过终端设备400可以基于路由器500与网关100进行无线通信。另外，用户可以在网关100和终端设备400同时添加一个账号信息，通过该账号信息实现网关100和终端设备400的信息同步。

在一些实施例中，用户可以通过终端设备400的应用程序(Application，APP)设置不同的触发场景或者自动化联动。作为一种方式，终端设备400可以将场景配置信息或者自动化方案上传至服务器300，以在达到该触发场景或者自动化的触发条件时，服务器300可根据存储的场景配置信息或者自动化方案，找到与该场景配置信息或者自动化方案中的执行动作对应的设备，以通知该设备进行执行动作以满足触发场景或自动化的执行结果。作为另一种方式，服务器300也可以将场景配置信息或者自动化方案发送给网关100，由网关100根据存储的场景配置信息或者自动化方案，找到与该场景配置信息或者自动化方案中的执行动作对应的设备。同时，网关100可以将设备的执行情况反馈回服务器300。

下面将结合附图具体描述本申请中的各实施例。

请参照图2，为本申请实施例提供的基于LoRa的组网方法的一种流程示意图。需要说明的是，本申请实施例的基于LoRa的组网方法并不以图2以及以下的具体顺序为限制，应当理解，在其它实施例中，本申请的基于LoRa的组网方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。该基于LoRa的组网方法可应用于上述的网关100，下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。

步骤S201，接收待入网设备的入网请求命令。

在本实施例中，待入网设备可以接收用户输入的入网指令，根据该入网指令向网关100发送入网请求命令。

其中，待入网设备可以是图1中的任一个未完成入网的家居设备200。每个家居设备200在需要接入智能家居系统10时，都要向网关100发送入网请求命令，以与网关100建立连接。在本实施例中，对于任一个家居设备200而言，在完成入网前可以将其称作待入网设备，在完成入网后可以将其称作已入网设备。

步骤S202，根据入网请求命令从多个选定信道中确定待入网设备的入网信道；入网信道包括目标备用信道和目标上报信道。

在本实施例中，该多个选定信道可以理解为网关100预先选取的多个信道，网关100在接收到待入网设备的入网请求命令后，根据该入网请求命令为该待入网设备分配目标备用信道和目标上报信道，从而确定出待入网设备的入网信道。

步骤S203，向待入网设备发送入网回复信息；入网回复信息中包括入网信道。

在本实施例中，网关100基于待入网设备发送的入网请求命令，向该待入网设备发送入网回复信息，并在入网回复信息中包括待入网设备分配到的入网信道，即目标备用信道和目标上报信道，这样，待入网设备接收到该入网回复信息后，可入网到该目标备用信道和目标上报信道。

本申请实施例提供的基于LoRa的组网方法中，网关100接收到待入网设备的入网请求命令后，根据入网请求命令从多个选定信道中确定待入网设备的入网信道，通过向待入网设备发送包括入网信道的入网回复信息，便于待入网设备根据该入网回复信息完成入网。由于该入网信道包括目标备用信道和目标上报信道，故实现了组网过程中的信道分配，进而将待入网设备入网到数个信道中，从物理层有效避免了信道拥塞。

可选地，上述的多个选定信道可以由网关100扫描频点获得。请参照图3，在步骤S201之前，该基于LoRa的组网方法还可以包括：

步骤S301，对设定频段内的多个频点分别进行扫描，得到噪声信号强度最低的预设数量个目标频点。

在本实施例中，该设定频段可以设置为LoRa的使用频段，即470MHz到510MHz，通过扫描该设定频段内的多个频点，可以得到每个频点对应的噪声信号强度，即RSSI(ReceivedSignal Strength Indication，接收信号强度指示)值，根据每个频点对应的噪声信号强度可以确定出噪声信号强度最低的预设数量个目标频点。

步骤S302，根据预设数量个目标频点和预设的多个扩频因子确定多个选定信道。

其中，扩频因子(Spreading Factor，SF)的可选范围为5～12，本申请实施例用SF5～SF12表示。例如，SF7表示扩频因子为7，SF8表示扩频因子为8。扩频因子选取的数量可以根据实际情况设定，本申请实施例对此不作限制。例如，预设4个扩频因子，分别为SF7、SF8、SF9、SF10。

在本实施例中，扩频是一种物理层的调制技术，利用频点和扩频因子可以共同定义一个信道，例如，信道可以是(470.4MHz，SF7)，其中470.4MHz是频点，SF7是扩频因子，不同扩频因子的信道之间相互正交，互不干扰。因此，网关100根据预设数量个目标频点和多个扩频因子可以确定出多个选定信道。

本申请实施例提供的基于LoRa的组网方法中，由于噪声信号强度低的频点不容易被噪声干扰，故通过选取噪声信号强度最低的预设数量个目标频点，并根据该预设数量个目标频点和预设的多个扩频因子共同确定多个选定信道，使得确定的多个选定信道不容易被噪声干扰，有助于提高通信质量。

可选地，请参照图4，上述步骤S302可以包括如下子步骤：

子步骤S3021，根据多个扩频因子中的最大扩频因子和预设数量个目标频点确定上报信道。

在本实施例中，上报信道可以用于传输上报的信息，例如，已入网设备可以通过该上报信道向网关100上报信息。也即是说，设备需要上报给网关100的信息均可以通过该上报信道传输。由于扩频因子越大，信号质量越好，故通过选取最大扩频因子来确定上报信道，可以保证上报信道通信稳定，设备上报的信息不易发生丢失。

子步骤S3022，在根据多个扩频因子和预设数量个目标频点确定的信道中，根据除上报信道之外的剩余信道确定多个备用信道；上报信道和多个备用信道构成多个选定信道，上报信道作为目标上报信道分配给待入网设备。

在本实施例中，该备用信道可以作为控制信道或者互控信道，其中，控制信道主要用于网关100发起的控制行为(包括转发其他已入网设备的控制指令)，可通过广播、组播或单播控制命令来控制已入网设备。互控信道用于已入网设备间有互控需要的场景，给一个互控场景下的已入网设备分配同一互控信道，可实现已入网设备间的控制，网关100也可以在互控信道上对已入网设备发起控制命令。

例如，假设网关100中预设有4个扩频因子，网关100扫描出噪声信号强度最低的4个目标频点，该4个目标频点与4个扩频因子结合可以产生16个信道，上报信道可从该4个扩频因子中的最大扩频因子对应的4个信道中选取出，多个备用信道可从16个信道中除上报信道之外的剩余信道中选出。

在实际应用中，对于采用LoRa单模组通信的网关100，可以选取1个上报信道，并从除上报信道之外的剩余信道中选取全部或部分作为备用信道；对于采用LoRa多模组通信的网关100，可以选取至少一个上报信道，并从除上报信道之外的剩余信道中选取全部或者部分作为备用信道。也即是说，网关100确定的多个选定信道中可以包括一个上报信道和多个备用信道，也可以包括多个上报信道和多个备用信道。

下面，针对网关100采用LoRa双模组通信且选取2个上报信道的情形进行详细说明。当网关100采用LoRa双模组通信时，若两个模组天线距离较近，而LoRa模组的接收灵敏度又较高，为了保证两个模组间的隔离度，可以为两个模组设置一定的工作频率间距。因此，上述的设定频段可以包括第一频段和第二频段，第一频段和第二频段各自对应一个LoRa模组，第一频段与第二频段之间具有一定的工作频率间距；上述的上报信道可以包括第一上报信道和第二上报信道。

网关100在对设定频段内的多个频点进行扫描时，需对第一频段内的频点和第二频段内的频点分别进行扫描，且第一频段内和第二频段内扫描的频点数量与其对应的LoRa模组的通信带宽有关。例如，若通信带宽为250KHz，则在对应频段内需扫描的频点数量为24个；若通信带宽为500KHz，则在对应频段内需扫描的频点数量为12个。

本申请实施例以通信带宽为250KHz作为示例进行说明。假设第一频段为470MHz到480MHz，第二频段为500MHz到510MHz，第一频段和第二频段之间有20MHz的工作频率间距，则网关100在第一频段和第二频段总共需要扫描48个频点。在一个示例中，通过将470MHz到480MHz均匀分出24个频点，将500MHz到510MHz均匀分出24个频点，可以得出表1所示的48个频点，这48个频点即为网关100在470MHz到510MHz这个设定频段内需要扫描的频点。

表1

假设目标频点对应的预设数量为4，则网关100可以按照如下规则进行频点扫描：在第一频段内扫描出2个噪声信号强度最低的频点，在第二频段内扫描出2个噪声信号强度最低的频点。这样，网关100扫描在470MHz到480MHz、500MHz到510MHz划分出的48个频点，便可得出噪声信号最低的4个目标频点。例如，该4个目标频点分别为470.4MHz、470.8MHz、502.8MHz、503.2MHz。当然，网关100需扫描出的目标频点的数量可以根据实际情况设置，本申请实施例对此不作限制。

可选地，在一种实施方式中，上述的子步骤S3021具体可以包括：根据多个扩频因子中的最大扩频因子和位于第二频段内的目标频点确定第一上报信道，根据多个扩频因子中的最大扩频因子和位于第一频段内的目标频点确定第二上报信道；上述的子步骤S3022具体可以包括：在根据多个扩频因子和位于第一频段内的目标频点确定的信道中，将除第二上报信道之外的剩余信道确定为多个备用信道。

在本实施例中，该第一上报信道的确定方式与第二上报信道的确定方式类似，网关100可从由最大扩频因子和位于第二频段内的目标频点确定的信道中，选取一个信道作为第一上报信道，从由最大扩频因子和位于第一频段内的目标频点确定的信道中，选取一个信道作为第二上报信道。

其中，第一上报信道和第二上报信道均可用于传输上报的信息，第一上报信道和第二上报信道的区别在于传输的信息的优先级(重要程度)不同。设定第一上报信道为高优先级上报信道，则网关100将保持常监听第一上报信道，以接收优先级较高(比较重要)的信息，例如需要网关100转发的控制信息；设定第二上报信道为低优先级上报信道，则网关100在空闲时监听第二上报信道，以接收优先级不高的信息，例如心跳、已完成的事件、同步的信息等。可选的，在本实施方式中，网关100中配置两个LoRa模组，其中一个模组保持常监听第一上报信道，以保证高优先级的上报信息的低丢包率，另一个模组在空闲时监听第二上报信道。

下面，给出一个示例，以对采用LoRa双模组通信的网关100确定第一上报信道、第二上报信道和备用信道的原理进行详细说明。假设网关100通过扫描频点得到的噪声信号强度最低的4个目标频点分别为470.4MHz、470.8MHz、502.8MHz、503.2MHz，预设的4个扩频因子分别为SF7、SF8、SF9、SF10，第一上报信道用CH2表示，第二上报信道用CH3表示，控制信道用CH4表示，互控信道用CH5表示，则根据该4个目标频点和4个扩频因子可以产生表2所示的16个信道。

表2

	SF7	SF8	SF9	SF10
					470.4MHz	CH5/CH4	CH5/CH4	CH5/CH4	CH3/CH5/CH4
470.8MHz	CH5/CH4	CH5/CH4	CH5/CH4	CH3/CH5/CH4
					502.8MHz	\	\	\	CH2
503.2MHz	\	\	\	CH2

其中，网关100根据最大扩频因子SF10和位于第二频段(即500MHz到510MHz)内的2个目标频点(即502.8MHz和503.2MHz)可以确定出2个信道，即(502.8MHz，SF10)和(503.2MHz，SF10)，网关100可以从这2个信道中任意选取一个信道作为第一上报信道，也可以选取2个信道中噪声信号强度更低的信道作为第一上报信道；根据最大扩频因子SF10和位于第一频段(即470MHz到480MHz)内的2个目标频点(即470.4MHz和470.8MHz)可以确定出2个信道，即(470.4MHz，SF10)和(470.8MHz，SF10)，网关100可以从这2个信道中任意选取一个信道作为第二上报信道，也可以选取2个信道中噪声信号强度更低的信道作为第二上报信道；根据该4个扩频因子(即SF7、SF8、SF9、SF10)和位于第一频段(即470MHz到480MHz)内的2个目标频点(即470.4MHz和470.8MHz)可以确定出8个信道，即(470.4MHz，SF7)、(470.4MHz，SF8)、(470.4MHz，SF9)、(470.4MHz，SF10)、(470.8MHz，SF7)、(470.8MHz，SF8)、(470.8MHz，SF9)、(470.8MHz，SF10)，该8个信道中除第二上报信道(即(470.4MHz，SF10)或(470.8MHz，SF10))之外的剩余7个信道均可作为备用信道；因此，该网关100最终确定的多个选定信道中可以包括7个备用信道、1个第一上报信道和1个第二上报信道，该第一上报信道和第二上报信道均作为请求入网的待入网设备的目标上报信道。

本申请实施例提供的基于LoRa的组网方法中，通过选取两个上报信道(即第一上报信道和第二上报信道)分别作为高优先级上报信道和低优先级上报信道，网关100的其中一个模组(LoRa1模组)保持常监听高优先级上报信道，另一个模组(LoRa2模组)空闲时监听低优先级上报信道，实现设备上报的信息按照优先级合理使用信道，从而提高信道利用率。由于所有的已入网设备是共用一个第一上报信道和第二上报信道，故基于最大扩频因子确定出的第一上报信道和第二上报信道，可以兼容信号质量差的已入网设备。

需要说明的是，在第一上报信道和第二上报信道中，已入网设备的上报是无序的，故需要进行CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测)，即已入网设备在向网关100上报信息前，需要先判断当前信道是否空闲，若当前信道中存在其他设备在上报信息，则延迟上报。在控制信道上需要网关100发送控制命令后，对应的已入网设备才会进行相应的回复，通信是有序的，故无需做CSMA/CD；互控信道上由于网关100和已入网设备都可能发起控制，故网关100或已入网设备发送控制命令前需要做CSMA/CD。

应当理解的是，本实施例中为了保证高优先级上报信息的低丢包率，配置两个LoRa模组中的其中一个模组保持常监听第一上报信道，另一个模组在空闲时监听第二上报信道以及在控制信道或互控信道上发送控制命令，故第二频段内的目标频点对应的信道中仅最大扩频因子(SF10)对应的信道用作第一上报信道，低扩频因子(SF7～SF9)对应的信道则没有被使用。在实际应用中，可以根据具体需求设置网关100在根据多个扩频因子和预设数量个目标频点确定的信道中，选取除第一上报信道、第二上报信道之外的所有剩余信道或者部分剩余信道作为多个备用信道，即第二频段内的目标频点对应的信道不仅可以作为第一上报信道使用，还可以作为备用信道使用，如表3所示。

表3

	SF7	SF8	SF9	SF10
					470.4MHz	CH5/CH4	CH5/CH4	CH5/CH4	CH3/CH5/CH4
470.8MHz	CH5/CH4	CH5/CH4	CH5/CH4	CH3/CH5/CH4
					502.8MHz	CH5/CH4	CH5/CH4	CH5/CH4	CH2/CH5/CH4
503.2MHz	CH5/CH4	CH5/CH4	CH5/CH4	CH2/CH5/CH4

在本实施例中，由于网关100确定的多个选定信道包括多个备用信道和至少一个上报信道，故网关100根据入网请求命令从多个选定信道中确定待入网设备的入网信道时，可以将该多个选定信道中的至少一个上报信道确定为待入网设备的目标上报信道，并从该多个选定信道的多个备用信道中选取一个备用信道作为待入网设备的目标备用信道。其中，在多个选定信道中的上报信道为1个的情况下，可将该上报信道确定为待入网设备的目标上报信道；在多个选定信道中的上报信道为2个的情况下，即该至少一个上报信道包括第一上报信道和第二上报信道，可将该第一上报信道和第二上报信道确定为待入网设备的目标上报信道。下面，对网关100确定待入网设备的入网信道的过程进行说明，如图5所示，上述的步骤S202可以包括如下子步骤：

子步骤S2021，获取入网请求命令的信号强度。

在本实施例中，网关100接收到入网请求命令后，可以检测得到该入网请求命令对应的信号强度(即RSSI值)。

子步骤S2022，根据入网请求命令的信号强度从多个扩频因子中确定目标扩频因子。

可选地，网关100预存有信号强度范围与扩频因子的对应关系，网关100获取入网请求命令的信号强度后，可确定入网请求命令的信号强度所处的信号强度范围，根据对应关系确定信号强度范围对应的扩频因子，将信号强度范围对应的扩频因子作为目标扩频因子。

在一个示例中，信号强度范围与扩频因子的对应关系可参照表4，由于扩频越大，通信质量越高，故在根据入网请求命令的信号强度确定目标扩频因子时，信号强度强则确定小的扩频因子，信号强度弱则确定大的扩频因子。当然，表4所示的信号强度范围与扩频因子的对应关系仅为一种示例，实际应用中，可对每个扩频因子对应的信号强度范围进行调整，本申请对此不进行限制。

表4

	信号强	信号较强	信号较弱	信号弱
					RSSI	>-60dBm	-60dBm～-75dBm	-75dBm～-95dBm	<-95dBm
SF	7	8	9	10

子步骤S2023，根据目标扩频因子从多个备用信道中确定目标备用信道。

可选地，网关100可以获取目标扩频因子对应的任一备用信道上的噪声信号强度；若该备用信道上的噪声信号强度低于预设阈值，则将该备用信道确定为目标备用信道。

网关100在确定目标扩频因子后，检测该目标扩频因子下任一备用信道的噪声信号强度，若该噪声信号强度低于预设阈值，表明该备用信道的通信质量好，将该备用信道分配给待入网设备，作为待入网设备的目标备用信道；若该噪声信号强度高于预设阈值，则检测该目标扩频因子下的其他备用信道的噪声信号强度，将噪声信号强度低于预设阈值的其他备用信道确定为目标备用信道。其中，该预设阈值根据LoRa模组的特性进行设置，并且不同扩频因子可以对应不同的预设阈值，例如扩频因子SF7对应的预设阈值为-121dBm。

子步骤S2024，将目标备用信道和目标上报信道确定为待入网设备的入网信道。

可以理解，当网关100确定的多个选定信道包括多个备用信道和一个上报信道(即第一上报信道)时，网关100根据入网请求命令的信号强度对应的目标扩频因子，可从该多个备用信道中确定一个备用信道作为待入网设备的目标备用信道，并将该多个选定信道中的第一上报信道确定为待入网设备的目标上报信道，然后将该目标备用信道和目标上报信道确定为待入网设备的入网信道。当网关100确定的多个选定信道包括多个备用信道和两个上报信道(即第一上报信道和第二上报信道)时，网关100根据入网请求命令的信号强度对应的目标扩频因子，可从该多个备用信道中确定一个备用信道作为待入网设备的目标备用信道，并将该多个选定信道中的第一上报信道和第二上报信道确定为待入网设备的目标上报信道，然后将该目标备用信道和目标上报信道确定为待入网设备的入网信道。

本申请实施例提供的基于LoRa的组网方法中，网关100根据入网请求命令的信号强度确定一个目标扩频因子，基于该目标扩频因子选取出合适的备用信道作为待入网设备的目标备用信道，可以实现网关100对已入网设备的控制，以及已入网设备相互之间的控制，并保证通信的稳健性。

可选地，在本实施例中，待入网设备可以依次在根据最大扩频因子和设定频段内的频点确定的信道上，向网关100发送入网请求命令，待入网设备每在一个频点对应的信道上完成入网请求命令的发送，便在该信道上打开接收窗口用于接收网关100的入网回复信息，当在该入网请求命令的窗口期(即发送入网请求命令后的等待时间)内未接收到入网回复信息，则在下一个频点对应的信道上发送入网请求命令，当所有信道上都没有网关100响应该入网请求命令，则待入网设备结束一次入网操作。其中，入网请求命令中可以包括待入网设备的MAC地址、密钥等信息。

网关100通过扫描频点确定出多个选定信道后，实时监听多个选定信道中的上报信道，接收待入网设备通过该上报信道发送的入网请求命令。通过解析该入网请求命令，获得待入网设备的MAC地址、密钥等信息，并保存待入网设备发送的入网请求命令的信道强度。

具体地，在网关100保持常监听第一上报信道的情况下，可以设置待入网设备依次在根据最大扩频因子和位于第二频段内的频点确定的信道上发送入网请求命令。以最大扩频因子SF10、第二频段为500MHz～510MHz为例，待入网设备依次在最大扩频因子、500MHz～510MHz的24个频点的信道上发送入网请求命令，每在一个频点发送入网请求命令完成，便在发送入网请求命令的信道上打开接收窗口，若没有在该入网请求命令的窗口期内接收到入网回复信息，则在下一个频点对应的信道上发送入网请求命令，如果24个频点对应的信道上都没有接收到入网回复信息，则结束入网操作。网关100通过扫描频点确定出多个选定信道后，实时监听多个选定信道中的第一上报信道，接收待入网设备通过第一上报信道发送的入网请求命令。

由于第一上报信道是根据最大扩频因子和位于第二频段内的目标频点确定的，而待入网设备是依次在根据最大扩频因子和位于第二频段内的频点确定的信道上发送入网请求命令，故网关100通过实时监听第一上报信道，可以接收到待入网设备发送的入网请求命令。

可选地，请参照图6，网关100接收入网请求命令后，该基于LoRa的组网方法还可以包括：

步骤S701，根据待入网设备的密钥和网关的密钥生成第二网络密钥。

在本实施例中，网关100可以对自身的密钥和入网请求命令中包括的待入网设备的密钥采用预设函数进行运算，得到第二网络密钥，该预设函数可以为哈希函数等，本实施例不作限定。该第二网络密钥可用于后续与已入网设备通信加密使用，以保证通信的安全性。

可选地，网关100接收入网请求命令后，除了确定待入网设备的入网信道以及生成第二网络密钥外，还可以为待入网设备分配一个通信地址，该通信地址可以为一个2字节的短地址。网关100在该入网请求命令的窗口期内，向发送该入网请求命令的待入网设备发送入网回复信息，入网回复信息中除了包括待入网设备的入网信道的信息外，还可以包括网关100的密钥、网关100的通信地址、待入网设备的通信地址和待入网设备的MAC地址，便于待入网设备接收到网关100的入网回复信息后，保存入网回复信息中包含的网络信息(即入网信道、网关100的密钥、网关100的通信地址、待入网设备的通信地址和待入网设备的MAC地址)，并根据待入网设备的密钥和网关100的密钥生成第一网络密钥，该第一网络密钥可用于后续与网关100通信加密使用，以保证通信的安全性。

可选地，待入网设备可以采用与网关100相同的预设函数生成第一网络密钥，使得网关100生成的第二网络密钥和待入网设备生成的第一网络密钥对应，第二网络密钥和第一网络密钥对应指的是若待入网设备使用第一网络密钥对发送的信息加密，则网关100可以使用第二网络密钥对接收到的信息进行解密；同理，若网关100使用第二网络密钥对发送的信息加密，则待入网设备可以使用第一网络密钥对接收到的信息进行解密，如此可有效增加通信的安全性。

需要说明的是，在实际应用中，待入网设备除了可以通过LoRa模组向网关100发送入网请求命令，并接收网关100发送的入网回复信息外，还可以通过扫描二维码或者NCF(Near Field Communication，近场通信)的方式向网关100发送入网请求命令，并接收网关100发送的入网回复信息，从而完成网络信息的交换。当然，待入网设备发送入网请求命令以及接收网关100的入网回复信息的具体方式在本申请中可以不作限定。

可选地，待入网设备根据接收的入网回复信息完成入网，并监听控制信道或互控信道；待入网设备进入入网状态后，在第二上报信道上发送心跳和设备信息(例如，设备型号、MAC地址等信息)，网关100的LoRa1模组保持常监听第一上报信道，LoRa2模组空闲时监听第二上报信道，当接收到待入网设备发送的设备信息后，将该待入网设备标记为已入网状态。

应当理解的是，图6所示的步骤先后顺序仅为一种示例，在实际应用中，网关100确定待入网设备的入网信道与生成第二网络密钥可以同时进行，也可以不同时进行，故该步骤S701可以在步骤S202之前执行，也可以在步骤S202之后执行，还可以与步骤S202同时执行，本申请实施例对比不进行限制。

为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤，下面给出一种基于LoRa的组网装置的实现方式。请参阅图7，图7为本申请实施例提供的一种基于LoRa的组网装置800的功能模块图。需要说明的是，本实施例所提供的基于LoRa的组网装置800，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该基于LoRa的组网装置800可以应用于前述的网关100，其可以包括：接收模块810、入网请求处理模块820和发送模块830。

该接收模块810用于接收待入网设备的入网请求命令。

可以理解，该接收模块810可以执行上述步骤S201。

该入网请求处理模块820用于根据入网请求命令从多个选定信道中确定待入网设备的入网信道；入网信道包括目标备用信道和目标上报信道。

可以理解，该入网请求处理模块820可以执行上述步骤S202。

该发送模块830用于向待入网设备发送入网回复信息；入网回复信息中包括入网信道。

可以理解，该发送模块830可以执行上述步骤S203。

可选地，请参照图8，该基于LoRa的组网装置800还可以包括频点扫描模块840和信道确定模块850。

该频点扫描模块840用于对设定频段内的多个频点分别进行扫描，得到噪声信号强度最低的预设数量个目标频点。

可以理解，该频点扫描模块840可以执行上述步骤S301。

该信道确定模块850用于根据预设数量个目标频点和预设的多个扩频因子确定多个选定信道。

可以理解，该信道确定模块850可以执行上述步骤S302。

可选地，该信道确定模块850具体用于根据多个扩频因子中的最大扩频因子和预设数量个目标频点确定上报信道，在根据多个扩频因子和预设数量个目标频点确定的信道中，根据除上报信道之外的剩余信道确定多个备用信道；上报信道和多个备用信道构成多个选定信道，上报信道作为目标上报信道分配给待入网设备。

可以理解，该信道确定模块850可以执行上述步骤S3021～S3022。

可选地，该设定频段包括第一频段和第二频段，该上报信道包括第一上报信道和第二上报信道。该信道确定模块850具体可以用于根据多个扩频因子中的最大扩频因子和位于第二频段内的目标频点确定第一上报信道，根据多个扩频因子中的最大扩频因子和位于第一频段内的目标频点确定第二上报信道，在根据多个扩频因子和位于第一频段内的目标频点确定的信道中，将除第二上报信道之外的剩余信道确定为多个备用信道。

可选地，该入网请求处理模块820可以用于获取入网请求命令的信号强度，根据入网请求命令的信号强度从多个扩频因子中确定目标扩频因子，根据目标扩频因子从多个备用信道中确定目标备用信道，将目标备用信道和目标上报信道确定为待入网设备的入网信道。

其中，该入网请求处理模块820具体用于获取目标扩频因子对应的任一备用信道上的噪声信号强度，若备用信道上的噪声信号强度低于预设阈值，则将备用信道确定为目标备用信道。网关100预存有信号强度范围与扩频因子的对应关系，该入网请求处理模块820具体用于确定入网请求命令的信号强度所处的信号强度范围，根据对应关系确定信号强度范围对应的扩频因子，将信号强度范围对应的扩频因子作为目标扩频因子。

可以理解，该入网请求处理模块820可以执行上述子步骤S2021～S2024。

可选地，待入网设备依次在根据最大扩频因子和设定频段内的频点确定的信道上发送入网请求命令，该接收模块810可以用于监听上报信道，接收待入网设备通过上报信道发送的入网请求命令。

可选地，待入网设备发送的入网请求命令中可包括待入网设备的密钥，网关100发送的入网回复信息中还可包括网关100的密钥，以便待入网设备在接收到入网回复信息后，根据网关100的密钥和待入网设备的密钥生成第一网络密钥，该入网请求处理模块820用于在该接收模块810接收待入网设备的入网请求命令之后，根据待入网设备的密钥和网关100的密钥生成第二网络密钥；第二网络密钥和第一网络密钥对应，以增加通信的安全性。

可以理解，该入网请求处理模块820还可以执行上述步骤S701。

本申请实施例提供的基于LoRa的组网装置800，通过接收模块810接收待入网设备的入网请求命令，入网请求处理模块820根据入网请求命令从多个选定信道中确定待入网设备的入网信道，并由发送模块830向待入网设备发送包括入网信道的入网回复信息。由于该入网信道包括目标备用信道和目标上报信道，故实现了组网过程中的信道分配，进而将待入网设备入网到数个信道中，从物理层有效避免了信道拥塞。

本申请实施例提供的网关100可以包括处理器和存储器，该存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现如上述方法实施例所提供的基于LoRa的组网方法。

该存储器可用于存储软件程序以及模块，处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据所述设备的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器还可以包括存储器控制器，以提供处理器对存储器的访问。

图9是本申请实施例提供的网关100的一种硬件结构框图。如图9所示，该网关100可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(ProcessingUnits，CPU)111(处理器111可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器113，一个或一个以上存储应用程序1123或数据1122的存储介质112(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器113和存储介质112可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质112的程序可以包括一个或一个以上模块，每个模块可以包括对网关100中的一系列指令操作。更进一步地，处理器111可以设置为与存储介质112通信，在网关100上执行存储介质112中的一系列指令操作。网关100还可以包括一个或一个以上电源116，一个或一个以上有线或无线网络接口115，一个或一个以上输入输出接口114，和/或，一个或一个以上操作系统1121，例如WindowsServerTM，MacOSXTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM等。

输入输出接口114可以用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括网关100的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，输入输出接口114包括一个网络适配器(NetworkInterfaceController，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，输入输出接口114可以为射频(RadioFrequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

本领域普通技术人员可以理解，图9所示的结构仅为示意，其并不对上述网关100的结构造成限定。例如，网关100还可包括比图9中所示更多或者更少的组件，或者具有与图9所示不同的配置。

本申请实施例提供的网关100，在接收到待入网设备的入网请求命令后，根据入网请求命令从多个选定信道中确定待入网设备的入网信道，通过向待入网设备发送包括入网信道的入网回复信息，便于待入网设备根据该入网回复信息完成入网。由于该入网信道包括目标备用信道和目标上报信道，故实现了组网过程中的信道分配，进而将待入网设备入网到数个信道中，从物理层有效避免了信道拥塞。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述基于LoRa的组网方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-OnlyMemory，简称ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

需要说明的是，在本文中，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，网关，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (11)

1.一种基于LoRa的组网方法，其特征在于，应用于网关，所述方法包括：

监听多个选定信道中的上报信道，接收待入网设备在根据最大扩频因子和设定频段内的频点确定的信道上发送的入网请求命令；所述上报信道和多个备用信道构成所述多个选定信道，所述上报信道作为目标上报信道分配给各所述待入网设备；所述上报信道根据预设的多个扩频因子中的最大扩频因子和设定频段内的噪声信号强度最低的预设数量个目标频点确定；所述备用信道是在根据所述多个扩频因子和所述预设数量个目标频点确定的信道中，根据除所述上报信道之外的剩余信道确定；

根据所述入网请求命令从多个选定信道中确定所述待入网设备的入网信道；所述入网信道包括目标备用信道和目标上报信道；

向所述待入网设备发送入网回复信息；所述入网回复信息中包括所述入网信道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收待入网设备的入网请求命令的步骤之前，所述方法还包括：

对设定频段内的多个频点分别进行扫描，得到噪声信号强度最低的预设数量个目标频点；

根据所述预设数量个目标频点和预设的多个扩频因子确定所述多个选定信道。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述预设数量个目标频点和预设的多个扩频因子确定所述多个选定信道的步骤，包括：

根据所述多个扩频因子中的最大扩频因子和所述预设数量个目标频点确定上报信道；

在根据所述多个扩频因子和所述预设数量个目标频点确定的信道中，根据除所述上报信道之外的剩余信道确定多个备用信道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设定频段包括第一频段和第二频段，所述上报信道包括第一上报信道和第二上报信道；所述根据所述多个扩频因子中的最大扩频因子和所述预设数量个目标频点确定上报信道的步骤，包括：

根据所述多个扩频因子中的最大扩频因子和位于所述第二频段内的目标频点确定第一上报信道；

根据所述多个扩频因子中的最大扩频因子和位于所述第一频段内的目标频点确定第二上报信道；

所述在根据所述多个扩频因子和所述预设数量个目标频点确定的信道中，根据除所述上报信道之外的剩余信道确定多个备用信道的步骤，包括：

在根据所述多个扩频因子和位于所述第一频段内的目标频点确定的信道中，将除所述第二上报信道之外的剩余信道确定为多个备用信道。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述入网请求命令从多个选定信道中确定所述待入网设备的入网信道的步骤，包括：

获取所述入网请求命令的信号强度；

根据所述入网请求命令的信号强度从所述多个扩频因子中确定目标扩频因子；

根据所述目标扩频因子从所述多个备用信道中确定目标备用信道；

将所述目标备用信道和所述目标上报信道确定为所述待入网设备的入网信道。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标扩频因子从所述多个备用信道中确定目标备用信道的步骤，包括：

获取所述目标扩频因子对应的任一备用信道上的噪声信号强度；

若所述备用信道上的噪声信号强度低于预设阈值，则将所述备用信道确定为所述目标备用信道。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述网关预存有信号强度范围与扩频因子的对应关系，所述根据所述入网请求命令的信号强度从预设的多个扩频因子中确定目标扩频因子的步骤，包括：

确定所述入网请求命令的信号强度所处的信号强度范围；

根据所述对应关系确定所述信号强度范围对应的扩频因子，将所述信号强度范围对应的扩频因子作为所述目标扩频因子。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述入网请求命令中包括所述待入网设备的密钥，所述入网回复信息中还包括所述网关的密钥，以便所述待入网设备在接收到所述入网回复信息后，根据所述网关的密钥和所述待入网设备的密钥生成第一网络密钥；所述接收待入网设备的入网请求命令的步骤之后，所述方法还包括：

根据所述待入网设备的密钥和所述网关的密钥生成第二网络密钥；所述第二网络密钥和所述第一网络密钥对应。

9.一种基于LoRa的组网装置，其特征在于，应用于网关，所述装置包括：

接收模块，用于监听多个选定信道中的上报信道，接收待入网设备在根据最大扩频因子和设定频段内的频点确定的信道上发送的入网请求命令；所述上报信道和多个备用信道构成所述多个选定信道，所述上报信道作为目标上报信道分配给各所述待入网设备；所述上报信道根据预设的多个扩频因子中的最大扩频因子和设定频段内的噪声信号强度最低的预设数量个目标频点确定；所述备用信道是在根据所述多个扩频因子和所述预设数量个目标频点确定的信道中，根据除所述上报信道之外的剩余信道确定；

入网请求处理模块，用于根据所述入网请求命令从多个选定信道中确定所述待入网设备的入网信道；所述入网信道包括目标备用信道和目标上报信道；

发送模块，用于向所述待入网设备发送入网回复信息；所述入网回复信息中包括所述入网信道。

10.一种网关，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的基于LoRa的组网方法的步骤。

11.一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上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的基于LoRa的组网方法的步骤。