CN116390156B - LoRa通信方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种LoRa通信方法、装置、设备及可读存储介质，该方法在遵循LoRa组网原有通信协议的基础上对下行发包通信过程进行优化，通过从转发上行报文的网关中确定至少两个下行网关、并利用LoRa服务器模拟网关收发包流程以从该至少两个下行网关中选择支持转发对应下行报文的网关，从而确定目标下行LoRa网关，避免了部分网关射频长期处于高负荷工作状态，减少下行报文丢包导致的重传流量，节约空口频谱资源开支，提高了终端与服务器之间报文交互的可靠性，提升了整个LoRa网络的终端容量和稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种LoRa通信方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
LoRa（Long Range，远距离）技术是一种长距离、低功耗、低速率场景下使用的无线调制技术。随着智慧城市的全面部署及发展需求，目前LoRa网络全覆盖已在多个城市展开。
相关技术中，较大型LoRa组网整体一般由多台LoRa网关和大量各类LoRa终端组成，所有数据均上送至LoRa服务器进行处理和显示，且实际LoRa组网布局时不同网关间存在信号覆盖重叠区域，因此一个终端发出的报文会被多个网关收到并上送，服务器从多个上送报文中选择信号最好的网关所发送的一个报文进行处理，并将对应的下行报文发送给该网关。
LoRa组网通信遵循的LoRaWAN（Long Range Wide Area Network，远程广域网）协议为低速传输协议，网关的下行网关发包效率较低。当LoRa网关收到下行报文时，网关将报文校验后排入该网关的实际发包队列，对短时间收到的多个下行报文按照先后顺序和每个报文的发包占用时间排序，对于发包占用时间冲突的下行报文不排入实际发包队列，相当于下行丢包，当终端报文并发量较大时会出现网关下行发包能力不足而导致部分下行报文无法发送丢包的问题，继而终端未收到下行应答会导致上行重传，增大空口压力，产生恶性循环，影响整个LoRa网络的稳定性。
发明内容
有鉴于此，为解决上述技术问题，本申请提供一种LoRa通信方法、装置、设备及可读存储介质。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
根据本申请实施例的第一方面，提供一种LoRa通信方法，该方法应用于LoRa组网中的LoRa服务器，该方法包括：
依据已接收的各LoRa网关转发来自LoRa终端的上行报文的网关信号强度，确定用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关，所述下行报文是指响应所述上行报文的报文；
从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文，如果是，确定该当前下行LoRa网关为目标下行LoRa网关，并将该下行报文发送至目标下行LoRa网关；如果否，若已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中还存在未被选择的网关，从该未被选择的网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，返回利用本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文步骤。
可选地，所述确定用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关，包括：
按照网关信号强度从强至弱的顺序从转发所述上行报文的各LoRa网关中依次选择N个网关作为下行LoRa网关；其中，N大于或等于2，该N个网关的信号强度不小于预设信号强度。
可选地，所述从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关包括：
从该至少两个下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为当前下行LoRa网关。
可选地，所述通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文，包括：
获取该当前下行LoRa网关的模拟发包队列，所述模拟发包队列与LoRa组网中该当前下行LoRa网关的实际发包队列保持一致；
检测所述模拟发包队列中的剩余队列长度是否大于该下行报文长度，若是则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文；若否则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，所述剩余队列长度是指除待发送下行报文外的队列长度；
或检测所述模拟发包队列中是否存在待发送下行报文的发包占用时间与所述下行报文的发包占用时间冲突，若存在则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文；若不存在则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文。
可选地，所述方法还包括：
在当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，且已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中不存在未被选择的网关时，从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中任选一个网关作为目标下行LoRa网关；或从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为目标下行LoRa网关。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种LoRa通信装置，该装置应用于LoRa组网中的LoRa服务器，该装置包括：
下行网关确定模块，用于依据已接收的各LoRa网关转发来自LoRa终端的上行报文的网关信号强度，确定用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关，所述下行报文是指响应所述上行报文的报文；
目标网关确定模块，用于从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文，如果是，确定该当前下行LoRa网关为目标下行LoRa网关，并将该下行报文发送至目标下行LoRa网关；如果否，若已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中还存在未被选择的网关，从该未被选择的网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，返回利用本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文步骤。
可选地，所述确下行网关确定模块具体用于：
按照网关信号强度从强至弱的顺序从转发所述上行报文的各LoRa网关中依次选择N个网关作为下行LoRa网关；其中，N大于或等于2，该N个网关的信号强度不小于预设信号强度；或，
所述目标网关确定模块在用于从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关时包括：
从该至少两个下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为当前下行LoRa网关。
可选地，所述目标网关确定模块在用于通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文时包括：
获取该当前下行LoRa网关的模拟发包队列，所述模拟发包队列与LoRa组网中该当前下行LoRa网关的实际发包队列保持一致；
检测所述模拟发包队列中的剩余队列长度是否大于该下行报文长度，若是则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文；若否则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，所述剩余队列长度是指除待发送下行报文外的队列长度；
或检测所述模拟发包队列中是否存在待发送下行报文的发包占用时间与所述下行报文的发包占用时间相同，若存在则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文；若不存在则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文。
可选地，所述装置还包括：
在当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，且已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中不存在未被选择的网关时，从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中任选一个网关作为目标下行LoRa网关；
或从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为目标下行LoRa网关。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括：存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于通过调用所述计算机程序，执行上述Lora通信方法。
根据本申请实施例的第四方面，提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述Lora通信方法。
本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
在本申请提供的技术方案中，在遵循原有通信协议的基础上对下行发包通信过程进行优化，通过从转发上行报文的网关中确定至少两个下行网关、并利用Lora服务器模拟网关收发包流程以从该至少两个下行网关中选择支持转发对应下行报文的网关，从而确定目标下行LoRa网关，避免了部分网关射频长期处于高负荷工作状态，减少下行报文丢包导致的重传流量，节约空口频谱资源开支，提高了终端与服务器之间报文交互的可靠性，提升了整个LoRa网络的终端容量和稳定性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的和解释性的，并不能限制本申请。此外，本申请中的任一实施例并不需要达到上述的全部效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一示例性实施例示出的一种LoRa网络拓扑图；
图2是本申请一示例性实施例示出的一种LoRa通信方法流程示意图；
图3是本申请一示例性实施例示出的一种选择用于发送下行报文的至少两个下行网关流程示意图；
图4是本申请一示例性实施例示出的一种确定目标下行LoRa网关的流程示意图；
图5是本申请一示例性实施例示出的从包含3个下行LoRa网关的网关列表中确定目标下行LoRa网关的流程示意图；
图6是本申请一示例性实施例示出的一种LoRa通信装置的结构示意图；
图7是本申请一示例性实施例示出的一种电子设备的硬件示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一分类阈值也可以被称为第二分类阈值，类似地，第二分类阈值也可以被称为第一分类阈值。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
LoRa技术是一种长距离、低功耗、低速率应用下使用的无线调制技术，是一种物理层协议，是长距离低功耗协议族的总称。LoRa网络为星型组网，组网一般分为三个层次，如图1所示，组网一般包括：LoRa终端、网关设备以及LoRa服务器。
其中，LoRa终端通过LoRa无线通信首先与LoRa网关连接，自身产生数据并通过LoRa射频模块进行空口数据通信，如各类传感器，智能门锁，各类仪器设备等；网关设备处于星型组网的核心位置，是连接LoRa终端和LoRa服务器的桥梁，拥有较强的LoRa射频模块，可空口接收LoRa终端的上行报文并转换成有线的GWMP（Gateway Message Protocol，网关消息协议）报文上送LoRa 服务器，同时也可接收LoRa服务器下发的下行报文，通过空口发送给对应的LoRa终端；LoRa服务器用于集中处理LoRa网关上送的所有终端（同“LoRa终端”）的报文，进行校验、去重、下行应答等操作，并将终端上送的数据存储展示，并传给对应的应用服务进行处理，如NS（Name Server，域名服务）服务器、AS（Application Server，应用服务）服务器等。
相关技术中LoRa组网通信遵循LoRaWAN和GWMP标准协议实现。LoRaWAN协议强调上行数据为主要数据流向，现有的LoRa网关射频设计基本为上行信道与下行信道8比1的关系，即LoRa网关可同时接收8路信道的空口报文，但只有1路可进行下行发包，从而导致LoRa网关的上行报文容量远大于下行报文容量，即LoRa网关同一时间内上行可接收的报文量远大于下行可发送的报文量。
在较大型的LoRa组网中，为了LoRa网关的全面覆盖，实际布网时不同网关间会存在大量的信号覆盖重叠区域，因此一个终端发出的报文往往会被多个网关收到并上送，而当前LoRa_服务器对来自终端的上行报文的处理流程为：对于上行报文，同一报文若由多个网关上送，服务器只选取转发网关信号最好的一个报文进行处理，同时对应的下行报文也只会发往该信号最好的网关进行发送。
由于LoRaWAN为低速传输协议，LoRa网关下行发包所需的时间较长，一般发送一个下行包需花费几十到几百毫秒，对于低速率的报文发包耗时会超过1000ms，因此网关的下行发包效率较低。下行报文由服务器下发至LoRa网关时，网关会将报文校验后排入实际发包队列，当短时间内有多个下行报文时会根据先后顺序及时间戳（同“发包占用时间”）排序，对于时间戳冲突的报文则不入实际发包队列不进行发送，相当于下行丢包。
同时由于不同终端业务不同且分布密度不同，往往会出现某几台网关存在大量上下行报文交互而其余网关较空闲的情况，如停车库的停车传感器、宿舍楼的智能门锁等场景会有报文触发的高峰期；对于下行报文，只能由一台网关进行发送，而网关下行发包能力偏弱且有严格时序要求，因此当上行报文并发量较大时会出现网关下行发包能力不足导致部分下行报文无法发送丢包的问题，终端未收到下行应答会导致上行重传，增大空口压力。尤其是半双工网关通信中该问题容易产生，半双工网关在下行发包期间上行无法收包，若有大量下行报文均从一台网关进行发送，将导致该网关的上行发包能力大大下降，从而导致更多的丢包重传，产生恶性循环，影响整个LoRa网络的稳定性。
鉴于此，本申请提供一种LoRa通信方法，应用于LoRa组网中的LoRa服务器，参见图2所示，该通信方法可以包括以下步骤：
S101，依据已接收的各LoRa网关转发来自LoRa终端的上行报文的网关信号强度，确定用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关，该下行报文是指响应接收到的上行报文的报文；
LoRa终端生成上行报文后，通过空口数据通信将该上行报文发送至LoRa组中的LoRa网关；信号覆盖该LoRa终端的LoRa网关都会收到该上行报文，由这些LoRa网关将该上行报文再上送至LoRa服务器，以使LoRa服务器对该上行报文进行校验、应答等操作。
网关信号强度用于表示LoRa网关与LoRa终端之间的通信链路的通信质量，该网关信号强度依据来自终端的上行报文所携带的信息获取。LoRa服务器在收到多个LoRa网关发送的同一上行报文时，确定转发该上行报文的各LoRa网关的信号强度，将该各LoRa网关的信号强度作为选择依据，从转发该上行报文的各LoRa网关中选择至少两个网关作为下行LoRa网关，以用作转发上述上行报文对应的下行报文，比如按照信号强度从大到小的顺序选择。
比如，某一LoRa终端的上行报文M1被A、B、C、D四个LoRa网关收到并上送至LoRa服务器，信号强度依次为A＞B＞C＞D，则依据该四个LoRa网关的信号强度，从中至少选择两个网关作为下行LoRa网关，如选择网关A、B作为下行LoRa网关。
S102，从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文，如果是，确定该当前下行LoRa网关为目标下行LoRa网关，并将该下行报文发送至目标下行LoRa网关；如果否，若已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中还存在未被选择的网关，从该未被选择的网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，返回利用本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文步骤。
LoRa服务器收到上行报文后，对于需要服务器作应答的上行报文，会将响应该上行报文的下行报文在规定时间内发送至LoRa网关，以使LoRa网关转发至LoRa终端。相关技术中的LoRa网关接收来自服务器的下行报文的过程为将下行报文校验后放入网关的实际发包队列，对于与实际发包队列中发包占用时间冲突的报文不进行发送。
该网关的实际发包队列是指网关中用于临时存储待发送的下行报文的队列，该发包队列中的报文是按照下行报文排入该发包队列的顺序依次存储和发送的，遵循先进先出原则。
上述通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关是指在服务器端模拟网关接收下行报文放入该网关的发包队列的过程。具体地，在服务器侧获取当前下行LoRa网关对应的模拟发包队列，判断下行报文能否正常存入该模拟发包队列，在模拟过程中若下行报文无法正常放入模拟发包队列，则认为当前下行LoRa网关不支持发送该下行报文，表征实际中服务器将下行报文发送至该当前下行LoRa网关时存在下行丢包的可能性较高；若服务器端模拟当前下行LoRa网关接收下行报文时可以正常将下行报文排入模拟发包队列，则认为当前下行LoRa网关支持发送该下行报文，表征实际中服务器将下行报文发送至该当前下行LoRa网关时发生下行丢包可能性较低，从而可以提高下行报文传输可靠性和效率。仍以上述上行报文M1为例，服务器在转发上行报文M1的下行报文时，获取已确定的用于转发该下行报文的下行LoRa网关A、B，可以从中选择信号强度最强的网关A作为当前下行LoRa网关。
若网关A支持转发下行报文，则将网关A作为目标下行LoRa网关，将上行报文M1的下行报文发送给网关A，由网关A转发至LoRa终端。
若网关A不支持转发下行报文，检测到已确定的下行LoRa网关还包括未被选择的网关B，将网关B作为新的当前下行LoRa网关，若服务器模拟网关B确定网关B支持转发下行报文，服务器将上行报文M1的下行报文发送给网关B，由网关B转发至LoRa终端。
本申请实施例在遵循原有通信协议的基础上，对下行发包通信过程进行优化，保证优化后的通信组网仍兼容所有标准LoRaWAN协议的LoRa终端和网关接入；通过在LoRa服务器将下行报文发送至LoRa组网中的LoRa网关前，基于已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关，通过本服务器模拟LoRa网关收包以便于从该至少两个下行LoRa网关中选择支持转发该下行报文的一个目标下行LoRa网关，从而使LoRa服务器将下行报文实际发送至该目标下行LoRa网关，减少LoRa发包能力不足而导致的丢包以及重传流量问题，节约空口频谱资源开支，提高了终端与服务器之间报文交互的可靠性，提升了整个LoRa网络的终端容量和稳定性。
在一些实施例中，步骤S101所述的从转发上行报文的各LoRa网关中确定用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关可以通过下述方式实现：
按照各LoRa网关的网关信号强度从强至弱的顺序，从转发该上行报文的各LoRa网关中依次选择N个网关作为下行LoRa网关；其中，N为大于或等于2的整数，该N个网关的信号强度不小于预设信号强度。
其中，预设信号强度用于表征网关通信链路质量，若转发该上行报文的网关信号强度小于所述预设信号强度，则表示该网关与服务器之间的通信链路质量较差，容易出现传输丢包的情况。为了提高报文传输效率，预先设置一个固定信号强度值，选择等于或大于该固定信号强度值的网关作为下行网关，减少传输丢包。该预设信号强度可以根据不同的场景灵活调整配置，或采用原通信协议规定的默认数值，本申请对预设信号强度的取值设置方式及数值不做限定。
比如，来自某一LoRa终端的上行报文M2被LoRa网关G1、G2、G3、G4这四个网关收到并上送至LoRa服务器，其中，G1、G2、G3信号强度大于或等于预设信号强度，G4信号强度小于预设信号强度，且该四个网关的信号强度为G1＞G2＞G3＞G4，则根据信号强度从强到弱的顺序，至少可以选择LoRa网关G1、G2作为下行LoRa网关，该网关用于转发响应上行报文M2的下行报文；或可以选择G1、G2、G3作为下行LoRa网关。
对于转发上行报文的各LoRa网关中信号强度不小于预设信号强度的网关个数小于两个的情况，可以直接从各LoRa网关中选择信号强度最好的网关作为转发下行报文的下行LoRa网关，并按照相关技术中下行报文通信过程进行下行应答。
在本公开实施例中，通过按照信号强度从强至弱的顺序选择满足预设信号强度的下行LoRa网关，从而选择出至少两条通信质量良好的通信链路，以保证后续下行报文发送的通信链路质量。
在一些实施例中，预先设置选择上述下行LoRa网关的个数上限Max，则按照各LoRa网关的网关信号强度从强至弱的顺序，从转发上行报文的各LoRa网关中依次选择N个网关作为下行LoRa网关；其中，2≤N≤Max，Max≥2，该N个网关的信号强度不小于预设信号强度。
也即，在转发上行报文的各LoRa网关中，若信号强度不小于预设信号强度的网关个数大于或等于两个时，按照信号强度从大到小的顺序，最多可以选择Max个、最少要选择两个网关作为目标下行网关；对于网关个数大于两个但不足Max个时，可以将该信号强度不小于预设信号强度的网关均作为选择的下行LoRa网关。
例如，设置Max取值3，若某一上行报文M3被LoRa网关G1、G2、G3、G4、G5这五个网关收到并上送至LoRa服务器，其中，G1、G2、G3、G4信号强度大于或等于预设信号强度，G5信号强度小于预设信号强度，且该四个网关的信号强度为G1＞G2＞G3＞G4＞G5，则根据信号强度从强到弱的顺序，选择G1、G2、G3作为上述下行LoRa网关，即便G4信号强度符合也不能再选择G4；而若上述五个网关G1、G2信号强度大于或等于预设信号强度，G3、G4、G5信号强度小于预设信号强度，则选择网关G1、G2作为上述下行LoRa网关。
也即，在从转发上行报文的各个LoRa网关中选择下行LoRa网关时，从信号强度不小于预设信号强度的网关中选择至少两个、至多设定个数上限Max个网关，设定个数上限Max可以由用户根据需求设置。
在一些实施例中，对步骤S102，在发送下行报文前，首先获取已确定的用于转发该下行报文的至少两个下行LoRa网关，并从该至少两个下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为当前下行LoRa网关；在该当前下行LoRa网关不支持转发该下行报文、且已确定的用于转发该下行报文的各下行LoRa网关中存在未被选择的网关时，从该未被选择的网关中选择信号强度最强的一个网关作为新的当前下行LoRa网关。
仍以上述上行报文M2被LoRa网关G1、G2、G3、G4这四个网关上送至LoRa服务器为例，已确定的用于转发M2对应的下行报文的各下行LoRa网关包括G1、G2、G3，则首先从该各下行LoRa网关中选择信号最强的网关G1作为当前下行LoRa网关；若当前下行LoRa网关即G1不支持转发该下行报文，从未被选择的网关G2、G3中选择信号最强的网关G2作为新的当前下行LoRa网关；同理若G2不支持转发该下行报文则选择G3作为当前下行LoRa网关。
在本公开实施例中，通过按照网关信号强度从强至弱的顺序依次选择当前下行LoRa网关进行服务器端模拟网关收包，从而选择出下行传输丢包可能性低且通信质量好的通信链路，增强了下行报文传输的稳定性。
在一些实施例中，步骤S102所述的通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发该下行报文，可以通过下述方式实现，具体包括：
获取该当前下行LoRa网关的模拟发包队列，所述模拟发包队列与LoRa组网中该当前下行LoRa网关的实际发包队列保持一致；
检测该模拟发包队列是否空闲，若是则确定该当前下行LoRa网关支持转发该下行报文；若否则该当前下行LoRa网关不支持转发该下行报文。
其中，上述模拟发包队列是服务器端模拟LoRa组网中的实际发包队列而创建的一个队列，该模拟发包队列记录的待发送报文与该当前下行LoRa网关的实际发包队列中待发送报文一致，且两个队列长度相同。
LoRa网关不会自行产生下行报文，所有下行报文均是由LoRa服务器下发给网关，再由网关排队入实际发包队列后判断正常发送或丢弃，因此LoRa服务器依据记载的发送给每一网关的下行报文记录，可以获取与当前下行LoRa网关的实际发包队列保持一致的模拟发包队列，该模拟发包队列是存在于服务器侧的一个虚拟发包队列，该模拟发包队列的各项内容如长度、待发送报文记录等均与网关的实际发包队列保持一致。
当前下行LoRa网关支持转发该下行报文，表示当前下行LoRa网关在收到来自服务器的下行报文时，在报文校验后可以将该下行报文排入实际发包队列等待该网关转发至LoRa终端。基于模拟发包队列与该当前下行LoRa网关的实际发包队列保持一致，依据模拟发包队列的模拟检测结果能够预见该当前下行LoRa网关接收到该下行报文的排入发包队列情况，通过检测该模拟发包队列是否空闲，即判断下行报文能否正常排入模拟发包队列，从而判断该当前下行LoRa网关能否支持转发该下行报文。
在一些实施例中，上述检测该模拟发包队列是否空闲可以通过下述任一种方式实现：检测该模拟发包队列中的剩余队列长度是否大于该下行报文长度，若是则该模拟发包队列空闲；若否则该模拟发包队列不空闲；
或检测该模拟发包队列中是否存在待发送下行报文的发包占用时间与该下行报文的发包占用时间冲突，若存在则该模拟发包队列不空闲；若不存在则该模拟发包队列空闲。
其中，模拟发包队列中的剩余队列长度是模拟发包队列总长度与已记录的待发送下行报文长度的差值。通过判断该剩余队列长度是否大于该下行报文长度，以确定该模拟发包队列是否已经队满。比如说队列长度为256，已经记录的待发送报文长度为230，该下行报文长度为100，则模拟发包队列的剩余队列长度小于该下行报文长度，模拟发包队列无法正常排入该下行报文，则判定该模拟发包队列不空闲。
所述发包占用时间是指每一个待发送报文的下行发包时序，服务器对收到的上行报文严格按照LoRa终端要求的应答时间进行下行报文发包。例如，时刻A收到上行报文，要求5秒应答，则响应上行报文的下行报文发送时间为时刻A加上5秒后的时间。
由于相关技术中LoRaWAN为低速传输协议，LoRa网关下行发包所需的时间较长，一般发送一个下行包需花费几十到几百毫秒，对于低速率的报文发包耗时会超过1000ms，且LoRa服务器收到多路上行报文但只能通过一路网关进行下行报文应答，即便LoRa服务器收到上行报文有先后顺序，但在下行应答时存在时刻B至C需要发送某一待发送下行报文，而新的待发送下行报文需要在时刻D开始发送且时刻D位于时刻B至C之间，即出现发包占用时间冲突。
上述检测是否存在发包占用时间冲突，即判断该下行报文的发包时刻是否与模拟队列中已记录的待发送报文的发包占用时间存在时间重复，具体实施可依据相关技术中检测方式实现。在一些实施例中，对于步骤S102，在当前下行LoRa网关不支持转发该下行报文，且已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中不存在未被选择的网关时，可以包括下述任一种目标下行LoRa网关选择方式：
从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中任选一个网关作为目标下行LoRa网关；
或从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为目标下行LoRa网关。
也即，已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关全部不支持转发该下行报文，则需要按照设置规则从已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中选择一个网关作为转发该下行报文的目标下行LoRa网关。例如，可以从该各下行LoRa网关中任意选择一个网关；又或者，对于此种情况直接选择该各下行LoRa网关中信号强度最好的网关。
接下来，结合一种更为具体的应用场景对本申请方案进行描述。
基于现有的LoRa组网架构及原有的通信协议，本申请对服务器LoRaserver收到来自终端的上行报文后下行发包机制进行优化，具体包括：
S201，在接收到多台LoRa网关上送的同一上行报文M时，执行下行LoRa网关筛选操作，确定用于转发上行报文M的下行报文的下行LoRa网关列表；其中，筛选的下行LoRa网关个数N不大于3，即最多从转发上行报文M的该多台LoRa网关中选择3个下行Lora网关。
上述下行LoRa网关筛选操作具体地如图3所示，首先，从发送该上行报文M的多台LoRa网关中选择信号强度最好的网关并记录；接下来，判定该多台LoRa网关中未被选择的网关是否存在信号强度达标的网关：
若存在，则从该未被选择的网关中选择信号强度最好的网关并记录，进一步地，判断筛选的下行LoRa网关个数N是否小于3，如果是，返回执行判定该多台LoRa网关中未被选择的网关是否存在信号强度达标的网关；
若不存在，则将已记录的网关作为执行上述下行LoRa网关筛选操作后得到的下行LoRa网关列表。
S202，获取已确定的用于转发当前下行报文的下行LoRa网关列表，根据网关信号强度从强至弱的顺序从该下行LoRa网关列表中确定当前下行LoRa网关，利用LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关接收报文排入该网关对应的发包队列，判断当前下行LoRa网关是否下行空闲，确定出支持转发当前下行报文的目标下行LoRa网关。
其中，本申请预先在服务器侧为每一在线运行的网关设置模拟发包队列，该模拟发包队列设置规则与LoRa组网中网关的实际发包队列设置规则保持一致。在产生当前下行报文发送给目标下行LoRa网关前，在服务器侧利用服务器模拟网关接收下行报文入队列，以根据模拟结果判断网关能否正常发送下行报文。
具体地，如图4所示，从确定的用于转发当前下行报文的下行Lora网关列表中选择信号强度最好的网关作为当前下行LoRa网关，并获取该当前下行LoRa网关的模拟发包队列，检测该当前下行LoRa网关的模拟发包队列是否队满或是否存在发包时间占用冲突：
若两个条件都不满足则将当前下行LoRa网关作为目标下行LoRa网关，并将当前下行报文转发至该目标下行LoRa网关以使其转发至LoRa终端；
若任一条件满足则判定该当前下行LoRa网关不支持转发当前下行报文，进一步地，检测该下行Lora网关列表中是否存在未被选择的网关：
若存在，从未被选择的网关中选择信号强度最好的网关作为当前下行LoRa网关，返回执行获取该当前下行LoRa网关的模拟发包队列操作；
若不存在，则该下行Lora网关列表中所有网关均不支持转发当前下行报文，则从该下行Lora网关列表中选择信号强度最强的网关作为目标下行LoRa网关。
如以下行Lora网关列表中包含三个网关为例，按照信号强度从强至弱的顺序作为网关的优先级顺序，如信号强度最强的网关优先级为1，信号强度排第二的网关优先级为2，信号强度排第三的网关优先级为3。则从该下行Lora网关列表中选择目标下行LoRa网关过程如图5所示，在根据服务器侧模拟网关结果判断优先级为1的网关下行不空闲即该网关不支持转发当前下行报文时，选优先级为2的网关进行判断下行是否空闲，依次类推；当三个网关的下行均不空闲时选择优先级为1的网关作为当前网关，即上述目标下行LoRa网关；对三个网关中任一个网关下行是空闲的则将该网关作为当前网关即上述目标下行LoRa网关，将下行报文发送给该当前网关。
本申请实施例在遵循LoRa组网原有通信协议的基础上对下行发包通信过程进行优化，通过从转发上行报文的网关中确定至少两个下行网关、并利用Lora服务器模拟网关收发包流程以从该至少两个下行网关中选择支持转发对应下行报文的网关，从而确定目标下行LoRa网关，避免了部分网关射频长期处于高负荷工作状态，减少下行报文丢包导致的重传流量，节约空口频谱资源开支，提高了终端与服务器之间报文交互的可靠性，提升了整个LoRa网络的终端容量和稳定性。
与前述LoRa通信方法的实施例相对应，参见图6所示，本申请还提供了一种LoRa通信装置，该装置应用于LoRa组网中的LoRa服务器，该装置包括：
下行网关确定模块601，用于依据已接收的各LoRa网关转发来自LoRa终端的上行报文的网关信号强度，确定用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关，所述下行报文是指响应所述上行报文的报文；
目标网关确定模块602，用于从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文，如果是，确定该当前下行LoRa网关为目标下行LoRa网关，并将该下行报文发送至目标下行LoRa网关；如果否，若已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中还存在未被选择的网关，从该未被选择的网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，返回利用本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文步骤。
在一些实施例中，所述确下行网关确定模块具体用于：
按照网关信号强度从强至弱的顺序从转发所述上行报文的各LoRa网关中依次选择N个网关作为下行LoRa网关；其中，N大于或等于2，该N个网关的信号强度不小于预设信号强度。
在一些实施例中，所述目标网关确定模块在用于从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关时包括：
从该至少两个下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为当前下行LoRa网关。
在一些实施例中，所述目标网关确定模块在用于通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文时包括：
获取该当前下行LoRa网关的模拟发包队列，所述模拟发包队列与LoRa组网中该当前下行LoRa网关的实际发包队列保持一致；
检测所述模拟发包队列中的剩余队列长度是否大于该下行报文长度，若是则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文；若否则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，所述剩余队列长度是指除待发送下行报文外的队列长度；
或检测所述模拟发包队列中是否存在待发送下行报文的发包占用时间与所述下行报文的发包占用时间相同，若存在则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文；若不存在则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文。
在一些实施例中，所述装置还包括：
在当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，且已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中不存在未被选择的网关时，从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中任选一个网关作为目标下行LoRa网关；
或从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为目标下行LoRa网关。
上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备的结构示意图如图7所示，该电子设备700包括至少一个处理器701、存储器702和总线703，至少一个处理器701均与存储器702电连接；存储器702被配置用于存储有至少一个计算机可执行指令，处理器701被配置用于执行该至少一个计算机可执行指令，从而执行如本申请中任意一个实施例或任意一种可选实施方式提供的任意一种LoRa通信方法的步骤。
进一步，处理器701可以是FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）或者其它具有逻辑处理能力的器件，如MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）、CPU（Central Process Unit，中央处理器）。
在本申请提供的技术方案中，在遵循原有通信协议的基础上对下行发包通信过程进行优化，通过从转发上行报文的网关中确定至少两个下行网关、并利用Lora服务器模拟网关收发包流程以从该至少两个下行网关中选择支持转发对应下行报文的网关，从而确定目标下行LoRa网关，避免了部分网关射频长期处于高负荷工作状态，减少下行报文丢包导致的重传流量，节约空口频谱资源开支，提高了终端与服务器之间报文交互的可靠性，提升了整个LoRa网络的终端容量和稳定性。
本申请实施例还提供了另一种可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序用于被处理器执行时实现本申请中任意一个实施例或任意一种可选实施方式提供的任意一种LoRa通信方法的步骤。
本申请实施例提供的可读存储介质包括但不限于任何类型的盘（包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘）、ROM（Read-Only Memory，只读存储器）、RAM（Random AccessMemory，随即存储器）、EPROM（Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器）、EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器）、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读存储介质包括由设备（例如，计算机）以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。
虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种LoRa通信方法，其特征在于，该方法应用于LoRa组网中的LoRa服务器，该方法包括：
依据已接收的各LoRa网关转发来自LoRa终端的上行报文的网关信号强度，确定用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关，所述下行报文是指响应所述上行报文的报文；
从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文，如果是，确定该当前下行LoRa网关为目标下行LoRa网关，并将该下行报文发送至目标下行LoRa网关；如果否，若已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中还存在未被选择的网关，从该未被选择的网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，返回利用本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文步骤；
其中，所述通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发该下行报文，包括：
获取该当前下行LoRa网关的模拟发包队列，所述模拟发包队列与LoRa组网中该当前下行LoRa网关的实际发包队列保持一致；
检测该模拟发包队列是否空闲，若是则确定该当前下行LoRa网关支持转发该下行报文；若否则该当前下行LoRa网关不支持转发该下行报文。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关，包括：
按照网关信号强度从强至弱的顺序从转发所述上行报文的各LoRa网关中依次选择N个网关作为下行LoRa网关；其中，N大于或等于2，该N个网关的信号强度不小于预设信号强度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关包括：
从该至少两个下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为当前下行LoRa网关。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测该模拟发包队列是否空闲，包括：
检测所述模拟发包队列中的剩余队列长度是否大于该下行报文长度，若是则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文；若否则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，所述剩余队列长度是指除待发送下行报文外的队列长度；
或检测所述模拟发包队列中是否存在待发送下行报文的发包占用时间与所述下行报文的发包占用时间冲突，若存在则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文；若不存在则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，且已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中不存在未被选择的网关时，从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中任选一个网关作为目标LoRa网关；或从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为目标LoRa网关。
6.一种LoRa通信装置，其特征在于，该装置应用于LoRa组网中的LoRa服务器，所述装置包括：
下行网关确定模块，用于依据已接收的各LoRa网关转发来自LoRa终端的上行报文的网关信号强度，确定用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关，所述下行报文是指响应所述上行报文的报文；
目标网关确定模块，用于从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文，如果是，确定该当前下行LoRa网关为目标下行LoRa网关，并将该下行报文发送至目标下行LoRa网关；如果否，若已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中还存在未被选择的网关，从该未被选择的网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关，返回利用本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发所述下行报文步骤；
其中，所述目标网关确定模块在用于通过本LoRa服务器模拟当前下行LoRa网关来确定该当前下行LoRa网关是否支持转发该下行报文时，具体用于：
获取该当前下行LoRa网关的模拟发包队列，所述模拟发包队列与LoRa组网中该当前下行LoRa网关的实际发包队列保持一致；
检测该模拟发包队列是否空闲，若是则确定该当前下行LoRa网关支持转发该下行报文；若否则该当前下行LoRa网关不支持转发该下行报文。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述下行网关确定模块具体用于：
按照网关信号强度从强至弱的顺序从转发所述上行报文的各LoRa网关中依次选择N个网关作为下行LoRa网关；其中，N大于或等于2，该N个网关的信号强度不小于预设信号强度；或，
所述目标网关确定模块在用于从已确定的用于转发下行报文的至少两个下行LoRa网关中选择一个网关作为当前下行LoRa网关时包括：
从该至少两个下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为当前下行LoRa网关。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述目标网关确定模块在用于检测该模拟发包队列是否空闲时，具体用于：
检测所述模拟发包队列中的剩余队列长度是否大于该下行报文长度，若是则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文；若否则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，所述剩余队列长度是指除待发送下行报文外的队列长度；
或检测所述模拟发包队列中是否存在待发送下行报文的发包占用时间与所述下行报文的发包占用时间相同，若存在则该当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文；若不存在则该当前下行LoRa网关支持转发所述下行报文；或，
所述装置还包括：在当前下行LoRa网关不支持转发所述下行报文，且已确定的用于转发下行报文的各下行LoRa网关中不存在未被选择的网关时，从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中任选一个网关作为目标下行LoRa网关；或从该用于转发下行报文的各下行LoRa网关中选择信号强度最强的网关作为目标下行LoRa网关。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于调用所述计算机程序以实现如权利要求1-5任一项所述的LoRa通信方法。
10.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的LoRa通信方法。
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