終端與基站的通訊方法和裝置
本發明有關通訊技術領域，特別是有關一種終端與基站的通訊方法、一種終端與基站的通訊裝置。
物聯網技術是繼電腦和網際網路之後的第三次資訊技術革命，具有即時性和互動性等優點，已經被廣泛應用於城市管理、數位家庭、定位導航、物流管理、安保系統等多個領域。其中，LoRa是物聯網中一種基於展頻技術的超遠距離傳輸方案，具有傳輸距離遠、低功耗、多節點和低成本等特性。
現有的資料傳輸方法中，LoRa網路中通常包括終端、基站和伺服器。
一般情況下，終端的上行信號直接被基站所接收，基站的下行信號也會直接被終端所接收。但是在有些情況下，基站和終端的信號由於衰減而無法相互到達對方。例如，終端被安裝在地下，信號強度會衰減，使得基站和終端之間無法通訊。
鑒於上述問題，提出了本發明實施例以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種終端與基站的通訊方法、一種終端與基站的通訊裝置。
為了解決上述問題，本發明實施例揭示了一種終端與基站的通訊方法，包括：
所述終端在第一模式下向中繼設備發送第一資料框，所述第一資料框包括第一前置碼以及第一訊息集，所述第一前置碼用於喚醒所述中繼設備；
所述終端在所述第一模式下向所述中繼設備發送第二資料框，所述第二資料框包括第二前置碼以及第二資訊集，所述第二資料框是所述終端在完成發送所述第一資料框並經歷第一時間間隔後發送的，所述第二前置碼的長度小於所述第一前置碼的長度；
所述終端在所述第一模式下接收所述中繼設備發送的第三資料框，所述第三資料框是所述中繼設備從所述基站接收後，發送給所述終端的。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括第一時間間隔資訊，所述第一時間間隔資訊用於指示第一時間間隔的資訊長度。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括安全機制指示標識，所述安全機制指示標識用於指示所述第一資訊集的安全等級。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括計數值，所述計數值用於確認所述第一訊息集為非重複發送的訊息集。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括第一驗證資訊，所述第一驗證資訊用於驗證所述第二資訊集。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括封裝指示標識，所述封裝指示標識用於指示所述中繼設備是否對所述第二資料框做封裝處理。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括展頻因數指示資訊，所述展頻因數指示資訊用於指示所述中繼設備根據所述展頻因數指示資訊對應的展頻因數向所述基站發送所述第二資料框。
較佳地，還包括：
所述第三資料框可以是入網確認框，所述入網確認框用於確認所述終端的入網請求。
較佳地，還包括：
所述第二資料框可以是入網請求框，所述入網請求框用於請求接入網路。
較佳地，所述終端接收所述中繼設備發送的第三資料框之後，還包括：
所述終端向所述中繼設備發送第四資料框，所述第四資料框包括終端標識，所述終端標識用於使得所述中繼設備更新白名單。
較佳地，所述終端接收所述中繼設備發送的第三資料框之後，還包括：
所述終端在所述第一模式下根據第一標識判斷是否監聽所述第二模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗。
本發明實施例還揭示了一種終端與基站的通訊方法，包括：
中繼設備接收所述終端發送的第一資料框，所述第一資料框包括第一前置碼以及第一訊息集，所述第一前置碼用於喚醒所述中繼設備；
所述中繼設備接收所述終端發送的第二資料框，所述第二資料框包括第二前置碼以及第二資訊集，所述第二資料框是所述中繼設備在完成接收所述第一資訊框並經歷第一時間間隔後接收的，所述第二前置碼的長度小於所述第一前置碼的長度；
所述中繼設備向所述終端發送第三資料框，所述第三資料框是所述中繼設備從所述基站接收後，發送給所述終端的。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括第一時間間隔資訊，所述第一時間間隔資訊用於指示第一時間間隔的資訊長度。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括安全機制指示標識，所述安全機制指示標識用於指示所述第一資訊集的安全等級。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括計數值，所述計數值用於確認所述第一訊息集為非重複發送的訊息集。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括第一驗證資訊，所述第一驗證資訊用於驗證所述第二資訊集。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括封裝指示標識，所述封裝指示標識用於指示所述中繼設備是否對所述第二資料框做封裝處理。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括展頻因數指示資訊，所述展頻因數指示資訊用於指示所述中繼設備根據所述展頻因數指示資訊對應的展頻因數向所述基站發送所述第二資料框。
較佳地，還包括：
所述第三資料框可以是入網確認框，所述入網確認框用於確認所述終端的入網請求。
較佳地，還包括：
所述第二資料框可以是入網請求框，所述入網請求框用於請求接入網路。
較佳地，所述中繼設備向所述終端發送第三資料框之後，還包括：
所述中繼設備接收所述終端發送的第四資料框，所述第四資料框包括終端標識，所述終端標識用於使得所述中繼設備更新白名單。
本發明實施例還揭示了一種終端，包括：
發送模組，用於在第一模式下向中繼設備發送第一資料框，所述第一資料框包括第一前置碼以及第一訊息集，所述第一前置碼用於喚醒所述中繼設備；
發送模組，用於在所述第一模式下向所述中繼設備發送第二資料框，所述第二資料框包括第二前置碼以及第二資訊集，所述第二資料框是所述終端在完成發送所述第一資料框並經歷第一時間間隔後發送的，所述第二前置碼的長度小於所述第一前置碼的長度；
接收模組，用於在所述第一模式下接收所述中繼設備發送的第三資料框，所述第三資料框是所述中繼設備從所述基站接收後，發送給所述終端的。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括第一時間間隔資訊，所述第一時間間隔資訊用於指示第一時間間隔的資訊長度。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括安全機制指示標識，所述安全機制指示標識用於指示所述第一資訊集的安全等級。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括計數值，所述計數值用於確認所述第一訊息集為非重複發送的訊息集。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括第一驗證資訊，所述第一驗證資訊用於驗證所述第二資訊集。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括封裝指示標識，所述封裝指示標識用於指示所述中繼設備是否對所述第二資料框做封裝處理。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括展頻因數指示資訊，所述展頻因數指示資訊用於指示所述中繼設備根據所述展頻因數指示資訊對應的展頻因數向所述基站發送所述第二資料框。
較佳地，還包括：
所述第三資料框可以是入網確認框，所述入網確認框用於確認所述終端的入網請求。
較佳地，還包括：
所述第二資料框可以是入網請求框，所述入網請求框用於請求接入網路。
較佳地，還包括：
位於所述終端的發送模組，用於在所述終端接收所述中繼設備發送的第三資料框之後，向所述中繼設備發送第四資料框，所述第四資料框包括終端標識，所述終端標識用於使得所述中繼設備更新白名單。
較佳地，還包括：
位於所述終端的處理模組，用於在所述終端接收所述中繼設備發送的第三資料框之後，在所述第一模式下根據第一標識判斷是否監聽所述第二模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗。
較佳地，還包括：
位於所述終端的處理模組，用於在所述終端在所述第一模式下在所述第二模式的任意一個接收時間視窗接收到所述基站發送的第四資料框後，從所述第一模式切換到所述第二模式。
本發明實施例還揭示了一種中繼設備，包括：
接收模組，用於接收所述終端發送的第一資料框，所述第一資料框包括第一前置碼以及第一訊息集，所述第一前置碼用於喚醒所述中繼設備；
接收模組，用於接收所述終端發送的第二資料框，所述第二資料框包括第二前置碼以及第二資訊集，所述第二資料框是所述中繼設備在完成接收所述第一資訊框並經歷第一時間間隔後接收的，所述第二前置碼的長度小於所述第一前置碼的長度；
發送模組，用於向所述終端發送第三資料框，所述第三資料框是所述中繼設備從所述基站接收後，發送給所述終端的。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括第一時間間隔資訊，所述第一時間間隔資訊用於指示第一時間間隔的資訊長度。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括安全機制指示標識，所述安全機制指示標識用於指示所述第一資訊集的安全等級。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括計數值，所述計數值用於確認所述第一訊息集為非重複發送的訊息集。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括第一驗證資訊，所述第一驗證資訊用於驗證所述第二資訊集。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括封裝指示標識，所述封裝指示標識用於指示所述中繼設備是否對所述第二資料框做封裝處理。
較佳地，還包括：
所述第一資訊集包括展頻因數指示資訊，所述展頻因數指示資訊用於指示所述中繼設備根據所述展頻因數指示資訊對應的展頻因數向所述基站發送所述第二資料框。
較佳地，還包括：
所述第三資料框可以是入網確認框，所述入網確認框用於確認所述終端的入網請求。
較佳地，還包括：
所述第二資料框可以是入網請求框，所述入網請求框用於請求接入網路。
較佳地，還包括：
位於所述中繼設備的接收模組，用於在所述中繼設備向所述終端發送第三資料框之後，接收所述終端發送的第四資料框，所述第四資料框包括終端標識，所述終端標識用於使得所述中繼設備更新白名單。
本發明實施例還揭示了一種裝置，包括：
一個或多個處理器以及
其上儲存有指令的一個或多個機器可讀媒體，當由所述一個或多個處理器執行時，使得所述裝置執行如上所述的一個或多個的方法。
本發明實施例還揭示了一個或多個機器可讀媒體，其上儲存有指令，當由一個或多個處理器執行時，使得裝置執行如權上所述的一個或多個的方法。
本發明實施例包括以下優點：
在本發明實施例中，終端可以透過向中繼設備發送帶有第一前置碼的入網請求框，由中繼設備將入網請求框轉發給基站，再由中繼設備將基站返回的入網回應框發送給終端，完成終端的入網過程。
終端透過中繼設備入網後，終端可以透過向中繼設備發送帶有第一前置碼的上行資料框，由中繼設備將上行資料框轉發給基站，再由中繼設備將基站返回的下行資料框發送給終端，完成終端與基站的通訊過程。
本發明實施例中，終端可以透過中繼設備入網，並與基站通訊。本發明實施例中沒有改變終端的LoRaWAN無線框架格式，僅僅加長了前置碼的長度。這樣的中繼設備沒有採用私有的框結構，而是與LoRaWAN標準高度相容，為各廠商統一LoRa中繼標準提供了保障。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合圖式和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
LoRa網路由終端節點、基站節點和伺服器組成。終端具有LoRa網路連接能力，並接入該LoRa網路。根據該LoRa網路所部署的應用場景的不同，該終端可以包括不同的電子設備，比如，在該LoRa網路應用於城市管理中時，該終端可以包括智慧型電錶；在該LoRa網路應用於數位家庭中時，該終端可以包括各種智慧型家電等等。
基站，在LoRa網路中又稱為閘道或者集中器，具有無線連接彙聚功能，包括終端提供接入LoRa網路的入口，對來自伺服器或終端的資料進行轉發，實現該終端與該伺服器之間的資料交互。當然，基站也能夠與處於該基站的信號覆蓋範圍內的其它基站透過傳輸無線框的方式進行資料交互。
伺服器可以包括一個伺服器或者伺服器集群，用於根據從基站或終端獲取到的資料進行業務處理，以及對該基站或該終端的工作模式和工作狀態進行控制。
本發明實施例的核心構思之一在於，在終端和基站之間設置LoRa中繼設備，透過LoRa中繼設備建立終端與基站之間的通訊。
以下，首先從終端的角度介紹終端與基站的通訊流程。
參照圖1，示出了本發明的一種終端與基站的通訊方法實施例1的步驟流程圖，具體可以包括如下步驟：
步驟101，所述終端在第一模式下向中繼設備發送第一資料框，所述第一資料框包括第一前置碼以及第一訊息集，所述第一前置碼用於喚醒所述中繼設備；
在標準的入網過程中，終端會向基站發送帶有第二前置碼的入網請求框，如果終端能接收到基站返回的入網回應框，則標準入網成功。
但是當終端與基站之間的相互的信號強度不夠時，終端發送的入網請求框無法到達基站，或基站返回的入網回應框無法到達終端，則標準入網失敗。
本發明實施例中在終端和基站之間設置有LoRa中繼設備，可以透過中繼設備建立終端與基站之間的通訊。
例如，終端埋在地下，距離基站500米。如果終端因為地面的阻礙無法接收到基站信號，這時可以把中繼設備放在終端的埋設點的地面上方，起到信號中繼的作用。
在本發明實施例中，中繼設備作為標準節點首先按標準的入網流程接入LoRa網路。即中繼設備首先向基站發送帶有第二前置碼的入網請求框，然後接收基站返回的入網回應框。在標準入網成功後，中繼設備進行間歇性休眠狀態以節省功耗。
當終端標準入網流程失敗時，終端可以向已入網的中繼設備發送帶有第一前置碼的入網請求框。
前置碼是一段規則的無線信號，用以通知無線接收者後面的無線信號含有有效資訊。
在本發明實施例中，第二前置碼和第一前置碼都是入網請求框前的一段無線信號。
第二前置碼為標準前置碼，是按LoRaWAN協定規定的標準格式的前置碼。第一前置碼為長前置碼，第一前置碼的長度比第二前置碼的長度要長。前置碼的長度可以包括時長。
第一前置碼的另一個目的是啟動休眠的無線接收者，所以它的長度比第二前置碼的長度更長。比如接收者的休眠週期是4秒，那第一前置碼的長度至少要有4秒。
在本發明實施例中，中繼設備從間歇性休眠狀態週期性地自我喚醒，在喚醒時，中繼設備檢測是否存在中繼特殊框的第一前置碼。若檢測到第一前置碼，則中繼設備啟動資料接收功能，接收第一前置碼之後的中繼特殊框的有效載酬。第一前置碼加上後面有效載酬可以統稱為中繼特殊框。第一訊息集可以是中繼特殊框的載酬部分。
在本發明實施例中，所述步驟101可以包括如下子步驟：
子步驟S1011，所述第一資訊集包括第一時間間隔資訊，所述第一時間間隔資訊用於指示第一時間間隔的資訊長度。
具體地，第一資訊集可以是中繼特殊框的載酬(payload)部分。第一時間間隔資訊為中繼特殊框以及後續的普通框之間的時間間隔。第一時間間隔可以是隨機的。例如，終端收到第一資訊集中的時間間隔資訊，並且解析出時間間隔資訊的值為10ms。則終端在完成接收中繼特殊框後的10ms後，打開接收視窗接收後續的正常框。可選地，第一時間間隔可以由中繼金鑰加密。中繼金鑰可以以預設在終端以及中繼設備中。中繼金鑰也可以是動態產生的。例如，中繼金鑰可以透過終端的根金鑰衍生出來。用來衍生中繼金鑰的根金鑰可以是網路金鑰(NwkKey)或者是應用金鑰(AppKey)。終端衍生出中繼金鑰之後，透過中繼設備向網路伺服器發送用中繼金鑰加密的上行資料框。中繼設備在轉發終端的上行資料框時，將資料框進行封裝，封裝後的上行資料框包括中繼設備的標識。網路伺服器透過基站接收到中繼設備發送的封裝後的資料框，透過終端標識確定對應的根金鑰，並且衍生出中繼金鑰。之後，網路伺服器透過基站將中繼金鑰發送給中繼設備。可選地，終端在發送上行資料框時，可以攜帶一個根金鑰標識，根金鑰標識用來使得網路伺服器確定衍生中繼金鑰所使用的根金鑰，例如根金鑰標識可以代表網路金鑰(NwkKey)，也可以代表應用金鑰(AppKey)。透過引入中繼金鑰，終端可以解密第一資訊集並且解析第一時間間隔資訊。並且在等待第一時間間隔後，打開接收時間視窗接收正常框。
透過實現時間間隔的隨機化，可以防止攻擊者在獲知時間間隔資訊之後，在指定時間點發送資料框干擾普通框。
在本發明實施例中，所述步驟101可以包括如下子步驟：
子步驟S1012，所述第一資訊集包括安全機制指示標識，所述安全機制指示標識用於指示所述第一資訊集的安全等級。
具體地，安全機制指示標識可以指示中繼特殊框的載酬部分是否是加密的。安全機制指示標識本身是不加密的。例如，安全機制指示標識為1時，代表中繼特殊框的載酬部分由中繼金鑰加密。安全機制指示標識為0時，代表中繼特殊框的載酬部分沒有加密。終端可以根據安全機制指示標識來確認中繼特殊框載酬部分的安全等級。
在本發明實施例中，所述步驟101可以包括如下子步驟：
子步驟S1013，所述第一資訊集包括計數值，所述計數值用於確認所述第一訊息集為非重複發送的訊息集。
具體地，第一資訊集中的計數值主要用來防止攻擊者針對中繼特殊框的重放攻擊。終端接收到計數值後，會和之前記錄的最新的計數值進行比較。如果終端收到的中繼特殊框中的計數值大於終端記錄的計數值，則終端接收該中繼特殊框。如果終端收到的中繼特殊框中的計數值不大於終端記錄的計數值。則終端丟棄該中繼特殊框。
在本發明實施例中，所述步驟101可以包括如下子步驟：
子步驟S1014，所述第一資訊集包括第一驗證資訊，所述第一驗證資訊用於驗證所述第二資訊集。
具體地，第二資訊集是中繼特殊框之後的普通框的載酬(payload)部分。
第一驗證資訊可以是針對第二資訊集的訊息驗證碼(Message Integrity Code, MIC)。訊息驗證碼可以是透過中繼金鑰計算得到的。中級設備接收到訊息驗證碼以及之後的普通框後，可以驗證訊息驗證碼。如果驗證成功，則中繼設備將該普通框轉發給基站。如果驗證失敗，則中繼設備丟棄該普通框。可選地，第一驗證資訊也可以是針對第二資訊集的簽名資訊。中繼設備可以根據普通框來驗證簽名資訊。如果驗證成功，則中繼設備將該普通框轉發給基站。如果驗證失敗，則中繼設備丟棄該普通框。
增加驗證資訊可以有效地防止中級設備轉發攻擊者發送的非法資料框。
在本發明實施例中，所述步驟101可以包括如下子步驟：
子步驟S1015，所述第一資訊集包括封裝指示標識，所述封裝指示標識用於指示所述中繼設備是否對所述第二資料框做封裝處理。
具體地，封裝指示標識可以用來指示中繼設備是否可以對第二資料框做封裝處理。中繼設備將第二資料框作為新的封裝資料框的有效載酬，並且在封裝資料框中添加中繼設備的標識、封裝資料框控制資訊以及MAC指令。網路伺服器需要封裝資料框轉發給專門的中繼應用伺服器進行處理。
在本發明實施例中，所述步驟101可以包括如下子步驟：
子步驟S1016，所述第一資訊集包括展頻因數指示資訊，所述展頻因數指示資訊用於指示所述中繼設備根據所述展頻因數指示資訊對應的展頻因數向所述基站發送所述第二資料框。
具體地，第二資料框可以是用於進行終端與閘道之間時間同步的資料框。終端透過中繼設備向閘道發送時間同步框，並且透過中繼設備接收到閘道發送的時間同步回應框。終端透過時間同步回應框中攜帶的閘道發送該框時的時間資訊以及中繼模式接收視窗等資訊計算終端當前的校準時間。終端可以透過展頻因數指示資訊來指定中繼設備用特定的展頻因數向閘道發送時間同步框。這樣有助於終端得到中繼設備與閘道之間傳遞時間同步框以及時間同步確認框的空口佔用時間，進而實現終端與閘道之間時間同步的目的。
圖9展示了中繼特殊框的有效載酬部分的資訊結構。第一時間間隔資訊在有中繼金鑰加密以及沒有中繼金鑰加密的兩種情況下都存在。第一驗證資訊用於驗證第二資料框中的第二資訊集的完整性。第二驗證資訊用於驗證第一資料框中的第一資訊集的完整性。當沒有中繼金鑰加密時，第一資訊集中可以沒有第一驗證資訊以及第二驗證資訊，但可以包括第一時間間隔資訊，封裝指示標識以及展頻因數指示資訊。
步驟102，所述終端在所述第一模式下向所述中繼設備發送第二資料框，所述第二資料框包括第二前置碼以及第二資訊集，所述第二資料框是所述終端在完成發送所述第一資料框並經歷第一時間間隔後發送的，所述第二前置碼的長度小於所述第一前置碼的長度；
具體地，所述第一模式為中繼模式。第二資料框為正常框。第二前置碼為正常的前置碼。第二資訊集為正常框的載酬部分。如圖3所示，中繼特殊框用於喚醒中繼設備，中繼設備獲取特殊框的載酬部分後，可以獲取到載酬部分是否加密的資訊、特殊框的計數值以及針對第二資訊集的第一驗證資訊。中繼設備可以根據特殊框部分判斷後續普通框的合法性。並且在判斷不合法的情況下，拒絕轉發後續的普通框。判斷不合法的原因可以是：1. 中繼設備判斷中繼特殊框的計數值不大於中繼設備記錄的最新的中繼特殊框的計數值。
可選地，中繼特殊框和普通框可以使用不同的通道。例如，中繼特殊框可以在通道1中進行傳輸，而普通框可以在通道2中進行傳輸。中繼特殊框以及普通框使用的通道資訊可以預設在終端以及中繼設備上。中繼設備和終端可以透過接收MAC指令中的中繼通道變更資訊來更新中繼特殊框以及普通框的通道使用資訊。可選地，中繼特殊框的載酬部分可以包括普通框的通道使用資訊。終端在接收到相應的通道使用資訊後可以在指定時間的制定通道來接收普通框
可選地，在普通框之前可以有多個中繼特殊框。中繼特殊框可以包括載酬部分，也可以只包括一個長前置碼。每兩個特殊框之間的時間間隔可以是一個隨機任意的時間值。多個中繼特殊框存在的情況下，可以以檢測多個特殊框作為判斷依據，可以更好地保護普通框。可選地，多個特殊框可以使用不同的通道進行傳輸。例如，特殊框1可以使用通道1。特殊框2可以使用通道2。特殊框的通道使用資訊可以包含在前一個特殊框的有效載酬部分。
可選地，一個中繼特殊框之後也可以存在多個普通框。中繼特殊框中可以包括多個時間間隔資訊，每個時間間隔資訊對應一個普通框和前框之間的時間間隔。由圖5所示，一個中繼特殊框之後帶有兩個普通框，分別是普通框1以及普通框2。中繼特殊框的載酬部分(無線框主體)中包括中繼特殊間隔資訊1以及中繼特殊間隔資訊2。中繼特殊間隔資訊1代表了中繼特殊框以及普通框1之間的間隔時間(中繼特殊間隔1)。中繼特殊間隔資訊2代表了普通框1和普通框2之間的間隔時間(中繼特殊間隔2)。不同的中繼特殊間隔可以是不同的值。不同的中繼特殊間隔可以減低攻擊者在特定時間攻擊普通框的幾率。一個中繼特殊框之後發送多個普通框，可以有效地提高中繼傳輸的效率。
可選地，多個普通框可以使用不同的通道進行傳輸。例如，普通框1可以使用通道1。普通框2可以使用通道2。普通框的通道使用資訊可以包含在前一個普通框的有效載酬部分。
在本發明實施例中，所述步驟102可以包括如下子步驟：
子步驟S1021，所述第二資料框可以是入網請求框，所述入網請求框用於請求接入網路。
具體地，入網請求(join request)框可以是LoRaWAN協定標準的入網請求框。中繼設備可以透過入網請求框之前的中繼特殊框被喚醒，並且接受第一時間間隔以後的入網請求框。在此步驟中，入網請求框可以被當作是普通框的一部分。
步驟103，所述終端在所述第一模式下接收所述中繼設備發送的第三資料框，所述第三資料框是所述中繼設備從所述基站接收後，發送給所述終端的。
具體地，第一模式為中繼模式。第三資料框為伺服器向終端發送的下行資料框。伺服器首先將下行資料框發給對應的基站。之後，基站將資料框發送給對應的中繼設備。最後，由中繼設備將下行資料框發送給終端。
由圖4所示，基站透過正常模式的第一接收時間視窗(RX1視窗)以及第二接收時間視窗(RX2視窗)將下行資料框發送給中繼設備。中繼設備透過中繼模式的第一接收視窗(RX1’視窗)以及第二接收視窗(RX2’視窗)將下行資料框發送給終端。中繼模式的第一接收視窗(RX1’視窗)以及第二接收視窗(RX2’視窗)對應的接收期間1’以及接收期間2’可以是由正常模式的第一接收視窗(RX1視窗)以及第二接收視窗(RX2視窗)對應的接收期間1以及接收期間2計算得來。例如，RX1’視窗的接收期間1’可以是RX1視窗的接收期間1加上2秒。同樣的，RX2’視窗的接收期間2’可以是RX2視窗的接收期間2加上2秒。可選地，RX1’以及RX2’視窗對應的接收期間1’以及接收期間2’也可以設定為定長，例如3秒以及4秒。可選地，RX1’以及RX2’視窗對應的接收期間1’以及接收期間2’也可以小於對應的RX1以及RX2視窗對應的接收期間1以及接收期間。本發明不做具體限定。
在本發明實施例中，所述步驟103可以包括如下子步驟：
子步驟S1031，所述第三資料框可以是入網確認框，所述入網確認框用於確認所述終端的入網請求。
具體地，入網確認(join-accept)框為LoRaWAN協定標準的入網確認框。中繼設備透過普通模式下的RX1時間視窗或者RX2時間視窗接收入網確認框。之後，中繼設備透過中繼模式下的RX1’時間視窗或者RX2’時間視窗接收入網確認框。
在本發明實施例中，所述終端接收所述中繼設備發送的第三資料框之後，還包括如下子步驟：
子步驟S1032，所述終端向所述中繼設備發送第四資料框，所述第四資料框包括終端標識，所述終端標識用於使得所述中繼設備更新白名單。
具體地，所述第四資料框可以是終端和中繼設備之間的資訊同步框。終端標識可以是終端擴展唯一識別碼(Device Extended Unique Identifier，DevEUI)、終端位址(DevAddr)或者入網擴展唯一識別碼(Join Extended Unique Identifier，JoinEUI)中的任意一個。終端在完成中繼模式下的入網過程後，向中繼設備發送一個資訊同步框，資訊同步框中包括終端標識。中繼設備將該終端標識更新到白名單中。白名單中包括所用中繼設備認為可以轉發訊息的終端的終端標識。中繼設備在中繼模式下接收到一個中繼特殊框後，解析出特殊框中的終端標識，判斷該終端標識是否存在於白名單中。如果該終端標識存在於白名單中，則中繼設備接收中繼特殊框之後的普通框，並且向基站發送該普通框。否則，不接收中繼特殊框之後的普通框。白名單可以預設在中繼設備中。
可選地，終端在中繼模式下收到入網回應框後，可以將DevEUI以及DevAddr中的至少一個發送給中繼設備。由中繼設備來更新對應的白名單。可選地，終端向中繼設備發送的攜帶有終端標識的資訊同步框可以被中繼金鑰加密。中繼設備可以先用中繼金鑰解密資訊同步框，並在之後更新白名單。可選地，白名單也可以透過網路伺服器下發的媒體存取控制(Media Access Control, MAC)命令來配置。例如，網路伺服器可以透過基站向中繼設備下發白名單配置命令(WhiteListConfig Command)。白名單配置命令中包括需要刪除的終端標識或者是需要添加的終端標識。中繼設備收到白名單配置命令後，根據配置命令來刪除相應的終端標識，或者添加相應的終端標識。所述終端標識可以是DevEUI以及DevAddr之中的至少一個。
可選地，中繼特殊框的載酬部分可以攜帶終端標識。終端標識可以是DevAddr或者DevEUI或者joinEUI，中繼設備可以透過終端發送的中繼特殊框中的標識(DevAddr或者DevEUI)來提前判斷可以轉發該終端的資料框。透過此機制可以提高白名單過濾的效率。
在本發明實施例中，所述終端接收所述中繼設備發送的第三資料框之後，還包括如下子步驟：
子步驟S1033，所述終端在所述第一模式下根據第一標識判斷是否監聽所述第二模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗。
具體地，第一模式為中繼模式。第二模式為正常模式。第一標識可以是禁止接收正常模式接收視窗標識。第一標識用來使得終端判斷是否監聽正常模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗。在某些場景下，終端無法在正常模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗接收到基站發送的下行資料框，如果讓終端監聽正常模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗會造成不必要的資源浪費。因此，可以透過設置一個禁止接收正常模式接收視窗標識來控制終端不再監聽正常模式下的接收時間視窗。例如，禁止接收正常模式接收視窗標識置1時，終端將不再監聽正常模式下的任何接收時間視窗。當禁止接收正常模式接收視窗標識置9時，終端監聽正常模式下的任何接收時間視窗。可選地，網路伺服器可以用MAC指令來更改終端上的禁止接收正常模式接收視窗標識。
在本發明實施例中，所述步驟103可以包括如下子步驟：
子步驟S1034，若所述終端在所述第一模式下在所述第二模式的任意一個接收時間視窗接收到所述基站發送的第四資料框，則所述終端從所述第一模式切換到所述第二模式。
具體地，第四資料框可以是任意形式的下行資料框。如果終端能夠接收到正常模式下，由基站發送的任意一個接收時間視窗的下行資料框，則說明終端已經可以獨立與基站進行通訊。因此，終端可以自動由中繼模式切換為普通模式。並且在發送上行資料框時，使用普通框架格式。可選地，終端可以在連續接收多個正常模式下任意接收時間視窗的下行資料框後，由中繼模式切換回普通模式。透過檢測多次收到正常模式下的下行資料框之後再切換回普通模式，可以增加終端切換回正常模式的準確率。
本發明實施例中，終端透過長前置碼機制喚醒中繼設備，並且透過中繼設備將上行資料框發送到基站。同時，終端也可以透過中繼設備獲取基站發送的下行資料框，可以有效地擴大網路的覆蓋範圍。
參照圖2，示出了本發明的一種終端與基站的通訊方法實施例2的步驟流程圖，具體可以包括如下步驟：
步驟201，中繼設備接收所述終端發送的第一資料框，所述第一資料框包括第一前置碼以及第一訊息集，所述第一前置碼用於喚醒所述中繼設備；
在標準的入網過程中，終端會向基站發送帶有第二前置碼的入網請求框，如果終端能接收到基站返回的入網回應框，則標準入網成功。
但是當終端與基站之間的相互的信號強度不夠時，終端發送的入網請求框無法到達基站，或基站返回的入網回應框無法到達終端，則標準入網失敗。
本發明實施例中在終端和基站之間設置有LoRa中繼設備，可以透過中繼設備建立終端與基站之間的通訊。
例如，終端埋在地下，距離基站500米。如果終端因為地面的阻礙無法接收到基站信號，這時可以把中繼設備放在終端的埋設點的地面上方，起到信號中繼的作用。
在本發明實施例中，中繼設備作為標準節點首先按標準的入網流程接入LoRa網路。即中繼設備首先向基站發送帶有第二前置碼的入網請求框，然後接收基站返回的入網回應框。在標準入網成功後，中繼設備進行間歇性休眠狀態以節省功耗。
當終端標準入網流程失敗時，終端可以向已入網的中繼設備發送帶有第一前置碼的入網請求框。
前置碼是一段規則的無線信號，用以通知無線接收者後面的無線信號含有有效資訊。
在本發明實施例中，第二前置碼和第一前置碼都是入網請求框前的一段無線信號。
第二前置碼為標準前置碼，是按LoRaWAN協定規定的標準格式的前置碼。第一前置碼為長前置碼，第一前置碼的長度比第二前置碼的長度要長。前置碼的長度可以包括時長。
第一前置碼的另一個目的是啟動休眠的無線接收者，所以它的長度比第二前置碼的長度更長。比如接收者的休眠週期是4秒，那第一前置碼的長度至少要有4秒。
在本發明實施例中，中繼設備從間歇性休眠狀態週期性地自我喚醒，在喚醒時，中繼設備檢測是否存在中繼特殊框的第一前置碼。若檢測到第一前置碼，則中繼設備啟動資料接收功能，接收第一前置碼之後的中繼特殊框的有效載酬。第一前置碼加上後面有效載酬可以統稱為中繼特殊框。第一訊息集可以是中繼特殊框的載酬部分。
在本發明實施例中，所述步驟201可以包括如下子步驟：
子步驟S2011，所述第一資訊集包括第一時間間隔資訊，所述第一時間間隔資訊用於指示第一時間間隔的資訊長度。
具體地，第一資訊集可以是中繼特殊框的載酬(payload)部分。第一時間間隔資訊為中繼特殊框以及後續的普通框之間的時間間隔。第一時間間隔可以是隨機的。例如，終端收到第一資訊集中的時間間隔資訊，並且解析出時間間隔資訊的值為10ms。則終端在完成接收中繼特殊框後的10ms後，打開接收視窗接收後續的正常框。可選地，第一時間間隔可以由中繼金鑰加密。中繼金鑰可以以預設在終端以及中繼設備中。中繼金鑰也可以是動態產生的。例如，中繼金鑰可以透過終端的根金鑰衍生出來。用來衍生中繼金鑰的根金鑰可以是網路金鑰(NwkKey)或者是應用金鑰(AppKey)。終端衍生出中繼金鑰之後，透過中繼設備向網路伺服器發送用中繼金鑰加密的上行資料框。中繼設備在轉發終端的上行資料框時，將資料框進行封裝，封裝後的上行資料框包括中繼設備的標識。網路伺服器透過基站接收到中繼設備發送的封裝後的資料框，透過終端標識確定對應的根金鑰，並且衍生出中繼金鑰。之後，網路伺服器透過基站將中繼金鑰發送給中繼設備。可選地，終端在發送上行資料框時，可以攜帶一個根金鑰標識，根金鑰標識用來使得網路伺服器確定衍生中繼金鑰所使用的根金鑰，例如根金鑰標識可以代表網路金鑰(NwkKey)，也可以代表應用金鑰(AppKey)。透過引入中繼金鑰，終端可以解密第一資訊集並且解析第一時間間隔資訊。並且在等待第一時間間隔後，打開接收時間視窗接收正常框。
透過實現時間間隔的隨機化，可以防止攻擊者在獲知時間間隔資訊之後，在指定時間點發送資料框干擾普通框。
在本發明實施例中，所述步驟201可以包括如下子步驟：
子步驟S2012，所述第一資訊集包括安全機制指示標識，所述安全機制指示標識用於指示所述第一資訊集的安全等級。
具體地，安全機制指示標識可以指示中繼特殊框的載酬部分是否是加密的。安全機制指示標識本身是不加密的。例如，安全機制指示標識為1時，代表中繼特殊框的載酬部分由中繼金鑰加密。安全機制指示標識為0時，代表中繼特殊框的載酬部分沒有加密。終端可以根據安全機制指示標識來確認中繼特殊框載酬部分的安全等級。
在本發明實施例中，所述步驟201可以包括如下子步驟：
子步驟S2013，所述第一資訊集包括計數值，所述計數值用於確認所述第一訊息集為非重複發送的訊息集。
具體地，第一資訊集中的計數值主要用來防止攻擊者針對中繼特殊框的重放攻擊。終端接收到計數值後，會和之前記錄的最新的計數值進行比較。如果終端收到的中繼特殊框中的計數值大於終端記錄的計數值，則終端接收該中繼特殊框。如果終端收到的中繼特殊框中的計數值不大於終端記錄的計數值。則終端丟棄該中繼特殊框。
在本發明實施例中，所述步驟201可以包括如下子步驟：
子步驟S2014，所述第一資訊集包括第一驗證資訊，所述第一驗證資訊用於驗證所述第二資訊集。
具體地，第二資訊集是中繼特殊框之後的普通框的載酬(payload)部分。
第一驗證資訊可以是針對第二資訊集的訊息驗證碼(Message Integrity Code, MIC)。訊息驗證碼可以是透過中繼金鑰計算得到的。中級設備接收到訊息驗證碼以及之後的普通框後，可以驗證訊息驗證碼。如果驗證成功，則中繼設備將該普通框轉發給基站。如果驗證失敗，則中繼設備丟棄該普通框。可選地，第一驗證資訊也可以是針對第二資訊集的簽名資訊。中繼設備可以根據普通框來驗證簽名資訊。如果驗證成功，則中繼設備將該普通框轉發給基站。如果驗證失敗，則中繼設備丟棄該普通框。
增加驗證資訊可以有效地防止中級設備轉發攻擊者發送的非法資料框。
在本發明實施例中，所述步驟201可以包括如下子步驟：
子步驟S2015，所述第一資訊集包括封裝指示標識，所述封裝指示標識用於指示所述中繼設備是否對所述第二資料框做封裝處理。
具體地，封裝指示標識可以用來指示中繼設備是否可以對第二資料框做封裝處理。中繼設備將第二資料框作為新的封裝資料框的有效載酬，並且在封裝資料框中添加中繼設備的標識、封裝資料框控制資訊以及MAC指令。網路伺服器需要封裝資料框轉發給專門的中繼應用伺服器進行處理。
在本發明實施例中，所述步驟201可以包括如下子步驟：
子步驟S2016，所述第一資訊集包括展頻因數指示資訊，所述展頻因數指示資訊用於指示所述中繼設備根據所述展頻因數指示資訊對應的展頻因數向所述基站發送所述第二資料框。
具體地，第二資料框可以是用於進行終端與閘道之間時間同步的資料框。終端透過中繼設備向閘道發送時間同步框，並且透過中繼設備接收到閘道發送的時間同步回應框。終端透過時間同步回應框中攜帶的閘道發送該框時的時間資訊以及中繼模式接收視窗等資訊計算終端當前的校準時間。終端可以透過展頻因數指示資訊來指定中繼設備用特定的展頻因數向閘道發送時間同步框。這樣有助於終端得到中繼設備與閘道之間傳遞時間同步框以及時間同步確認框的空口佔用時間，進而實現終端與閘道之間時間同步的目的。
步驟202，所述中繼設備接收所述終端發送的第二資料框，所述第二資料框包括第二前置碼以及第二資訊集，所述第二資料框是所述中繼設備在完成接收所述第一資訊框並經歷第一時間間隔後接收的，所述第二前置碼的長度小於所述第一前置碼的長度；
具體地，所述第一模式為中繼模式。第二資料框為正常框。第二前置碼為正常的前置碼。第二資訊集為正常框的載酬部分。如圖3所示，中繼特殊框用於喚醒中繼設備，中繼設備獲取特殊框的載酬部分後，可以獲取到載酬部分是否加密的資訊、特殊框的計數值以及針對第二資訊集的第一驗證資訊。中繼設備可以根據特殊框部分判斷後續普通框的合法性。並且在判斷不合法的情況下，拒絕轉發後續的普通框。判斷不合法的原因可以是：1. 中繼設備判斷中繼特殊框的計數值不大於中繼設備記錄的最新的中繼特殊框的計數值。
可選地，在普通框之前可以有多個中繼特殊框。中繼特殊框可以包括載酬部分，也可以只包括一個長前置碼。每兩個特殊框之間的時間間隔可以是一個隨機任意的時間值。多個中繼特殊框存在的情況下，可以以檢測多個特殊框作為判斷依據，可以更好地保護普通框。
可選地，一個中繼特殊框之後也可以存在多個普通框。中繼特殊框中可以包括多個時間間隔資訊，每個時間間隔資訊對應一個普通框和前框之間的時間間隔。由圖5所示，一個中繼特殊框之後帶有兩個普通框，分別是普通框1以及普通框2。中繼特殊框的載酬部分(無線框主體)中包括中繼特殊間隔資訊1以及中繼特殊間隔資訊2。中繼特殊間隔資訊1代表了中繼特殊框以及普通框1之間的間隔時間(中繼特殊間隔1)。中繼特殊間隔資訊2代表了普通框1和普通框2之間的間隔時間(中繼特殊間隔2)。不同的中繼特殊間隔可以是不同的值。不同的中繼特殊間隔可以減低攻擊者在特定時間攻擊普通框的幾率。一個中繼特殊框之後發送多個普通框，可以有效地提高中繼傳輸的效率。
在本發明實施例中，所述步驟202可以包括如下子步驟：
子步驟S2021，所述第二資料框可以是入網請求框，所述入網請求框用於請求接入網路。
具體地，入網請求(join request)框可以是LoRaWAN協定標準的入網請求框。中繼設備可以透過入網請求框之前的中繼特殊框被喚醒，並且接受第一時間間隔以後的入網請求框。在此步驟中，入網請求框可以被當作是普通框的一部分。
步驟203，所述中繼設備向所述終端發送第三資料框，所述第三資料框是所述中繼設備從所述基站接收後，發送給所述終端的。
具體地，第一模式為中繼模式。第三資料框為伺服器向終端發送的下行資料框。伺服器首先將下行資料框發給對應的基站。之後，基站將資料框發送給對應的中繼設備。最後，由中繼設備將下行資料框發送給終端。
由圖4所示，基站透過正常模式的第一接收時間視窗(RX1視窗)以及第二接收時間視窗(RX2視窗)將下行資料框發送給中繼設備。中繼設備透過中繼模式的第一接收視窗(RX1’視窗)以及第二接收視窗(RX2’視窗)將下行資料框發送給終端。中繼模式的第一接收視窗(RX1’視窗)以及第二接收視窗(RX2’視窗)對應的接收期間1’以及接收期間2’可以是由正常模式的第一接收視窗(RX1視窗)以及第二接收視窗(RX2視窗)對應的接收期間1以及接收期間2計算得來。例如，RX1’視窗的接收期間1’可以是RX1視窗的接收期間1加上2秒。同樣地，RX2’視窗的接收期間2’可以是RX2視窗的接收期間2加上2秒。可選地，RX1’以及RX2’視窗對應的接收期間1’以及接收期間2’也可以設定為定長，例如3秒以及4秒。可選地，RX1’以及RX2’視窗對應的接收期間1’以及接收期間2’也可以小於對應的RX1以及RX2視窗對應的接收期間1以及接收期間。本發明不做具體限定。
在本發明實施例中，所述步驟203可以包括如下子步驟：
子步驟S2031，所述第三資料框可以是入網確認框，所述入網確認框用於確認所述終端的入網請求。
具體地，入網確認(join-accept)框為LoRaWAN協定標準的入網確認框。中繼設備透過普通模式下的RX1時間視窗或者RX2時間視窗接收入網確認框。之後，中繼設備透過中繼模式下的RX1’時間視窗或者RX2’時間視窗接收入網確認框。
在本發明實施例中，所述步驟203可以包括如下子步驟：
子步驟S2032，所述中繼設備接收所述終端發送的第四資料框，所述第四資料框包括終端標識，所述終端標識用於所述中繼設備更新白名單。
具體地，所述第四資料框可以是終端和中繼設備之間的資訊同步框。終端標識可以是終端擴展唯一識別碼(Device Extended Unique Identifier，DevEUI)、終端位址(DevAddr)或者入網擴展唯一識別碼(Join Extended Unique Identifier，JoinEUI)中的任意一個。終端在完成中繼模式下的入網過程後，向中繼設備發送一個資訊同步框，資訊同步框中包括終端標識。中繼設備將該終端標識更新到白名單中。白名單中包括所用中繼設備認為可以轉發訊息的終端的終端標識。中繼設備在中繼模式下接收到一個中繼特殊框後，解析出特殊框中的終端標識，判斷該終端標識是否存在於白名單中。如果該終端標識存在於白名單中，則中繼設備接收中繼特殊框之後的普通框，並且向基站發送該普通框。否則，不接收中繼特殊框之後的普通框。白名單可以預設在中繼設備中。
可選地，終端在中繼模式下收到入網回應框後，可以將DevEUI以及DevAddr中的至少一個發送給中繼設備。由中繼設備來更新對應的白名單。可選地，終端向中繼設備發送的攜帶有終端標識的資訊同步框可以被中繼金鑰加密。中繼設備可以先用中繼金鑰解密資訊同步框，並在之後更新白名單。可選地，白名單也可以透過網路伺服器下發的媒體存取控制(Media Access Control, MAC)命令來配置。例如，網路伺服器可以透過基站向中繼設備下發白名單配置命令(WhiteListConfig Command)。白名單配置命令中包括需要刪除的終端標識或者是需要添加的終端標識。中繼設備收到白名單配置命令後，根據配置命令來刪除相應的終端標識，或者添加相應的終端標識。所述終端標識可以是DevEUI以及DevAddr之中的至少一個。
參照圖7，示出了本發明的一種終端實施例3的裝置圖，具體可以包括如下步驟：
發送模組1001，用於在第一模式下向中繼設備發送第一資料框，所述第一資料框包括第一前置碼以及第一訊息集，所述第一前置碼用於喚醒所述中繼設備；
在標準的入網過程中，終端會向基站發送帶有第二前置碼的入網請求框，如果終端能接收到基站返回的入網回應框，則標準入網成功。
但是當終端與基站之間的相互的信號強度不夠時，終端發送的入網請求框無法到達基站，或基站返回的入網回應框無法到達終端，則標準入網失敗。
本發明實施例中在終端和基站之間設置有LoRa中繼設備，可以透過中繼設備建立終端與基站之間的通訊。
例如，終端埋在地下，距離基站500米。如果終端因為地面的阻礙無法接收到基站信號，這時可以把中繼設備放在終端的埋設點的地面上方，起到信號中繼的作用。
在本發明實施例中，中繼設備作為標準節點首先按標準的入網流程接入LoRa網路。即中繼設備首先向基站發送帶有第二前置碼的入網請求框，然後接收基站返回的入網回應框。在標準入網成功後，中繼設備進行間歇性休眠狀態以節省功耗。
當終端標準入網流程失敗時，終端可以向已入網的中繼設備發送帶有第一前置碼的入網請求框。
前置碼是一段規則的無線信號，用以通知無線接收者後面的無線信號含有有效資訊。
在本發明實施例中，第二前置碼和第一前置碼都是入網請求框前的一段無線信號。
第二前置碼為標準前置碼，是按LoRaWAN協定規定的標準格式的前置碼。第一前置碼為長前置碼，第一前置碼的長度比第二前置碼的長度要長。前置碼的長度可以包括時長。
第一前置碼的另一個目的是啟動休眠的無線接收者，所以它的長度比第二前置碼的長度更長。比如接收者的休眠週期是4秒，那第一前置碼的長度至少要有4秒。
在本發明實施例中，中繼設備從間歇性休眠狀態週期性地自我喚醒，在喚醒時，中繼設備檢測是否存在中繼特殊框的第一前置碼。若檢測到第一前置碼，則中繼設備啟動資料接收功能，接收第一前置碼之後的中繼特殊框的有效載酬。第一前置碼加上後面有效載酬可以統稱為中繼特殊框。第一訊息集可以是中繼特殊框的載酬部分。
發送模組1001，用於在所述第一模式下向所述中繼設備發送第二資料框，所述第二資料框包括第二前置碼以及第二資訊集，所述第二資料框是所述終端在完成發送所述第一資料框並經歷第一時間間隔後發送的，所述第二前置碼的長度小於所述第一前置碼的長度；
具體地，所述第一模式為中繼模式。第二資料框為正常框。第二前置碼為正常的前置碼。第二資訊集為正常框的載酬部分。如圖3所示，中繼特殊框用於喚醒中繼設備，中繼設備獲取特殊框的載酬部分後，可以獲取到載酬部分是否加密的資訊、特殊框的計數值以及針對第二資訊集的第一驗證資訊。中繼設備可以根據特殊框部分判斷後續普通框的合法性。並且在判斷不合法的情況下，拒絕轉發後續的普通框。判斷不合法的原因可以是：1. 中繼設備判斷中繼特殊框的計數值不大於中繼設備記錄的最新的中繼特殊框的計數值。
可選地，中繼特殊框和普通框可以使用不同的通道。例如，中繼特殊框可以在通道1中進行傳輸，而普通框可以在通道2中進行傳輸。中繼特殊框以及普通框使用的通道資訊可以預設在終端以及中繼設備上。中繼設備和終端可以透過接收MAC指令中的中繼通道變更資訊來更新中繼特殊框以及普通框的通道使用資訊。可選地，中繼特殊框的載酬部分可以包括普通框的通道使用資訊。終端在接收到相應的通道使用資訊後可以在指定時間的制定通道來接收普通框
可選地，在普通框之前可以有多個中繼特殊框。中繼特殊框可以包括載酬部分，也可以只包括一個長前置碼。每兩個特殊框之間的時間間隔可以是一個隨機任意的時間值。多個中繼特殊框存在的情況下，可以以檢測多個特殊框作為判斷依據，可以更好地保護普通框。可選地，多個特殊框可以使用不同的通道進行傳輸。例如，特殊框1可以使用通道1。特殊框2可以使用通道2。特殊框的通道使用資訊可以包含在前一個特殊框的有效載酬部分。
可選地，一個中繼特殊框之後也可以存在多個普通框。中繼特殊框中可以包括多個時間間隔資訊，每個時間間隔資訊對應一個普通框和前框之間的時間間隔。由圖5所示，一個中繼特殊框之後帶有兩個普通框，分別是普通框1以及普通框2。中繼特殊框的載酬部分(無線框主體)中包括中繼特殊間隔資訊1以及中繼特殊間隔資訊2。中繼特殊間隔資訊1代表了中繼特殊框以及普通框1之間的間隔時間(中繼特殊間隔1)。中繼特殊間隔資訊2代表了普通框1和普通框2之間的間隔時間(中繼特殊間隔2)。不同的中繼特殊間隔可以是不同的值。不同的中繼特殊間隔可以減低攻擊者在特定時間攻擊普通框的幾率。一個中繼特殊框之後發送多個普通框，可以有效地提高中繼傳輸的效率。
可選地，多個普通框可以使用不同的通道進行傳輸。例如，普通框1可以使用通道1。普通框2可以使用通道2。普通框的通道使用資訊可以包含在前一個普通框的有效載酬部分。
接收模組1002，用於在所述第一模式下接收所述中繼設備發送的第三資料框，所述第三資料框是所述中繼設備從基站接收後，發送給所述終端的。
具體地，第一模式為中繼模式。第三資料框為伺服器向終端發送的下行資料框。伺服器首先將下行資料框發給對應的基站。之後，基站將資料框發送給對應的中繼設備。最後，由中繼設備將下行資料框發送給終端。
由圖4所示，基站透過正常模式的第一接收時間視窗(RX1視窗)以及第二接收時間視窗(RX2視窗)將下行資料框發送給中繼設備。中繼設備透過中繼模式的第一接收視窗(RX1’視窗)以及第二接收視窗(RX2’視窗)將下行資料框發送給終端。中繼模式的第一接收視窗(RX1’視窗)以及第二接收視窗(RX2’視窗)對應的接收期間1’以及接收期間2’可以是由正常模式的第一接收視窗(RX1視窗)以及第二接收視窗(RX2視窗)對應的接收期間1以及接收期間2計算得來。例如，RX1’視窗的接收期間1’可以是RX1視窗的接收期間1加上2秒。同樣地，RX2’視窗的接收期間2’可以是RX2視窗的接收期間2加上2秒。可選地，RX1’以及RX2’視窗對應的接收期間1’以及接收期間2’也可以設定為定長，例如3秒以及4秒。可選地，RX1’以及RX2’視窗對應的接收期間1’以及接收期間2’也可以小於對應的RX1以及RX2視窗對應的接收期間1以及接收期間。本發明不做具體限定。
在本發明實施例中，所述終端還可以包括如下模組：
處理模組1003，用於在所述終端接收所述中繼設備發送的第三資料框之後，在所述第一模式下根據第一標識判斷是否監聽所述第二模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗。
具體地，第一模式為中繼模式。第二模式為正常模式。第一標識可以是禁止接收正常模式接收視窗標識。第一標識用來使得終端判斷是否監聽正常模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗。在某些場景下，終端無法在正常模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗接收到基站發送的下行資料框，如果讓終端監聽正常模式下的第一接收時間視窗以及第二接收時間視窗會造成不必要的資源浪費。因此，可以透過設置一個禁止接收正常模式接收視窗標識來控制終端不再監聽正常模式下的接收時間視窗。例如，禁止接收正常模式接收視窗標識置1時，終端將不再監聽正常模式下的任何接收時間視窗。當禁止接收正常模式接收視窗標識置9時，終端監聽正常模式下的任何接收時間視窗。可選地，網路伺服器可以用MAC指令來更改終端上的禁止接收正常模式接收視窗標識。
在本發明實施例中，所述終端還可以包括如下模組：
處理模組1003，用於在所述終端在所述第一模式下在所述第二模式的任意一個接收時間視窗接收到所述基站發送的第四資料框後，從所述第一模式切換到所述第二模式。
具體地，第四資料框可以是任意形式的下行資料框。如果終端能夠接收到正常模式下，由基站發送的任意一個接收時間視窗的下行資料框，則說明終端已經可以獨立與基站進行通訊。因此，終端可以自動由中繼模式切換為普通模式。並且在發送上行資料框時，使用普通框架格式。可選地，終端可以在連續接收多個正常模式下任意接收時間視窗的下行資料框後，由中繼模式切換回普通模式。透過檢測多次收到正常模式下的下行資料框之後再切換回普通模式，可以增加終端切換回正常模式的準確率。
參照圖8，示出了本發明的一種中繼設備實施例4的裝置圖，具體可以包括如下步驟：
接收模組1101，用於接收所述終端發送的第一資料框，所述第一資料框包括第一前置碼以及第一訊息集，所述第一前置碼用於喚醒所述中繼設備；
在標準的入網過程中，終端會向基站發送帶有第二前置碼的入網請求框，如果終端能接收到基站返回的入網回應框，則標準入網成功。
但是當終端與基站之間的相互的信號強度不夠時，終端發送的入網請求框無法到達基站，或基站返回的入網回應框無法到達終端，則標準入網失敗。
本發明實施例中在終端和基站之間設置有LoRa中繼設備，可以透過中繼設備建立終端與基站之間的通訊。
例如，終端埋在地下，距離基站500米。如果終端因為地面的阻礙無法接收到基站信號，這時可以把中繼設備放在終端的埋設點的地面上方，起到信號中繼的作用。
在本發明實施例中，中繼設備作為標準節點首先按標準的入網流程接入LoRa網路。即中繼設備首先向基站發送帶有第二前置碼的入網請求框，然後接收基站返回的入網回應框。在標準入網成功後，中繼設備進行間歇性休眠狀態以節省功耗。
當終端標準入網流程失敗時，終端可以向已入網的中繼設備發送帶有第一前置碼的入網請求框。
前置碼是一段規則的無線信號，用以通知無線接收者後面的無線信號含有有效資訊。
在本發明實施例中，第二前置碼和第一前置碼都是入網請求框前的一段無線信號。
第二前置碼為標準前置碼，是按LoRaWAN協定規定的標準格式的前置碼。第一前置碼為長前置碼，第一前置碼的長度比第二前置碼的長度要長。前置碼的長度可以包括時長。
第一前置碼的另一個目的是啟動休眠的無線接收者，所以它的長度比第二前置碼的長度更長。比如接收者的休眠週期是4秒，那第一前置碼的長度至少要有4秒。
在本發明實施例中，中繼設備從間歇性休眠狀態週期性地自我喚醒，在喚醒時，中繼設備檢測是否存在中繼特殊框的第一前置碼。若檢測到第一前置碼，則中繼設備啟動資料接收功能，接收第一前置碼之後的中繼特殊框的有效載酬。第一前置碼加上後面有效載酬可以統稱為中繼特殊框。第一訊息集可以是中繼特殊框的載酬部分。
接收模組1101，用於接收所述終端發送的第二資料框，所述第二資料框包括第二前置碼以及第二資訊集，所述第二資料框是所述中繼設備在完成接收所述第一資訊框並經歷第一時間間隔後接收的，所述第二前置碼的長度小於所述第一前置碼的長度；
具體地，所述第一模式為中繼模式。第二資料框為正常框。第二前置碼為正常的前置碼。第二資訊集為正常框的載酬部分。如圖3所示，中繼特殊框用於喚醒中繼設備，中繼設備獲取特殊框的載酬部分後，可以獲取到載酬部分是否加密的資訊、特殊框的計數值以及針對第二資訊集的第一驗證資訊。中繼設備可以根據特殊框部分判斷後續普通框的合法性。並且在判斷不合法的情況下，拒絕轉發後續的普通框。判斷不合法的原因可以是：1. 中繼設備判斷中繼特殊框的計數值不大於中繼設備記錄的最新的中繼特殊框的計數值。
可選地，在普通框之前可以有多個中繼特殊框。中繼特殊框可以包括載酬部分，也可以只包括一個長前置碼。每兩個特殊框之間的時間間隔可以是一個隨機任意的時間值。多個中繼特殊框存在的情況下，可以以檢測多個特殊框作為判斷依據，可以更好地保護普通框。
可選地，一個中繼特殊框之後也可以存在多個普通框。中繼特殊框中可以包括多個時間間隔資訊，每個時間間隔資訊對應一個普通框和前框之間的時間間隔。由圖5所示，一個中繼特殊框之後帶有兩個普通框，分別是普通框1以及普通框2。中繼特殊框的載酬部分(無線框主體)中包括中繼特殊間隔資訊1以及中繼特殊間隔資訊2。中繼特殊間隔資訊1代表了中繼特殊框以及普通框1之間的間隔時間(中繼特殊間隔1)。中繼特殊間隔資訊2代表了普通框1和普通框2之間的間隔時間(中繼特殊間隔2)。不同的中繼特殊間隔可以是不同的值。不同的中繼特殊間隔可以減低攻擊者在特定時間攻擊普通框的幾率。一個中繼特殊框之後發送多個普通框，可以有效地提高中繼傳輸的效率。
發送模組1102，用於向所述終端發送第三資料框，所述第三資料框是所述中繼設備從所述基站接收後，發送給所述終端的。
具體地，第一模式為中繼模式。第三資料框為伺服器向終端發送的下行資料框。伺服器首先將下行資料框發給對應的基站。之後，基站將資料框發送給對應的中繼設備。最後，由中繼設備將下行資料框發送給終端。
由圖4所示，基站透過正常模式的第一接收時間視窗(RX1視窗)以及第二接收時間視窗(RX2視窗)將下行資料框發送給中繼設備。中繼設備透過中繼模式的第一接收視窗(RX1’視窗)以及第二接收視窗(RX2’視窗)將下行資料框發送給終端。中繼模式的第一接收視窗(RX1’視窗)以及第二接收視窗(RX2’視窗)對應的接收期間1’以及接收期間2’可以是由正常模式的第一接收視窗(RX1視窗)以及第二接收視窗(RX2視窗)對應的接收期間1以及接收期間2計算得來。例如，RX1’視窗的接收期間1’可以是RX1視窗的接收期間1加上2秒。同樣地，RX2’視窗的接收期間2’可以是RX2視窗的接收期間2加上2秒。可選地，RX1’以及RX2’視窗對應的接收期間1’以及接收期間2’也可以設定為定長，例如3秒以及4秒。可選地，RX1’以及RX2’視窗對應的接收期間1’以及接收期間2’也可以小於對應的RX1以及RX2視窗對應的接收期間1以及接收期間。本發明不做具體限定。
為了使本領域技術人員能夠更好地理解本發明實施例，下面透過一個例子對本發明實施例加以說明：
參照圖6所示為本發明實施例中終端與基站的通訊流程圖。
1、中繼設備向基站發送入網請求框，入網請求框為標準入網請求框。
2、中繼設備接收到基站發送的入網確認框，入網確認框為標準入網確認框。
3、終端以正常模式發送帶正常長度前置碼的入網請求框，但沒有收到入網確認框，標準入網流程失敗。
4、終端切換到中繼模式，發送中繼特殊框，中繼特殊框具有特殊的信號相位、特殊框長度等特徵，中繼器能夠透過該特徵識別該特殊框。該特殊框可以攜帶中繼特殊間隔資訊、後續普通框的驗證資訊、框序號、安全機制標識等內容。
5、終端在發送完中繼特殊框後等待中繼特殊間隔，然後發送後續的普通框。在此實施例中，此普通框為入網請求框。
6、中繼設備識別出中繼特殊框，並接收後續的入網請求框(普通框)，並將此入網請求框轉發給基站。
7、中繼設備接收基站的入網確認框。
8、中繼設備向節點的中繼模式接收視窗轉發入網確認框。終端節點入網成功。
9、終端可以向中繼器發送自己的DevAddr資訊，中繼器據此更新自己的白名單。
10、終端發送中繼特殊框，中繼特殊框具有特殊的信號相位、特殊框長度等特徵，中繼器能夠透過該特徵識別該特殊框。該特殊框可以攜帶中繼特殊間隔資訊、後續普通框的驗證資訊、框序號、安全機制標識等內容。
11、終端在發送完中繼特殊框後等待中繼特殊間隔，然後發送後續的普通框。
12、中繼設備識別出中繼特殊框，並接收後續的上行資料框(普通框)，並將此上行資料框轉發給基站。
13、中繼設備接收基站的下行資料框。
14、中繼設備向終端的終極模式接收視窗轉發下行資料框。終端上下行通訊成功。
需要說明的是，對於方法實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領域技術人員應該知悉，本發明實施例並不受所描述的動作順序的限制，因為依據本發明實施例，某些步驟可以採用其他順序或者同時進行。其次，本領域技術人員也應該知悉，說明書中所描述的實施例均屬於較佳實施例，所涉及的動作並不一定是本發明實施例所必須的。
對於裝置實施例而言，由於其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。
本發明實施例還提供了一種裝置，包括：
一個或多個處理器以及
其上儲存有指令的一個或多個機器可讀媒體，當由所述一個或多個處理器執行時，使得所述裝置執行本發明實施例所述的方法。
本發明實施例還提供了一個或多個機器可讀媒體，其上儲存有指令，當由一個或多個處理器執行時，使得裝置執行本發明實施例所述的方法。
本說明書中的各個實施例均採用漸進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
本領域內的技術人員應明白，本發明實施例的實施例可提供為方法、裝置、或電腦程式產品。因此，本發明實施例可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明實施例可採用在一個或多個其中包含有電腦可用程式碼的電腦可用儲存媒體(包括但不限於磁碟記憶體、CD-ROM、光學記憶體等)上實施的電腦程式產品的形式。
本發明實施例是參照根據本發明實施例的方法、終端設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方塊圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方塊圖中的每一流程和/或方塊、以及流程圖和/或方塊圖中的流程和/或方塊的結合。可提供這些電腦程式指令到通用電腦、專用電腦、嵌入式處理機或其他可程式設計資料處理終端設備的處理器以產生一個機器，使得透過電腦或其他可程式設計資料處理終端設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方塊圖一個方塊或多個方塊中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可儲存在能引導電腦或其他可程式設計資料處理終端設備以特定方式工作的電腦可讀記憶體中，使得儲存在該電腦可讀記憶體中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方塊圖一個方塊或多個方塊中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到電腦或其他可程式設計資料處理終端設備上，使得在電腦或其他可程式設計終端設備上執行一系列操作步驟以產生電腦實現的處理，從而在電腦或其他可程式設計終端設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方塊圖一個方塊或多個方塊中指定的功能的步驟。
儘管已描述了本發明實施例的較佳實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附申請專利範圍意欲解釋為包括較佳實施例以及落入本發明實施例範圍的所有變更和修改。
最後，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設備中還存在另外的相同要素。
以上對本發明所提供的一種終端與基站的通訊方法、一種終端與基站的通訊裝置，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
101:步驟
102:步驟
103:步驟
201:步驟
202:步驟
203:步驟
1001:發送模組
1002:接收模組
1003:處理模組
1101:接收模組
1102:發送模組
1011:子步驟
1012:子步驟
1013:子步驟
1014:子步驟
1015:子步驟
1016:子步驟
1021:子步驟
1031:子步驟
1032:子步驟
1033:子步驟
1034:子步驟
2011:子步驟
2012:子步驟
2013:子步驟
2014:子步驟
2015:子步驟
2016:子步驟
2021:子步驟
2031:子步驟
2032:子步驟
2024:子步驟
2015:子步驟
2016:子步驟
[圖1]是本發明的一種終端與基站的通訊方法實施例1的步驟流程圖；
[圖2]是本發明的一種終端與基站的通訊方法實施例2的步驟流程圖；
[圖3]是本發明的中繼模式下無線框的傳輸機制示意圖；
[圖4]是本發明正常模式以及中繼模式下的接收視窗示意圖；
[圖5]是本發明的中繼模式下無線框的另一種傳輸機制示意圖；
[圖6]是本發明實施例中終端與基站的通訊流程圖；
[圖7]是本發明的一種終端實施例3的裝置圖；
[圖8]是本發明的一種中繼設備實施例4的裝置圖；
[圖9]是本發明第一訊息集的訊息結構圖。
