基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法及应用系统

摘要

本发明公开了基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法及应用系统。该方案针对某些户外或者终端设备密集的室内地区4G网络信号不好的场景，提出了低功耗广域网技术和Mesh技术融合的接入方法，多个低功耗广域网基站组建无线Mesh网络，每个低功耗广域网基站都作为一个Mesh节点，实现路由转发功能。低功耗广域基站配备有4G模块，只要任何一个基站能够连接互联网，就能通过路由转发经由4G网络将数据上报至业务服务器。该发明充分利用低功耗广域网技术和Mesh网络的稳定性和可靠性，通过低功耗广域网技术实现终端接入以及Mesh网络回传，使得某些基站4G信号不良的情况下，数据通畅的传输上报。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法，属于通信技术领域。

背景技术

在低功耗广域网(LPWAN)产生之前，低功耗和广域网两者之间似乎只能二选一。而低功耗广域网，既能满足更长距离通信，也能使得功耗处在一个较低的水平。NB-IoT、LoRa、RPMA等都是低功耗广域网通信技术，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点，非常适合低功耗的物联网应用，连那些深埋在地下的管网和各种角落的计量表都可以实现覆盖和连接。一个低功耗广域网接入网关模块在每平方公里可以连接数以千计个终端，使得大量的终端得以接入网络。

Mesh网络是一种多跳网络，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，且可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。因此可以运用广域网低功耗技术搭建一个Mesh组网进行路由转发，每个低功耗广域网基站就是一个Mesh节点，充分保证数据传输的可靠性。Mesh网络部署快捷，且每个低功耗广域网基站都安装了4G模块，具有4G上网功能，以便将数据及时上报。

发明内容

技术问题：本发明根据采集的数据实时性的需求，设计一种基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法，由低功耗广域网基站灵活搭建一个无线Mesh网络。同时多个低功耗广域网终端方便快捷地接入，实现数据传输。以此解决在户外或者人口密集的室内4G移动网络信号覆盖不好，部分数据无法上传的技术问题。

技术方案：本发明的基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法，包括

一、如下通信流程：

1)低功耗广域网接入网关模块和多个低功耗广域网终端自动建立星型低功耗广域网络；

2)低功耗广域网基站自动发现分布在周围的其他低功耗广域网基站，并与其组成一个Mesh网络；

3)每个低功耗广域网基站的4G模块产生相应的文件描述符，同时将设备信息广播给网络内的其他基站，各低功耗广域网基站定时检测自身的4G信号强度，并告知其他基站；

4)低功耗广域网基站采用TDMA技术，在低功耗广域网基站和终端通信的时隙内，基站接收终端发来的数据信息；若该基站4G网络信号良好，则直接自行将数据上传至服务器；

5)若该低功耗广域网基站4G网络信号差甚至不可用，则先将信息暂存在存储模块中；等到基站之间通信时隙，发布求助广播给Mesh网络内的其他基站，各个基站收到广播信息后更新4G不可用状态信息，同时反馈给该低功耗广域网基站自身4G信号强度以及忙闲状态信息；该基站选择其中信号较好，同时处在空闲状态的低功耗广域网基站发送转发请求，待收到肯定回应后，将数据转发至目标基站，由其代为上传至服务器。

所述1)中低功耗广域网基站采用TDMA的工作方式，分时隙与低功耗广域网基站及低功耗广域网终端通信。

二、该方法的应用系统，包括低功耗广域网基站和各个低功耗广域网终端：

所述低功耗广域网基站集成了核心处理器、4G模块、低功耗广域网接入网关模块、存储模块、路由模块以及电源；核心处理器与4G模块、低功耗广域网接入网关模块、存储模块、路由模块相连接。

核心处理器：用以获取当前位置4G信号强度并进行是否转发的判决；

4G模块：将从终端采集到的数据上传至Internet；

低功耗广域网接入网关模块：接收各个低功耗广域网终端发来的数据信息；

存储模块：在4G网络信号不佳时，暂存收集到的数据，以便在基站之间通信的时隙进行回传；

路由模块：实现转发功能，将本基站的数据依据核心处理器下达的指令转发给下一个基站；

电源模块：为各项工作运行提供电力；

低功耗广域网终端采集数据并上传给基站。

所述低功耗广域网终端接入以及基站之间Mesh网络回传是通过低功耗广域网技术实现。

有益效果：本发明与现有技术相比，有如下优点：

(1)本发明的低功耗广域网终端与低功耗广域网基站之间采用低功耗广域网技术通信，采用点对点通信方式，实现了远距离传输的目的，以低廉的成本实现数据采集，同时具有功耗低、信号穿透性强、灵敏度高的特点。

(2)本发明充分运用了Mesh网络的灵活性、健壮性，依靠多个低功耗广域网基站之间的数据传输，根据各个低功耗广域网基站不同的4G信号情况合理控制数据上传，使整个系统运作过程更可靠。同时由低功耗广域网技术组成的Mesh网络无需搭载其他组网模块，能够更好的降低功耗，在更长时间内保持系统运行。

(3)由低功耗广域网技术进行接入和Mesh网络回传的方式，能够采集大量数据点的数据，并实时可靠的上传至业务服务器。同时多个低功耗广域网基站的加入，也让可接入的低功耗广域网终端的数目成倍的增加，实际应用范围更广，更适合物联网中的应用。

附图说明

图1基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法示意图；

图2基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法网络结构图；

图3基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法基站协议栈图；

图4基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法基站构成图；

图5基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法的软件流程图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图，对本发明作进一步说明。

基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法主要完成三个方面的工作：

(1)低功耗广域网终端对数据信息的获取与发送；

(2)利用低功耗广域网基站构建的Mesh回传网，进行信息的实时传输，实现无缝连接的传输网络；

(3)建立远程服务器系统，接收低功耗广域网基站发来的信息以及进行信息的处理。

本发明基于低功耗广域网技术和Mesh融合的泛在接入方法针对4G网络信号不良的场景展开研究设计，充分满足数据实时传输的需要，网络结构图如图2所示。

(一)应用方案设计

无线Mesh网络自动发起建立连接请求，并由低功耗广域网基站自动组建无线Mesh网络。每个低功耗广域网基站打开4G上网功能，实时监测自身的4G网络信号强度。低功耗广域网终端采集数据发送给对应的低功耗广域网基站，如果当前低功耗广域网基站4G网络信号良好，就通过该基站的4G网络将数据上传到Internet；如果当前基站4G网络信号较差，则将数据转发给其他低功耗广域网基站代为上传。基站和基站之间以及基站和终端之间的通信均采用低功耗广域网技术。设备工作在同一频段就会产生同频干扰的问题。由此，本发明采用TDMA技术，业务信道在不同的时间被分配给不同的基站或者终端，从而避免同频干扰。本发明充分考虑数据实时上传的需求，一方面整个采集和上传过程不需人为介入，另一方面具有异构网络协同的特点，符合下一代网络的应用需求。

无线通信流程如下：

(1)每个低功耗广域网接入网关模块和多个低功耗广域网终端自动建立星型低功耗广域网络。

(2)低功耗广域网基站自动发现分布在其周围的其他低功耗广域网基站，并与之组成一个Mesh网络。

(3)低功耗广域网基站的4G模块产生相应的文件描述符，同时将设备信息广播给Mesh网络内的其他基站，各低功耗广域网基站定时检测自身的4G信号强度，并告知其他基站。

(4)低功耗广域网基站采用TDMA技术，在低功耗广域网基站和终端通信的时隙内，基站接收终端发来的数据信息。若该基站4G网络信号良好，则直接自行将数据上传至服务器。

(5)若该低功耗广域网基站4G网络信号不良甚至不可用，那么先将数据暂时存放在存储器中。等到基站之间通信的时隙到来，发布求助广播给Mesh网络内的其他基站，各个基站收到广播信息后将自身4G信号强度以及忙闲状态信息反馈给该低功耗广域网基站。该低功耗广域网基站选择其中信号较好的同时处在空闲状态的基站发送转发请求，待收到肯定回应后，将数据转发至目标基站，由其代为上传至业务服务器。