本發(fā)明涉及一種基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法，屬于通信技術領域。

背景技術：

在低功耗廣域網(wǎng)(lpwan)產(chǎn)生之前，低功耗和廣域網(wǎng)兩者之間似乎只能二選一。而低功耗廣域網(wǎng)，既能滿足更長距離通信，也能使得功耗處在一個較低的水平。nb-iot、lora、rpma等都是低功耗廣域網(wǎng)通信技術，具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等特點，非常適合低功耗的物聯(lián)網(wǎng)應用，連那些深埋在地下的管網(wǎng)和各種角落的計量表都可以實現(xiàn)覆蓋和連接。一個低功耗廣域網(wǎng)接入網(wǎng)關模塊在每平方公里可以連接數(shù)以千計個終端，使得大量的終端得以接入網(wǎng)絡。

mesh網(wǎng)絡是一種多跳網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，且可以與一個或者多個對等節(jié)點進行直接通信。因此可以運用廣域網(wǎng)低功耗技術搭建一個mesh組網(wǎng)進行路由轉發(fā)，每個低功耗廣域網(wǎng)基站就是一個mesh節(jié)點，充分保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。mesh網(wǎng)絡部署快捷，且每個低功耗廣域網(wǎng)基站都安裝了4g模塊，具有4g上網(wǎng)功能，以便將數(shù)據(jù)及時上報。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題：本發(fā)明根據(jù)采集的數(shù)據(jù)實時性的需求，設計一種基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法，由低功耗廣域網(wǎng)基站靈活搭建一個無線mesh網(wǎng)絡。同時多個低功耗廣域網(wǎng)終端方便快捷地接入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。以此解決在戶外或者人口密集的室內(nèi)4g移動網(wǎng)絡信號覆蓋不好，部分數(shù)據(jù)無法上傳的技術問題。

技術方案：本發(fā)明的基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法，包括

一、如下通信流程：

1)低功耗廣域網(wǎng)接入網(wǎng)關模塊和多個低功耗廣域網(wǎng)終端自動建立星型低功耗廣域網(wǎng)絡；

2)低功耗廣域網(wǎng)基站自動發(fā)現(xiàn)分布在周圍的其他低功耗廣域網(wǎng)基站，并與其組成一個mesh網(wǎng)絡；

3)每個低功耗廣域網(wǎng)基站的4g模塊產(chǎn)生相應的文件描述符，同時將設備信息廣播給網(wǎng)絡內(nèi)的其他基站，各低功耗廣域網(wǎng)基站定時檢測自身的4g信號強度，并告知其他基站；

4)低功耗廣域網(wǎng)基站采用tdma技術，在低功耗廣域網(wǎng)基站和終端通信的時隙內(nèi)，基站接收終端發(fā)來的數(shù)據(jù)信息；若該基站4g網(wǎng)絡信號良好，則直接自行將數(shù)據(jù)上傳至服務器；

5)若該低功耗廣域網(wǎng)基站4g網(wǎng)絡信號差甚至不可用，則先將信息暫存在存儲模塊中；等到基站之間通信時隙，發(fā)布求助廣播給mesh網(wǎng)絡內(nèi)的其他基站，各個基站收到廣播信息后更新4g不可用狀態(tài)信息，同時反饋給該低功耗廣域網(wǎng)基站自身4g信號強度以及忙閑狀態(tài)信息；該基站選擇其中信號較好，同時處在空閑狀態(tài)的低功耗廣域網(wǎng)基站發(fā)送轉發(fā)請求，待收到肯定回應后，將數(shù)據(jù)轉發(fā)至目標基站，由其代為上傳至服務器。

所述1)中低功耗廣域網(wǎng)基站采用tdma的工作方式，分時隙與低功耗廣域網(wǎng)基站及低功耗廣域網(wǎng)終端通信。

二、該方法的應用系統(tǒng)，包括低功耗廣域網(wǎng)基站和各個低功耗廣域網(wǎng)終端：

所述低功耗廣域網(wǎng)基站集成了核心處理器、4g模塊、低功耗廣域網(wǎng)接入網(wǎng)關模塊、存儲模塊、路由模塊以及電源；核心處理器與4g模塊、低功耗廣域網(wǎng)接入網(wǎng)關模塊、存儲模塊、路由模塊相連接。

核心處理器：用以獲取當前位置4g信號強度并進行是否轉發(fā)的判決；

4g模塊：將從終端采集到的數(shù)據(jù)上傳至internet；

低功耗廣域網(wǎng)接入網(wǎng)關模塊：接收各個低功耗廣域網(wǎng)終端發(fā)來的數(shù)據(jù)信息；

存儲模塊：在4g網(wǎng)絡信號不佳時，暫存收集到的數(shù)據(jù)，以便在基站之間通信的時隙進行回傳；

路由模塊：實現(xiàn)轉發(fā)功能，將本基站的數(shù)據(jù)依據(jù)核心處理器下達的指令轉發(fā)給下一個基站；

電源模塊：為各項工作運行提供電力；

低功耗廣域網(wǎng)終端采集數(shù)據(jù)并上傳給基站。

所述低功耗廣域網(wǎng)終端接入以及基站之間mesh網(wǎng)絡回傳是通過低功耗廣域網(wǎng)技術實現(xiàn)。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明的低功耗廣域網(wǎng)終端與低功耗廣域網(wǎng)基站之間采用低功耗廣域網(wǎng)技術通信，采用點對點通信方式，實現(xiàn)了遠距離傳輸?shù)哪康模缘土某杀緦崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集，同時具有功耗低、信號穿透性強、靈敏度高的特點。

(2)本發(fā)明充分運用了mesh網(wǎng)絡的靈活性、健壯性，依靠多個低功耗廣域網(wǎng)基站之間的數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)各個低功耗廣域網(wǎng)基站不同的4g信號情況合理控制數(shù)據(jù)上傳，使整個系統(tǒng)運作過程更可靠。同時由低功耗廣域網(wǎng)技術組成的mesh網(wǎng)絡無需搭載其他組網(wǎng)模塊，能夠更好的降低功耗，在更長時間內(nèi)保持系統(tǒng)運行。

(3)由低功耗廣域網(wǎng)技術進行接入和mesh網(wǎng)絡回傳的方式，能夠采集大量數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)，并實時可靠的上傳至業(yè)務服務器。同時多個低功耗廣域網(wǎng)基站的加入，也讓可接入的低功耗廣域網(wǎng)終端的數(shù)目成倍的增加，實際應用范圍更廣，更適合物聯(lián)網(wǎng)中的應用。

附圖說明

圖1基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法示意圖；

圖2基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法網(wǎng)絡結構圖；

圖3基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法基站協(xié)議棧圖；

圖4基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法基站構成圖；

圖5基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法的軟件流程圖。

具體實施方式

以下結合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步說明。

基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法主要完成三個方面的工作：

(1)低功耗廣域網(wǎng)終端對數(shù)據(jù)信息的獲取與發(fā)送；

(2)利用低功耗廣域網(wǎng)基站構建的mesh回傳網(wǎng)，進行信息的實時傳輸，實現(xiàn)無縫連接的傳輸網(wǎng)絡；

(3)建立遠程服務器系統(tǒng)，接收低功耗廣域網(wǎng)基站發(fā)來的信息以及進行信息的處理。

本發(fā)明基于低功耗廣域網(wǎng)技術和mesh融合的泛在接入方法針對4g網(wǎng)絡信號不良的場景展開研究設計，充分滿足數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男枰?，網(wǎng)絡結構圖如圖2所示。

(一)應用方案設計

無線mesh網(wǎng)絡自動發(fā)起建立連接請求，并由低功耗廣域網(wǎng)基站自動組建無線mesh網(wǎng)絡。每個低功耗廣域網(wǎng)基站打開4g上網(wǎng)功能，實時監(jiān)測自身的4g網(wǎng)絡信號強度。低功耗廣域網(wǎng)終端采集數(shù)據(jù)發(fā)送給對應的低功耗廣域網(wǎng)基站，如果當前低功耗廣域網(wǎng)基站4g網(wǎng)絡信號良好，就通過該基站的4g網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳到internet；如果當前基站4g網(wǎng)絡信號較差，則將數(shù)據(jù)轉發(fā)給其他低功耗廣域網(wǎng)基站代為上傳?；竞突局g以及基站和終端之間的通信均采用低功耗廣域網(wǎng)技術。設備工作在同一頻段就會產(chǎn)生同頻干擾的問題。由此，本發(fā)明采用tdma技術，業(yè)務信道在不同的時間被分配給不同的基站或者終端，從而避免同頻干擾。本發(fā)明充分考慮數(shù)據(jù)實時上傳的需求，一方面整個采集和上傳過程不需人為介入，另一方面具有異構網(wǎng)絡協(xié)同的特點，符合下一代網(wǎng)絡的應用需求。

無線通信流程如下：

(1)每個低功耗廣域網(wǎng)接入網(wǎng)關模塊和多個低功耗廣域網(wǎng)終端自動建立星型低功耗廣域網(wǎng)絡。

(2)低功耗廣域網(wǎng)基站自動發(fā)現(xiàn)分布在其周圍的其他低功耗廣域網(wǎng)基站，并與之組成一個mesh網(wǎng)絡。

(3)低功耗廣域網(wǎng)基站的4g模塊產(chǎn)生相應的文件描述符，同時將設備信息廣播給mesh網(wǎng)絡內(nèi)的其他基站，各低功耗廣域網(wǎng)基站定時檢測自身的4g信號強度，并告知其他基站。

(4)低功耗廣域網(wǎng)基站采用tdma技術，在低功耗廣域網(wǎng)基站和終端通信的時隙內(nèi)，基站接收終端發(fā)來的數(shù)據(jù)信息。若該基站4g網(wǎng)絡信號良好，則直接自行將數(shù)據(jù)上傳至服務器。

(5)若該低功耗廣域網(wǎng)基站4g網(wǎng)絡信號不良甚至不可用，那么先將數(shù)據(jù)暫時存放在存儲器中。等到基站之間通信的時隙到來，發(fā)布求助廣播給mesh網(wǎng)絡內(nèi)的其他基站，各個基站收到廣播信息后將自身4g信號強度以及忙閑狀態(tài)信息反饋給該低功耗廣域網(wǎng)基站。該低功耗廣域網(wǎng)基站選擇其中信號較好的同時處在空閑狀態(tài)的基站發(fā)送轉發(fā)請求，待收到肯定回應后，將數(shù)據(jù)轉發(fā)至目標基站，由其代為上傳至業(yè)務服務器。