本發(fā)明涉及無線通訊等技術領域，特別是一種lora智能網(wǎng)關及其使用方法、窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
背景技術：
在傳統(tǒng)的傳感監(jiān)測、無線抄表等領域，通常使用各種無線組網(wǎng)方式，在一定區(qū)域范圍內(nèi)進行組網(wǎng)，然后再在適當位置布置若干個數(shù)據(jù)集中器或者智能網(wǎng)關，智能網(wǎng)關采用gprs或者3g/4g等gsm通訊方式與平臺相連，進行數(shù)據(jù)互傳。這些無線組網(wǎng)方式，常見的有zigbee短距離組網(wǎng)、wifi短距離組網(wǎng)、rf模塊結合自定義協(xié)議組網(wǎng)以及l(fā)ora遠距離的組網(wǎng)。
而類似zigbee和wifi此類的短距離組網(wǎng)有很多實用限制，最為突出的就是距離限制，由于通訊距離有限，就必須在適合位置增加路由器或者通訊中繼器。而wifi類的現(xiàn)場終端會由于功耗問題給現(xiàn)場供電增加一些麻煩及后續(xù)的維護成本。
lora遠距離的組網(wǎng)，由于同時具備低功耗和遠距離組網(wǎng)的特點，其傳輸距離可達數(shù)十公里，比較適合現(xiàn)實需求，但由于常見的lora智能網(wǎng)關的局限性，讓這類應用效果大打折扣。因為常見的lora智能網(wǎng)關，基本上是將接收到的lora信號，經(jīng)過重新封裝后以gprs等gsm通訊方式再次傳輸出去，由于傳統(tǒng)的gprs通訊存在連接不穩(wěn)定、功耗大等缺陷，不但需要足夠大的電量供應，還經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包，需要重新重復連接的情況，進一步加劇電量損耗。
而且，經(jīng)過技術的持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新，后續(xù)在很長的時間內(nèi)，使用lora技術的終端和使用nb-iot等新型通訊模式的終端將長期并存，傳統(tǒng)的lora智能網(wǎng)關就無法兼容這些采用不同通訊模式的現(xiàn)場終端。比如后期選擇采用nb-iot網(wǎng)絡服務器的場合，原先采用lora模式的終端就必須全部替換。如果采用兩套系統(tǒng)，一套nb-iot網(wǎng)絡系統(tǒng)，一套lora系統(tǒng)，這明顯增加不必要的開支，增加維護工作量。
綜上所述現(xiàn)存的lora智能網(wǎng)關及組網(wǎng)工作的不足之處，現(xiàn)實需要研制一種可以兼容多種通訊模式并且可以雙向切換的多模形式的lora智能網(wǎng)關，用于取代當前的lora+gprs方式。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對上述技術問題做出改進，即本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種低功耗、兼容多種通訊模式且可以雙向切換的多模形式的lora智能網(wǎng)關，用于取代當前的lora+gprs方式，并提供所述lora智能網(wǎng)關的使用方法及對應的窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明的一種技術方案是：一種lora智能網(wǎng)關，包括主控單元，及與主控單元相連接的外部存儲器、供電單元、接口單元、多模通訊模組、lora模組、顯示單元、基準時鐘、鈕扣電池、nfc模塊。
進一步地，所述供電單元分別為所述主控單元、所述外部存儲器、所述接口單元、所述多模通訊模組、所述lora模組、所述顯示單元及所述nfc模塊供電。
進一步地，所述鈕扣電池為所述基準時鐘供電；
進一步地，所述lora模組用于接收來自現(xiàn)場lora終端的信息，經(jīng)解析識別及重新封裝后，再通過所述多模通訊模組與云端平臺連接并上傳相關信息。
進一步地，所述現(xiàn)場lora終端與所述智能網(wǎng)關在初次聯(lián)網(wǎng)配置后，后續(xù)都自動連接，并且各自分別備份通訊路徑，所述智能網(wǎng)關越多，通訊越可靠。
進一步地，所述現(xiàn)場lora終端與所述智能網(wǎng)關之間通訊采用lorawan網(wǎng)絡協(xié)議。
進一步地，所述多模通訊模組是一種基于蜂窩網(wǎng)絡及l(fā)te協(xié)議的集合了多種通訊方式的通訊模組，包括有nb-iot、emtc和egprs的多模通訊方式；所述多模通訊模組內(nèi)置有物聯(lián)網(wǎng)專用號段的esim卡。
進一步地，所述多模通訊模組可以配置為nb-iot模式，將接收到的lora協(xié)議轉換為符合nb-iot通信標準協(xié)議，轉發(fā)至云端平臺。同樣，也可以配置為emtc模式或者egprs模式。
進一步地，所述基準時鐘用于所述現(xiàn)場lora終端的時間校準，并在組網(wǎng)時進行時間同步，減少通訊信息的同步時差。
進一步地，所述供電單元包括有太陽能板、充電電池、充電電路、ldo及濾波整流電路。
進一步地，所述nfc模塊與所述主控單元電氣相連，結合帶有nfc功能的手機及對應app應用，進行功能配置、數(shù)據(jù)讀取以及程序升級。
進一步地，所述接口單元包括有以太網(wǎng)接口、usb接口、sd卡接口。
進一步地，所述主控單元是一種低功耗的微處理器，包括有存儲單元、標記單元、協(xié)議解析單元、協(xié)議封裝單元、網(wǎng)絡切換單元。
一種窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，包括若干個現(xiàn)場lora終端、若干個現(xiàn)場nb-iot終端、云端平臺、客戶端應用；所述云端平臺上安裝有數(shù)據(jù)監(jiān)管軟件，用于分析數(shù)據(jù)并為所述客戶端應用提供查詢接口服務。
進一步地，所述客戶端應用包括有web查詢端、手機app應用、微信小程序應用。
進一步地，現(xiàn)場nb-iot終端可以通過所述智能網(wǎng)關或者通過通信運營商布置的基站與云端平臺連接及數(shù)據(jù)互動。
進一步地，所述窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以配置為以下幾種通訊方式組合：lora+emtc，lora+nb-iot，lora+gprs。
進一步地，所述若干個現(xiàn)場lora終端可以與某個所述lora智能網(wǎng)關連接，也可以與另一個所述lora智能網(wǎng)關連接，并互為保存最優(yōu)通訊路徑。
一種lora智能網(wǎng)關的使用方法，包括以下步驟：
s1：現(xiàn)場lora終端與智能網(wǎng)關組網(wǎng)，并且進行基準時間同步；
s2：現(xiàn)場lora終端發(fā)送信息至智能網(wǎng)關；
s3：智能網(wǎng)關解析信息，并對數(shù)據(jù)包進行重新封裝；
s4：智能網(wǎng)關與云端平臺連接，以新的通訊方式上傳相關信息。
進一步地，所述的一種lora智能網(wǎng)關的使用方法，還包括有以下前置步驟：
s101：通過nfc功能對現(xiàn)場lora終端進行配置，并標記唯一識別碼及與智能網(wǎng)關對應的加密令牌；
s102：現(xiàn)場lora終端上電，開始設備注冊組網(wǎng)，由智能網(wǎng)關進行鑒權信息比對，不符合則放棄，符合則進入下一步；
s103：智能網(wǎng)關進行本地短地址映射，并發(fā)送至云端平臺，同步進行云端注冊，錄入通訊白名單。
進一步地，所述的一種lora智能網(wǎng)關的使用方法還包括一種反注冊方法：
s201：通過云端平臺解除通訊白名單中某個地址的設備；
s202：云端平臺同步通知智能網(wǎng)關，解除本地短地址映射。
與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
（1）結合低功耗與遠程通訊雙重優(yōu)點，可減少電源供應的局限性，現(xiàn)場終端可以直接采用電池供電，智能網(wǎng)關采用充電電池結合太陽能供電；
（2）直接兼容多種通訊模式，可根據(jù)實際需求，將新舊終端最大限度地進行兼容并用，減少因為通訊模式的變更或升級，導致舊終端的浪費，大幅度增加硬件成本的支出；
（3）兼容新舊系統(tǒng)，改變連接云端平臺的通訊類型，不需要增設或更換不同的智能網(wǎng)關，可按需要直接配置為nb-iot模式或emtc模式，或者使用舊版的gprs模式；
（4）相對短距離方式的組網(wǎng)，采用長距離組網(wǎng)可減少現(xiàn)場用于路由中繼的設備支出；
（5）nb-iot模式或emtc模式相比傳統(tǒng)的gprs方式，除了功耗優(yōu)勢外，在通訊高峰期，也不容易引起網(wǎng)絡堵塞。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例的結構框圖。
圖2為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)架構圖。
圖3為本發(fā)明實施例的實現(xiàn)方法流程圖。
圖4為本發(fā)明實施例的實現(xiàn)方法流程圖。
圖5為本發(fā)明實施例的實現(xiàn)方法流程圖。
圖1中：1-主控單元、2-外部存儲器、3-供電單元、4-接口單元、5-多模通訊模組、6-lora模組、7-顯示單元、8-基準時鐘、9-鈕扣電池、10-nfc模塊。
具體實施方式
下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他形式的附圖。
如圖1所示，一種lora智能網(wǎng)關，包括主控單元1，及與主控單元1相連接的外部存儲器2、供電單元3、接口單元4、多模通訊模組5、lora模組6、顯示單元7、基準時鐘8、鈕扣電池9、nfc模塊10。
在本實施例中，所述供電單元3分別為所述主控單元1、所述外部存儲器2、所述接口單元4、所述多模通訊模組5、所述lora模組6、所述顯示單元7及所述nfc模塊10供電。
在本實施例中，所述鈕扣電池9為所述基準時鐘8供電；
在本實施例中，所述顯示單元7還包括有按鍵單元，可用于直接通過按鍵選擇配置相關參數(shù)，也可顯示經(jīng)解析出來的監(jiān)測信息等。
在本實施例中，所述lora模組6用于接收來自現(xiàn)場lora終端的信息，經(jīng)解析識別及重新封裝后，再通過所述多模通訊模組5與云端平臺連接并上傳相關信息。
在本實施例中，所述現(xiàn)場lora終端與所述智能網(wǎng)關在初次聯(lián)網(wǎng)配置后，后續(xù)都自動連接，并且各自分別備份通訊路徑，所述智能網(wǎng)關越多，通訊越可靠。
在本實施例中，所述現(xiàn)場lora終端與所述智能網(wǎng)關之間通訊采用lorawan網(wǎng)絡協(xié)議。
在本實施例中，作為一種可選的實施方式，所述lorawan網(wǎng)絡協(xié)議也可以替換成具備特定約定的自定義協(xié)議，所述自定義協(xié)議可以包括有指定格式的數(shù)據(jù)幀及命令幀。
在本實施例中，所述多模通訊模組5是一種基于蜂窩網(wǎng)絡及l(fā)te協(xié)議的集合了多種通訊方式的通訊模組，包括有nb-iot、emtc和egprs的多模通訊方式；所述多模通訊模組5內(nèi)置有物聯(lián)網(wǎng)專用號段的esim卡。
在本實施例中，所述多模通訊模組5可以配置為nb-iot模式，將接收到的lora協(xié)議轉換為符合nb-iot通信標準協(xié)議，轉發(fā)至云端平臺。同樣，也可以配置為emtc模式或者egprs模式。
在本實施例中，作為一種可選的實施方式，所述多模通訊模組5也可以替換成單獨模式的nb-iot模組、emtc模組或者gprs模組。
在本實施例中，所述基準時鐘8用于所述現(xiàn)場lora終端的時間校準，并在組網(wǎng)時進行時間同步，減少通訊信息的同步時差。
在本實施例中，所述供電單元包括有太陽能板、充電電池、充電電路、ldo及濾波整流電路。
在本實施例中，所述nfc模塊10與所述主控單元1電氣相連，結合帶有nfc功能的手機及對應app應用，進行功能配置、數(shù)據(jù)讀取以及程序升級。
在本實施例中，所述接口單元4包括有以太網(wǎng)接口、usb接口、sd卡接口。
在本實施例中，所述主控單元1是一種低功耗的微處理器，包括有存儲單元、標記單元、協(xié)議解析單元、協(xié)議封裝單元、網(wǎng)絡切換單元。
如圖2所示，一種窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，包括若干個現(xiàn)場lora終端、若干個現(xiàn)場nb-iot終端、云端平臺、客戶端應用；所述云端平臺上安裝有數(shù)據(jù)監(jiān)管軟件，用于分析數(shù)據(jù)并為所述客戶端應用提供查詢接口服務。
在本實施例中，所述客戶端應用包括有web查詢端、手機app應用、微信小程序應用。
在本實施例中，現(xiàn)場nb-iot終端可以通過所述智能網(wǎng)關或者通過通信運營商布置的基站與云端平臺連接及數(shù)據(jù)互動。
在本實施例中，所述窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以配置為以下幾種通訊方式組合：lora+emtc，lora+nb-iot，lora+gprs。
在本實施例中，所述若干個現(xiàn)場lora終端可以與某個所述lora智能網(wǎng)關連接，也可以與另一個所述lora智能網(wǎng)關連接，并互為保存最優(yōu)通訊路徑。
如圖3所示，一種lora智能網(wǎng)關的使用方法，包括以下步驟：
s1：現(xiàn)場lora終端與智能網(wǎng)關組網(wǎng)，并且進行基準時間同步；
s2：現(xiàn)場lora終端發(fā)送信息至智能網(wǎng)關；
s3：智能網(wǎng)關解析信息，并對數(shù)據(jù)包進行重新封裝；
s4：智能網(wǎng)關與云端平臺連接，以新的通訊方式上傳相關信息。
如圖4所示，在本實施例中，所述的一種lora智能網(wǎng)關的使用方法，還包括有以下前置步驟：
s101：通過nfc功能對現(xiàn)場lora終端進行配置，并標記唯一識別碼及與智能網(wǎng)關對應的加密令牌；
s102：現(xiàn)場lora終端上電，開始設備注冊組網(wǎng)，由智能網(wǎng)關進行鑒權信息比對，不符合則放棄，符合則進入下一步；
s103：智能網(wǎng)關進行本地短地址映射，并發(fā)送至云端平臺，同步進行云端注冊，錄入通訊白名單。
在本實施例中，通過本地短地址映射，將唯一識別碼的長地址類型與本地短地址類型進行一一對應儲存地址表，實現(xiàn)兩個地址的相互映射，節(jié)省儲存空間和通訊數(shù)據(jù)幀負擔。
如圖5所示，在本實施例中，所述的一種lora智能網(wǎng)關的使用方法還包括一種反注冊方法：
s201：通過云端平臺解除通訊白名單中某個地址的設備；
s202：云端平臺同步通知智能網(wǎng)關，解除本地短地址映射。
在本實施例中，本發(fā)明通過采用多模通訊模組，結合低功耗與遠程通訊雙重優(yōu)點，可減少電源供應的局限性，現(xiàn)場終端可以直接采用電池供電，智能網(wǎng)關采用充電電池結合太陽能供電；直接兼容多種通訊模式，可根據(jù)實際需求，將新舊終端最大限度地進行兼容并用，減少因為通訊模式的變更或升級，導致舊終端的浪費，大幅度增加硬件成本的支出；可兼容新舊系統(tǒng)，改變連接云端平臺的通訊類型，不需要增設或更換不同的智能網(wǎng)關，可按需要直接配置為nb-iot模式或emtc模式，或者使用舊版的gprs模式；相對短距離方式的組網(wǎng)，采用長距離組網(wǎng)可減少現(xiàn)場用于路由中繼的設備支出；同時，nb-iot模式或emtc模式相比傳統(tǒng)的gprs方式，除了功耗優(yōu)勢外，在通訊高峰期，也不容易引起網(wǎng)絡堵塞。
本發(fā)明從一線實際需求出發(fā)，思路新穎，技術實現(xiàn)方便，市場前景廣闊。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，任何人在本發(fā)明的啟示下都可以得出其他各種形式的lora智能網(wǎng)關及其使用方法，和對應的窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。