一種軟件定義低功耗廣域網(wǎng)系統(tǒng)及其配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及云技術(shù)和無線通信領(lǐng)域，尤其是涉及一種能靈活適用于不同應(yīng)用場景，兼容不同的無線通信協(xié)議的軟件定義低功耗廣域網(wǎng)系統(tǒng)及其配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用于低功耗廣域網(wǎng)的技術(shù)有LoRaWAN、Sigfox、Weightless-N、RPMA、LTE-M等等，這些技術(shù)在物理層面解決了一些遠(yuǎn)距離通信和低功耗的問題。但是對于整個(gè)低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)領(lǐng)域來說，目前并沒有一種廣泛通用的通信和組網(wǎng)協(xié)議。不同的技術(shù)提供商和應(yīng)用公司各自開發(fā)自己的私有網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。這些協(xié)議一般都是基于特定的應(yīng)用場景而開發(fā)的，難以拓展。同時(shí)由于技術(shù)方案和通信協(xié)議規(guī)范的差別，不同廣域網(wǎng)無線設(shè)備，乃至同一類型的設(shè)備都很難兼容組合應(yīng)用到同一個(gè)廣域網(wǎng)系統(tǒng)中使用。而低功耗廣域網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備硬件資源有限，必須滿足低功耗，低成本的要求，不可能承載復(fù)雜的通用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議以兼容現(xiàn)有的協(xié)議和滿足所有應(yīng)用場景的需求。這些問題都嚴(yán)重阻礙了低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的推廣和發(fā)展。
[0003]中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局于2012年07月25日公開了名稱為《一種基于主從節(jié)點(diǎn)模式的物聯(lián)網(wǎng)物流通信系統(tǒng)》的專利文獻(xiàn)(公開號:CN102612170A)，其包括多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，多個(gè)主節(jié)點(diǎn)以及一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器。其中主節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)通信模塊，可以通過移動(dòng)通信方式與服務(wù)器交換數(shù)據(jù);主節(jié)點(diǎn)具有短距通信模塊，可以與從節(jié)點(diǎn)建立低功耗、短距離通信鏈路;主節(jié)點(diǎn)具有GPS通信模塊，可以執(zhí)行主從系統(tǒng)的定位操作。通過后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)為用戶提供產(chǎn)品實(shí)時(shí)信息、服務(wù)。此方案仍然存在不能兼容現(xiàn)有的所有協(xié)議或滿足所有應(yīng)用場景需求的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的通用性較差、不能滿足所有的應(yīng)用場景需求等的技術(shù)問題，提供一種具有良好的拓展性和兼容性，可以在幾乎所有場景下正常使用的軟件定義低功耗廣域網(wǎng)系統(tǒng)及其配置方法。
[0005]本發(fā)明針對上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:一種軟件定義低功耗廣域網(wǎng)系統(tǒng)，包括用戶終端、云服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)和若干個(gè)低功耗廣域網(wǎng)，用戶終端與云服務(wù)器連接，低功耗廣域網(wǎng)由若干個(gè)終端設(shè)備組成，每個(gè)終端設(shè)備都通過網(wǎng)關(guān)連接到云服務(wù)器;所述低功耗廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器為運(yùn)行有低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議棧的云服務(wù)器或運(yùn)行有低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議棧的網(wǎng)關(guān)。
[0006]廣域網(wǎng)協(xié)議棧運(yùn)行在云服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)上，根據(jù)需求選擇合適的協(xié)議，降低了對終端設(shè)備的要求，無論什么協(xié)議的終端設(shè)備都可以通過網(wǎng)關(guān)連接到云服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備和終端設(shè)備、終端設(shè)備和用戶終端之間的互通互聯(lián)。
[0007]作為優(yōu)選，所述云服務(wù)器上運(yùn)行有若干個(gè)應(yīng)用，云服務(wù)器通過應(yīng)用程序編程接口對應(yīng)所有的用戶終端的接口。
[0008]應(yīng)用包括且不限于數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析等。
[0009]作為優(yōu)選，所述云服務(wù)器通過Ethernet、3G和WiFi中的任意一種或若干種連接網(wǎng)關(guān)。
[0010]云服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)之間可以采用任意形式的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。
[0011]作為優(yōu)選，所述低功耗廣域網(wǎng)通過433MHz和/或868MHz頻段連接網(wǎng)關(guān)。低功耗廣域網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)之間也可以通過其他所有可用的通信頻段連接。
[0012]作為優(yōu)選，所述低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議桟包括可以拓展更新的MAC(MediaAccessControl，介質(zhì)訪問控制層)協(xié)議桟和可以拓展更新的PHY(Physical，物理層)協(xié)議桟，所述MAC協(xié)議棧封裝有若干種MAC層協(xié)議，所述PHY協(xié)議棧封裝有若干種PHY層協(xié)議，所述MAC協(xié)議棧通過統(tǒng)一的MAC接口對應(yīng)所有的應(yīng)用，所述PHY協(xié)議棧通過統(tǒng)一的軟件定義低功耗廣域網(wǎng)HALCHardware Abstract1n Layer，硬件抽象層)API連接到MAC協(xié)議桟，各低功耗廣域網(wǎng)通過PHY協(xié)議棧中與本低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議對應(yīng)的PHY層協(xié)議連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和廣域網(wǎng)中的其他硬件設(shè)備。
[0013]本系統(tǒng)可以不斷的更新拓展加入新的MAC層協(xié)議以適應(yīng)各種不同的應(yīng)用場景，確保在各種條件下實(shí)現(xiàn)可靠性，低功耗等的需求。本系統(tǒng)由于封裝了各種已有的LPWAN的協(xié)議，可以直接把已有的LPWAN兼容進(jìn)來作為本系統(tǒng)的一部分。
[0014]因?yàn)榈凸膹V域網(wǎng)協(xié)議棧中的封裝的MAC層協(xié)議和PHY層協(xié)議都使用統(tǒng)一的接口，因此它們之間可以互相調(diào)配組合使用，以達(dá)到最優(yōu)配置，減少不必要的重復(fù)開發(fā)。
[0015]云服務(wù)器可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景變化和終端設(shè)備的不同來優(yōu)化已有的MAC層協(xié)議和PHY層協(xié)議，優(yōu)化后的協(xié)議可以通過在線配置升級或者調(diào)整設(shè)備參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，始終保證網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化配置。同時(shí)，云服務(wù)器也可以通過更新MAC層協(xié)議和PHY層協(xié)議改變已有的子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)方式，適應(yīng)于任何應(yīng)用需要的變化。
[0016]—種軟件定義低功耗廣域網(wǎng)系統(tǒng)配置方法，包括以下步驟:
51、應(yīng)用在云服務(wù)器上運(yùn)行，根據(jù)應(yīng)用需求，確定了所選擇的低功耗廣域網(wǎng)后，云服務(wù)器調(diào)配低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議棧中與所選的低功耗廣域網(wǎng)對應(yīng)的MAC層協(xié)議和PHY層協(xié)議配置組網(wǎng)；或者應(yīng)用通過云服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)直接連接已有的低功耗廣域網(wǎng)(其協(xié)議已經(jīng)封裝)，使之成為本發(fā)明提出的軟件定義低功耗廣域網(wǎng)系統(tǒng)的一部分；
52、云端服務(wù)器根據(jù)所選的MAC層協(xié)議和PHY層協(xié)議以SDK文件的形式輸出成配置文件，然后將SDK文件燒錄至終端設(shè)備以及網(wǎng)關(guān)中；
53、應(yīng)用程序相對應(yīng)的低功耗廣域網(wǎng)配置完畢，系統(tǒng)開始運(yùn)行。
[0017]作為優(yōu)選，當(dāng)所選的網(wǎng)關(guān)或終端設(shè)備需要在線升級時(shí)，云端服務(wù)器重新選擇合適的MAC層協(xié)議和PHY層協(xié)議以SDK文件的形式輸出成配置文件，然后將SDK文件燒錄至網(wǎng)關(guān)或終端設(shè)備中，完成升級過程。
[0018]作為優(yōu)選，云端服務(wù)器根據(jù)不同的應(yīng)用場景變化和終端設(shè)備的不同來優(yōu)化已有的MAC層協(xié)議，優(yōu)化后的協(xié)議通過在線配置升級或者調(diào)整設(shè)備參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，始終保證網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化配置，同時(shí)，在需要改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)云端服務(wù)器通過更新LPWAN MAC改變已有的子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)方式，適用于任何應(yīng)用需要的變化。
[0019]本系統(tǒng)的低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議棧是將不同的MAC層協(xié)議和PHY層協(xié)議以配置文件的方式封裝到了云服務(wù)器，所有封裝的協(xié)議通過統(tǒng)一的MAC接口兼容起來。這樣對于應(yīng)用開發(fā)者來說，只是面對同一個(gè)接口開發(fā)即可，而不用因?yàn)樾枰m應(yīng)不同MAC層協(xié)議或PHY層協(xié)議而開發(fā)很多不同的應(yīng)用版本。
[0020]本發(fā)明帶來的實(shí)質(zhì)性效果是:
1、統(tǒng)一兼容所有低功耗廣域網(wǎng)為一個(gè)整體網(wǎng)絡(luò)，用戶可以通過本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接到任何一個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作；
2、開發(fā)者使用統(tǒng)一的接口API，應(yīng)用開發(fā)便捷高效；
3、本發(fā)明中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)特有的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，可以方便的不斷拓展更新，兼容封裝新的子協(xié)議和新設(shè)備；
4、通過云服務(wù)器可以靈活的優(yōu)化更新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，參數(shù)，使每個(gè)設(shè)備達(dá)到運(yùn)行穩(wěn)定并且滿足低功耗的要求；
5、通過云服務(wù)器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控所有終端設(shè)備的使用狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、用電狀態(tài)，還支持歷史數(shù)據(jù)訪問等;運(yùn)用這些數(shù)據(jù)可以通過云進(jìn)一步進(jìn)行人工智能深入學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)挖掘。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的一種軟件定義低功耗廣域網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的一種低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1、用戶終端，2、云服務(wù)器，3、網(wǎng)關(guān)，4、低功耗廣域網(wǎng)，5、應(yīng)用，6、MAC協(xié)議棧，7、PHY協(xié)議桟。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0023]實(shí)施例:本實(shí)施例的一種軟件定義低功耗廣域網(wǎng)系統(tǒng)，如圖1所示，包括用戶終端
1、云服務(wù)器2、網(wǎng)關(guān)3和若干個(gè)低功耗廣域網(wǎng)4，用戶終端與云服務(wù)器連接，低功耗廣域網(wǎng)由若干個(gè)終端設(shè)備組成，每個(gè)終端設(shè)備都通過網(wǎng)關(guān)連接到云服務(wù)器;所述低功耗廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器為運(yùn)行有低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議棧的云服務(wù)器或運(yùn)行有低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議棧的網(wǎng)關(guān)。
[0024]云服務(wù)器通過其APKApplicat1nProgramming Interface，應(yīng)用程序編程接口)統(tǒng)一對應(yīng)所有的用戶終端(包括與其它私有云之間)接口。所有的應(yīng)用(App Logic)，比如數(shù)據(jù)采集，大數(shù)據(jù)分析等也都集中在云服務(wù)器。此外，云服務(wù)器除了通過Ethernet，3G, WiFi處理來自不同LPWAN(低功耗廣域網(wǎng))的數(shù)據(jù)外，還可以作為LPWAN的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器運(yùn)行各種LPWAN的MAC程序來同時(shí)運(yùn)維不同的LPWAN。與云服務(wù)器直接相連的是各種LPWAN的網(wǎng)關(guān)，它們既是數(shù)據(jù)上下行傳輸?shù)闹虚g節(jié)點(diǎn)(Data forward)，同時(shí)也可以作為LPWAN的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來使用。系統(tǒng)的最下一層就是由不