网关选择方法技术

本发明专利技术提供了一种用于在一组网关中选择用于中继从服务器接收的并且旨在用于一群组终端中的每个终端的数据的至少一个网关的方法，所述群组中的每个终端经由所述一组网关中的至少一个网关与所述服务器进行通信，所述一群组终端和所述一组网关形成LoRa网络，每个网关接收旨在用于至少一个终端的数据，从而根据LoRaWAN协议在帧中将所述数据重新传输到所述数据旨在用于的每个终端。所述方法包括：选择使得所述服务器与最小尺度的所述群组中的每个终端进行通信的所述一组网关中的网关子集，所选择的子集使得由所述服务器发送并且由所述子集的每个网关中继的所述数据因用于中继由所述子集的网关发送的所述数据的帧之间的冲突而丢失的风险最小化。冲突而丢失的风险最小化。冲突而丢失的风险最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】网关选择方法


[0001]本专利技术涉及一种用于在一组网关中选择用于中继从服务器接收的并且旨在用于一群组终端中的每个终端的数据的网关的方法以及实现所述方法的设备，其中所述群组中的每个终端经由该一组网关中的至少一个网关与服务器进行通信。

技术介绍

[0002]互联网正逐渐向用于将已变得可连接的各种对象连接起来的被称为“物联网”的广域网络转变。于是出现了网络方面的新需求，特别是无线网络具有比传统蜂窝网络更大的覆盖范围并有可能限制所连接设备的能耗的需求。在允许低功耗的这些远程无线网络(“低功耗广域网(LPWAN)”)间，可以提到基于LoRa(注册商标)(“远程”)技术的网络。LoRa技术在被称为“ISM(工业、科学和医疗)带”的频带上起作用，该频带包括可自由用于工业、科学和医疗应用的频带。LoRa技术是基于扩频技术的，扩频技术使得在特别嘈杂的ISM带中获得具有良好鲁棒性的低比特率通信成为可能。
[0003]基于LoRa技术的网络(以下简称“LoRa网络”)使用名为LoRaWAN的协议(LoRaWAN1.1规范，最终版，2017年10月11日)。LoRa网络由通常放置在高处以便于覆盖较大的地理区域的基站或网关组成。网关能够检测设备或终端(“终端”)在其区域中发送的消息，并将该消息传输到至少一个服务器(“LoRa网络服务器(LNS)”)，该服务器将对该消息进行处理或将其重新传输到一个或多个应用服务器。
[0004]在LoRa网络的常规运行中，期望根据LoRaWAN协议将消息(即数据)传输到服务器，该服务器以被称为上行帧的帧的形式传输该消息。上行帧以广播模式传输。该上行帧被至少一个网关接收。接收到帧的每个网关对帧进行解码并在HTTP(超文本传输协议)请求中将消息重新传输到服务器。如果若干个网关已接收到帧，则服务器将收包含该消息的若干个HTTP请求。服务器继而必须在接收到上行帧的网关间指定将被用于中继对上行帧中包含的消息的响应的网关。该响应以HTTP请求的形式从服务传输到指定网关，并且然后根据LoRaWAN协议以单播方式从指定网关传输到下行帧中的终端。在大多数的LoRa网络的具体实施中，指定网关为利用发送上行帧的终端提供最佳传输质量的网关。
[0005]该LoRaWAN协议定义了三种传输类别：A类、B类和C类。A类在能耗方面是最经济的。当终端有数据要发送时，其会不受控制地发送数据，这是因为其会为来自服务器的任何消息打开两个连续的侦听窗口。这两个窗口的推荐持续时间为1秒和2秒。只有在这两个窗口期间，服务器才能将先前存储的数据发送到终端。出于兼容性的原因，A类必须在所有终端中实施。
[0006]B类在能量消耗和双向通信需求之间提供了很好的折衷。在B类中操作的终端每隔一段时间就打开由服务器发送的周期性消息编写的接收窗口。
[0007]C类具有最大的能耗，因为其终端是永久监听的，这使得在任何时间都可以进行通信。
[0008]应该指出的是，一件设备在运行过程中可以改变类别。
[0009]最近，“LoRaWAN远程组播设置规范，最终版，版本1.0.0,2018年9月10日”的文件中定义了LoRaWAN协议的一个变更，这使得服务器能够将下行帧传输到一群组终端。该一群组终端形成组播组并且传送到组播组的帧被称为组播帧。LoRaWAN协议的开发定义了如何对组播组的终端的组播分布窗口进行编程，如何确保所述群组中的终端在该窗口的起点处暂时进入B类或C类，以及如何关闭组播分布窗口并恢复到例如A类的正常运行。
[0010]服务器将组播帧传输到形成组播组的终端的一个问题是，服务器可能会向组播组终端范围内的所有网关发送组播帧。因此，多个网关可能会在同一时刻将组播帧中继到组播组中的终端。这继而使所中继的组播帧之间存在高冲突风险，并且这些冲突可能导致帧的丢失。
[0011]希望克服现有技术的这些缺点。特别需要提出一种减小帧在冲突后丢失的风险的方法。
[0012]此外，希望提出一种易于以低成本实施的方法。

技术实现思路

[0013]根据本专利技术的第一方面，本专利技术涉及一种用于在一组网关中选择用于中继从服务器接收的并且旨在用于一群组终端中的每个终端的数据的至少一个网关的方法，所述群组中的每个终端经由该一组网关中的至少一个网关与服务器进行通信，该一群组终端和该一组网关形成低能耗的远程无线网络，每个网关接收旨在用于至少一个终端的数据，从而根据适用于所述网络的通信协议在帧中将所述数据重新传输到所述数据旨在用于的每个终端。该方法包括选择过程，该选择过程包括：对于由所述群组中的终端和合适的一组网关中的网关形成的每个配对，获取被称为质量信息的信息，该质量信息表示所述终端和所述网关之间的通信质量；在该一组网关中搜索至少一个网关子集，该至少一个网关子集进行组合使得服务器能够与所述群组中的每个终端进行通信，每个子集包括被称为最小数量的最小网关数，这对于服务器能够与所述群组中的每个终端进行通信是必要的；对于所发现的每个子集，从质量信息获取度量值，该度量值表示由服务器发送并且由所述子集中的每个网关中继的数据因中继由所述子集中的网关发送的所述数据的帧之间的冲突而丢失的风险；根据所获取的度量值选择子集。
[0014]仅使用一组网关中的一个网关子集有可能降低冲突的风险。此外，使用此类度量有可能降低导致数据丢失的冲突的风险。
[0015]根据一个实施例，如果该一组网关中的至少一个网关自身使得服务器能够与所述群组中的每个终端进行通信，则最小数量等于1，并且对于使得服务器能够与所述群组中的每个终端进行通信的每个网关，该方法包括：形成包含所述网关的子集；以及使所述子集与和所述子集中的网关相关联的质量信息的值中的最低值相关联；以及选择与最高质量值相关联的子集。
[0016]根据一个实施例，当最小数量至少等于2时，对于每个子集，获取度量值包括：对于所述群组中的每个终端：对于所述子集中的网关中的每对合适的网关，计算与所述终端相关联并且与该对中的第一网关相关联的质量信息和与所述终端相关联并且与该对中的第二网关相关联的质量信息之间的差值的绝对值，该差值的绝对值被称为绝对差；并且使所述终端与被称为最小绝对差的值相关联，该最小绝对差对应于由此计算出的绝对差的最小
值；搜索与该一群组终端中的终端相关联的最小绝对差中的最小绝对差的最小值；以及将与所述子集相关联的度量值设定为所发现的最小绝对差的最小值；当该度量值至少等于预定义的阈值时，选择与最高度量值相关联的子集。
[0017]根据一个实施例，该选择过程为迭代的，并且只要没有选择子集便会迭代，在第一次迭代之后的每个新迭代处，从先前迭代的一群组终端中去掉一个终端子群组。
[0018]根据一个实施例，该终端子群组中的每个终端选自先前迭代的一群组终端中的与一组网关中的网关具有最差通信质量的终端。
[0019]根据一个实施例，该低能耗的远程无线网络为LoRa网络，并且适于所述网络的通信协议为LoRaWAN协议。
[0020]根据本专利技术的第二方面，本专利技术涉及一种用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在一组网关(12A，12B，12C，12D)中选择用于中继从服务器接收的并且旨在用于一群组终端(14A，14B，14C，14D，14E，14F，14G，14H)中的每个终端的数据的至少一个网关的方法，所述群组中的每个终端经由所述一组网关中的至少一个网关与所述服务器进行通信，所述一群组终端和所述一组网关形成低能耗的远程无线网络，每个网关接收旨在用于至少一个终端的数据，从而根据适用于所述网络的通信协议在帧中将所述数据重新传输到所述数据旨在用于的每个终端，其特征在于，所述方法包括选择过程，所述选择过程包括：
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对于由所述群组中的终端和合适的所述一组网关中的网关形成的每个配对，获取(320)被称为质量信息的信息，所述质量信息表示所述终端和所述网关之间的通信质量；
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在所述一组网关中搜索(321)至少一个网关子集，所述至少一个网关子集进行组合使得所述服务器能够与所述群组中的每个终端进行通信，每个子集包括被称为最小数量的最小网关数，这对于所述服务器能够与所述群组中的每个终端进行通信是必要的；对于所发现的每个子集，从所述质量信息获取(322)度量值，所述度量值表示由所述服务器发送并且由所述子集中的每个网关中继的所述数据因中继由所述子集中的所述网关发送的所述数据的帧之间的冲突而丢失的风险；以及根据所获取的所述度量值选择(323)子集。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述一组网关中的至少一个网关自身使得所述服务器能够与所述群组中的每个终端进行通信，则所述最小数量等于1，并且对于使得所述服务器能够与所述群组中的每个终端进行通信的每个网关，所述方法包括：
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形成包含所述网关的子集；以及
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使所述子集与和所述子集中的所述网关相关联的所述质量信息的所述值中的最低值相关联；以及
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选择与最高质量值相关联的所述子集。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述最小数量至少等于2时，对于每个子集，获取所述度量值包括：
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对于所述群组中的每个终端：对于所述子集中的网关中的每对合适的网关，计算与所述终端相关联并且与所述对中的第一网关相关联的所述质量信息和与所述终端相关联并且与所述对中的第二网关相关联的所述质量信息之间的差值的绝对值，所述差值的绝对值被称为绝对差；并且使所述终端与被称为最小绝对差的值相关联，所述最小绝对差对应于由此计算出的所述绝对差的最小值；
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搜索与所述一群组终端中的所述终端相关联的所述最小绝对差中的所述最小绝对差的最小值；以及
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将与所述子集相关联的所述度量值设定为所发现的最小绝对差的所述最小值；当所述度量值至少等于预定义的阈值时，选择与最高度量值相关联的所述子集。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述选择过程为迭代的，并且只要没有选择子集便会迭代，在第一次迭代之后的每个新迭代处，从先前迭代的所述一群组终端中去掉一个终端子群组。5.根据权利要求4述的方法，其特征在于，所述终端子群组中的每个终端选自先前迭代的所述一群组终端中的与所述一组网关中的所述网关具有最差通信质量的终端。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述低能耗的远程无线网络为LoRa...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：萨基姆能源电信公司，
类型：发明
国别省市：