本发明涉及无线通信的
技术领域：
，特别是涉及一种无线频点管理方法及系统。
背景技术：
：lora是低功耗广域网(lowpowerwideareanetwork，lpwan)中的一种无线技术，具有长距离、低功耗、低速率、低成本的特点，适合大规模部署。lora的覆盖范围可以是一个城市，甚至是一个国家，可以将收集的数据集成到公共数据平台，建立如智慧城市、智慧交通、智慧工厂等项目；还可以利用这些数据可以进行后期的大数据挖掘，有利于城市管理、社会公共管理、工业互联网、发展咨询等项目。lorawan是由lora联盟推出的一个低功耗广域网规范，其网络架构由终端、网关(gateway)、网络服务器(networkserver，ns)组成。lorawan网络终端数据上报时，终端向外界发送无线数据；网关接收到无线信号后，会通过以太网或者手机运营商网络(3g或4g)将数据上报到网络服务器；网络服务器将接收的数据保存下来，并且识别上报的数据包类型，如果是需要回复的数据包，则再将回复报文推送给网关，由网关以无线的形式发送出去。网关与网络服务器之间交互协议是完整的tcp/ip协议，终端与网关之间以无线方式交互，使用属于mac层的lorawan协议。在lorawan规范中，定义两种终端接入模式，分别为无线激活(over-the-airactivation，otta)和手动激活(activationbypersonalization，abp)。在otaa模式下，根据终端随机生成的设备随机数(devnonce)和网络服务器随机生成的应用层随机数(appnonce)自动生成网络会话密钥(networksessionkey，nwkskey)和应用会话密钥(applicationsessionkey，appskey)；在abp模式下，使用固定的nwkskey和appskey。两种模式相比，otaa的安全性更好，abp则接入使用比较简单。根据lorawan1.01规范定义，中国区470频段上行频点从470.3mhz至489.3mhz，其中每200khz为一个频点，一个频点对应为一个工作信道。例如470.3mhz一个信道，470.5mhz一个信道等等，共划分为96个信道。而一个网关的接收范围只能在连续的8个信道范围内，所以96个信道又可以划分为12个信道组。因此，信道组划分如表1所示。表1、12个信道组的起始频点和终止频点因此，每个网关可接收的信道范围为一个信道组。终端与网关相互收发消息，要求工作在同一个信道组内。假设终端工作在第一个信道内，其频点范围为470.3至471.7，发送数据时，可以从中随机的选择一个频点，可以分别为470.3mhz、470.5mhz、470.7mhz、470.9mhz、471.1mhz、471.3mhz、471.5mhz或471.7mhz。由于终端和网关之间采用的是无线通讯的方式，且lora采用的是纯aloha协议，所以不可避免存在冲突。这种冲突主要表现为两个或多个终端同时以同一频点发送数据时，其信号就会相互干扰，互为噪声，造成接收端得到的信噪比(snr)很低，噪声过大，影响正常报文的接收，也就无法得到正确的报文内容，体现到网络服务器上的评估指标就是丢包率过大。在一定范围内，终端数量越多，造成的相互干扰就越大，丢包率也越大。根据实际环境验证得出结果，干扰主要发生在使用同一频点的时候；而工作在两个不同频点，尤其是不同信道组的终端之间干扰接近于零。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无线频点管理方法及系统，终端在发送入网请求之前向各个信道组发送hello报文，网络服务器根据hello报文更新不同网关下终端关联的网络环境信息并选择出最优网关以完成终端入网，从而有效地提高了频点资源的利用率，减少了无线网络的丢包率、错误率。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无线频点管理方法，应用于lorawan网络，所述lorawan网络包括终端、网关和网络服务器；所述管理方法包括以下步骤：终端上电后，在各个信道组中随机选择一个频点发出hello报文；在网络服务器经由网关接收到hello报文后，终端在接收hello报文的信道中选择发出hello报文的频点发出入网请求报文；终端接收到网络服务器经由最优网关发送来的入网响应报文后，经由最优网关接入网络；所述最优网关由网络服务器根据终端所对应的网络环境信息和终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率确定的，终端对应的网络环境信息由网络服务器根据由不同网关接收到的来自终端的hello报文而获取的。于本发明一实施例中，若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关存在，则网关会接收该hello报文并转发给网络服务器；若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关不存在，则该hello报文不会被接收，不做任何处理。于本发明一实施例中，所述网络环境信息包括不同网关下接收到的hello报文的接收信号强度、信噪比；所述资源占用率包括cpu占用率、内存占用率和信道容量占用率。另外，本发明还提供一种无线频点管理方法，应用于lorawan网络，所述lorawan网络包括终端、网关和网络服务器；所述管理方法包括以下步骤：终端上电后，在各个信道组中随机选择一个频点发出hello报文；网络服务器经由不同网关接收hello报文，并根据由不同网关接收到的hello报文更新终端所对应的网络环境信息；终端在接收hello报文的信道中选择发出hello报文的频点发出入网请求报文；网络服务器经由不同网关接收终端的入网请求报文，根据终端所对应的网络环境信息和终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率确定最优网关，并经由最优网关向终端发送入网响应报文；终端经由最优网关接入网络，以进行业务数据报文的上传。于本发明一实施例中，还包括：当前最优网关的资源占用率到达预设临界值时，在新的信道组增加网关。于本发明一实施例中，若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关存在，则网关会接收该hello报文并转发给网络服务器；若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关不存在，则该hello报文不会被接收，不做任何处理。于本发明一实施例中，所述网络环境信息包括不同网关下接收到的hello报文的接收信号强度、信噪比；所述资源占用率包括cpu占用率、内存占用率和信道容量占用率。同时，本发明还提供一种无线频点管理系统，应用于lorawan网络，包括终端、网关和网络服务器；终端用于上电后在各个信道组中随机选择一个频点发出hello报文；在网络服务器接收到hello报文后，在接收hello报文的信道中选择发出hello报文的频点发出入网请求报文；以及接收到网络服务器经由最优网关发送来的入网响应报文后，经由最优网关接入网络；网关用于在终端和网络服务器之间传送报文；网络服务器用于经由网关接收终端发出的hello报文，并根据hello报文更新终端所对应的网络环境信息；以及经由网关接收终端的入网请求报文，根据终端所对应的网络环境信息和终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率确定最优网关，并经由最优网关向终端发送入网响应报文。于本发明一实施例中，若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关存在，则网关会接收该hello报文并转发给网络服务器；若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关不存在，则该hello报文不会被接收，不做任何处理。于本发明一实施例中，所述网络环境信息包括不同网关下接收到的hello报文的接收信号强度、信噪比；所述资源占用率包括cpu占用率、内存占用率和信道容量占用率。如上所述，本发明的无线频点管理方法及系统，具有以下有益效果：(1)终端在发送入网请求之前向各个信道组发送hello报文，网络服务器根据hello报文更新不同网关下终端关联的网络环境信息表并选择出最优网关以完成终端入网，从而有效地提高了频点资源的利用率；(2)减少了无线网络的丢包率、错误率；(3)在网关的网络环境过饱和时，能够在新的信道组增加新的网关，从而保证了无线通信的质量。附图说明图1显示为本发明的无线频点管理方法的第一实施例的流程图；图2显示为本发明的hello报文的结构示意图；图3显示为本发明的无线频点管理方法的第二实施例的流程图；图4显示为本发明的无线频点管理系统的结构示意图；图5显示为本发明的hello报文的发送过程示意图；图6显示为本发明的入网请求报文的发送及响应过程示意图。元件标号说明1终端2网关3网络服务器具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如表2所示，在lorawan规范中，定义了8种报文类型。也就是说，报文类型仅限于以下八种。表2、lorawan规范中8种报文类型mtype描述000入网(join)请求001入网(join)响应010上行非确认011下行非确认100上行确认101下行确认110保留111私有定义其中，报文类型字符mtype采用3个bit表示。参照图1，本发明的无线频点管理方法应用于lorawan网络，所述lorawan网络包括终端、网关和网络服务器。具体地，该管理方法包括以下步骤：步骤s11、终端上电后，在各个信道组中随机选择一个频点发出hello报文。具体地，hello报文被定义为网络环境探测报文，即用于探测网络环境。在本发明中，利用报文类型111所对应的私有定义报文来实现hello报文。如图2所示，hello报文的内容长度为16个字节，前8个字节是appeui，表示应用标识；后8个字节是deveui，表示终端标识。需要说明的是，本发明中使用的终端需要支持全频段，支持全频段内所有的信道组。例如，在中国，终端需要支持中国区470频段，支持470频段内12个信道组。因此，终端上电后，向12个信道组中每个信道中随机选择的一个频点发出hello报文。优选地，终端依次向各个信道组中随机选择的一个频点发出hello报文。步骤s12、在网络服务器经由网关接收到hello报文后，终端在接收hello报文的信道中选择发出hello报文的频点发出入网请求报文。其中，网关的工作模式为数据透传模式。无论收到什么类型的无线报文，网关都会上报至网络服务器。同样的，收到网络服务器下发的下行报文，网关也直接发送到终端去。需要说明的是，若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关存在，则网关会接收该hello报文并转发给网络服务器；若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关不存在，则该hello报文就不会被接收，不做任何处理。步骤s13、终端接收到网络服务器经由最优网关发送来的入网响应报文后，经由最优网关接入网络；最优网关由网络服务器根据终端所对应的网络环境信息和终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率确定的，终端对应的网络环境信息由网络服务器根据由不同网关接收到的来自终端的hello报文而获取的。其中，网络环境信息包括不同网关下接收到的hello报文的接收信号强度(rssi)、信噪比(snr)。网络环境参数作为允许终端接入哪个网关的判断依据之一。终端接入网络后，开始经由最优网关向网络服务器发送业务数据报文，进行正常的周期性业务数据上报。其中，终端在接入网络成功之后，只工作在最优网关所在的信道组。具体地，网络服务器经由某一网关接收到终端的hello报文后，根据hello报文中的终端标识和hello报文的无线参数信息，更新该终端在该网关下所对应的网络环境信息，但并不响应终端的hello报文；等再经由该网关接收到终端发送的入网请求报文后，根据之前保存不同网关下的网络环境信息，以及终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率如cpu占用率、内存占用率、信道容量占用率，选择一个最优网关以响应入网请求报文。当终端从网络服务器选择的最优网关收到入网响应报文后，就工作在最优网关所在信道组，随后通过该最优网关进行业务数据的上传。参照图3，本发明的无线频点管理方法应用于lorawan网络，所述lorawan网络包括终端、网关和网络服务器。具体地，该管理方法包括以下步骤：步骤s21、终端上电后，在各个信道组中随机选择一个频点发出hello报文。具体地，hello报文被定义为网络环境探测报文，即用于探测网络环境。在本发明中，利用报文类型111所对应的私有定义报文来实现hello报文。如图2所示，hello报文的内容长度为16个字节，前8个字节是appeui，表示应用标识；后8个字节是deveui，表示终端标识。需要说明的是，本发明中使用的终端需要支持全频段，支持全频段内所有的信道组。例如，在中国，终端需要支持中国区470频段，支持470频段内12个信道组。因此，终端上电后，向12个信道组中每个信道中随机选择的一个频点发出hello报文。优选地，终端依次向各个信道组中随机选择的一个频点发出hello报文。步骤s22、网络服务器经由不同网关接收hello报文，并根据由不同网关接收到的hello报文更新终端所对应的网络环境信息。其中，网络环境信息包括不同网关下接收到的hello报文的接收信号强度(rssi)、信噪比(snr)。网络环境参数作为允许终端接入哪个网关的判断依据之一。其中，网关的工作模式为数据透传模式。无论收到什么类型的无线报文，网关都会上报至网络服务器。同样的，收到网络服务器下发的下行报文，网关也直接发送到终端去。需要说明的是，若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关存在，则网关会接收该hello报文并转发给网络服务器；若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关不存在，则该hello报文就不会被接收，不做任何处理。具体地，网络服务器经由某一网关接收到终端的hello报文后，根据hello报文中的终端标识和hello报文的无线参数信息，更新该终端在该网关下所对应的网络环境信息，但并不响应终端的hello报文。步骤s23、终端在接收hello报文的信道中选择发出hello报文的频点发出入网请求报文。步骤s24、网络服务器经由不同网关接收终端的入网请求报文后，根据终端所对应的网络环境信息和终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率确定最优网关，并经由最优网关向终端发送入网响应报文。具体地，网络服务器接收到终端发送的入网请求报文后，根据之前保存的网络环境信息，以及终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率如cpu占用率、内存占用率、信道容量占用率，选择一个最优网关以响应入网请求报文。步骤s25、终端经由最优网关接入网络，以进行业务数据报文的上传。具体地，终端接入网络后，开始经由最优网关向网络服务器发送业务数据报文，进行正常的周期性业务数据上报。其中，终端在接入网络成功之后，只工作在最优网关所在的信道组。优选地，还包括：当前最优网关的资源占用率到达预设临界值时，在新的信道组增加网关。随着接入的终端越来越多，当前最优网关的资源占用率也越来越低。当资源占用率到达预设临界值时，就需要增加工作在新的信道组的网关。增加网关之后，如果有新的终端接入网络，网络服务器就会自动调整该终端工作在新的信道组，而不会让原有接入环境越来越差，从而减少了无线网络的丢包率、错误率。参照图4，本发明的无线频点管理系统应用于lorawan网络，包括终端1、网关2和网络服务器3。终端1用于上电后在各个信道组中随机选择一个频点发出hello报文；在网络服务器接收到hello报文后，在接收hello报文的信道中选择发出hello报文的频点发出入网请求报文；以及接收到网络服务器经由最优网关发送来的入网响应报文后，经由最优网关接入网络。具体地，hello报文被定义为网络环境探测报文，即用于探测网络环境。在本发明中，利用报文类型111所对应的私有定义报文来实现hello报文。如图2所示，hello报文的内容长度为16个字节，前8个字节是appeui，表示应用标识；后8个字节是deveui，表示终端标识。需要说明的是，本发明中使用的终端需要支持全频段，支持全频段内所有的信道组。例如，在中国，终端需要支持中国区470频段，支持470频段内12个信道组。因此，终端上电后，向12个信道组中每个信道中随机选择的一个频点发出hello报文。优选地，终端依次向各个信道组中随机选择的一个频点发出hello报文。需要说明的是，若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关存在，则网关会接收该hello报文并转发给网络服务器；若各个信道组中随机选择的频点所在信道组的网关不存在，则该hello报文就不会被接收，不做任何处理。具体地，终端接入网络后，开始经由最优网关向网络服务器发送业务数据报文，进行正常的周期性业务数据上报。其中，终端在接入网络成功之后，只工作在最优网关所在的信道组。网关2用于在终端和网络服务器之间传送报文。其中，网关的工作模式为数据透传模式。无论收到什么类型的无线报文，网关都会上报至网络服务器。同样的，收到网络服务器下发的下行报文，网关也直接发送到终端去。网络服务器3用于经由网关接收终端发出的hello报文，并根据hello报文更新终端所对应的网络环境信息；以及经由网关接收终端的入网请求报文，根据终端所对应的网络环境信息和终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率确定最优网关，并经由最优网关向终端发送入网响应报文。其中，网络环境信息包括不同网关下接收到的hello报文的接收信号强度(rssi)、信噪比(snr)。网络环境参数作为允许终端接入哪个网关的判断依据之一。具体地，网络服务器经由某一网关接收到终端的hello报文后，根据hello报文中的终端标识和hello报文的无线参数信息，更新该终端在该网关下所对应的网络环境信息，但并不响应终端的hello报文；等再经由该网关接收到终端发送的入网请求报文后，根据之前保存不同网关下的网络环境信息，以及终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率如cpu占用率、内存占用率、信道容量占用率，选择一个最优网关以响应入网请求报文。当终端从网络服务器选择的最优网关收到入网响应报文后，就工作在最优网关所在信道组，随后通过该最优网关进行业务数据的上传。优选地，网络服务器还用于在当前最优网关的资源占用率到达预设临界值时，提示在新的信道组增加网关。随着接入的终端越来越多，当前最优网关的资源占用率也越来越低。当资源占用率到达预设临界值时，就需要增加工作在新的信道组的网关。增加网关之后，如果有新的终端接入网络，网络服务器就会自动调整该终端工作在新的信道组，而不会让原有接入环境越来越差，从而减少了无线网络的丢包率、错误率。下面通过具体实施例来进一步阐述一下本发明的无线频点管理方法。该实施例是针对中国区470频段来实现的。在一网络环境中，同时存在网关a、网关b、网关c、网关d和网关e，它们工作在不同的信道组，也可能工作在相同的信道组。假设网关a工作在第一信道组，网关b工作在第二信道组，以此类推，网关e工作在第5信道组。如图5所示，终端从12个信道组中随机选择一个频点，依次发出hello报文，有支持该频点所在信道组的网关接收到后将hello报文转发至网络服务器。如果不存在支持该频点的网关，该hello报文就不会被接收到，也不做任何处理。网关服务器分别接收到了网关a、网关b、网关c、网关d和网关e五个网关上报的hello报文，分别记录hello报文上报时的网络环境信息，包括接收信号强度(rssi)、信噪比(snr)，将这些参数存储到网络环境信息表中。终端向所有信道组发送hello报文完成后，再依次在接收hello报文的信道中选择发出hello报文的频点发送入网请求报文。网络服务器在收到入网请求报文后，选择出最优网关，仅响应从最优网关上报的入网请求报文。网络服务器根据终端所对应的网络环境信息和终端所在覆盖范围内各网关的资源占用率包括cpu占用率、内存占用率、信道容量占用率，综合计算得出最优网关，从而保证网络资源利用率维持均衡。如图6所示，根据当前网络状况，得到网关b是最优网关。故经由网关b发出入网响应报文，终端收到入网响应报文后，终端经由网关b入网，开始上报业务数据报文。随着接入的终端越来越多，当前最优网关的资源占用率也越来越低，当资源占用率接近预设临界值时，就需要增加工作在新的信道组的网关，比如增加网关f，其工作在信道组6。这样如果再有新的终端接入，就会自动调整其工作在信道组6，而不会让原有接入环境越来越差，从而减少了无线网络的丢包率、错误率。综上所述，本发明的无线频点管理方法及系统终端在发送入网请求之前向各个信道组发送hello报文，网络服务器根据hello报文更新不同网关下终端关联的网络环境信息表并选择出最优网关以完成终端入网，从而有效地提高了频点资源的利用率；减少了无线网络的丢包率、错误率；在网关的网络环境过饱和时，能够在新的信道组增加新的网关，从而保证了无线通信的质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12