一种基于LORA和NB-IOT的网关系统的制作方法

本实用新型涉及网络通信领域，具体来讲是一种基于lora和nb-iot的网关系统。

背景技术：

在数据采集行业，需要低功耗远距离传输时，目前主要有2种选择，一是使用远距离无线电（longrangeradio）lora技术，它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。），能实现数据采集终端向网关发送数据，通过网关转发到因特网；二是使用窄带物联网（narrowbandinternetofthings,以下简称nb-iot）。nb-iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，以降低部署成本、实现平滑升级，年资费约20元，使用nb-iot的终端，可以直接将数据通过核心网转发到因特网。

以上两种低功耗无线通信技术lora不能直接将数据转发到因特网，但后期使用不需要费用，可以使用wifi、gprs、nb-iot等将数据转发到因特网；nb-iot基于蜂窝网络，数据能直接转发到因特网，但是需要支付网络费用。

技术实现要素：

因此，为了解决上述不足，本实用新型在此提供一种基于lora和nb-iot的网关系统；汇聚节点网关使用lora模块和nb-iot模组构成，汇聚节点网关使用lora模块与终端节点和其他汇聚节点网关进行通信，汇聚节点网关和远程服务器之间通过nb-iot模组进行通信；微控制器将串口或spi接收到的数据，再通过另一个串口发送到nb-iot模组，由nb-iot模组将数据转发到互联网；或从相反的方向进行数据传输。

本实用新型是这样实现的，构造一种基于lora和nb-iot的网关系统，其特征在于：该系统包括汇聚节点网关，汇聚节点网关使用lora模块和nb-iot模组构成，具有微控制器、lora模块和nb-iot模组，lora模块通过串口1或spi与微控制器进行通信，微控制器与nb-iot模组之间通过串口2连接，汇聚节点网关通过串口1使用lora模块与终端采集节点进行通信，汇聚节点网关和远程服务器之间通过nb-iot模组进行通信；微控制器将串口1或spi接收到的来自lora模块的数据，再通过串口2发送到nb-iot模组（4），由nb-iot模组将数据转发到互联网；或从相反的方向进行数据传输。

根据本实用新型所述一种基于lora和nb-iot的网关系统，其特征在于：lora模块采用sx1278芯片实现。

本实用新型具有如下优点：本实用新型设计的网络系统，综合了lora和nb-iot通信各自的优势，终端数据采集模块与网关之间传送数据时使用lora通信，网关通过nb-iot将数据通过核心网转发到因特网，典型的网络应用架构如图1。其中汇聚节点（网关）为本实用新型的核心；实现lora与因特网之间的连接。一个基于lora的终端数据采集模块可以与一个或多个汇聚节点（网关）通信，多个基于lora的终端数据采集模块也可以与一个网关交换数据，网关通过nb-iot将终端采集的数据转发到因特网，从而实现数据上云。通过使用本网关系统，在数据量不大时，相当于多个lora终端采集系统共用一个nb-iot的流量资费，能有效降低使用成本，且网关耗电量低，适合野外电池供电。

附图说明

图1是本实用新型整体实施应用架构图；

图2是本系统框图；

图3实用新型中网关电源模块电路图；

图4是网关mcu主控模块（含lora模块接口）电路图；

图5是网关bc35-g（nb-iot模块）电路图。

其中：汇聚节点网关1，微控制器2，lora模块3，nb-iot模组4。

具体实施方式

下面将结合附图1-图5对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型通过改进在此提供一种基于lora和nb-iot的网关系统，如图1-图5所示，可以按照如下方式予以实施；该系统包括汇聚节点网关1，汇聚节点网关1使用lora模块和nb-iot模组构成，具有微控制器2、lora模块3和nb-iot模组4（以及对应的电源模块），lora模块3通过串口1或spi与微控制器2进行通信，微控制器2与nb-iot模组4之间通过串口2连接，汇聚节点网关1通过串口1使用lora模块与终端采集节点进行通信，汇聚节点网关和远程服务器之间通过nb-iot模组4进行通信；微控制器将串口1或spi接收到的来自lora模块的数据，再通过串口2发送到nb-iot模组4，由nb-iot模组将数据转发到互联网；或从相反的方向进行数据传输。

其中，lora模块采用sx1278芯片实现。

本实用新型设计的网络系统，综合了lora和nb-iot通信各自的优势，终端数据采集模块与网关之间传送数据时使用lora通信，网关通过nb-iot将数据通过核心网转发到因特网，典型的网络应用架构如图1。

其中汇聚节点（网关）为本实用新型的核心；实现lora与因特网之间的连接。一个基于lora的终端数据采集模块可以与一个或多个汇聚节点（网关）通信，多个基于lora的终端数据采集模块也可以与一个网关交换数据，网关通过nb-iot将终端采集的数据转发到因特网，从而实现数据上云。通过使用本网关系统，在数据量不大时，相当于多个lora终端采集系统共用一个nb-iot的流量资费，能有效降低使用成本，且网关耗电量低，适合野外电池供电。

下面以在一个电路板上实现lora和nb-iot网关为例，介绍系统的构成:

本例中使用lora模块和nb-iot构建了一款网关：终端节点和网关之间通过lora进行通信，网关和远程服务器之间通过nb-iot进行通信。具体过程是：终端节点和网关都搭载lora模块（sx1278芯片），实现终端节点和网关之间的通信，lora模块通过串口（或spi）与微控制器（mcu）进行通信，mcu将串口（或spi）接收到的数据，再通过另一个串口发送到nb-iot模组，由nb-iot模组将数据转发到互联网；或从相反的方向进行数据传输。其系统框图如图2；具体电路图如图3。

网关的执行流程如下：

第一步：网关初始化各lora（sx1278）通信模块，nb-iot模组，连接服务器；各数据采集终端lora通信模块初始化，等待网关数据。

第二步：各数据采集终端在入网前，由电路板上的拔码开关，设置唯一的地址，并将该地址保存到服务器上。

第三步：网关lora通过服务器获取数据终端的数量和地址，以此决定和哪些数据采集终端通信，并存到本地。

第四步：网关mcu通过串口或（spi）控制lora通信模块根据地址依次向数据采集终端发送信息进行轮询通信，由此实现了数据终端和网关之间的数据通信，然后网关将数据采集终端所发送的数据通过nb-iot转发到因特网上的远程服务器。

第五步：若在通信过程中，某数据终端因故通信失败，在进行规定通信次数失败后，网关可将其从本地地址数据列表中删除，并向服务器发送相应信息进行报告，维护人员从服务器可以查询通信失败的数据终端列表，网关后续不再和其通信，以节省所有终端的轮询时间。

第六步：通信失败的数据终端，当故障解除后，维护人员可以从服务器上向网关发送信息，要求恢复通信，实现网关与数据终端的再次通信。

第七步：在网关将数据发送到远程服务器后，可以接收由服务器下发到数据采集终端或网关的数据，若是发送到数据采集终端的数据，网关根据第四步的步骤将发送到数据采集终端的数据转发到相应的数据采集终端；若是发送到网关的命令，网关根据数据执行相应的操作。

由以上七步完成由数据终端发送数据到服务器和从服务器接收数据的双向通信过程。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。