一种软件定义低功耗广域网系统及其配置方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及云技术和无线通信领域，尤其是涉及一种能灵活适用于不同应用场景，兼容不同的无线通信协议的软件定义低功耗广域网系统及其配置方法。
【背景技术】
[0002]目前应用于低功耗广域网的技术有LoRaWAN、Sigfox、Weightless-N、RPMA、LTE-M等等，这些技术在物理层面解决了一些远距离通信和低功耗的问题。但是对于整个低功耗广域网(LPWAN)领域来说，目前并没有一种广泛通用的通信和组网协议。不同的技术提供商和应用公司各自开发自己的私有网络通信协议。这些协议一般都是基于特定的应用场景而开发的，难以拓展。同时由于技术方案和通信协议规范的差别，不同广域网无线设备，乃至同一类型的设备都很难兼容组合应用到同一个广域网系统中使用。而低功耗广域网的终端节点设备硬件资源有限，必须满足低功耗，低成本的要求，不可能承载复杂的通用网络通信协议以兼容现有的协议和满足所有应用场景的需求。这些问题都严重阻碍了低功耗广域网技术在物联网领域的推广和发展。
[0003]中华人民共和国国家知识产权局于2012年07月25日公开了名称为《一种基于主从节点模式的物联网物流通信系统》的专利文献(公开号:CN102612170A)，其包括多个从节点，多个主节点以及一个或多个服务器。其中主节点具有移动通信模块，可以通过移动通信方式与服务器交换数据;主节点具有短距通信模块，可以与从节点建立低功耗、短距离通信链路;主节点具有GPS通信模块，可以执行主从系统的定位操作。通过后台服务系统为用户提供产品实时信息、服务。此方案仍然存在不能兼容现有的所有协议或满足所有应用场景需求的问题。
【发明内容】
[0004]本发明主要是解决现有技术所存在的通用性较差、不能满足所有的应用场景需求等的技术问题，提供一种具有良好的拓展性和兼容性，可以在几乎所有场景下正常使用的软件定义低功耗广域网系统及其配置方法。
[0005]本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种软件定义低功耗广域网系统，包括用户终端、云服务器、网关和若干个低功耗广域网，用户终端与云服务器连接，低功耗广域网由若干个终端设备组成，每个终端设备都通过网关连接到云服务器;所述低功耗广域网的网络服务器为运行有低功耗广域网协议栈的云服务器或运行有低功耗广域网协议栈的网关。
[0006]广域网协议栈运行在云服务器或网关上，根据需求选择合适的协议，降低了对终端设备的要求，无论什么协议的终端设备都可以通过网关连接到云服务器，从而实现终端设备和终端设备、终端设备和用户终端之间的互通互联。
[0007]作为优选，所述云服务器上运行有若干个应用，云服务器通过应用程序编程接口对应所有的用户终端的接口。
[0008]应用包括且不限于数据采集、大数据分析等。
[0009]作为优选，所述云服务器通过Ethernet、3G和WiFi中的任意一种或若干种连接网关。
[0010]云服务器和网关之间可以采用任意形式的网络实现互联。
[0011]作为优选，所述低功耗广域网通过433MHz和/或868MHz频段连接网关。低功耗广域网和网关之间也可以通过其他所有可用的通信频段连接。
[0012]作为优选，所述低功耗广域网协议桟包括可以拓展更新的MAC(MediaAccessControl，介质访问控制层)协议桟和可以拓展更新的PHY(Physical，物理层)协议桟，所述MAC协议栈封装有若干种MAC层协议，所述PHY协议栈封装有若干种PHY层协议，所述MAC协议栈通过统一的MAC接口对应所有的应用，所述PHY协议栈通过统一的软件定义低功耗广域网HALCHardware Abstract1n Layer，硬件抽象层)API连接到MAC协议桟，各低功耗广域网通过PHY协议栈中与本低功耗广域网协议对应的PHY层协议连接到网络服务器和广域网中的其他硬件设备。
[0013]本系统可以不断的更新拓展加入新的MAC层协议以适应各种不同的应用场景，确保在各种条件下实现可靠性，低功耗等的需求。本系统由于封装了各种已有的LPWAN的协议，可以直接把已有的LPWAN兼容进来作为本系统的一部分。
[0014]因为低功耗广域网协议栈中的封装的MAC层协议和PHY层协议都使用统一的接口，因此它们之间可以互相调配组合使用，以达到最优配置，减少不必要的重复开发。
[0015]云服务器可以根据不同的应用场景变化和终端设备的不同来优化已有的MAC层协议和PHY层协议，优化后的协议可以通过在线配置升级或者调整设备参数来实现，始终保证网络的最优化配置。同时，云服务器也可以通过更新MAC层协议和PHY层协议改变已有的子网络结构和组网方式，适应于任何应用需要的变化。
[0016]—种软件定义低功耗广域网系统配置方法，包括以下步骤:
51、应用在云服务器上运行，根据应用需求，确定了所选择的低功耗广域网后，云服务器调配低功耗广域网协议栈中与所选的低功耗广域网对应的MAC层协议和PHY层协议配置组网；或者应用通过云服务器和网关直接连接已有的低功耗广域网(其协议已经封装)，使之成为本发明提出的软件定义低功耗广域网系统的一部分；
52、云端服务器根据所选的MAC层协议和PHY层协议以SDK文件的形式输出成配置文件，然后将SDK文件烧录至终端设备以及网关中；
53、应用程序相对应的低功耗广域网配置完毕，系统开始运行。
[0017]作为优选，当所选的网关或终端设备需要在线升级时，云端服务器重新选择合适的MAC层协议和PHY层协议以SDK文件的形式输出成配置文件，然后将SDK文件烧录至网关或终端设备中，完成升级过程。
[0018]作为优选，云端服务器根据不同的应用场景变化和终端设备的不同来优化已有的MAC层协议，优化后的协议通过在线配置升级或者调整设备参数来实现，始终保证网络的最优化配置，同时，在需要改变网络结构时云端服务器通过更新LPWAN MAC改变已有的子网络结构和组网方式，适用于任何应用需要的变化。
[0019]本系统的低功耗广域网协议栈是将不同的MAC层协议和PHY层协议以配置文件的方式封装到了云服务器，所有封装的协议通过统一的MAC接口兼容起来。这样对于应用开发者来说，只是面对同一个接口开发即可，而不用因为需要适应不同MAC层协议或PHY层协议而开发很多不同的应用版本。
[0020]本发明带来的实质性效果是:
1、统一兼容所有低功耗广域网为一个整体网络，用户可以通过本系统网络连接到任何一个设备进行操作；
2、开发者使用统一的接口API，应用开发便捷高效；
3、本发明中网络系统特有的协议栈结构，可以方便的不断拓展更新，兼容封装新的子协议和新设备；
4、通过云服务器可以灵活的优化更新网络结构，参数，使每个设备达到运行稳定并且满足低功耗的要求；
5、通过云服务器可以实时监控所有终端设备的使用状态、运行状态、用电状态，还支持历史数据访问等;运用这些数据可以通过云进一步进行人工智能深入学习，数据挖掘。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的一种软件定义低功耗广域网系统结构示意图；
图2是本发明的一种低功耗广域网协议栈结构示意图；
图中:1、用户终端，2、云服务器，3、网关，4、低功耗广域网，5、应用，6、MAC协议栈，7、PHY协议桟。
【具体实施方式】
[0022]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0023]实施例:本实施例的一种软件定义低功耗广域网系统，如图1所示，包括用户终端
1、云服务器2、网关3和若干个低功耗广域网4，用户终端与云服务器连接，低功耗广域网由若干个终端设备组成，每个终端设备都通过网关连接到云服务器;所述低功耗广域网的网络服务器为运行有低功耗广域网协议栈的云服务器或运行有低功耗广域网协议栈的网关。
[0024]云服务器通过其APKApplicat1nProgramming Interface，应用程序编程接口)统一对应所有的用户终端(包括与其它私有云之间)接口。所有的应用(App Logic)，比如数据采集，大数据分析等也都集中在云服务器。此外，云服务器除了通过Ethernet，3G, WiFi处理来自不同LPWAN(低功耗广域网)的数据外，还可以作为LPWAN的网络服务器运行各种LPWAN的MAC程序来同时运维不同的LPWAN。与云服务器直接相连的是各种LPWAN的网关，它们既是数据上下行传输的中间节点(Data forward)，同时也可以作为LPWAN的网络服务器来使用。系统的最下一层就是由不