一种物联网网关及其控制方法与流程

本发明涉及物联网应用技术领域，具体而言，涉及一种物联网网关及其控制方法。

背景技术：

物联网是基于互联网发展起来的，是互联网的延伸和扩展。物联网被普遍认可的定义是：它是一个由感知层、网络层、应用层共同构成的庞大的社会信息系统。想要在物联网中感知层、网络层和应用层整合形成一个网络，则必须在感知层和网络层之间设置一个物联网网关来进行数据的收集和传递。通常无线网关由无线接收模块、微型处理器和无线发送模块构成。在实际应用中，使用者更关心无线网关的传送距离、功耗、灵敏度以及组网方式。

物联网打破地域限制，实现物物之间按需进行的信息获取、传递、存储、融合、使用等服务的网络。当前的物联网常用的传统无线通信技术包括、蓝牙技术、wifi技术等。但是，蓝牙技术作为物联网传输的主要技术对于远距离传输具有很大的局限性，只能解决设备与设备之间的短距离传输，无法将接入的采集数据接入互联网。wifi技术作为物联网的传输主要技术对于采集设备的功率有很高的要求，无法解决传感器的功耗问题，维护成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种物联网网关及其控制方法，实现了长距离传输，并且大大减少了功耗。

第一方面，本发明实施例提供了一种物联网网关，其中，包括LoRa模块、STM32L模块、GSM/GPRS模块和云端；

所述LoRa模块，与所述STM32L模块相连，用于接收节点发送的节点数据包，并将所述节点数据包发送给所述STM32L模块；

所述STM32L模块，与所述GSM/GPRS模块相连，用于校验所述节点数据包是否合法，如果所述节点数据包合法，则从所述节点数据包中提取与所述节点数据包对应的节点ID，并将所述节点ID通过所述LoRa模块返回确认包到所述节点，以及将对应的网关ID加入到所述节点数据包中生成网关数据包，并通过所述GSM/GPRS模块将所述网关数据包发送到所述云端；

所述云端，与所述GSM/GPRS模块相连接，用于对所述网关数据包进行检验，并根据检验结果向所述STM32L模块利用所述GSM/GPRS模块发送状态信息，以使所述STM32L模块根据所述状态信息进行判断。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：所述STM32L模块还用于在所述网关数据包上传不成功的情况下采取三级重启机制重发所述网关数据包。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：所述STM32L模块还用于重启GPRS上下文，如果所述GPRS上下文重启失败，则重启HTTP服务，如果所述HTTP服务重启失败，则重启所述GPRS模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中：所述STM32L模块为网关，还包括：当所述节点通过所述LoRa模块向所述网关发送所述节点数据包时，所述节点通过自适应算法选取所述网关。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中：还包括：在所述网关位置发生变化的情况下，所述节点通过所述自适应算法选取所述网关，并向所述网关通过所述LoRa模块发送所述节点数据包。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中：所述节点数据包包括尝试次数，还包括：

在所述节点通过所述LoRa模块向所述网关发送所述节点数据包失败的情况下，所述尝试次数进行累加，并再次通过所述LoRa模块向所述网关发送所述节点数据包。

第二方面，本发明实施例提供了一种物联网网关的控制方法，其中，所述方法包括：

接收节点发送的节点数据包；

校验所述节点数据包是否合法；

如果所述节点数据包合法，则从所述节点数据包中提取与所述节点数据包对应的节点ID，并将所述节点ID通过LoRa模块返回确认包到所述节点；

将对应的网关ID加入到所述节点数据包中生成网关数据包，并通过GSM/GPRS模块将所述网关数据包发送到云端；

对所述网关数据包进行检验，并根据检验结果向STM32L模块利用所述GSM/GPRS模块发送状态信息，以使所述STM32L模块根据所述状态信息进行判断。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中：所述根据所述状态信息进行判断包括：

在所述网关数据包上传不成功的情况下采取三级重启机制重发所述网关数据包。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中：所述STM32L模块为网关,所述方法还包括：

当所述节点通过所述LoRa模块向所述网关发送所述节点数据包时，所述节点通过自适应算法选取所述网关。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中：所述节点数据包包括尝试次数，所述方法还包括：

在所述节点通过所述LoRa模块向所述网关发送所述节点数据包失败的情况下，所述尝试次数进行累加，并再次通过所述LoRa模块向所述网关发送所述节点数据包。

本发明提供的一种物联网网关及其控制方法，包括LoRa模块、STM32L模块、GSM/GPRS模块和云端；通过LoRa模块接收节点发送的节点数据包；STM32L模块校验节点数据包是否合法，如果节点数据包合法，则从节点数据包中提取与节点数据包对应的节点ID，并将节点ID通过LoRa模块返回确认包到节点，以及将对应的网关ID加入到节点数据包中生成网关数据包，并通过GSM/GPRS模块将网关数据包发送到云端；云端对网关数据包进行检验，并根据检验结果向STM32L模块利用GSM/GPRS模块发送状态信息，以使STM32L模块根据状态信息进行判断。本发明能够实现长距离传输，并且大大减少功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种物联网网关示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种物联网网关的控制方法流程图。

1-LoRa模块；2-STM32L模块；3-GSM/GPRS模块；4-云端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种物联网网关示意图。

参照图1，一种物联网网关，包括LoRa模块1、STM32L模块2、GSM/GPRS模块3和云端4；

LoRa模块1，与STM32L模块2相连，用于接收节点发送的节点数据包，并将节点数据包发送给STM32L模块2；

STM32L模块2，与GSM/GPRS模块3相连，用于校验节点数据包是否合法，如果节点数据包合法，则从节点数据包中提取与节点数据包对应的节点ID，并将节点ID通过LoRa模块1返回确认包到节点，以及将对应的网关ID加入到节点数据包中生成网关数据包，并通过GSM/GPRS模块3将网关数据包发送到云端4；

云端4，与GSM/GPRS模块3相连接，用于对网关数据包进行检验，并根据检验结果向STM32L模块2利用GSM/GPRS模块3发送状态信息，以使STM32L模块2根据状态信息进行判断。

具体地，节点通过LoRa模块1向STM32L模块2定期(1min)发送节点数据包，主要包括：节点是否正常，节点的配置参数等。STM32L模块2，校验节点数据包如果合法，则下发一条响应报文，即根据节点ID通过LoRa模块1返回确认包到节点，这时节点已发送节点数据包成功，关闭射频，进入休眠状态；如果不合法，也就是节点发送节点数据包失败，则下发一条错误报文，这时需立即重发节点数据包，若连续3次重发，重新建立连接。响应报文或错误报文可以判断节点与网关之间的连接是否正常。

根据本发明的示例性实施例，STM32L模块2还用于在网关数据包上传不成功的情况下采取三级重启机制重发网关数据包。

具体地，STM32L模块2在较短时间间隔(10s)内发送网关数据包至云端4，云端4对网关数据包进行检验，并根据检验结果向STM32L模块2发送状态信息，STM32L模块2根据状态信息判断网关与云端4的连接状态，如连接失败，则采取三级重启机制重发网关数据包。

根据本发明的示例性实施例，STM32L模块2还用于重启GPRS上下文，如果GPRS上下文重启失败，则重启HTTP服务，如果HTTP服务重启失败，则重启GPRS模块。

具体地，三级重启机制就是，先重启GPRS上下文；如果GPRS上下文重启失败，则重启HTTP服务；如果HTTP服务重启失败，则重启GPRS模块。如果依然连接失败，则需通进行网关重启。

根据本发明的示例性实施例，STM32L模块2为网关，还包括：当节点通过LoRa模块1向网关发送节点数据包时，节点通过自适应算法选取网关。

具体地，节点在初始化时，需要通过自适应算法寻找网关。也就是说，节点同时向多个网关，而不是其他节点发送寻址包广播；有的网关不在信号范围内，不反馈地址包，有的网关在信号范围内，反馈地址包；节点根据就近原则或者信号优先原则，在这些信号范围内的网关中，选定网关，完成组网关系。节点只固定对应该配对的网关，再次上传数据时就选定该网关。一个节点对应一个网关，一个网关下面对应着若干节点，是一个星型网络。

根据本发明的示例性实施例，在网关位置发生变化的情况下，节点通过自适应算法选取网关，并向网关通过LoRa模块1发送节点数据包。

根据本发明的示例性实施例，节点数据包包括尝试次数，还包括：

在节点通过LoRa模块1向网关发送节点数据包失败的情况下，尝试次数进行累加，并再次通过LoRa模块1向网关发送节点数据包。

具体地，节点数据包发送失败进行重发时，节点数据包中会包括尝试次数，每重发一次尝试次数就加1，节点数据包更新尝试次数。通过尝试次数可以反应网络通信质量。

本发明提供的一种物联网网关，包括LoRa模块、STM32L模块、GSM/GPRS模块和云端；通过LoRa模块接收节点发送的节点数据包；STM32L模块校验节点数据包是否合法，如果节点数据包合法，则从节点数据包中提取与节点数据包对应的节点ID，并将节点ID通过LoRa模块返回确认包到节点，以及将对应的网关ID加入到节点数据包中生成网关数据包，并通过GSM/GPRS模块将网关数据包发送到云端；云端对网关数据包进行检验，并根据检验结果向STM32L模块利用GSM/GPRS模块发送状态信息，以使STM32L模块根据状态信息进行判断。本发明能够实现长距离传输，并且大大减少功耗。

图2为本发明实施例所提供的一种物联网网关的控制方法流程图。

参照图2，物联网网关的控制方法包括：

步骤S201，接收节点发送的节点数据包；

具体地，LoRa模块采用LoRa无线通讯接收节点定期发送的节点数据包，并将节点数据包发送给STM32L模块。

步骤S202，校验节点数据包是否合法；

具体地，STM32L模块接收并校验节点数据包是否合法。

步骤S203，如果节点数据包合法，则从节点数据包中提取与节点数据包对应的节点ID，并将节点ID通过LoRa模块返回确认包到节点；

具体地，STM32L模块校验节点数据包如果合法，则下发一条响应报文，即确认包到节点；如果不合法，则下发一条错误报文，这时需立即重发节点数据包。

步骤S204，将对应的网关ID加入到节点数据包中生成网关数据包，并通过GSM/GPRS模块将网关数据包发送到云端；

具体地，与上一步骤同时，STM32L模块将对应的网关ID加入到节点数据包中生成网关数据包，并通过GSM/GPRS模块将网关数据包发送到云端。

步骤S205，对网关数据包进行检验，并根据检验结果向STM32L模块利用GSM/GPRS模块发送状态信息，以使STM32L模块根据状态信息进行判断。

根据本发明的示例性实施例，根据状态信息进行判断包括：

在网关数据包上传不成功的情况下采取三级重启机制重发网关数据包。

具体地，STM32L模块在较短时间间隔(10s)内发送网关数据包至云端，云端对网关数据包进行检验，并返回状态信息，STM32L模块根据状态信息判断网关与云端的连接状态，如连接失败，则采取三级重启机制重发网关数据包。

根据本发明的示例性实施例，STM32L模块为网关，物联网网关的控制方法还包括：

当节点通过LoRa模块向网关发送节点数据包时，节点通过自适应算法选取网关。

具体地，节点通过自适应算法选取网关，一个节点对应一个网关，一个网关下面对应着若干节点，是一个星型网络。

根据本发明的示例性实施例，节点数据包包括尝试次数，物联网网关的控制方法还包括：

在节点通过LoRa模块向网关发送节点数据包失败的情况下，尝试次数进行累加，并再次通过LoRa模块向网关发送节点数据包。

具体地，节点数据包发送失败进行重发时，节点数据包中会包括尝试次数，每重发一次尝试次数就加1，节点数据包更新尝试次数。通过尝试次数可以反应网络通信质量。

另外，网关只有在工作的时候才唤醒，不工作时处于休眠状态；LoRa模块只有在使用时才供电，节约能源消耗。

本发明提供的一种物联网网关的控制方法，包括：接收节点发送的节点数据包；校验节点数据包是否合法；如果节点数据包合法，则从节点数据包中提取与节点数据包对应的节点ID，并将节点ID通过LoRa模块返回确认包到节点；将对应的网关ID加入到节点数据包中生成网关数据包，并通过GSM/GPRS模块将网关数据包发送到云端；对网关数据包进行检验，并根据检验结果向STM32L模块利用GSM/GPRS模块发送状态信息，以使STM32L模块根据状态信息进行判断。通过以上方法实现了长距离传输，并且大大减少了功耗。

该发明可应用于城市停车管理、校园安全报警等多种场合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。上述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。