LoRa通信方法及系统、LoRa网关、LoRa终端与流程

lora通信方法及系统、lora网关、lora终端
技术领域
1.本发明涉及lora通信领域，尤其涉及一种lora通信方法及系统、lora网关、lora终端。


背景技术：

2.当前物联网领域，基于lora技术的各种应用层出不穷。由于lora协议工作在非管制频段，所以两个节点在通信过程中，如果受到周边其他同频节点干扰，将严重影响通信质量，甚至导致无法正常通信。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种lora通信方法及系统、lora网关、lora终端。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.一方面，构造一种lora通信方法，基于云服务器、lora网关和lora终端实现，所述lora网关与云服务器之间通过互联网通信，所述lora网关与lora终端之间通过lora通信，云服务器包括不同套件的组内秘钥，不同套件间使用不同的组内秘钥，lora网关与lora终端仅包括一个套件的组内秘钥，所述方法包括入网步骤和通信步骤；
6.所述入网步骤包括：
7.lora网关与lora终端均分别根据约定好的调频因子和随机算法，从lora频率集中随机选出预设数量的候选频率，lora网关与lora终端均分别对所述预设数量的候选频率依次进行监听；
8.lora网关根据监听结果从所述预设数量的候选频率中选择当前环境未被使用的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率；
9.lora终端在某一候选频率的数据可用其所在套件的组内秘钥进行解密，则确定找到lora网关，将该某一候选频率选定为自身与lora网关之间的工作频率；
10.所述通信步骤包括：
11.lora终端与云服务器发送数据时，分别基于套件的组内秘钥将数据加密后发送给lora网关；
12.lora网关监听来自云服务器与lora终端的数据，基于其所在套件的组内秘钥对接收的数据进行校验，将校验成功的数据发送给同一套件中的lora终端或者云服务器；
13.lora终端与云服务器接收到来自lora网关的数据时，将接收的数据按照套件的组内秘钥进行解密。
14.优选地，所述的根据监听结果从所述预设数量的候选频率中选择当前环境未被使用的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率，包括：
15.选择没有监听到数据的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率；
16.当所有的候选频率都有数据时，则选择网关信号强度比上信噪比的比值中最小的
候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率。
17.优选地，所述的基于其所在套件的组内秘钥对接收的数据进行校验，将校验成功的数据发送给同一套件中的lora终端或者云服务器，包括：
18.lora网关接收到云服务器发送的数据时，利用组内秘钥解密的数据中的mic码，如果mic码错误，则将数据丢弃，如果mic码正确，则将数据通过所述工作频率发送给lora终端；
19.lora网关在所述工作频率监听到lora终端发送的数据时，利用组内秘钥解密的数据中的mic码，如果mic码错误则将数据丢弃，如果mic码正确，则将数据发送给云服务器。
20.优选地，所述方法还包括：若lora终端监听完所有候选频率后，仍无法找到lora网关，则使用互控模式的频率和其所在套件的组内秘钥直接与其他lora终端进行数据收发。
21.二方面，构造一种lora通信方法，基于lora网关实现，所述lora网关与云服务器之间通过互联网通信，所述lora网关与lora终端之间通过lora通信，所述方法包括：
22.lora网关根据与lora终端约定好的调频因子和随机算法，从lora频率集中随机选出预设数量的候选频率；
23.lora网关对所述预设数量的候选频率依次进行监听，根据监听结果从所述预设数量的候选频率中选择当前环境未被使用的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率；
24.lora网关监听来自云服务器与lora终端的数据，基于其所在套件的组内秘钥对接收的数据进行校验，将校验成功的数据发送给同一套件中的lora终端或者云服务器，其中，不同套件间使用不同的组内秘钥。
25.优选地，所述的根据监听结果从所述预设数量的候选频率中选择当前环境未被使用的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率，包括：
26.选择没有监听到数据的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率；
27.当所有的候选频率都有数据时，则选择网关信号强度比上信噪比的比值中最小的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率。
28.三方面，构造一种lora通信方法，基于所述lora终端实现，所述lora终端与lora网关之间通过lora通信，所述lora网关与云服务器之间通过互联网通信，所述方法包括：
29.lora终端根据与lora网关约定好的调频因子和随机算法，从lora频率集中随机选出预设数量的候选频率；
30.lora终端对所述预设数量的候选频率依次进行监听，若某一候选频率的数据可用其所在套件的组内秘钥进行解密，则确定找到lora网关，将该某一候选频率选定为自身与lora网关之间的工作频率；
31.lora终端发送数据时，基于套件的组内秘钥将数据加密后发送给lora网关，lora终端接收到来自lora网关的数据时，将接收的数据按照套件的组内秘钥进行解密。
32.四方面，构造一种lora通信系统，包括云服务器、lora网关、lora终端，所述lora网关与云服务器之间通过互联网通信，所述lora网关与lora终端之间通过lora通信，云服务器包括不同套件的组内秘钥，不同套件间使用不同的组内秘钥，lora网关与lora终端仅包括一个套件的组内秘钥，所述云服务器、lora网关、lora终端用于实现如前所述的方法。
33.五方面，构造一种lora网关，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法的步骤。
34.六方面，构造一种lora终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法的步骤。
35.本发明的lora通信方法及系统、lora网关、lora终端，具有以下有益效果：本发明以套件的组内秘钥作为是否是同一套件的依据，不同套件间使用不同的组内秘钥，不同套件间无法解析数据内容，为确保套件与套件之间射频信号互不干扰，避免同频干扰情况，本发明中网关与终端入网时都是用跳频因子随机选出固定的候选频率进行监听，网关与终端间共用相同的跳频因子，确保同套件终端可寻找到套件的网关频率。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
37.图1是实施例一的lora通信方法流程图；
38.图2是实施例二的lora通信方法流程图。
具体实施方式
39.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
40.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
41.本发明总的思路是：本发明以套件的组内秘钥作为是否是同一套件的依据，不同套件间使用不同的组内秘钥，不同套件间无法解析数据内容，为确保套件与套件之间射频信号互不干扰，避免同频干扰情况，本发明中网关与终端入网时都是用跳频因子随机选出固定的候选频率进行监听，网关与终端间共用相同的跳频因子，确保同套件终端可寻找到套件的网关频率。
42.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
43.实施例一
44.参考图1，本实施例的lora通信方法，基于lora网关实现。所述lora网关与云服务器之间通过互联网通信，即通过tcp/ip协议通信，所述lora网关与lora终端之间通过lora通信。参考图1，所述方法包括：
45.s101：lora网关根据与lora终端约定好的调频因子和随机算法，从lora频率集中随机选出预设数量的候选频率；
46.lora网关上电后，会根据调频因子f_factor，利用随机算法(比如伪随机srand算
法)从lora频率集中随机选出预设数量的候选频率，比如从96个lora频率集中随机选出8个候选频率。约定的方式，可以是在产品出厂时写入产品中。
47.s102：lora网关对所述预设数量的候选频率依次进行监听，根据监听结果从所述预设数量的候选频率中选择当前环境未被使用的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率；
48.即按照顺序，选择各个候选频率监听预定时间。选择没有监听到数据的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率；当所有的候选频率都有监听到数据时，则选择rssi/snr中最小的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率。其中，rssi代表网关信号强度，snr代表信噪比。因为有已在被使用的频率的rssi/snr会比较强，对自身干扰大，所以选择rssi/snr最小的频率。
49.s103：lora网关监听来自云服务器与lora终端的数据，基于其所在套件的组内秘钥对接收的数据进行校验，将校验成功的数据发送给同一套件中的lora终端或者云服务器。
50.具体来说，lora网关接收到云服务器发送的数据时，利用组内秘钥解密的数据中的mic码，如果mic码错误，则将数据丢弃，如果mic码正确，则将数据通过所述工作频率发送给lora终端；lora网关在所述工作频率监听到lora终端发送的数据时，利用组内秘钥解密的数据中的mic码，如果mic码错误则将数据丢弃，如果mic码正确，则将数据发送给云服务器。
51.其中，lora终端、云服务器发送的数据都是利用组内秘钥groupkey进行aes-128对称加密方式进行加密。lora终端在接收到数据时，只需要利用组内秘钥groupkey解码出其中的mic码进行校验，如果解密出的mic码与本地预存的mic码是一致的，则认为数据中的mic码正确。
52.套件是由云服务器、lora网关、lora终端构成，lora网关、lora终端只能隶属于同一个套件，云服务器可以同时隶属于好几个套件，因此lora网关与lora终端仅包括一个套件的组内秘钥，云服务器包括不同套件的组内秘钥，不同套件间使用不同的组内秘钥。服务器、lora网关、lora终端的组内秘钥都是预先写入本地的。
53.实施例二
54.参考图2，本实施例的lora通信方法，基于lora终端实现。所述lora网关与云服务器之间通过互联网通信，即通过tcp/ip协议通信，所述lora网关与lora终端之间通过lora通信。参考图2，所述方法包括：
55.s201：lora终端根据与lora网关约定好的调频因子和随机算法，从lora频率集中随机选出预设数量的候选频率；
56.与网关的原理同理，lora终端上电后，会根据调频因子f_factor，利用随机算法(比如伪随机srand算法)从lora频率集中随机选出预设数量的候选频率，比如从96个lora频率集中随机选出8个候选频率。约定的方式，可以是在产品出厂时写入产品中。
57.s202：lora终端对所述预设数量的候选频率依次进行监听，若某一候选频率的数据可用其所在套件的组内秘钥进行解密，则确定找到lora网关，将该某一候选频率选定为自身与lora网关之间的工作频率；
58.即按照顺序，选择各个候选频率监听预定时间。lora终端对候选频率监听时，若某
一候选频率的数据可用其所在套件的组内秘钥进行解密，则lora终端会基于此某一候选频率发送入网请求，如果入网成功，则将确定找到lora网关，将该某一候选频率记录下来，作为自身与lora网关之间的工作频率，如果入网不成功，则选择下一个候选频率进行监听。其中，服务器、lora网关、lora终端的组内秘钥都是预先写入本地的。
59.优选地，若lora终端监听完所有候选频率后，仍无法找到lora网关，则使用互控模式的频率和其所在套件的组内秘钥直接与其他lora终端进行数据收发。
60.可以理解的是，lora终端即使找到了lora网关，除了监听lora网关外，还会监听互控模式的频率，以保证当有lora终端找不到网关时可以通过本地互控模式与其他终端通信。
61.s203：lora终端发送数据时，基于套件的组内秘钥将数据加密后发送给lora网关，lora终端接收到来自lora网关的数据时，将接收的数据按照套件的组内秘钥进行解密。
62.比如，lora终端利用组内秘钥groupkey进行aes-128对称加密方式进行加密。lora终端利用组内秘钥groupkey对接收的数据进行aes-128对称解密方式进行解密。
63.实施例三
64.本实施例的lora通信方法，基于云服务器、lora网关和lora终端实现，所述lora网关与云服务器之间通过互联网通信，所述lora网关与lora终端之间通过lora通信。云服务器包括不同套件的组内秘钥，不同套件间使用不同的组内秘钥，lora网关与lora终端仅包括一个套件的组内秘钥，所述方法包括入网步骤和通信步骤；
65.其中，所述入网步骤包括：
66.1)lora网关与lora终端均分别根据约定好的调频因子和随机算法，从lora频率集中随机选出预设数量的候选频率；
67.lora网关、lora终端各自上电后，都会根据调频因子f_factor，利用随机算法(比如伪随机srand算法)从lora频率集中随机选出预设数量的候选频率，比如从96个lora频率集中随机选出8个候选频率。约定的方式，可以是在产品出厂时写入产品中。
68.2)lora网关与lora终端均分别对所述预设数量的候选频率依次进行监听；
69.即按照顺序，选择各个候选频率监听预定时间。
70.3)lora网关根据监听结果从所述预设数量的候选频率中选择当前环境未被使用的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率；
71.具体的：选择没有监听到数据的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率；当所有的候选频率都有监听到数据时，则选择rssi/snr中最小的候选频率作为自身与lora终端之间的工作频率。其中，rssi代表网关信号强度，snr代表信噪比。因为有已在被使用的频率的rssi/snr会比较强，对自身干扰大，所以选择rssi/snr最小的频率。
72.4)lora终端在某一候选频率的数据可用其所在套件的组内秘钥进行解密，则确定找到lora网关，将该某一候选频率选定为自身与lora网关之间的工作频率。
73.具体的：lora终端对候选频率轮听时，若某一候选频率的数据可用其所在套件的组内秘钥进行解密，则lora终端会基于此某一候选频率发送入网请求，如果入网成功，则将确定找到lora网关，将该某一候选频率记录下来，作为自身与lora网关之间的工作频率，如果入网不成功，则选择下一个候选频率进行监听。优选地，若lora终端监听完所有候选频率后，仍无法找到lora网关，则使用互控模式的频率和其所在套件的组内秘钥直接与其他
lora终端进行数据收发。
74.可以理解的是，lora终端即使找到了lora网关，除了监听lora网关外，还会监听互控模式的频率，以保证当有lora终端找不到网关时可以通过本地互控模式与其他终端通信。
75.其中，所述通信步骤包括：
76.1)lora终端与云服务器发送数据时，分别基于套件的组内秘钥将数据加密后发送给lora网关；
77.2)lora网关监听来自云服务器与lora终端的数据，基于其所在套件的组内秘钥对接收的数据进行校验，将校验成功的数据发送给同一套件中的lora终端或者云服务器；
78.具体来说，lora网关接收到云服务器发送的数据时，利用组内秘钥解密的数据中的mic码，如果mic码错误，则将数据丢弃，如果mic码正确，则将数据通过所述工作频率发送给lora终端；lora网关在所述工作频率监听到lora终端发送的数据时，利用组内秘钥解密的数据中的mic码，如果mic码错误则将数据丢弃，如果mic码正确，则将数据发送给云服务器。
79.其中，lora终端、云服务器发送的数据都是利用组内秘钥groupkey进行aes-128对称加密方式进行加密。lora终端在接收到数据时，只需要利用组内秘钥groupkey解码出其中的mic码进行校验，如果解密出的mic码与本地预存的mic码是一致的，则认为数据中的mic码正确。
80.套件是由云服务器、lora网关、lora终端构成，lora网关、lora终端只能隶属于同一个套件，云服务器可以同时隶属于好几个套件，因此lora网关与lora终端仅包括一个套件的组内秘钥，云服务器包括不同套件的组内秘钥，不同套件间使用不同的组内秘钥。服务器、lora网关、lora终端的组内秘钥都是预先写入本地的。
81.3)lora终端与云服务器接收到来自lora网关的数据时，将接收的数据按照套件的组内秘钥进行解密。
82.实施例四
83.本实施例公开了一种lora通信系统，包括云服务器、lora网关、lora终端，所述lora网关与云服务器之间通过互联网通信，所述lora网关与lora终端之间通过lora通信，云服务器包括不同套件的组内秘钥，不同套件间使用不同的组内秘钥，lora网关与lora终端仅包括一个套件的组内秘钥，所述云服务器、lora网关、lora终端实现如实施例三所述的方法。
84.实施例五
85.本实施例公开了一种lora网关，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一所述的方法的步骤。具体实现过程可参阅上述方法实施例的描述，此处不再赘述。
86.实施例六
87.本实施例公开了一种lora终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例二的方法的步骤。具体实现过程可参阅上述方法实施例的描述，此处不再赘述。
88.综上，本发明的lora通信方法及系统、lora网关、lora终端，具有以下有益效果：本
发明以套件的组内秘钥作为是否是同一套件的依据，不同套件间使用不同的组内秘钥，不同套件间无法解析数据内容，为确保套件与套件之间射频信号互不干扰，避免同频干扰情况，本发明中网关与终端入网时都是用跳频因子随机选出固定的候选频率进行监听，网关与终端间共用相同的跳频因子，确保同套件终端可寻找到套件的网关频率。
89.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。