一種軟件定義低功耗廣域網系統及其配置方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及云技術和無線通信領域，尤其是涉及一種能靈活適用于不同應用場景，兼容不同的無線通信協議的軟件定義低功耗廣域網系統及其配置方法。
【背景技術】
[0002]目前應用于低功耗廣域網的技術有LoRaWAN、Sigfox、Weightless-N、RPMA、LTE-M等等，這些技術在物理層面解決了一些遠距離通信和低功耗的問題。但是對于整個低功耗廣域網(LPWAN)領域來說，目前并沒有一種廣泛通用的通信和組網協議。不同的技術提供商和應用公司各自開發自己的私有網絡通信協議。這些協議一般都是基于特定的應用場景而開發的，難以拓展。同時由于技術方案和通信協議規范的差別，不同廣域網無線設備，乃至同一類型的設備都很難兼容組合應用到同一個廣域網系統中使用。而低功耗廣域網的終端節點設備硬件資源有限，必須滿足低功耗，低成本的要求，不可能承載復雜的通用網絡通信協議以兼容現有的協議和滿足所有應用場景的需求。這些問題都嚴重阻礙了低功耗廣域網技術在物聯網領域的推廣和發展。
[0003]中華人民共和國國家知識產權局于2012年07月25日公開了名稱為《一種基于主從節點模式的物聯網物流通信系統》的專利文獻(公開號:CN102612170A)，其包括多個從節點，多個主節點以及一個或多個服務器。其中主節點具有移動通信模塊，可以通過移動通信方式與服務器交換數據;主節點具有短距通信模塊，可以與從節點建立低功耗、短距離通信鏈路;主節點具有GPS通信模塊，可以執行主從系統的定位操作。通過后臺服務系統為用戶提供產品實時信息、服務。此方案仍然存在不能兼容現有的所有協議或滿足所有應用場景需求的問題。
【發明內容】
[0004]本發明主要是解決現有技術所存在的通用性較差、不能滿足所有的應用場景需求等的技術問題，提供一種具有良好的拓展性和兼容性，可以在幾乎所有場景下正常使用的軟件定義低功耗廣域網系統及其配置方法。
[0005]本發明針對上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:一種軟件定義低功耗廣域網系統，包括用戶終端、云服務器、網關和若干個低功耗廣域網，用戶終端與云服務器連接，低功耗廣域網由若干個終端設備組成，每個終端設備都通過網關連接到云服務器;所述低功耗廣域網的網絡服務器為運行有低功耗廣域網協議棧的云服務器或運行有低功耗廣域網協議棧的網關。
[0006]廣域網協議棧運行在云服務器或網關上，根據需求選擇合適的協議，降低了對終端設備的要求，無論什么協議的終端設備都可以通過網關連接到云服務器，從而實現終端設備和終端設備、終端設備和用戶終端之間的互通互聯。
[0007]作為優選，所述云服務器上運行有若干個應用，云服務器通過應用程序編程接口對應所有的用戶終端的接口。
[0008]應用包括且不限于數據采集、大數據分析等。
[0009]作為優選，所述云服務器通過Ethernet、3G和WiFi中的任意一種或若干種連接網關。
[0010]云服務器和網關之間可以采用任意形式的網絡實現互聯。
[0011]作為優選，所述低功耗廣域網通過433MHz和/或868MHz頻段連接網關。低功耗廣域網和網關之間也可以通過其他所有可用的通信頻段連接。
[0012]作為優選，所述低功耗廣域網協議桟包括可以拓展更新的MAC(MediaAccessControl，介質訪問控制層)協議桟和可以拓展更新的PHY(Physical，物理層)協議桟，所述MAC協議棧封裝有若干種MAC層協議，所述PHY協議棧封裝有若干種PHY層協議，所述MAC協議棧通過統一的MAC接口對應所有的應用，所述PHY協議棧通過統一的軟件定義低功耗廣域網HALCHardware Abstract1n Layer，硬件抽象層)API連接到MAC協議桟，各低功耗廣域網通過PHY協議棧中與本低功耗廣域網協議對應的PHY層協議連接到網絡服務器和廣域網中的其他硬件設備。
[0013]本系統可以不斷的更新拓展加入新的MAC層協議以適應各種不同的應用場景，確保在各種條件下實現可靠性，低功耗等的需求。本系統由于封裝了各種已有的LPWAN的協議，可以直接把已有的LPWAN兼容進來作為本系統的一部分。
[0014]因為低功耗廣域網協議棧中的封裝的MAC層協議和PHY層協議都使用統一的接口，因此它們之間可以互相調配組合使用，以達到最優配置，減少不必要的重復開發。
[0015]云服務器可以根據不同的應用場景變化和終端設備的不同來優化已有的MAC層協議和PHY層協議，優化后的協議可以通過在線配置升級或者調整設備參數來實現，始終保證網絡的最優化配置。同時，云服務器也可以通過更新MAC層協議和PHY層協議改變已有的子網絡結構和組網方式，適應于任何應用需要的變化。
[0016]—種軟件定義低功耗廣域網系統配置方法，包括以下步驟:
51、應用在云服務器上運行，根據應用需求，確定了所選擇的低功耗廣域網后，云服務器調配低功耗廣域網協議棧中與所選的低功耗廣域網對應的MAC層協議和PHY層協議配置組網；或者應用通過云服務器和網關直接連接已有的低功耗廣域網(其協議已經封裝)，使之成為本發明提出的軟件定義低功耗廣域網系統的一部分；
52、云端服務器根據所選的MAC層協議和PHY層協議以SDK文件的形式輸出成配置文件，然后將SDK文件燒錄至終端設備以及網關中；
53、應用程序相對應的低功耗廣域網配置完畢，系統開始運行。
[0017]作為優選，當所選的網關或終端設備需要在線升級時，云端服務器重新選擇合適的MAC層協議和PHY層協議以SDK文件的形式輸出成配置文件，然后將SDK文件燒錄至網關或終端設備中，完成升級過程。
[0018]作為優選，云端服務器根據不同的應用場景變化和終端設備的不同來優化已有的MAC層協議，優化后的協議通過在線配置升級或者調整設備參數來實現，始終保證網絡的最優化配置，同時，在需要改變網絡結構時云端服務器通過更新LPWAN MAC改變已有的子網絡結構和組網方式，適用于任何應用需要的變化。
[0019]本系統的低功耗廣域網協議棧是將不同的MAC層協議和PHY層協議以配置文件的方式封裝到了云服務器，所有封裝的協議通過統一的MAC接口兼容起來。這樣對于應用開發者來說，只是面對同一個接口開發即可，而不用因為需要適應不同MAC層協議或PHY層協議而開發很多不同的應用版本。
[0020]本發明帶來的實質性效果是:
1、統一兼容所有低功耗廣域網為一個整體網絡，用戶可以通過本系統網絡連接到任何一個設備進行操作；
2、開發者使用統一的接口API，應用開發便捷高效；
3、本發明中網絡系統特有的協議棧結構，可以方便的不斷拓展更新，兼容封裝新的子協議和新設備；
4、通過云服務器可以靈活的優化更新網絡結構，參數，使每個設備達到運行穩定并且滿足低功耗的要求；
5、通過云服務器可以實時監控所有終端設備的使用狀態、運行狀態、用電狀態，還支持歷史數據訪問等;運用這些數據可以通過云進一步進行人工智能深入學習，數據挖掘。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的一種軟件定義低功耗廣域網系統結構示意圖；
圖2是本發明的一種低功耗廣域網協議棧結構示意圖；
圖中:1、用戶終端，2、云服務器，3、網關，4、低功耗廣域網，5、應用，6、MAC協議棧，7、PHY協議桟。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0023]實施例:本實施例的一種軟件定義低功耗廣域網系統，如圖1所示，包括用戶終端
1、云服務器2、網關3和若干個低功耗廣域網4，用戶終端與云服務器連接，低功耗廣域網由若干個終端設備組成，每個終端設備都通過網關連接到云服務器;所述低功耗廣域網的網絡服務器為運行有低功耗廣域網協議棧的云服務器或運行有低功耗廣域網協議棧的網關。
[0024]云服務器通過其APKApplicat1nProgramming Interface，應用程序編程接口)統一對應所有的用戶終端(包括與其它私有云之間)接口。所有的應用(App Logic)，比如數據采集，大數據分析等也都集中在云服務器。此外，云服務器除了通過Ethernet，3G, WiFi處理來自不同LPWAN(低功耗廣域網)的數據外，還可以作為LPWAN的網絡服務器運行各種LPWAN的MAC程序來同時運維不同的LPWAN。與云服務器直接相連的是各種LPWAN的網關，它們既是數據上下行傳輸的中間節點(Data forward)，同時也可以作為LPWAN的網絡服務器來使用。系統的最下一層就是由不