CN111711708B - 一种LoRaWAN终端设备地址分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种LoRaWAN终端节点设备地址分配方法，针对LoRaWAN网络中终端节点数量较多时，设备地址发生冲突、重新入网时设备地址改变的问题；本发明使用数据库存储已入网的终端节点的设备标识符和设备地址；网络服务器根据终端节点的设备标识符，查询数据库判断终端节点是否为重新入网的设备，为重新入网的设备快速分配相同的设备地址；对新入网的设备，根据终端节点的设备标识符，计算生成终端节点的设备地址；查询数据库判断生成的设备地址是否发生冲突，使用多次随机计算避免设备地址冲突。

Description

一种LoRaWAN终端设备地址分配方法

技术领域

本发明属于低功耗广域网通信技术领域，特别涉及一种LoRaWAN终端设备地址分配方法。

背景技术

LoRa是一种LPWAN(低功耗广域网)技术规范，其最大的特点是远距离、低功耗、低成本。LoRaWAN网络往往组网规模较大，一个网络中接入的终端节点数量可以达到数万个。根据LoRaWAN协议，终端节点通过每次入网时网络服务器随机分配的DevAddr(设备地址)进行标识。网络中每个上下行数据帧头中，都需要使用DevAddr字段来区分发送或接收数据的终端节点。

LoRaWAN网络中终端节点的DevAddr字段长度为32位，高7位为公用的NwkID(网络标识符)，由LoRa联盟分配，以区分不同网络运营商的地域重叠网络并解决漫游问题。其中0000000用于专用网络，0000001用于实验网络。低25位NwkAddr(网络地址)由网络管理者自由分配。

在现有的LoRaWAN网络中，设备地址的分配方式是在入网时由网络服务器随机分配。网络服务器通过随机函数生成25位伪随机值，作为DevAddr字段的低25位NwkAddr，与固定的NwkID合并作为终端节点的DevAddr字段。

在终端节点数量较多时，网络中的设备地址很可能会产生冲突，造成设备识别错误和通信错误；且终端节点每次重新入网时，网络服务器都会为终端节点分配一个新的设备地址，导致通信数据不连续、应用服务中断。

为保证同一LoRaWAN网络中设备地址的唯一性，同时使终端节点每次重新入网时都分配到固定的设备地址，增强网络的稳定性和可靠性，本发明提出一种基于终端DevEUI(设备标识符)的LoRaWAN终端节点设备地址分配方法。

发明内容

针对网络中终端节点数量较多时，设备地址发生冲突、重新入网时设备地址改变的问题，本发明提出基于终端节点设备标识符的设备地址分配方法，对LoRaWAN协议中的设备识别与设备地址分配方式进行优化与改进，可以避免设备地址冲突，同时保证终端节点多次入网时都可以获得相同的设备地址。

本发明采用的技术方案为：一种LoRaWAN终端设备地址分配方法，使用Redis数据库存储已入网的终端节点的设备标识符和设备地址；网络服务器获取入网请求帧中终端节点的DevEUI字段，通过查询数据库判断终端节点是否为重新入网的设备，为重新入网的设备快速分配相同的DevAddr；若为新入网的设备，则使用终端节点的DevEUI作为随机种子，随机生成DevAddr；查询数据库判断生成的DevAddr是否发生冲突，使用多次随机计算避免冲突；具体包括以下实现过程：

首先，网络服务器获取申请入网的终端节点的DevEUI字段，通过查询Redis数据库，判断终端节点是否为重新入网的设备，并为重新入网的设备分配相同的DevAddr。具体包括以下步骤：

A1、网络服务器接收入网请求，获取终端节点的DevEUI；

A2、在数据库中查询是否有相同的DevEUI；

A3、若数据库中有相同的数据，网络服务器读取数据库中DevEUI对应的DevAddr作为当前终端节点的设备地址。

其次，对新入网的终端节点，根据DevEUI生成随机种子，使用随机运算得到DevAddr；通过查询Redis数据库，判断得到的DevAddr是否发生冲突；对发生冲突的DevAddr使用冲突回避策略；具体包括以下步骤：

B1、将DevEUI的高32位与低32位进行异或运算，得到32位的随机种子；

B2、根据步骤B1得到的随机种子，使用MT19937算法得到32位随机数；

B3、根据步骤B2的到的随机数，右移7位，作为DevAddr的低25位NwkAddr的值；NetID作为高7位，得到32位的DevAddr；

B4、对步骤B3得到的DevAddr，在Redis数据库中查找是否具有相同的值，若数据库中有相同的值，则进入返回步骤B3，继续进行随机运算，得到新的DevAddr，直至步骤B3得到的DevAddr与数据库中数据无冲突。

最后，对生成的DevAddr做持久化处理，储存在网络服务器的Redis数据库中，并封装进接受入网消息，发送给终端节点。具体步骤如下：

C1、将终端节点的DevEUI和可用的DevAddr存储到Redis数据库；步骤C1具体为：

C11、将终端节点的DevEUI和DevAddr按照字节顺序转换成字符串格式；

C12、将DevEUI字符串作为键，DevAddr字符串作为值，存入Redis数据库。

C2、将终端节点的DevAddr封装进接受入网帧，发送给终端节点。

本发明的有益效果：本发明的一种LoRaWAN终端设备地址分配方法，基于终端节点设备标识符的设备地址生成方式，能够显著降低网络服务器生成设备地址的冲突概率；通过对发生冲突的设备地址进行多次随机运算，能够避免网络中终端节点的设备地址发生冲突；对于重新入网的终端节点，网络服务器始终为其分配相同的设备地址。本发明的方法具备以下优点：

1、使用数据库存储已入网的终端节点的设备标识符和设备地址，可以在网络服务器端判断生成的设备地址是否发生冲突；同时使网络服务器可以判断终端节点的入网情况，使重新入网的终端节点可以快速获得固定的设备地址。

2、使用Redis数据库存储终端节点的信息，保证了终端节点数量很多时，可以快速查询数据库信息，同时最大限度降低了网络服务器的负载；

3、通过使用唯一的终端节点设备标识符生成随机种子，使用高性能的随机算法MT19937算法得到随机数，有效降低了网络服务器生成设备地址的冲突概率；

4、通过对发生冲突的设备地址进行多次随机运算，可以完全避免设备地址冲突。

附图说明

图1为本发明实施例提供的原理框图；

图2为本发明实施例提供的流程框图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

如图1所示，本发明涉及的一种LoRaWAN终端设备地址分配方法，包括以下内容：

O1、使用数据库存储已入网的终端节点的DevEUI和DevAddr；

O2、网络服务器获取入网请求帧中终端节点的DevEUI，通过查询数据库判断终端节点是否为重新入网的设备，为重新入网的设备分配与DevEUI对应的DevAddr；

O3、若为新入网的设备，则使用终端节点的DevEUI作为随机种子，随机生成终端节点的DevAddr，查询数据库判断生成的DevAddr是否发生冲突，使用多次随机计算避免冲突。

可选地，O2具体为：

A1、网络服务器接收入网请求，获取终端节点的DevEUI；

A2、在数据库中查询是否有相同的DevEUI；

A3、若数据库中有相同的数据，网络服务器读取数据库中DevEUI对应的DevAddr作为当前终端节点的设备地址。

可选地，O3具体为：

B1、将DevEUI的高32位与低32位进行异或运算，得到32位的随机种子；

B2、根据步骤B1得到的随机种子，使用MT19937算法得到32位随机数；

B3、根据步骤B2得到的随机数，右移7位，作为DevAddr的低25位NwkAddr的值；NetID作为高7位，得到32位的DevAddr；

B4、对步骤B3得到的DevAddr，在数据库中查找是否具有相同的值，若数据库中有相同的值，则返回步骤B3，继续进行随机运算，得到新的DevAddr，直至步骤B3得到的DevAddr与数据库中数据无冲突。

可选地，对生成的DevAddr做持久化处理，具体步骤如下：

C1、将终端节点的DevEUI和可用的DevEUI存储到网络服务器的数据库；

C2、将终端节点的DevAddr封装进接受入网帧，发送给终端节点。

可选地，步骤C1具体为：

C11、将终端节点的DevEUI和DevAddr按照字节顺序转换成字符串格式；

C12、将DevEUI字符串作为键，DevAddr字符串作为值，形成键值对存入数据库。

可选地，使用的数据库为Redis数据库，存储的数据为键值对，键为终端节点的DevEUI，值为终端节点的DevAddr。

如图2所示，本发明的具体实现流程为：

1、网络服务器接收入网请求消息，获取其中DevEUI字段的值。

2、将步骤1得到的DevEUI按照字节顺序转换为字符串类型，查询Redis数据库中是否有相同的键。如是则认为当前终端节点为重新入网的设备，执行步骤3，否则转步骤4。

3、获取Redis数据库中DevEUI键对应的DevAddr值，作为当前重新入网的终端节点的DevAddr，转到步骤9。

4、将步骤1得到的DevEUI的高32位与低32位进行异或运算，得到32位随机种子。

5、根据步骤4得到的随机种子，使用MT19937算法进行随机运算，得到一个32位随机数。

6、将步骤5中得到的随机数右移7位，保留高25位作为终端节点DevAddr低25位的NwkAddr的值；高7位设置为LoRa联盟分配的NetID，得到32位的DevAddr。

7、将步骤6得到的DevAddr按照字节顺序转换成字符串格式，查询Redis数据库，判断数据库中是否有相同的值；若是则认为生成的DevAddr与网络中已使用的DevAddr发生冲突，返回步骤5，以相同的随机种子进行随机运算得到新的DevAddr；否则执行步骤8。

8、将步骤2得到的字符串类型的DevEUI作为键，步骤7得到的字符串类型的DevAddr作为值，组成键值对，存入Reids数据库。

9、将步骤3或步骤6得到的DevAddr的值封装进接受入网帧的DevAddr字段，发送给终端节点。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种LoRaWAN终端设备地址分配方法，其特征在于，包括以下内容：

O1、使用数据库存储已入网的终端节点的DevEUI和DevAddr；

O2、网络服务器获取入网请求帧中终端节点的DevEUI，通过查询数据库判断终端节点是否为重新入网的设备，为重新入网的设备分配与DevEUI对应的DevAddr；具体包括：

A1、网络服务器接收入网请求，获取终端节点的DevEUI；

A2、在数据库中查询是否有相同的DevEUI；

A3、若数据库中有相同的数据，网络服务器读取数据库中DevEUI对应的DevAddr作为当前终端节点的设备地址；

O3、若为新入网的设备，则使用终端节点的DevEUI作为随机种子，随机生成终端节点的DevAddr，查询数据库判断生成的DevAddr是否发生冲突，使用多次随机计算避免冲突，具体包括：

B1、将DevEUI的高32位与低32位进行异或运算，得到32位的随机种子；

B2、根据步骤B1得到的随机种子，使用MT19937算法得到32位随机数；

B3、根据步骤B2得到的随机数，右移7位，作为DevAddr的低25位NwkAddr的值；NetID作为高7位，得到32位的DevAddr；

B4、对步骤B3得到的DevAddr，在数据库中查找是否具有相同的值，若数据库中有相同的值，则返回步骤B3，继续进行随机运算，得到新的DevAddr，直至步骤B3得到的DevAddr与数据库中数据无冲突。

2.根据权利要求1所述的一种LoRaWAN终端设备地址分配方法，其特征在于，对生成的DevAddr做持久化处理，具体步骤如下：

C1、将终端节点的DevEUI和可用的DevAddr存储到网络服务器的数据库；

C2、将终端节点的DevAddr封装进接受入网帧，发送给终端节点。

3.根据权利要求2所述的一种LoRaWAN终端设备地址分配方法，其特征在于，步骤C1具体为：

C11、将终端节点的DevEUI和DevAddr按照字节顺序转换成字符串格式；

C12、将DevEUI字符串作为键，DevAddr字符串作为值，形成键值对存入数据库。

4.根据权利要求1所述的一种LoRaWAN终端设备地址分配方法，其特征在于，使用的数据库为Redis数据库，存储的数据为键值对，键为终端节点的设备标识符，值为终端节点的设备地址。

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