网络切换方法、装置及计算机存储介质
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用于LoRa通信系统终端的网络切换方法和装置。
背景技术
随着科技的不断发展和应用，物联网技术已经开始走进并影响人类的生产和生活等活动。尤其是近年来，随着人们对智能体验的需求的日益增加，越来越多的碎片化终端设备需要接入网络实现互联，物联网技术已经在智能家居、智慧城市、智能建筑、智能农业等各个应用场景中大显身手。
LoRa技术是近年来刚刚发展起来的一种低功耗广域网通信技术，相比于之前的WiFi、ZigBee、蓝牙等同域网无线技术，以及2G/3G/4G等广域网无线技术，LoRa同时具有传输距离远、终端功耗低、容量大、使用时间长等优点，能最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，因而在物联网应用领域中大放异彩。
目前LoRa通信主要采用半双工方式，在标准LoRaWAN协议中，为保证网络质量，数据通信以上行为主，网关很少会发送数据下行；在此情况下，终端很难确定当前网关的网络状态，需要长时间多次的通信才能确定当前网络是否变差或是否断线；若当前系统存在多个网关时，终端入网后无法得知其他网关的信息，再准备切换网络时需要多次通信尝试才能确定其他一个或多个网关是否存在，进而才能进行切换网络。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于LoRa通信系统终端的网络切换方法和装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种网络切换方法，所述方法包括：
步骤S1、在当前连接网关的下行时间内监听当前连接网关的下行信号；
步骤S2、根据所述下行信号，判断所述当前连接网关的连接状态；以及
步骤S3、根据所述连接状态，基于可用网关表以及网关部署方案进行网络切换。
在本发明提供的方法中，在步骤S1之前，还包括：
步骤S0、开机时，根据预置的可用网关表和网关部署方案，加入监听到的网关。
在本发明提供的方法中，步骤S0包括：
步骤S01、选择预置的可用网关表的第一组频率；
步骤S02、启动网关下行监听；
步骤S03、判断是否监听到网关下行信号，如果监听到网关下行信号，则进行到步骤S04，如果没有监听到网关下行信号，则进行到步骤S05；
步骤S04、计算该网关的下行间隔时间，在该下行间隔时间内发送入网请求,如果入网成功，则结束入网流程，如果入网失败，则进行到步骤S05；
步骤S05、判断是否已经遍历完可用网关表中的所有频率，如果是，则进行到步骤S07，如果不是，则进行到步骤S06；
步骤S06、按顺序从可用网关表中选择下一组频率，重复进行步骤S02；
步骤S07、如果已经遍历完可用网关表中的所有频率，则判断是否已经遍历完网关部署方案中的所有网关，如果是，则进行到步骤S09，如果不是，则进行到步骤S08；
步骤S08、根据可用网关表与网关部署方案，选择一组可能部署且尚未监听过的网关频率，重复进行步骤S02；
步骤S09、根据退避算法进行休眠。
在本发明提供的方法中，在步骤S0之后，还包括：
在加入网关后，根据当前连接网关下发的当前系统可用网关频率表或排序后的网关频率表，更新终端内的可用网关表；
在步骤S3中，根据更新后的可用网关表进行网络切换。
在本发明提供的方法中，如果所述当前连接网关的信号强度小于信号强度预设阈值，则步骤S3为软切换，包括：
步骤S30a、选择更新后的可用网关表中的第一组频率；
步骤S31a、计算该第一组频率对应的网关的下行时间；
步骤S32a、在该下行时间内进行网关监听；
步骤S33a、判断监听到的网关的信号强度是否比当前连接网关的信号强度强，如果是，则进行到步骤S34a，如果不是则进行到步骤S35a；
步骤S34a、计算监听到的网关的下行间隔时间，在该下行间隔时间内向该监听到的网关发送入网请求，如果入网成功，则结束入网流程，如果入网失败，则进行到步骤S35a；
步骤S35a、判断是否已经遍历完更新后的可用网关表中的所有频率，如果是，则进行到步骤S37a，如果不是，则进行到步骤S36a；
步骤S36a、按顺序从更新后的可用网关表中选择下一组频率，重复进行步骤S31a；
步骤S37a、如果已经遍历完更新后的可用网关表中的所有频率，则判断是否已经遍历完网关部署方案中的所有网关，如果是，则进行到步骤S39a，如果不是，则进行到步骤S38a；
步骤S38a、根据更新后的可用网关表与网关部署方案，选择一组可能部署且尚未监听的网关频率，重复进行步骤S31a；
步骤S39a、保持当前的网络连接不变。
在本发明提供的方法中，如果与所述当前连接网关的连接已断开，则步骤S3为硬切换，包括：
步骤S30b、选择更新后的可用网关表中的第一组频率；
步骤S31b、计算该第一组频率对应的网关的下行时间；
步骤S32b、在该下行时间内进行网关监听；
步骤S33b、判断是否监听到网关下行信号，如果是，则进行到步骤S34b，如果不是则进行到步骤S35b；
步骤S34b、计算监听到的网关的下行间隔时间，在该下行间隔时间内向该监听到的网关发送入网请求，如果入网成功，则结束入网流程，如果入网失败，则进行到步骤S35b；
步骤S35b、判断是否已经遍历完更新后的可用网关表中的所有频率，如果是，则进行到步骤S37b，如果不是，则进行到步骤S36b；
步骤S36b、按顺序从更新后的可用网关表中选择下一组频率，重复进行步骤S31b；
步骤S37b、如果已经遍历完更新后的可用网关表中的所有频率，则判断是否已经遍历完网关部署方案中的所有网关，如果是，则进行到步骤S39b，如果不是，则进行到步骤S38b；
步骤S38b、根据更新后的可用网关表与网关部署方案，选择一组可能部署且尚未监听过的网关频率，重复进行步骤S31b；
步骤S39b、根据退避算法进行休眠。
相应地，本发明还提供一种网络切换装置，包括：
监听模块，用于在当前连接网关的下行时间内监听当前连接网关的下行信号；
判断模块，用于根据所述下行信号，判断所述当前连接网关的连接状态；以及
切换模块，用于根据所述连接状态，基于可用网关表以及网关部署方案进行网络切换。
在本发明提供的装置中，还包括开机入网模块，用于开机时，根据预置的可用网关表和网关部署方案，加入监听到的网关。
在本发明提供的装置中，还包括更新模块，用于在加入网关后，根据当前连接网关下发的当前系统可用网关频率表或排序后的网关频率表，更新终端内的可用网关表。
相应地，本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行后，能够实现前述一个或多个技术方案提供的方法。
本发明的网络切换方法和装置，具有以下有益效果：本发明中入网设备在当前连接网关的下行时间内监听当前连接网关的下行信号；根据下行信号，判断当前连接网关的连接状态；根据连接状态，基于可用网关表以及网关部署方案进行网络切换。入网设备通过监听网关固定周期下行信号来判断当前网络是否良好；在网络状态不好时，通过预置的系统可用网关表以及网关部署方案进行网络切换，由此，可以方便快速的实现网络变换；此外，网关会根据当前系统内各网关的网关状况进行排序，并定时下发排序后的可用网关表，入网设备实时更新该可以网关表，用于后续地快速网络切换。
附图说明
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：
图1是本发明一实施例提供的网络切换方法的流程图；
图2是图1所示的步骤S0的流程图；
图3是图1所示的步骤S3的软切换流程图；
图4是图1所示的步骤S3的硬切换流程图；
图5是本发明一实施例提供的网络切换装置的原理图。
具体实施方式
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。
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。
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申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，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。
实施例一
参看图1，本发明实施例提供一种网络切换方法，适用于LoRa通信网络，适于由入网设备执行，入网设备是指请求入网的设备，其可以是终端、中继器或者路由器。
本实施例的方法包括：
步骤S0、开机时，根据预置的可用网关表和网关部署方案，加入监听到的网关；
步骤S1、在当前连接网关的下行时间内监听当前连接网关的下行信号；
步骤S2、根据所述下行信号，判断所述当前连接网关的连接状态；以及
步骤S3、根据所述连接状态，基于可用网关表以及网关部署方案进行网络切换。
本发明中，在入网设备中预置有可用网关表(backup)和网关部署方案。具体地，可用网关表中包括网关名称和对应的频率，用来标识入网设备可以选择在哪些网关上进行入网；网关部署方案用来标识某个网关周围可能存在的其他网关，其中，网关部署近似采用蜂窝状，例如，1号网关的周围会部署5号与9号网关，2号网关的周围会部署6号、10号网关。本领域技术人员可以理解的是，网关部署方案可以根据实际需要进行设备，本发明并不以此为限。
本发明中，网关只会在规定的下行时间内下发数据包(例如，网络参数/终端响应ACK/系统信息等)，即网关设计有固定的下行间隔，下行间隔指的是网关第N次和第N+1次发送下行数据包的时间间隔，其中，N为大于等于1的正整数。入网设备通过监听此信号判断当前网关的连线状态，并且可在非下行时间周期发送入网请求或上送数据以避免入网设备上行与网关下行间的通信碰撞。
本文中所提到的非下行时间点即表示除了下行时间点以外的时间。一般下行周期较之上行周期非常短，比如一般下行周期的时间长度为几百个毫秒，而上行周期的时间长度大约为几秒，所以本实施例中所述的入网设备在非下行周期/非下行时间点发送数据包到入网信道，具体为:所述的入网设备在下行时间点起随机延时一段时间后发送数据包到入网信道。显然，随机延时的时间长度应该大于下行周期的长度，所以一般需要延时几百个毫秒以上；而且随机延时的时间长度小于相邻的两个下行时间点之间的间隔，比如小于上述的5s。
本发明中，各频率网关之间的下行时间按照预定规则进行排序，由Lora服务器统一对时，例如，1号网关在第1秒下行，2号网关在第2秒下行…，入网设备可按照该规则快速计算出其他频率网关的下行时间，进而启动入网前的网络信号监听。
具体地，在本发明中，开机时，入网设备在首先选择可用网关表中的第一组频率进行下行监听终端；若有监听到网关下行信号，计算出网关的下行间隔，然后在下行间隔内进行入网请求，若没有监听到网关下行信号，按顺序从可用网关表中选择下一组频率，重复监听直至入网成功或遍历完可用网关表中的所有频率；若可用网关表中的所有频率已经遍历完，根据可用网关表与网关部署方案，找出周围可能存在但还尚未进行监听的网关准备入网，重复监听；若所有可能存在的网关均已遍历完但仍无法入网，则根据退避算法进行休眠。具体如图2所示，开机入网时包括以下步骤：
步骤S01、选择预置的可用网关表的第一组频率；
步骤S02、启动网关下行监听；
步骤S03、判断是否监听到网关下行信号，如果监听到网关下行信号，则进行到步骤S04，如果没有监听到网关下行信号，则进行到步骤S05；
步骤S04、计算该网关的下行间隔时间，在该下行间隔时间内发送入网请求，如果入网成功，则结束入网流程，如果入网失败，则进行到步骤S05；
步骤S05、判断是否已经遍历完可用网关表中的所有频率，如果是，则进行到步骤S07，如果不是，则进行到步骤S06；
步骤S06、按顺序从可用网关表中选择下一组频率，重复进行步骤S02；
步骤S07、如果已经遍历完可用网关表中的所有频率，则判断是否已经遍历完网关部署方案中的所有网关，如果是，则进行到步骤S09，如果不是，则进行到步骤S08；
步骤S08、根据可用网关表与网关部署方案，选择一组可能部署且尚未监听过的网关频率，重复进行步骤S02；
步骤S09、根据退避算法进行休眠。
进一步地，入网设备在入网后，网关会下发当前系统的可用网关表，入网设备更新当前正在使用的可用网关表；此外，网关会根据当前系统内各网关的网关状况(例如，网关容量、距离等)对可用网关表中的网关进行重新排序，并定时下发排序后的可用网关表，入网设备会更新当前正在使用的可用网关表，用于后续地快速网络切换。
进一步地，本发明中，入网设备入网后，定时监听当前连接网关下行信号，根据网关下行信号，判断当前连接网关的网络状态是否良好，其中，当发现当前连接网关的信号变弱低于某阈值时，说明入网设备可能已经远离该网关覆盖范围或者当前网关网络出现问题；当发现一段时间内网关无任何下行信号，说明入网设备已与当前连接的网关断连(网关可能处于非工作模式、终端可能移动位置等)，此时，需要进行网络切换。
在本发明中，如果所述当前连接网关的信号强度小于信号强度预设阈值，则入网设备选择更新后的可用网关表中的第一组频率，根据各频率网关之间的下行时间规则，计算出该网关下行时间内；入网设备在该网关的下行时间内进行监听；若有监听到该网关的下行信号，并且该网关的信号比当前连接的网关的信号更强，则在该网关的下行间隔内发送入网请求；若没有监听到该网关下行信号或该网关下行信号较弱，则按顺序从可用网关表中选择下一组频率，重复计算监听，直至切换到信号更号的网关或遍历完可用网关表的所有频率；如果可用网关表的所有频率已经遍历完，根据可用网关表与网关部署方案表，找出周围可能存在但还尚未进行监听的网关，重复计算监听，直至切换到信号更号的网关或遍历所有可能部署的网关；若所有可能存在的网关均已遍历完，则保持当前连接的网关不变，若当前连接的网关的信号持续较弱，则在间隔一段时间后重复前面的步骤。因此，如图3所示，此时，如果所述当前连接网关的信号强度小于信号强度预设阈值，则步骤S3为软切换，包括：
步骤S30a、选择更新后的可用网关表中的第一组频率；
步骤S31a、计算该第一组频率对应的网关的下行时间；
步骤S32a、在该下行时间内进行网关监听；
步骤S33a、判断监听到的网关的信号强度是否比当前连接网关的信号强度强，如果是，则进行到步骤S34a，如果不是则进行到步骤S35a；
步骤S34a、计算监听到的网关的下行间隔时间，在该下行间隔时间内向该监听到的网关发送入网请求，如果入网成功，则结束入网流程，如果入网失败，则进行到步骤S35a；
步骤S35a、判断是否已经遍历完更新后的可用网关表中的所有频率，如果是，则进行到步骤S37a，如果不是，则进行到步骤S36a；
步骤S36a、按顺序从更新后的可用网关表中选择下一组频率，重复进行步骤S31a；
步骤S37a、如果已经遍历完更新后的可用网关表中的所有频率，则判断是否已经遍历完网关部署方案中的所有网关，如果是，则进行到步骤S39a，如果不是，则进行到步骤S38a；
步骤S38a、根据更新后的可用网关表与网关部署方案，选择一组可能部署且尚未监听过的网关频率，重复进行步骤S31a；
步骤S39a、保持当前的网络连接不变。
在本发明中，如果与所述当前连接网关的连接已断开，则入网设备选择更新后的可用网关表的第一组频率，计算出该网关的下行时间内，终端在该下行时间内进行监听；若有监听到该网关下行信号，即在下行间隔时间内进行入网请求；若没有监听到该网关下行信号，则按顺序从可用网关表中选择下一组频率，重复监听，直至入网成功或遍历完可用网关表中的所有频率；若可用网关表中的所有网关已经遍历完，根据可用网关表中与网关部署方案表，找出周围可能存在但还尚未进行监听的网关，重复监听，直至入网成功或遍历所有可能部署的网关；若所有可能存在的网关均已遍历完，根据退避算法进行休眠。因此，如图4所示，如果与所述当前连接网关的连接已断开，则步骤S3为硬切换，包括：
步骤S30b、选择更新后的可用网关表中的第一组频率；
步骤S31b、计算该第一组频率对应的网关的下行时间；
步骤S32b、在该下行时间内进行网关监听；
步骤S33b、判断是否监听到网关下行信号，如果是，则进行到步骤S34b，如果不是则进行到步骤S35b；
步骤S34b、计算监听到的网关的下行间隔时间，在该下行间隔时间内向该监听到的网关发送入网请求，如果入网成功，则结束入网流程，如果入网失败，则进行到步骤S35b；
步骤S35b、判断是否已经遍历完更新后的可用网关表中的所有频率，如果是，则进行到步骤S37b，如果不是，则进行到步骤S36b；
步骤S36b、按顺序从更新后的可用网关表中选择下一组频率，重复进行步骤S31b；
步骤S37b、如果已经遍历完更新后的可用网关表中的所有频率，则判断是否已经遍历完网关部署方案中的所有网关，如果是，则进行到步骤S39b，如果不是，则进行到步骤S38b；
步骤S38b、根据更新后的可用网关表与网关部署方案，选择一组可能部署且尚未监听过的网关频率，重复进行步骤S31b；
步骤S39b、根据退避算法进行休眠。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
实施例二
参考图5，本实施例的网络切换装置适用于LoRa通信网络的入网设备，入网设备是指请求入网的设备，其可以是终端、中继器或者路由器。
本实施例的网络切换装置包括：
监听模块10，用于在当前连接网关的下行时间内监听当前连接网关的下行信号；
判断模块20，用于根据所述下行信号，判断所述当前连接网关的连接状态；以及
切换模块30，用于根据所述连接状态，基于可用网关表以及网关部署方案进行网络切换。
进一步地，还包括开机入网模块，用于开机时，根据预置的可用网关表和网关部署方案，加入监听到的网关。
进一步地，还包括更新模块，用于在加入网关后，根据当前连接网关下发的当前系统可用网关频率表或排序后的网关频率表，更新终端内的可用网关表。
本发明实施例所述设备的各功能模块的功能可根据上述方法实施例一中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
上述描述涉及各种模块，需要指出的是，上文对各种模块的描述中，分割成这些模块，是为了说明清楚。然而，在实际实施中，各种模块的界限可以是模糊的。例如，本文中的任意或所有功能性模块可以共享各种硬件和/或软件元件。又例如，本文中的任何和/或所有功能模块可以由共有的处理器执行软件指令来全部或部分实施。另外，由一个或多个处理器执行的各种软件子模块可以在各种软件模块间共享。相应地，除非明确要求，本发明的范围不受各种硬件和/或软件元件间强制性界限的限制。
实施例三
本实施例提供的适用于LoRa通信网络的网络切换设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序可被所述处理器运行以实现如实施例一所述的方法的步骤。
实施例四
本实施例提供的计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序可被处理器运行以实现如实施例一所述的方法的步骤。
综上所述，本发明的适用于LORA通信网络的网络切换方法，具有以下有益效果：本发明中入网设备在当前连接网关的下行时间内监听当前连接网关的下行信号；根据下行信号，判断当前连接网关的连接状态；根据连接状态，基于可用网关表以及网关部署方案进行网络切换。入网设备通过监听网关固定周期下行信号来判断当前网络是否良好；在网络状态不好时，通过预置的系统可用网关表以及网关部署方案进行网络切换，由此，可以方便快速的实现网络变换；此外，网关会根据当前系统内各网关的网关状况进行排序，并定时下发排序后的可用网关表，入网设备实时更新该可以网关表，用于后续地快速网络切换。
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。
