CN105472715A - 一种基于Lora无线模块的低功耗无线网络的实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于Lora无线模块的低功耗无线网络的实现方法，该无线网络由发送源及多个节点组成，每一个Lora无线模块自行维护一个计时器，节点进入休眠模式时，计时器开始计时；到达计时器预设时间后，节点被唤醒并进入CAD检测模式；节点在CAD模式下检测信号，如果检测到信号则进入工作模式，执行下一步，如果没有信号则进入休眠模式；节点根据接收到的数据判断出该信号是否是发给自己的，如果是则进入正常数据接收模式，完成与发送源的数据交互；否则，节点重新设置计时器的休眠时间后，进入休眠模式。本发明利用Lora无线模块CAD模式下能耗低的特点，对接收到的数据进行判断分析来切换工作状态，从而实现低功耗的目的。

Description

一种基于Lora无线模块的低功耗无线网络的实现方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于Lora无线模块的低功耗无线网络的实现方法。
背景技术
LORA无线模块是一种基于扩频调制技术的无线通讯模块，它具有传输距离远、发射功耗低、抗干扰性强等特点。Lora通讯技术由Smetech公司研发，模块中所用的射频芯片为Smetech公司的SX127x芯片。目前，Lora无线模块已普遍应用于无线传感网络中，特别是环境监测，工业控制等领域。由于这些领域环境较恶劣，对于网络节点的处理能力和电源能耗等都有严格要求。
为了延长节点的使用寿命，节点会在周期中轮替地休眠和工作，以降低节点能耗，从而保证整个网络的使用寿命。虽然对于节点低功耗的研究有很多，但是还没有针对Lora无线模块的信道监听特性提出的低功耗无线网络的实现方法。如何利用Lora无线模块的信道监听特性设计一种高效的节点休眠唤醒机制是实现无线网络低功耗的关键问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功耗的基于Lora无线模块自身特性的无线网络的实现方法。
一种基于Lora无线模块的低功耗无线网络的实现方法，所述无线网络由发送源以及多个节点组成，所述发送源和节点均采用Lora无线模块，每一个Lora无线模块自行维护一个计时器，实现方法的步骤如下：
节点进入休眠模式时，计时器开始计时；
到达计时器预设时间后，节点被唤醒，并进入CAD检测模式；
节点在CAD模式下检测信号，如果检测到信号则进入工作模式，执行下一步，如果没有信号则进入休眠模式，计时器开始重新计时，重复以上步骤；
节点根据接收到的数据判断该信号是否是发给自己的，如果是则进入正常数据接收模式，完成与发送源的数据交互；否则，节点重新设置计时器的休眠时间后，进入休眠模式，计时器开始重新计时，重复以上步骤。
进一步的，节点重新设置计时器的休眠时间时将休眠时间设置为至少大于1个数据包的发送时间。
由以上技术方案可知，本发明的各节点自行维护一个工作-休眠时间计时器，通过计时器来唤醒节点，当节点被唤醒后进入CAD模式，利用Lora无线模块的CAD特性检测信道是否有信号发送，由于Lora模块CAD模式下的检测时间短，这样工作时间周期就大大缩短，可将原本的工作-休眠时间周期可以分解成多个小段的工作-休眠时间周期，不仅能量消耗降低，并且唤醒的成功率大大提高；而且当节点检测到信道有信号后，可以延长信号接收时间，如果接收到的数据并不是本节点需要的数据时，将立即进入休眠状态，并将根据当前的数据信息，延长相应的休眠时间，这样可以在一段时间内避免因为信道内有信号，导致节点误唤醒。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为星型网络的结构图；
图2为本发明方法的流程图；
图3为节点利用CAD模式被唤醒后的工作状态图；
图4为节点在正常数据接收模式下的工作-休眠周期与CAD模式下的工作-休眠周期对比图。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
如图1所示，为了增加链路的可行性，基于Lora无线模块的节点一般采用星型网络结构进行组网，对于星型网络来说，如何降低节点接收数据时的能耗是实现网络低功耗的关键点之一。Lora无线模块是基于扩频调制技术的模块，当发射带宽内的平均能量低于底部噪声时其仍能正常工作，Lora无线模块的CAD(channelactivitydetection)特性可以检测到同样来自Lora无线模块的发射信号的前导码。Lora无线模块在CAD模式下检测接收到一个前导码(数据)后(假设前导码的接收时间为ts)，在0.85*ts的时间后即可计算出是否有信号要发送，Lora无线模块在CAD模式下分析计算信号所用时间大约是正常数据接收模式下接收2个前导码的时间，由于0.85*ts的时间内，模块只是在计算接收数据的正确性，功耗只有接收数据时功耗的一半，所以利用CAD特性检测信号既能节省时间又能节省功耗。本发明正是基于Lora无线模块的CAD特性来实现低功耗的无线网络。
本发明的无线网络包括发送源(Sink)以及多个节点(Node)，发送源和节点均采用Lora无线模块，每一个Lora无线模块MCU都自行维护一个工作-休眠时间计时器。下面结合图2，对本发明的方法进行说明：
节点进入休眠模式时，计时器开始计时；
到达计时器预设时间后，节点被唤醒并进入CAD检测模式；
节点在CAD模式下检测信号，如果检测到信号则进入判断信号工作模式，执行下一步，如果没有信号则进入休眠模式，计时器开始重新计时，重复以上步骤；此时节点等待检测判断的时间约为正常数据接收模式下接收2个前导码的时间；
节点根据检测到的信号数据判断该信号是否是发给自己的，如果是则进入正常数据接收模式，完成与发送源的数据交互；否则，节点重新设置计时器的休眠时间后，进入休眠模式，计时器开始重新计时，重复以上步骤。
当节点进入正常数据接收模式时，节点将在较长一段时间内都处于工作模式，以完成数据的传输；当节点判断数据不属于自己时，将设置一个较大的休眠周期，进入休眠状态。以图1的网络结构为例，当节点Node3从休眠中被唤醒并进入CAD模式后，其接收到数据的前导码，经过检测后判断该数据不是发给自己的，而是发送给节点Node1的，则节点Node3设置一个较长的休眠周期，如可将休眠周期(计时器的时间)设置为至少大于1个数据包的发送时间，因为数据是要发送给节点Node1的，而发送源Sink是依次向node1，node2，node3发送数据，发送源下一次将向节点Noed2发送数据，因此节点Node3可以设置一个较长的休眠周期以防止误唤醒。
图3为节点在工作-休眠周期内利用CAD模式被唤醒后的工作状态图，如图3所示，当节点在某一次被唤醒后的工作时间内，CAD检测发现信道内有信号，则将工作时间延长并转为正常数据接收模式，以接收数据。
图4为正常数据接收模式下的工作-休眠周期与CAD模式下的工作-休眠周期对比图。如图3所示，Lora无线模块在正常数据接收模式下，其工作-休眠周期T＝休眠时间S+工作时间W，工作时间W为接收到完整数据的时间；Lora无线模块在CAD模式下，由于其检测数据的时间小于接收到完整数据的时间，因此工作时间W可分为多个CAD模式下检测信号的时间wi，则W＝w1+w2+…+wn，i＝1,…,n，wi为一次CAD模式下检测信号所需时间，同时模块的休眠时间S也相应分隔为多个休眠段：S＝s1+s2+…+sn，si为CAD模式下信号检测完毕后的一次休眠时间。从两种模式的对比可知，在相同的时间段中，正常数据接收模式需要接收到完整数据后才能对数据进行判断，因此该模式下完成的数据接收时间远大于CAD模式所用时间，加上CAD模式的能耗比正常数据接收模式的能耗低，使得节点在CAD模式下的工作-休眠周期更省电，而且由于CAD模式下检测次数增多，还提高了唤醒的成功率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (2)

1.一种基于Lora无线模块的低功耗无线网络的实现方法，其特征在于：所述无线网络由发送源以及多个节点组成，所述发送源和节点均采用Lora无线模块，每一个Lora无线模块自行维护一个计时器，实现方法的步骤如下：
节点进入休眠模式时，计时器开始计时；
到达计时器预设时间后，节点被唤醒，并进入CAD检测模式；
节点在CAD模式下检测信号，如果检测到信号则进入工作模式，执行下一步，如果没有信号则进入休眠模式，计时器开始重新计时，重复以上步骤；
节点根据接收到的数据判断该信号是否是发给自己的，如果是则进入正常数据接收模式，完成与发送源的数据交互；否则，节点重新设置计时器的休眠时间后，进入休眠模式，计时器开始重新计时，重复以上步骤。
2.根据权利要求1所述的基于Lora无线模块的低功耗无线网络的实现方法，其特征在于：节点重新设置计时器的休眠时间时将休眠时间设置为至少大于1个数据包的发送时间。
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