CN108447243A - 一种基于lora的快速无线抄表方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，包括：表端，作为从节点；中继器，作为路由节点；集中器，作为主节点；所述主节点将所述从节点进行分组，最多每十个从节点为一组；所述主节点采用无线唤醒技术将含有该组所述从节点地址的抄表指令通过所述路由节点发送至所述从节点；所述从节点将抄表指令中的地址与自身地址比较，不一致时所述从节点进入休眠模式，一致时所述从节点记录其在本组中的位置，当所述从节点延时时间到时，所述从节点将自身信息发送出去。本申请的优点在于，实现了信号低成本的全域覆盖，同时实现了快速抄表，比其它抄表方法的抄表速度至少提升了5倍。

Description

一种基于LORA的快速无线抄表方法

技术领域

本发明涉及无线抄表领域，尤其是一种基于LORA的快速无线抄表方法。

背景技术

在无线抄表技术中，现阶段主流无线通信调制技术有FSK和LORA两种，FSK应用较早，LORA是近几年提出的远距离扩频调制技术，采用FSK调制技术的无线模块有效通信距离普遍较近，空旷可视距离仅为300m-500m，在复杂城市环境中或者地下时，其有效距离仅为50m-100m；而采用LORA技术的无线模块在50mW的发射功率下，空旷可视距离可以高达1km，在复杂环境中，有效距离仍能达到300m，因而在无线抄表领域中，LORA技术具有很大的优势。

目前基于LORA技术的无线抄表系统主要有两种抄表方法，一种是，通过无线网关直接抄读表数据，网关通过唤醒方式或者通过TDMA(时分多址)技术和表端进行数据交互，这种抄表系统由于没有中继和路由技术，在信号覆盖不良区域，只能通过增加多个无线网关来实现信号的全覆盖，成本较高，尤其当采用了TDMA技术的抄表方法，必须使用高精度有源时钟晶振才能实现TDMA技术，极大提高了表端模块的成本，同时由于采用的是逐一唤醒(唤醒时间大于1s)抄表或者表端逐一上报(上报间隔大于1s)方式，因而抄表速度较慢；第二种是，采用无线网关、路由器结合的抄表方式，在信号覆盖不良区域，通过增加路由器来对无线信号进行中继，该方法在信号覆盖的成本上比第一种有很大优势，但是随着通信中继深度的增加，抄表速度就会越来越慢。

因此，如何针对上述现有技术所存在的缺点进行研发改良，实为相关业界所需努力研发的目标，本申请设计人有鉴于此，乃思及创作的意念，遂以多年的经验加以设计，经多方探讨并试作样品试验，及多次修正改良，乃推出本申请。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本申请提供了一种基于LORA的快速无线抄表方法，用于解决现阶段技术抄表速度慢，距离短，成本高的问题。

(二)技术方案

本申请提供了一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，包括：表端，作为从节点；中继器，作为路由节点；集中器，作为主节点；

第一步

所述主节点将所述从节点进行分组，最多每十个从节点为一组；

第二步

所述主节点采用无线唤醒技术将含有该组所述从节点地址的抄表指令通过所述路由节点发送至所述从节点；所述从节点将抄表指令中的地址与自身地址比较，不一致时所述从节点进入休眠模式，一致时所述从节点记录其在本组中的位置，当所述从节点延时时间到时，所述从节点将自身信息发送出去；

第三步

所述主节点解析收到的数据，对抄表成功的数据进行存储；所述主节点针对抄表成功情况进行标记，将未抄取得所述从节点进行再次分组，所述主节点不断重复上述的步骤，直到内部所有分组发送结束；

第四步

所述主节点对抄表成功情况标记进行检查，如果没有未抄回的所述从节点时，本次抄表结束；如发现有未抄回的所述从节点时，所述主节点将同一路由节点下的所述从节点进行分组，同时采用无线唤醒技术发送带有路由信息的抄表命令；所述主节点进入等待时间，被唤醒的所述路由节点进行命令的转发，命令到达最后一级所述路由节点后，最后一级的所述路由节点发送含有本组从节点的地址的抄表命令，所述路由节点进入接收等待；所述从节点将抄表指令中的地址与自身地址比较，不一致时所述从节点进入休眠模式，一致时所述从节点记录其在本组中的位置，当所述从节点延时时间到时，所述从节点将自身信息发送出去；

第五步

所述路由节点在等待时间到后，去解析其收到的数据，同时对抄表数据发送至所述主节点；所述主节点在等待时间到后，去解析收到的数据，同时对抄表数据进行存储，并对抄表成功情况进行标记；所述主节点不断重复第四步的步骤，直到所有从节点的数据均已收到，或者达到最大抄表时长为止。

在本申请的一些实施例中，所述从节点、所述路由节点、所述主节点均拥有多个通信通道。

在本申请的一些实施例中，所述主节点与所述从节点通信不佳时，所述路由节点主动增加并将所述从节点挂接在所述路由节点上。

在本申请的一些实施例中，所述主节点采用轮询的方式去搜寻路由节点，搜寻完毕后，主节点会在其内部建立路由节点的路由表。

在本申请的一些实施例中，所述主节点采用快速抄表方法和无线唤醒技术相结合的方式去抄读从节点数据。

在本申请的一些实施例中，所述作为路由节点的最大路由深度为6级。

在本申请的一些实施例中，所述主节点设定间隔时间对路由表自动进行维护更新。

在本申请的一些实施例中，所述从节点、所述路由节点采用高精度无源时钟晶振。

在本申请的一些实施例中，所述路由节点、所述从节点的自动唤醒时间为1.5s。

在本申请的一些实施例中，所述无线唤醒技术是采用CAD技术，通过较长的前导码去唤醒从节点。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本申请至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本身请提供的一种基于LORA的快速无线抄表方法，所述主节点首先将所述从节点进行分组，选取最多10个从节点为一组，能保证抄表时间的可控性，并能适应晶振的误差范围；

(2)本申请提供的一种基于LORA的快速无线抄表方法，唤醒码和抄表命令是一次性发送出去，和现有技术中的先发唤醒包，然后再发抄表命令有着很大的不，与现有技术相比节约了很多的时间；

(3)本申请提供的一种基于LORA的快速无线抄表方法，主节点的等待时间是固定的，因而抄表时间可控；延时基准时间从节点被唤醒的那一刻来计算，因而对从节点的晶振的精度要求不高，可以采用低成本的无源时钟晶振，极大的降低了成本，本发明的所述从节点的成本将比现有技术的成本降低了10％左右；

(4)本申请提供的一种基于LORA的快速无线抄表方法，本发明采用了分组批抄的抄表方法，同时采用了多级路由算法，实现了信号低成本的全域覆盖，同时实现了快速抄表，比其它抄表方法的抄表速度至少提升了5倍。

附图说明

图1为本申请实施例的无线网络节点分布示意图。

【本申请主要元件符号说明】

主节点(M1)；

路由节点(R1 R1 R1第一级路由节点 R4第二级路由节点)；

从节点(S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8)。

具体实施方式

本申请提供了一种基于LORA的快速无线抄表方法，实现了信号低成本的全域覆盖，同时实现了快速抄表，比其它抄表方法的抄表速度至少提升了5倍。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

具体实施例

一种基于LORA的快速无线抄表方法，包括从节点、路由节点及主节点；在同一个通信信道区域内，只有一个所述主节点，所述主节点可以拥有最大128个所述路由节点，以及最大1024个所述从节点，所述从节点、所述路由节点、所述主节点均拥有多个通信通道，在同一无线网络中，所述主节点、路由节点、从节点的工作通讯信道均相同；所述主节点可以将路由节点，从节点唤醒；所述路由节点可以将从节点唤醒；所述从节点不可以将主节点，路由节点及其它从节点唤醒；

所述从节点、所述路由节点采用精度较高的石英晶体作为无源时钟晶振；所述同一无线网络中，同一时刻只有一个节点在发送数据，防止产生无线信号发生碰撞冲突，所述路由节点、所述从节点的自动唤醒时间为1.5s；所述作为主节点M1在设定间隔时间对路由表自动进行维护更新从而避免因环境、天气等对抄表装置产生不良的影响。

实施例1

路由表维护工作步骤：

第一步，所述主节点M1依次对路由节点R1、R2、R3、R4进行搜寻，寻找到第一级路由节点R1、R2、R3；

第二步，所述主节点M1依次通过第一级路由节点R1、R2、R3搜寻路由节点R4，搜寻结束后，发现路由节点R4的最佳上级路由节点为R3，路由节点R4为本网络的第二级路由节点，主节点M1将路由节点的路由表存在自身中；如果所有路由节点均已发现，则路由表寻找结束；否则将通过现有路由表继续第三级的路由节点，依次类推；直至所有路由节点均搜寻到为止，或者所有末级路由节点均不能搜索到下级节点为止；

所述作为路由节点的中继器的最大路由深度为6级；

实施例2

快速抄表工作步骤：

如图1所示：

第一步，主节点M1首先将从节点进行分组，将从节点按照S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8的顺序分为一组；

第二步，主节点M1采用无线唤醒技术发送抄表命令，同时抄表命令内部含有本组从节点的地址；

第三步，主节点M1进入接收等待，等待时间为2s；

第四步，被唤醒的从节点S1、S2、S3，与自身地址进行比对，如果与自身地址不一致，则进入睡眠模式；如果和自身地址一致时，则从节点S1、S2、S3记录其在本组中的位置，同时从节点S1、S2、S3等待延时发送数据，延时基准时间为从节点被唤醒的那一刻来计算，则S1的延时时间为0，S2的延时时间为50毫秒，S3的延时时间为100毫秒，当从节点的延时时间到时，从节点S1、S2、S3将自身数据发送出去；

第五步，主节点M1在等待时间到后，去解析其收到的数据，同时对抄表数据(S1、S2、S3)进行存储，并对抄表成功情况(S1、S2、S3成功，S4、S5、S6、S7、S8失败)进行记录；

第六步，主节点对第一级路由节点下的从节点发送带有路由路径的抄表命令，首先对路由节点R1发送带有从节点S5地址的抄表命令，主节点进入接收等待，此时路由深度为1，因而等待时间为(1+1)*3s，路由节点R1收到后，对从节点S5发送抄表命令，并进入接受等待，等待时间为2s，而后从节点S5被唤醒后，处理接受到的含有从节点地址的抄表命令，由于本组只有一个地址，从节点S5延时时间为0，故而立即向第一级路由节点R1发送数据，随后第一级路由节点R1将接收到的数据上发至主节点M1；按照此方法，主节点M1依次对从节点S4、S6进行数据抄读；当所述主节点与所述从节点S4、S6通信不佳时，主动增加所述路由节点并将所述从节点S4、S6挂接在所述路由节点上，从而实现主节点与所述从节点S4、S6的通信畅通，最后，主节点M1并对抄表成功情况(S4、S5、S6成功)进行记录；

第七步，主节点M1对第二级路由节点R4下的从节点发送带有路由路径的抄表命令，将从节点按照S7、S8分为的顺序一组，首先发送带有从节点地址及路由信息的抄表命令，主节点进入接收等待，此时路由深度为2，因而等待时间为(2+1)*3s，第一级路由节点R3收到本次命令后，根据路由信息将此命令转发给第二级路由节点R4，第二级路由节点R4收到本次命令后，第二级路由节点R4发送抄表命令，同时抄表命令内部含有本组从节点的地址(S7、S8)，随后第二级路由节点R4进入接收等待，等待时间为2s；

第八步，被唤醒的从节点S7、S8，与自身地址进行比对，如果与自身地址不一致，则进入睡眠模式；如果和自身地址一致时，则从节点S7、S8记录其在本组中的位置，同时从节点等待延时发送数据，延时基准时间为从节点被唤醒的那一刻来计算，则从节点S7的延时时间为0，从节点S8的延时时间为50毫秒，当从节点S7、S8的延时时间到时，从节点S7、S8将自身数据发送出去；

第九步，第二级路由节点R4接收到数据后，发送带有反向路由信息及抄表数据的命令给第一级路由节点R3，第一级路由节点R3收到命令后，根据路由信息，将数据发送给主节点M1；

第十步，主节点M1接收到数据后，进行数据解析，随后主节点对抄表成功标识进行查询，发现所有从节点均已抄回，则本次抄表结束。

实施例3

快速抄表方法包括以下步骤：

第一步，主节点M1首先将从节点进行分组，最多10个从节点为一组，分组中从节点的顺序不一定是按照从节点的地址大小进行分组排序；考虑到一个数据包的最大长度情况，当选取过大数量的从节点作为一组的话，会造成主节点M1或者路由节点一次等待时间较长，同时也对晶振的精度的要求变得很高，因而选取合适的数量作为一组很关键，根据现场实际情况，选取最多10个从节点为一组，能保证抄表时间的可控性，并能适应晶振的误差范围；

第二步，主节点M1采用唤醒技术发送抄表命令，同时抄表命令内部含有本组从节点的地址；其中无线唤醒采用CAD技术，通过较长的前导码去唤醒从节点，唤醒码和抄表命令是通过一次发送出去，和现有技术中的先发唤醒包，然后再发抄表命令有着很大的不同；和现有技术相比节约了很多的时间；

第三步，主节点M1进入接收等待，等待时间为2s；由于本发明中的从节点的自动唤醒时间为1.5s，因而主节点M1的等待时间要大于1.5s及从节点发送时间之和，因而选择2s作为等待时间较为合适；

第四步，被唤醒的从节点，与自身地址进行比对，如果与自身地址不一致，则进入睡眠模式；如果和自身地址一致时，则从节点记录其在本组中的位置，同时从节点等待延时发送数据，延时时长为其在本组中的位置(0-9)*延时间隔(50毫秒)，延时基准时间为从节点被唤醒的那一刻来计算，当从节点的延时等待时间到时，从节点将自身数据发送出去；本步骤的有益效果是：从节点的延时时间是动态的，仅和主节点M1对从节点的排序有关，和从节点的自身地址的大小无关，主节点M1可以灵活的进行抄表；并且每次抄表的最大时间是固定的，最大为450毫秒，因而主节点M1的等待时间是固定的，因而抄表时间可控；延时基准时间从节点被唤醒的那一刻来计算，因而对从节点的晶振的精度要求不高，可以采用低成本的无源时钟晶振，极大的降低了成本；现有技术的基准时间要根据从节点的内部时钟作为基准，这就要求从节点必须采用高精度的有源时钟晶振，本发明的从节点的成本将比现有技术的成本降低了10％左右；

第五步，主节点M1在等待时间到后，去解析其收到的数据，同时对抄表数据进行存储，并对抄表成功情况进行标记；

第六步，主节点M1针对抄表成功情况进行标记，将未抄取得从节点进行再次分组，主节点M1不断重复第二步到第五步，直到内部所有分组发送结束；

第七步，主节点M1对抄表成功情况标记进行检查，如果没有未抄回的从节点时，本次抄表结束；如发现有未抄回的从节点时，进入第八步；

第八步，主节点M1将同一路由节点下的从节点进行分组，同时采用无线唤醒技术发送带有路由信息的抄表命令；

第九步，主节点M1进入接收等待，等待时间为(路由深度+1)*3s；由于主节点M1以及路由节点一次双向通信时间为3s(1.5s*2)，从节点的上报最大时间为450ms，考虑通信其它方面的因素，因而主节点M1等待时间为(路由深度+1)*3s；

第十步，主节点M1的等待过程中，被唤醒的路由节点进行命令的转发，命令到达最后一级路由节点后，最后一级的路由节点发送含有本组从节点的地址的抄表命令，路由节点进入接收等待，等待时间为2s，而后进入第四步；第四步结束后，再进入第十一步；

第十一步，路由节点在等待时间到后，去解析其收到的数据，同时对抄表数据进行路由转发到主节点M1；

第十二步，主节点M1在等待时间到后，去解析收到的数据，同时对抄表数据进行存储，并对抄表成功情况进行标记；

第十三步，主节点M1不断重复第八步到第十二步，直到所有从节点的数据均已收到，或者达到最大抄表时长为止；

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本申请有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本申请的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，包括：表端，作为从节点；中继器，作为路由节点；集中器，作为主节点；工作步骤如下：

第一步

所述主节点将所述从节点进行分组，最多每十个从节点为一组；

第二步

所述主节点采用无线唤醒技术将含有该组所述从节点地址的抄表指令通过所述路由节点发送至所述从节点；所述从节点将抄表指令中的地址与自身地址比较，不一致时所述从节点进入休眠模式，一致时所述从节点记录其在本组中的位置，当所述从节点延时时间到时，所述从节点将自身信息发送出去；

第三步

所述主节点解析收到的数据，对抄表成功的数据进行存储；所述主节点针对抄表成功情况进行标记，将未抄取得所述从节点进行再次分组，所述主节点不断重复上述的步骤，直到内部所有分组发送结束；

第四步

所述主节点对抄表成功情况标记进行检查，如果没有未抄回的所述从节点时，本次抄表结束；如发现有未抄回的所述从节点时，所述主节点将同一路由节点下的所述从节点进行分组，同时采用无线唤醒技术发送带有路由信息的抄表命令；所述主节点进入等待时间，被唤醒的所述路由节点进行命令的转发，命令到达最后一级所述路由节点后，最后一级的所述路由节点发送含有本组从节点的地址的抄表命令，所述路由节点进入接收等待；所述从节点将抄表指令中的地址与自身地址比较，不一致时所述从节点进入休眠模式，一致时所述从节点记录其在本组中的位置，当所述从节点延时时间到时，所述从节点将自身信息发送出去；

第五步

所述路由节点在等待时间到后，去解析其收到的数据，同时对抄表数据发送至所述主节点；所述主节点在等待时间到后，去解析收到的数据，同时对抄表数据进行存储，并对抄表成功情况进行标记；所述主节点不断重复第四步的步骤，直到所有从节点的数据均已收到，或者达到最大抄表时长为止。

2.根据权利要求1所述的一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，所述从节点、所述路由节点、所述主节点均拥有多个通信通道。

3.根据权利要求2所述的一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，所述主节点与所述从节点通信不佳时，所述路由节点主动增加并将所述从节点挂接在所述路由节点上。

4.根据权利要求3所述的一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，所述主节点采用轮询的方式去搜寻路由节点，搜寻完毕后，主节点会在其内部建立路由节点的路由表。

5.根据权利要求4所述的一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，所述主节点采用快速抄表方法和无线唤醒技术相结合的方式去抄读从节点数据。

6.根据权利要求1所述的一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，所述作为路由节点的最大路由深度为6级。

7.根据权利要求1所述的一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，所述主节点设定间隔时间对路由表自动进行维护更新。

8.根据权利要求1所述的一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，所述从节点、所述路由节点采用高精度无源时钟晶振。

9.根据权利要求1所述的一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，所述路由节点、所述从节点的自动唤醒时间为1.5s。

10.根据权利要求5所述的一种基于LORA的快速无线抄表方法，其特征在于，所述无线唤醒技术是采用CAD技术，通过较长的前导码去唤醒从节点。