CN109302450B - 一种基于Statistic-TDMA与LoRa的数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Statistic‑TDMA与LoRa的数据传输方法，其特点是综合使用了Statistic‑TDMA(统计时分复用)、FDMA(频分复用)和TDMA(时分复用)技术。每个集中器与其对应的终端之间采用TDMA进行数据传输，网关与集中器之间采用FDMA和跳频技术进行数据传输，最后LoRa网关采用Statistic‑TDMA技术将各个集中器收集到的节点数据进行统计处理。本发明能够有效提高LoRa网络容量、信道利用率、传输距离性能，可以利用普通的单通道射频芯片实现多通道数据传输，系统成本低，开发难度低，实用性强。

Description

一种基于Statistic-TDMA与LoRa的数据传输方法
技术领域
本发明涉及物联网通信领域，更具体地，涉及一种基于Statistic-TDMA与LoRa的数据传输方法。
背景技术
LoRa通信技术由Semtech公司于2013年提出之后，广泛应用于各大低功耗远距离领域，如农田温湿度无线采集，无线抄表，智能井盖、路灯检测等。SX1278射频芯片在国内频段为137-525MHz，常采用非授权的ISM频段433MHz作为通信频率。对于大型网络而言，Semtech公司开发出了SX1301芯片来作为LoRaWAN网关芯片；对于小型组网也可以使用LoRaWAN技术，但“杀鸡焉用牛刀”，因此国内许多厂家都采用SX1278芯片来研发LoRa网关，几乎都采用的是TDMA技术。在实际布网时，肯定会出现终端数目饱和的问题，且终端传输数据时间的不统一也会造成信道资源浪费，还有不同终端放置的距离不同却都采用的低速率上传问题。
发明内容
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种基于Statistic-TDMA与LoRa的数据传输方法，包括以下步骤：
S1：集中器与终端都采用微型操作系统进行时钟同步，然后集中器通过TDMA技术给每个终端分配不同时隙，进而接收终端的数据；
S2：集中器将接收的数据进行缓存，等待LoRa网关发送数据传输信号。
优选的是，所述集中器之间采用FDMA技术。采取FDMA技术的目的是由于多个集中器同时工作，为了避免同频干扰，出现丢包情况。
优选的是，所述终端包括温湿度传感器、光照度传感器和电池电压采集模块；所述温湿度传感器用于感应温湿度，所述光照度传感器用于感应光照度，电池电压采集模块用于采集终端电池电压数据。所述终端拥有超低功能和长距离的优点，且终端在入网的频率点与上报的频率点是不同的，做到更安全的工作。
优选的是，由于所述集中器工作在不同频率点，且终端的工作频率与其对应集中器相关联，所述集中器下发终端的传输方式为多通道数据传输模式。
进一步的，步骤S2包括以下步骤：
S2.1：LoRa网关处理集中器数据采用Statistic-TDMA技术，LoRa网关给每个集中器分配一个S-TDM时隙，且不是固定分给某一个集中器，因此每个时隙中还有集中器的地址信息，这是Statistic-TDMA不可缺少的开销；
S2.2：LoRa网关与集中器之间采用跳频技术，在不断跳频过程中统计集中器缓存的数据；
S2.3：LoRa网关将数据统计处理后，通过通信模块上传到服务器。
优选的是，所述LoRa网关采用跳频技术，且在每个频率点采用自适应速率(Adaptive data rate)，根据网关与集中器之间距离使用不同扩频因子，并通过无线模块进行通信，从而将采集数据上传至服务器。
优选的是，所述无线模块包括3G模块、4G模块或以太网模块、NB-IoT模块等中的一种或多种。
优选的是，所述LoRa网关还包括参数调节模块，通过Bluetooth或WiFi传输的数据来配置网关的参数，增加部署的方便性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够有效提高LoRa网络容量、信道利用率、传输距离，可以利用普通的单通道射频芯片实现多通道数据传输，系统成本低，开发难度低，实用性强。
附图说明
图1为LoRa网关、LoRa集中器和LoRa节点三者之间信号传输时序图；
图2为常用的TDMA技术的LoRa网关数据接收系统框图；
图3为本发明基于S-TDMA技术的LoRa网关数据接收的系统框图；
图4为LoRa网关、集中器和终端基地布局图；
图5为LoRa网关的程序框图；
图6为LoRa集中器的程序框图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
一种基于Statistic-TDMA与LoRa的数据传输方法，包括以下步骤：
S1：集中器与终端都采用微型操作系统进行时钟同步，然后集中器通过TDMA技术给每个终端分配不同时隙，进而接收终端的数据；
S2：集中器将接收的数据进行缓存，等待LoRa网关发送数据传输信号，三者之间的时序图如图1所示。
本实施例中，所述集中器之间采用FDMA技术。
常见的网关与终端之间通信采用的TDMA技术，直接进行分时采集，这样会浪费信道资源，且终端容量也较小，能适用于小型网络，如图2所示。
本实施例中，集中器组通过TDMA技术给各自终端分配不同时隙，收集终端的数据进行缓存。集中器将采集数据进行存储，等待LoRa网关接收数据。LoRa网关采用跳频和Statistic-TDMA技术将集中器缓存数据进行统计处理，通过通信模块如以太网接口、3G模块、4G模块、NB-IoT模块等上传至服务器。如图3所示。
本实施例中，所述终端包括温湿度传感器、光照度传感器和电池电压采集模块；所述温湿度传感器用于感应温湿度，所述光照度传感器用于感应光照度，电池电压采集模块用于采集终端电池电压数据。
本实施例中，所述集中器下发终端的传输方式为多通道数据传输模式。
如图4所示：将不同集中器分配各自频段的终端，构成多个星型网状结构进行采集，然后LoRa网关通过Statistic-TDMA技术和跳频技术对集中器缓存数据进行接收处理。
本实施例中，所述LoRa网关采用跳频技术，且在每个频率点采用自适应速率(Adaptive data rate)，根据网关与集中器之间距离使用不同扩频因子，并通过无线模块进行通信，从而将采集数据上传至服务器。
本实施例中，如图5所示，系统程序框图主要分为LoRa网关和LoRa集中器，LoRa网关在初始化参数后，还可以连接Bluetooth来接收配置参数进行更改，如要获取集中器1的参数，则可以将频率以及其它参数调到与其一致即可；
如图6所示，LoRa集中器在初始化参数后，等待终端入网，并下发终端工作配置参数，进而接收终端上报数据。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于Statistic-TDMA与LoRa的数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：集中器与终端都采用微型操作系统进行时钟同步，然后集中器通过TDMA技术给每个终端分配不同时隙，进而接收终端的数据，其中：
集中器之间采用FDMA技术；
集中器组之间采用不同的工作频率，且终端频率与集中器相关联，进而形成多通道数据传输模式；
S2：集中器将接收的数据进行缓存，等待LoRa网关发送数据传输信号，具体为：
LoRa网关处理集中器数据采用Statistic-TDMA技术，LoRa网关给每个集中器分配一个S-TDM时隙，且不是固定分给某一个集中器，因此每个时隙中还有集中器的地址信息；
LoRa网关与集中器之间采用跳频技术，在不断跳频过程中统计集中器缓存的数据；
LoRa网关将数据统计处理后，通过通信模块上传到服务器；
其中，LoRa网关采用跳频技术，且在每个频率点采用自适应速率(Adaptive datarate)，根据网关与集中器之间距离使用不同扩频因子，并通过无线模块进行通信，从而将采集数据上传至服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于Statistic-TDMA与LoRa的数据传输方法，其特征在于，所述终端包括温湿度传感器、光照度传感器和电池电压采集模块；所述温湿度传感器用于感应温湿度，所述光照度传感器用于感应光照度，电池电压采集模块用于采集终端电池电压数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于Statistic-TDMA与LoRa的数据传输方法，其特征在于，所述无线模块包括3G模块、4G模块或以太网模块、NB-IoT模块等中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种基于Statistic-TDMA与LoRa的数据传输方法，其特征在于，所述LoRa网关还包括参数调节模块，通过Bluetooth或WiFi传输的数据来配置网关的参数。
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