CN109831828A - 一种网络拓扑结构的lora组网方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种网络拓扑结构的LORA组网方法，首先通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为目标子节点分配时隙，并将根节点加入节点父母列表；然后判断信标周期的时间是否达到时隙；如果是，则与时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为下一层的子节点分配时隙，将目标子节点加入节点父母列表，并进入判断信标周期的时间是否达到时隙的步骤；如果否，则进入等待状态，直至信标周期的时间达到该时隙。该方法，可以通过根节点与子节点实现远距离的信息传输，无需增加集中器，硬件成本低以及稳定性高。另外，本申请还提供了一种网络拓扑结构的LORA组网装置及存储介质，效果如上。

Description

一种网络拓扑结构的LORA组网方法、装置及存储介质

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种网络拓扑结构的LORA组网方法、装置及存储介质。

背景技术

目前LoRa通信大多是点对点通信的，没有路由组网，而在实际应用中，大多数场景均较复杂，点对点通信并不能满足实际需求，一般都需要在中间位置增加集中器，将集中器作为信息通信的中间点，但是这种通信方式不仅会造成成本的上升，而且会造成通信稳定性的下降。

由此可见，如何克服信息通信过程中，硬件成本高以及稳定性低的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种网络拓扑结构的LORA组网方法、装置及存储介质，解决了现有技术中如何克服信息通信过程中，硬件成本高以及稳定性低的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种网络拓扑结构的LORA组网方法，包括：

通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为所述目标子节点分配时隙，并将所述根节点加入节点父母列表；

判断信标周期的时间是否达到所述时隙；

如果是，则与所述时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为所述下一层的子节点分配时隙，将所述目标子节点加入所述节点父母列表，并进入所述判断信标周期的时间是否达到所述时隙的步骤；

如果否，则进入等待状态，直至所述信标周期的时间达到所述时隙。

优选地，所述网络拓扑结构具体为四层。

优选地，所述信标帧包括Rank值，接收所述信标帧的所述目标节点通过所述Rank值判断是否需加入所述节点父母列表。

优选地，所述Rank值具体由链路质量、节点所在层次以及电池电量计算得出。

优选地，所述将所述目标子节点加入所述节点父母列表具体为：

通过分相传输的方式将所述目标子节点加入所述节点父母列表，并将所述目标子节点父母列表上传至所述根节点。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种与网络拓扑结构的LORA组网方法对应的网络拓扑结构的LORA组网装置，包括：

第一发送模块，用于通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为所述目标子节点分配时隙，并将所述根节点加入节点父母列表；

判断模块，用于判断信标周期的时间是否达到所述时隙，如果是，则触发第二发送模块，如果否，则进入等待状态，直至所述信标周期的时间达到所述时隙；

所述第二发送模块，用于与所述时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为所述下一层的子节点分配时隙，将所述目标子节点加入所述节点父母列表，并进入所述判断信标周期的时间是否达到所述时隙的步骤。

为解决上述技术问题，本申请还提供了另一种与网络拓扑结构的LORA组网方法对应的网络拓扑结构的LORA组网装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算程序以实现上述任意一种网络拓扑结构的LORA组网方法的步骤。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种与网络拓扑结构的LORA组网方法对应的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现上述任意一种网络拓扑结构的LORA组网方法的步骤。

相比于现有技术，本申请所提供的一种网络拓扑结构的LORA组网方法，首先通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为目标子节点分配时隙，并将根节点加入节点父母列表；然后判断信标周期的时间是否达到时隙；如果是，则与时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为下一层的子节点分配时隙，将目标子节点加入节点父母列表，并进入判断信标周期的时间是否达到时隙的步骤；如果否，则进入等待状态，直至信标周期的时间达到该时隙。由此可见，应用本组网方法，可以通过根节点与子节点实现远距离的信息传输，在实际抄表等应用中，只需进行一次组网过程，减小了子节点功耗，无需增加集中器，硬件成本低以及稳定性高。另外，本申请还提供了一种网络拓扑结构的LORA组网装置及存储介质，效果如上。

附图说明

为了更清楚的说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种网络拓扑结构的LORA组网方法流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种五层网络拓扑结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种第一阶段节点示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种第二阶段节点示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种第三阶段节点示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种第四阶段节点示意图；

图7为本发明实施例所提供的一种第五阶段节点示意图；

图8为本发明实施例所提供的一种各层节点上报示意图；

图9为本发明实施例所提供的一种分相接收图；

图10为本发明实施例所提供的一种分相发送图；

图11为本发明实施例所提供的一种节点数据传输示意图；

图12为本发明实施例所提供的一种CAD侦听示意图；

图13为本发明实施例所提供的一种网络拓扑结构的LORA组网装置组成示意图；

图14为本发明实施例所提供的另一种网络拓扑结构的LORA组网装置组成示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。

本申请的核心是提供一种网络拓扑结构的LORA组网方法、装置及存储介质，可以解决现有技术中如何克服信息通信过程中，硬件成本高以及稳定性低的问题。

图1为本发明实施例所提供的一种网络拓扑结构的LORA组网方法流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101：通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为目标子节点分配时隙，并将根节点加入节点父母列表。

具体地，就是将信息从根节点向下一层的子节点(目标子节点)进行发送，该子节点是根节点无线辐射范围内的节点，然后为该层的子节点分配时隙，并将发送信息的根节点加入到节点父母列表中。

S102：判断信标周期的时间是否达到时隙，如果是，则进入步骤S103，如果否，则进入步骤S104。

S103：通过与时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层子节点，为下一层子节点分配时隙，将目标子节点加入节点父母列表，并进入判断信标周期的时间是否达到时隙的步骤。

S104：进入等待状态，直至信标周期的时间达到时隙。

具体地，判断信标周期的时间是否达到为接收信标帧的该层子节点分配的时隙，如果是，就让接收信标帧的该层子节点(目标子节点)向下一层子节点发送信标帧，即将根节点发送的信标帧向下一层传输，为当前层的子节点分配时隙，并将上一层子节点(是针对当前层的子节点所说的，也就是目标子节点)加入节点父母列表，并将目标子节点父母列表上传至原始根节点，并返回步骤S102，此时，目标子节点就是当前层子节点的根节点。如果信标周期的时间没有达到时隙，则进入等待状态，直至信标周期的时间达到对应的时隙。重复执行本申请实施例提供的步骤，直至信标帧从原始的根节点传输至最底层的子节点，将最底层的子节点父母列表上传至原始的根节点为止。组网系统中包含子节点和根节点。

图2为本发明实施例所提供的一种五层网络拓扑结构示意图，如图2所示，作为优选地实施方式，网络拓扑结构具体为五层。

具体就是总共有五层节点(包括原始的根节点和子节点)，即将信标帧从原始的根节点传输至第四层子节点结束。详细过程为：第一，图3为本发明实施例所提供的一种第一阶段节点示意图，如图3所示，组网的起始阶段由根节点发出信标帧开始，处于根节点的无线辐射范围的第一层子节点接收到信标帧，第一层子节点被分配了时隙，同步了与根节点的时钟，并且根节点作为第一层子节点的父母加入到了节点父母列表中，第一层子节点开始第一轮信标周期。第二，在第一轮信标周期内，当时间到达该时隙时，与时隙相对应的节点(第一层子节点)发送信标帧，当第一轮信标周期结束，进入第二轮信标周期，第二层次节点开始发送信标帧；图4为本发明实施例所提供的一种第二阶段节点示意图，如图4所示，具体地在第一轮信标周期内，在时间到达1、2、7时隙内，节点1、2、7发送信标帧，当第一轮信标周期结束，进入第二轮信标周期，第二层节点开始发送信标帧。第三，图5为本发明实施例所提供的一种第三阶段节点示意图，如图5所示，在第二轮信标周期内，当时间到达当前时隙时，第一层子节点上报父母表至节点父母列表，与当前时隙相对应的第二层子节点发送信标帧，当第二轮时隙结束，第一层子节点都上报了父母表，第二层子节点都发送了信标帧；具体地，在第二轮信标周期内，当时间到达1、2、5时隙时，第一层节点1、2、5上报父母表。当时间到达第4时隙时，第二层节点4发送信标帧，当第二轮时隙结束，第一层节点都上报了父母表，第二层节点都发送了信标帧。第四，在第三轮信标周期，第二层子节点上报父母表至节点父母列表，第一层子节点转发父母表到根节点，第三层子节点发送信标帧，当第三轮信标帧结束时，所有第二层子节点都上报了父母表，所有第三层子节点都发送了信标帧；图6为本发明实施例所提供的一种第四阶段节点示意图，如图6所示，具体地，在第三轮信标周期，当时间到达第4时隙时，第二层节点4上报父母表，第一层节点在第4时隙转发父母表到根节点。当时间到达第9时隙时，第三层节点9发送信标帧，当第三轮信标帧结束时，所有第二层节点都上报了父母表，所有第三层节点都发送了信标帧。第五，在第四轮信标周期，第三层子节点上报父母表至节点父母列表，第二层子节点转发父母表到第一层子节点，第一层子节点再转发父母表至根节点；第四层子节点上报父母表到第三层子节点，第三层子节点转发父母表到第二层子节点，第二层子节点转发父母表到第一层子节点，最终第一层子节点转发父母表至根节点；图7为本发明实施例所提供的一种第五阶段节点示意图，如图7所示，具体地，在第四轮信标周期，当时间到达第17时隙时，第三层节点17上报父母表，第二层节点在第17时隙转发父母到第一层节点，第一层节点再次在17时隙转发父母表到根节点。当时间到达第19时隙时，第四层节点19上报父母表到第三层，第三层节点在第19时隙转发父母表到第二层层节点，第二层节点在第19时隙转发父母表到第一层节点，最终第一层节点在第19时隙转发父母表到根节点。本申请实施例中，可以在第四轮信标周期中使用CSMA/CD算法对第四轮信标周期的时间进行压缩。图8为本发明实施例所提供的一种各层节点上报示意图，如图8所示，为保证在同一个时隙内每层的节点都可以将父母表上报至根节点，节点上报期分为四个相位。对于第四层子节点选择A相位进行上报，第三层子节点选择B相位进行上报，报第二层子节点选择C相位进行上，第一层子节点选择D相位进行上报，此时保证时隙的时长为发送信标帧的时长加时隙的保证时隙时长。

本申请所提供的一种网络拓扑结构的LORA组网方法，首先通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为目标子节点分配时隙，并将根节点加入节点父母列表；然后判断信标周期的时间是否达到时隙；如果是，则与时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为下一层的子节点分配时隙，将目标子节点加入节点父母列表，并进入判断信标周期的时间是否达到时隙的步骤；如果否，则进入等待状态，直至信标周期的时间达到该时隙。由此可见，应用本组网方法，可以通过根节点与子节点实现远距离的信息传输，在实际抄表等应用中，只需进行一次组网过程，减小了子节点功耗，无需增加集中器，硬件成本低以及稳定性高。

在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，信标帧包括Rank值，接收信标帧的目标节点通过Rank值判断是否需加入节点父母列表。作为优选地实施方式，Rank值具体由链路质量、节点所在层次以及电池电量计算得出。作为优选地实施方式，将目标子节点加入节点父母列表具体为：通过分相传输的方式将目标子节点加入节点父母列表，并将目标子节点父母列表上传至根节点。

具体地，信标帧中含有发起信标帧节点的Rank值，收到信标帧的节点通过Rank值来决定是否加入到自身的父母表中。为保证在同一个时隙内每层的子节点都可以将父母表上报至根节点。节点上报采用分相传输，分为四个相位。信标帧由MAC层生成，是具有一定格式的一组比特，具有同步时隙和唤醒并发起组网的作用。唤醒帧的格式为1.5个字节的地址和0.5个字节的时间标签，地址是子节点地址的两个低字节。Rank指的是链路质量、节点所在层数、电池电量等度量标准的权重所计算的一个度量值，来衡量节点在网络中的性能。

其中，L表示当前的链路质量，Lmax表示最大的链路质量，Y表示所在层数，Ymax总层数，P表示当前电池电量，Pmax表示最大的电池电量，x、n、z表示各每个参数所占的比重。

时隙由信标帧分配的一组特定时间长度，组网的所有过程都在时隙内完成。子节点时隙定位算法将网络内的各个子节点分配到对应的时隙内，使子节点具有唯一确定的时隙，以免在传输过程中的冲突。子节点的时隙定位计算方式：序列数i，分配的时隙Ti，节点在时隙Ti有权进行数据传输。

序列数i：i＝mod(MID,m)其中：MID，子节点地址的低两个字节，数据格式为hex，m：网络规模。信标周期是指在组网阶段，根节点发送信标帧并由各子节点再产生信标帧的过程，定义如下图所示：

T1

T2

...

Ti

...

Tm

1

Ts

Ts

Ts

2

Ts

Ts

Ts

...

...

...

...

n-1

Ts

Ts

Ts

n

Ts

Ts

Ts

网络的信标周期中分别定义了信标轮次、单轮信标周期Tq和总信标周期Tsum，其中：信标轮次：n＝4；单轮信标周期：Tq＝Ts*Tq；网络规模：m；总信标周期：Tsum＝Tq*4＝Ts*m*4；

分相传输可以降低数据传输功耗，增加数据转发速度，图9为本发明实施例所提供的一种分相接收图，图10为本发明实施例所提供的一种分相发送图。如图9所示，CAD检测在每一相的45°位置，可以将一段接收时间分为四个相位，每一相位只在中间位置开启CAD检测是否有数据发送过来。如图10所示，在每一相的CAD检测的位置，发送一段唤醒帧，时间上跨越CAD唤醒的时刻，图3所示的CAD箭头覆盖区域部分，就可以在很短的时间内将接收设备唤醒，其他时间处于睡眠模式，以此来降低功耗。图11为本发明实施例所提供的一种节点数据传输示意图，如图11所示，在一段时间T内，将时间T分为4个相位，A、B、C、D相位，节点2需要在节点1上传数据，选择在B相位进行上传。节点1在B相位中间位置开启CAD侦听，节点2在B相位中间位置一小段时间发送唤醒帧，其他时间处于睡眠状态，这样可以有效的进行唤醒以及节省功耗。

CSMA算法就是基带冲突检测的载波监听多路访问技术，其工作原理是：送数据前先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判断为冲突。若侦听到冲突则立即停止发送数据，等待一段随机时间再重新尝试。图12为本发明实施例所提供的一种CAD侦听示意图，如图12所示，需要竞争时隙1的节点，在t0阶段开启CAD侦听，如果侦听到有节点占用时隙就退避到下一时隙再进行竞争时隙，如果信道空闲就在x时刻发起竞争。之后再在信道竞争期t1随机延时t3时长，在这个阶段开启CAD侦听信道，信道空闲在y时刻发起竞争，即此节点竞争到了信道，如果信道忙退避到下一时隙再进行竞争。

上文中对于一种网络拓扑结构的LORA组网方法的实施例进行了详细描述，基于上述实施例描述的网络拓扑结构的LORA组网方法，本发明实施例还提供了一种与该方法对应的网络拓扑结构的LORA组网装置。由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参照方法部分的实施例描述，这里不再赘述。

图13为本发明实施例所提供的一种网络拓扑结构的LORA组网装置组成示意图，如图13所示，该装置包括第一发送模块201，判断模块202以及第二发送模块203。

第一发送模块201，用于通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为目标子节点分配时隙，并将根节点加入节点父母列表；

判断模块202，用于判断信标周期的时间是否达到时隙，如果是，则触发第二发送模块，如果否，则进入等待状态，直至信标周期的时间达到时隙；

第二发送模块203，用于与时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为下一层的子节点分配时隙，将目标子节点加入节点父母列表，并进入判断信标周期的时间是否达到时隙的步骤。

本申请所提供的一种网络拓扑结构的LORA组网装置，首先通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为目标子节点分配时隙，并将根节点加入节点父母列表；然后判断信标周期的时间是否达到时隙；如果是，则与时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为下一层的子节点分配时隙，将目标子节点加入节点父母列表，并进入判断信标周期的时间是否达到时隙的步骤；如果否，如果否，则进入等待状态，直至信标周期的时间达到该时隙。由此可见，应用本组网装置，可以通过根节点与子节点实现远距离的信息传输，在实际抄表等应用中，只需进行一次组网过程，减小了子节点功耗，无需增加集中器，硬件成本低以及稳定性高。

上文中对于一种网络拓扑结构的LORA组网方法的实施例进行了详细描述，基于上述实施例描述的网络拓扑结构的LORA组网方法，本发明实施例还提供了另一种与该方法对应的网络拓扑结构的LORA组网装置。由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参照方法部分的实施例描述，这里不再赘述。

图14为本发明实施例所提供的另一种网络拓扑结构的LORA组网装置组成示意图，如图14所示该装置包括存储器301以及处理器302。

存储器301，用于存储计算机程序；

处理器302，用于执行计算程序以实现上述任意一个实施例所提供的网络拓扑结构的LORA组网方法的步骤。

本申请所提供的另一种网络拓扑结构的LORA组网装置，首先通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为目标子节点分配时隙，并将根节点加入节点父母列表；然后判断信标周期的时间是否达到时隙；如果是，则与时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为下一层的子节点分配时隙，将目标子节点加入节点父母列表，并进入判断信标周期的时间是否达到时隙的步骤；如果否，如果否，则进入等待状态，直至信标周期的时间达到该时隙。由此可见，应用本组网装置，可以通过根节点与子节点实现远距离的信息传输，在实际抄表等应用中，只需进行一次组网过程，减小了子节点功耗，无需增加集中器，硬件成本低以及稳定性高。

上文中对于一种网络拓扑结构的LORA组网方法的实施例进行了详细描述，基于上述实施例描述的网络拓扑结构的LORA组网方法，本发明实施例还提供了一种与该方法对应的计算机可读存储介质。由于计算机可读存储介质部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此计算机可读存储介质部分的实施例请参照方法部分的实施例描述，这里不再赘述。

一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行以实现上述任意一个实施例提供的网络拓扑结构的LORA组网方法的步骤。

本发明所提供的一种计算机可读存储介质，处理器可以读取可读存储介质中存储的程序，即可以实现上述任意一个实施例所提供的网络拓扑结构的LORA组网方法，可以通过根节点与子节点实现远距离的信息传输，在实际抄表等应用中，只需进行一次组网过程，减小了子节点功耗，无需增加集中器，硬件成本低以及稳定性高。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包含本申请公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为实例性的，本申请的正真范围由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种网络拓扑结构的LORA组网方法，其特征在于，包括：

通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为所述目标子节点分配时隙，并将所述根节点加入节点父母列表；

判断信标周期的时间是否达到所述时隙；

如果是，则与所述时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为所述下一层的子节点分配时隙，将所述目标子节点加入所述节点父母列表，并进入所述判断信标周期的时间是否达到所述时隙的步骤；

如果否，则进入等待状态，直至所述信标周期的时间达到所述时隙。

2.根据权利要求1所述的网络拓扑结构的LORA组网方法，其特征在于，所述网络拓扑结构具体为四层。

3.根据权利要求2所述的网络拓扑结构的LORA组网方法，其特征在于，所述信标帧包括Rank值，接收所述信标帧的所述目标节点通过所述Rank值判断是否需加入所述节点父母列表。

4.根据权利要求3所述的网络拓扑结构的LORA组网方法，其特征在于，所述Rank值具体由链路质量、节点所在层次以及电池电量计算得出。

5.根据权利要求1所述的网络拓扑结构的LORA组网方法，其特征在于，所述将所述目标子节点加入所述节点父母列表具体为：

通过分相传输的方式将所述目标子节点加入所述节点父母列表，并将所述目标子节点父母列表上传至所述根节点。

6.一种网络拓扑结构的LORA组网装置，其特征在于，包括：

第一发送模块，用于通过根节点发送信标帧至无线辐射范围内的目标子节点，为所述目标子节点分配时隙，并将所述根节点加入节点父母列表；

判断模块，用于判断信标周期的时间是否达到所述时隙，如果是，则触发第二发送模块，如果否，则进入等待状态，直至所述信标周期的时间达到所述时隙；

所述第二发送模块，用于与所述时隙对应的目标子节点发送信标帧至下一层的子节点，为所述下一层的子节点分配时隙，将所述目标子节点加入所述节点父母列表，并进入所述判断信标周期的时间是否达到所述时隙的步骤。

7.一种网络拓扑结构的LORA组网装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算程序以实现如权利要求1至5任意一项所述的网络拓扑结构的LORA组网方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至5任意一项所述的网络拓扑结构的LORA组网方法的步骤。