CN110267332B - 一种用于自组织网络中调节lora通信设备功率的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的方法及系统，包括步骤：S1、确定自组织网络中LORA节点间传输信号的距离范围；S2、根据所述距离范围划分距离范围等级；S3、设置与所述距离范围等级对应的LORA扩频因子、发射功率的基础值；S4、查询LORA发送节点本地目录下接收节点的距离范围，根据所述距离范围选择LORA扩频因子、发射功率的基础值发射数据并获取接收节点信号强度的返回值；S5、根据所述接收节点信号强度的返回值判断是否需要微调降低发射节点的发射功率，如是，则对发射功率进行微调；若否，结束微调。本发明适用于自组织网络，通过对距离、扩频因子和功率三个条件的调节，在保证节点设备接收信号质量的前提下，可靠的降低了节点设备的发射功率，降低了节点设备的能耗，延长了设备的使用寿命。

Description

一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及低功耗广域自组织网络通信中LORA收发设备功率调节的方法及系统。

背景技术

自组织网络具有动态变化的网络拓扑，无中心性和自组织性。随着科技的进步，大规模宽带无线自适应自组织网络正在成为宽带无线通信和移动通信的重要形式。但自组织网络设备多采用电池供电方式，对于设备能耗控制问题尤为看重。目前采用LORA通信方式的节点设备，面临如何将LORA低功耗的优势应用到自组织网络中，以调节自组织网络的能耗的问题。目前市场上仅通过判断接收信号强度来改变信号发射功率的方法，并不能在保证信号质量的前提下降低设备的能耗。

专利申请号为CN201610783069.5的发明专利“一种用于物联网的LORA无线通信网络的功率控制方法”中描述的LORA无线通信网络功率控制的方法是，通过LORA网络功耗扫描获取LORA节点和网关节点的功耗信息，将功耗信息与LORA网络功耗基准进行对比，按对比结果对LORA网络的功率做出调整，并反馈功率调整后的LORA无线网络功耗信息。但此方法在调节LORA网络功耗的过程中，并没有考虑接保证接收设备信号的质量，如误码率和信号强度。同时此方法不适用于自组织网络中，其忽略了节点移动所带来的影响，节点的移动会导致此方法滞留在功率调整的过程中。

故，针对现有技术的缺陷，如何实现自组织网络通信中LORA收发设备功率调节是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的方法及系统，该方法在保证接收信号质量良好的前提下，通过调节节点设备的发射功率，来节省节点设备的能耗，从而延长节点设备的使用寿命。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的方法，包括步骤：

S1、确定自组织网络中LORA节点间传输信号的距离范围；

S2、根据所述距离范围划分距离范围等级；

S3、设置与所述距离范围等级对应的LORA扩频因子、发射功率的基础值；

S4、查询LORA发送节点本地目录下接收节点的距离范围，根据所述距离范围选择LORA扩频因子、发射功率的基础值发射数据并获取接收节点信号强度的返回值；

S5、根据所述接收节点信号强度的返回值判断是否需要微调降低发射节点的发射功率，如是，则对发射功率进行微调；若否，结束微调。

进一步的，所述步骤S1具体为：

S1.1、记录LORA节点在广播组网的过程中与其通信节点的发送信号的信号场强能量、时间长度；

S1.2、将所述场强能量、时间长度与组网信号一同转发，记作数据表Ⅰ；

S1.3、接收节点将数据表I转发给发射节点，发射节点将接收的数据表Ⅰ记作数据表Ⅱ；

S1.4、根据所述数据表Ⅰ和数据表Ⅱ，确定两节点之间传输信号的距离范围。

进一步的，所述距离范围等级的划分与节点的密度、节点所处环境有关。

进一步的，所述发射功率的基础值要满足信号传输到远发射节点所在距离范围边界处的信号强度的基本要求。

进一步的，所述步骤S5中对发射功率进行微调具体为：

计算需要微调的功率值，并采用调整后的功率值发送数据；若发射节点在使用所述调整后的功率值后，接收节点处信号强度不满足要求，原用微调之前的功率发送数据；若发射节点在使用所述调整后的功率值后，接收信号强度满足要求，继续使用所述调整后的功率值发送数据。

相应的，还提供一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的系统，包括：

距离范围确定模块，用于确定自组织网络中LORA节点间传输信号的距离范围；

等级划分模块，用于根据所述距离范围划分距离范围等级；

设置模块，用于设置与所述距离范围等级对应的LORA扩频因子、发射功率的基础值；

信号处理模块，用于查询LORA发送节点本地目录下接收节点的距离范围，根据所述距离范围选择LORA扩频因子、发射功率的基础值发射数据并获取接收节点信号强度的返回值；

微调模块，用于根据所述接收节点信号强度的返回值判断是否需要微调降低发射节点的发射功率，如是，则对发射功率进行微调；若否，结束微调。

进一步的，所述距离范围确定模块包括：

记录模块，用于记录LORA节点在广播组网的过程中与其通信节点的发送信号的信号场强能量、时间长度；

转发模块，用于将所述场强能量、时间长度与组网信号一同转发，记作数据表Ⅰ；

接收模块，用于接收节点将数据表I转发给发射节点，发射节点将接收的数据表Ⅰ记作数据表Ⅱ；

处理模块，用于根据所述数据表Ⅰ和数据表Ⅱ，确定两节点之间传输信号的距离范围。

进一步的，所述距离范围等级的划分与节点的密度、节点所处环境有关。

进一步的，所述发射功率的基础值要满足信号传输到远发射节点所在距离范围边界处的信号强度的基本要求。

进一步的，所述微调模块对发射功率进行微调具体为：

计算需要微调的功率值，并采用调整后的功率值发送数据；若发射节点在使用所述调整后的功率值后，接收节点处信号强度不满足要求，原用微调之前的功率发送数据；若发射节点在使用所述调整后的功率值后，接收信号强度满足要求，继续使用所述调整后的功率值发送数据。

与现有技术相比，本发明的功率调节方法及系统适用于自组织网络，通过对距离、扩频因子和功率三个条件的调节，在保证节点设备接收信号质量的前提下，可靠的降低了节点设备的发射功率，降低了节点设备的能耗，延长了设备的使用寿命。

附图说明

图1是实施例一提供的一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的方法流程图；

图2是发射节点距离范围等级示意图；

图3是发射节点距离范围等级、LORA扩频因子和发射功率基础值等级对应表；

图4是LORA扩频因子与发射功率基础值等级示意图；

图5是发射节点功率微调模块流程图；

图6是实施例二提供的一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的系统图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公布的内容了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例一

如图1所示，本实施例提出了一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的方法，包括：

S1、确定自组织网络中LORA节点间传输信号的距离范围；

本实施例根据场强能量和信号传输时长的数据，确定两节点之间传输信号的距离范围。具体为：

S1.1、记录LORA节点在广播组网的过程中与其通信节点的发送信号的信号场强能量、时间长度；

首先此自组织网络的节点设备采用LORA通信，节点设备的基本框架由SX1278收发芯片、低功耗MCU和电池构成。

具体地，LORA自组织网络节点均有唯一节点编号，该编号为固定值，不随节点位置和节点状态等改变。

对于每个LORA节点，记录与其通信节点的发送信号的信号场强能量，如果条件允许，记录各节点设备之间组网信号的传输时长，并将纪录数据按节点编号，一一对应的保存在此节点的本地目录下。

S1.2、将所述场强能量、时间长度与组网信号一同转发，记作数据表Ⅰ；

具体地，LORA节点广播转发组网信号时，将保存在本地目录下的场强能量数据和时间长度数据一并转发，此时场强能量数据和时间长度数据记作数据表Ⅰ。

S1.3、接收节点将数据表I转发给发射节点，发射节点将接收的数据表Ⅰ记作数据表Ⅱ；

发射节点将接收的数据表Ⅱ与自身数据表Ⅰ一起保存在本地目录下。各LORA节点在组网确立后，进行信息传输的过程中，实时更新数据表Ⅰ和数据表Ⅱ中的数据内容。

S1.4、根据所述数据表Ⅰ和数据表Ⅱ，确定两节点之间传输信号的距离范围。

具体地，LORA节点通过最新的数据表Ⅰ和数据表Ⅱ中关于场强能量和信号传输时长的数据，确定两节点之间传输信号的距离范围。

S2、根据所述距离范围划分距离范围等级；

例如，如图2所示，本实施例按照节点间距离的范围，划分6个距离范围等级，分别记作R7、R8、R9、R10、R11、R12。距离等级大小按接收节点距发射节点的距离远近依次排列，R7的边界离发射节点最近，R12的边界离发射节点最远，发射节点处于R7等级覆盖范围的中心。

具体地，合理划分6个距离范围等级，需要考虑节点的密度，节点所处环境等影响节点通信质量的因素。其中每个距离范围等级有其距离宽度，这就保障在单一距离范围内，对移动节点功率控制的相对稳定。

S3、设置与所述距离范围等级对应的LORA扩频因子、发射功率的基础值；

具体地，不同等级发射功率基础值的设定，在一般的信道条件中，要满足信号传输到远发射节点所在距离范围边界处的信号强度的基本要求，即有备用信号能量剩余。在恶劣的信道条件中，要满足信号传输到远发射节点所在距离范围边界处的信号强度的最低要求，即没有信号能量剩余。

例如，如图3所示，为发射节点设置不同的LORA扩频因子(SF)，设置原则：R7范围等级内使用SF7，R8范围等级内使用SF8，R9范围等级内使用SF9，R10范围等级内使用SF10，R11范围等级内使用SF11，R12范围等级内使用SF12。使用依靠节点距离范围等级设置LORA扩频因子的方法，增强了信号的抗干扰性，控制了信号的误码率。

如图4所示，分等级设置6种最大发射功率的基础值，发射功率值由小到大，分别记作：PL7、PL8、PL9、PL10、PL11、PL12，其中PL7等级功率基础值最小，PL12等级功率基础值最大。不同等级的功率基础值对应不同的LORA扩频因子，对应原则：PL7对应SF7、PL8对应SF8、PL9对应SF9、PL10对应SF10、PL11对应SF11、PL12对应SF12。因为LORA扩频因子与距离范围等级一一对应，这样就实现了，发射功率基础值等级、LORA扩频因子和距离范围等级三者之间的相互对应关系。

S4、查询LORA发送节点本地目录下接收节点的距离范围，根据所述距离范围选择LORA扩频因子、发射功率的基础值发射数据并获取接收节点信号强度的返回值；

LORA节点发送数据前，首先查询本地目录下接收节点的距离范围，根据距离范围选用对应的距离范围等级，然后根据距离范围等级，选用对应的LORA扩频因子和发射功率基础值，最后发射数据给接收节点并获取接收节点信号强度的返回值，此返回值记作Pr。

S5、根据所述接收节点信号强度的返回值判断是否需要微调降低发射节点的发射功率，如是，则对发射功率进行微调；若否，结束微调。

如图5所示，微调降低发射节点的发射功率的具体步骤为：

发射节点获取Pr，在规定的功率微调周期内，通过参考Pr的值，判断是否需要微调降低发射节点的发射功率。如需微调，计算需要微调的功率值，并采用调整后的功率值发送数据，微调后发射功率值记作Pa。若发射节点在使用Pa功率后，接收节点处信号强度不满足要求，原用微调之前的功率发送数据。若发射节点在使用Pa功率后，接收信号强度满足要求，继续使用Pa功率发送数据。根据接收节点信号强度返回值Pr，发射节点在规定的功率微调周期内，实时更新Pa的值。

实施例二

如图6所示，本实施例提出了一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的系统，包括：

距离范围确定模块，用于确定自组织网络中LORA节点间传输信号的距离范围；

等级划分模块，用于根据所述距离范围划分距离范围等级；

设置模块，用于设置与所述距离范围等级对应的LORA扩频因子、发射功率的基础值；

信号处理模块，用于查询LORA发送节点本地目录下接收节点的距离范围，根据所述距离范围选择LORA扩频因子、发射功率的基础值发射数据并获取接收节点信号强度的返回值；

微调模块，用于根据所述接收节点信号强度的返回值判断是否需要微调降低发射节点的发射功率，如是，则对发射功率进行微调；若否，结束微调。

本实施例根据场强能量和信号传输时长的数据，确定两节点之间传输信号的距离范围。所述距离范围确定模块具体包括：

记录模块，用于记录LORA节点在广播组网的过程中与其通信节点的发送信号的信号场强能量、时间长度；

首先此自组织网络的节点设备采用LORA通信，节点设备的基本框架由SX1278收发芯片、低功耗MCU和电池构成。

具体地，LORA自组织网络节点均有唯一节点编号，该编号为固定值，不随节点位置和节点状态等改变。

对于每个LORA节点，记录与其通信节点的发送信号的信号场强能量，如果条件允许，记录各节点设备之间组网信号的传输时长，并将纪录数据按节点编号，一一对应的保存在此节点的本地目录下。

转发模块，用于将所述场强能量、时间长度与组网信号一同转发，记作数据表Ⅰ；

具体地，LORA节点广播转发组网信号时，将保存在本地目录下的场强能量数据和时间长度数据一并转发，此时场强能量数据和时间长度数据记作数据表Ⅰ。

接收模块，用于接收节点将数据表I转发给发射节点，发射节点将接收的数据表Ⅰ记作数据表Ⅱ；

发射节点将接收的数据表Ⅱ与自身数据表Ⅰ一起保存在本地目录下。各LORA节点在组网确立后，进行信息传输的过程中，实时更新数据表Ⅰ和数据表Ⅱ中的数据内容。

处理模块，用于根据所述数据表Ⅰ和数据表Ⅱ，确定两节点之间传输信号的距离范围。

具体地，LORA节点通过最新的数据表Ⅰ和数据表Ⅱ中关于场强能量和信号传输时长的数据，确定两节点之间传输信号的距离范围。

本实施例二中其它各模块的处理过程与实施例一类似，在此不再赘述。

由此可知，本发明的功率调节方法及系统适用于自组织网络，通过对距离、扩频因子和功率三个条件的调节，在保证节点设备接收信号质量的前提下，可靠的降低了节点设备的发射功率，降低了节点设备的能耗，延长了设备的使用寿命。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、确定自组织网络中LORA节点间传输信号的距离范围；

S2、根据所述距离范围划分距离范围等级；

S3、设置与所述距离范围等级对应的LORA扩频因子、发射功率的基础值；

S4、查询LORA发送节点本地目录下接收节点的距离范围，根据所述距离范围选择LORA扩频因子、发射功率的基础值发射数据并获取接收节点信号强度的返回值；

S5、根据所述接收节点信号强度的返回值判断是否需要微调降低发射节点的发射功率，如是，则对发射功率进行微调；若否，结束微调；

其中所述步骤S1具体为：

S1.1、记录LORA节点在广播组网的过程中与其通信节点的发送信号的信号场强能量、时间长度；

S1.2、将所述场强能量、时间长度与组网信号一同转发，记作数据表Ⅰ；

S1.3、接收节点将数据表I转发给发射节点，发射节点将接收的数据表Ⅰ记作数据表Ⅱ；

S1.4、根据所述数据表Ⅰ和数据表Ⅱ，确定两节点之间传输信号的距离范围。

2.根据权利要求1所述的调节LORA通信设备功率的方法，其特征在于：所述距离范围等级的划分与节点的密度、节点所处环境有关。

3.根据权利要求1所述的调节LORA通信设备功率的方法，其特征在于：所述发射功率的基础值要满足信号传输到远发射节点所在距离范围边界处的信号强度的基本要求。

4.根据权利要求1所述的调节LORA通信设备功率的方法，其特征在于：所述步骤S5中对发射功率进行微调具体为：

计算需要微调的功率值，并采用调整后的功率值发送数据；若发射节点在使用所述调整后的功率值后，接收节点处信号强度不满足要求，原用微调之前的功率发送数据；若发射节点在使用所述调整后的功率值后，接收信号强度满足要求，继续使用所述调整后的功率值发送数据。

5.一种用于自组织网络中调节LORA通信设备功率的系统，其特征在于，包括：

距离范围确定模块，用于确定自组织网络中LORA节点间传输信号的距离范围；等级划分模块，用于根据所述距离范围划分距离范围等级；

设置模块，用于设置与所述距离范围等级对应的LORA扩频因子、发射功率的基础值；

信号处理模块，用于查询LORA发送节点本地目录下接收节点的距离范围，根据所述距离范围选择LORA扩频因子、发射功率的基础值发射数据并获取接收节点信号强度的返回值；

微调模块，用于根据所述接收节点信号强度的返回值判断是否需要微调降低发射节点的发射功率，如是，则对发射功率进行微调；若否，结束微调；

其中所述距离范围确定模块包括：

记录模块，用于记录LORA节点在广播组网的过程中与其通信节点的发送信号的信号场强能量、时间长度；

转发模块，用于将所述场强能量、时间长度与组网信号一同转发，记作数据表Ⅰ；

接收模块，用于接收节点将数据表I转发给发射节点，发射节点将接收的数据表Ⅰ记作数据表Ⅱ；

处理模块，用于根据所述数据表Ⅰ和数据表Ⅱ，确定两节点之间传输信号的距离范围。

6.根据权利要求5所述的调节LORA通信设备功率的系统，其特征在于：所述距离范围等级的划分与节点的密度、节点所处环境有关。

7.根据权利要求5所述的调节LORA通信设备功率的系统，其特征在于：所述发射功率的基础值要满足信号传输到远发射节点所在距离范围边界处的信号强度的基本要求。

8.根据权利要求5所述的调节LORA通信设备功率的系统，其特征在于：所述微调模块对发射功率进行微调具体为：

计算需要微调的功率值，并采用调整后的功率值发送数据；若发射节点在使用所述调整后的功率值后，接收节点处信号强度不满足要求，原用微调之前的功率发送数据；若发射节点在使用所述调整后的功率值后，接收信号强度满足要求，继续使用所述调整后的功率值发送数据。

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