CN110418295A - 一种基于Lora的无线多频通信方法及系统 - Google Patents

一种基于Lora的无线多频通信方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Lora的无线多频通信方法及系统，包括：服务器；管理器，与服务器信号连接；多个客户端组，每个客户端组包括多个具有同一通信频率的客户端；多个LoRa无线模块，设置于管理器内；所述管理器接收服务器的通信频率调控信号，并根据服务器发送的通信频率调控信号调控其中一个LoRa无线模块的通信频率大小，以使LoRa无线模块与客户端组建立通信连接。本发明采用多频率通信方法，发送方根据目标设备的工作频率自动选择发送频率，降低了信号干扰的可能性，可以解决LoRa无线模块的频率互相干扰问题，提高了通信效率；此外本发明还可以通过预设的频率维护功能，能确保在环境里出现干扰信号的时候，系统自动切换到其他频率以避开干扰。

Description

一种基于Lora的无线多频通信方法及系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于Lora的无线多频通信方法及系统。
背景技术
传统物联网无线通信方案有应用于局域网的如wifi、蓝牙以及zigbee等；应用于广域网的如GPRS、3G以及4G等，这些技术有些提供了高通信速率或较长通信距离，但是对通信设备的功耗要求很高；有些可实现极低的功耗，但是通信距离非常短。
LoRa是SemTech公司推出的基于扩频技术的低功耗广域网，完美兼顾了低功耗、长距离、大容量的需求。 Lora运行在全球免费频段，在中国是470~510MHz频段。但是依然存在以下缺陷：
（1）频率干扰：国内多数厂商基于Lora的解决方案中，所有客户端无线设备固定使用同一频率/信道，当某一区域内无线设备较多时，信号冲突的概率很高；
（2）通信速率低：在星形网络里，一个管理器设备负责与所有客户端设备通信，所有该管理器管辖的客户端设备只能排队依次一对一通信，通信速率低；
（3）接入点数量受限：由于问题（1）和问题（2）的存在，导致星形网络里每个管理器管辖的客户端设备数量不能过多。如果数量过多，必然会导致部分客户端设备无法及时与接入点通信。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于Lora的无线多频通信系统，解决LoRa无线模块的频率互相干扰问题。
本发明的技术方案为：一种基于Lora的无线多频通信系统，包括：
服务器；
管理器，与服务器信号连接；
多个客户端组，每个客户端组包括多个具有同一通信频率的客户端；
多个LoRa无线模块，设置于管理器内；
所述管理器接收服务器的通信频率调控信号，并根据服务器发送的通信频率调控信号调控其中一个LoRa无线模块的通信频率大小，以使LoRa无线模块与客户端组建立通信连接。
本发明在管理器设备内部安装有多个LoRa模块，每个LoRa模块使用1个频率通信，因此管理器具备同时通过多个通信频率与多个客户端设备通信能力；将所有客户端设备按照通信ID分组，同一组里的所有客户端设备统一使用1个频率通信，不同组使用不同的频率，可大幅降低信号冲突概率。
本发明预先存储各个客户端的通信频率至服务器的数据库中，当服务器需要对其中一个客户端进行通信时，服务器从数据库中获取该客户端的通信频率，并发送通信频率调控信号至管理器，所述管理器接收到通信频率调控信号之后，所述管理器选择其中一个未与其他客户端建立通信的LoRa模块，并发送通信频率调控信号调控LoRa模块的通信频率，使得该LoRa模块的通信频率切换至。所述LoRa模块的通信频率切换至之后，完成所述客户端与LoRa模块的通信连接，即所述客户端与所述服务器完成通信连接，所述服务器发送通信指令给管理器，所述管理器将接收的通信指令发送给客户端，所述客户端接收到所述通信指令之后，将回复指令发送至管理器，最后经由管理器发送至服务器；重复上述过程，直至所有客户端完成与服务器的通信连接。
作为优选，所述服务器与管理器无线连接。
本发明中服务器与管理器的无线连接方式有多种，作为优选，所述服务器与管理器之间通过GPRS、3G或4G无线连接。
作为优选，所述管理器为集中器，所述客户端为计量仪表。
本发明还提供了一种基于Lora的无线多频通信方法，包括以下步骤：
（1）将多个客户端按照通信ID分组，得到多个具有不同通信频率Fc的客户端组，每个客户端组中的各个客户端的通信频率Fc相同；
（2）预先存储各个客户端的通信频率Fc至服务器的数据库中；
（3）当服务器需要对其中一个客户端进行通信时，服务器从数据库中获取该客户端的通信频率Fc，并发送通信频率调控信号至管理器，所述管理器接收到通信频率调控信号之后，所述管理器选择其中一个未与其他客户端建立通信的LoRa模块，并发送通信频率调控信号调控LoRa模块的通信频率，使得该LoRa模块的通信频率切换至Fc；
（4）所述LoRa模块的通信频率切换至Fc之后，完成所述客户端与LoRa模块的通信连接，即所述客户端与所述服务器完成通信连接，所述服务器发送通信指令给管理器，所述管理器将接收的通信指令发送给客户端，所述客户端接收到所述通信指令之后，将回复指令发送至管理器，最后经由管理器发送至服务器；
（5）重复步骤（1）~（4），直至所有客户端完成与服务器的通信连接;
（6）在步骤（4）中所述管理器将接收的通信指令发送给客户端，但是在双方约定的通信时间内管理器没有接收到客户端的通信回复指令，则管理器判定该通信环境存在干扰同时上报服务器，即需要在下个频率维护过程中将当前频率Fc切频至新的频率。
作为优选，还包括频率维护过程，所述频率维护过程包括：在每天的固定时刻段内，将客户端以及Lora模块切换至维护频率Fr，若服务器已保存存在干扰信号的状态时，需要通知管理器广播发送将客户端切换至新频率Fn，所述新频率值得计算方法如下：
新频率值=原频率值+频率偏移量。
预设值频率偏移量为10。
为防止系统运行过程中，周围环境出现了相同频率的干扰信号，管理器与客户端均支持自动频率切换功能。每天的规定时刻（称为频率维护时间段，例如默认02:00 AM ~02:30 AM），双方切换频率到某个远端频率（远离正常通信频率的频率，称为维护频率），根据事先约定，软件系统通知所有客户端是否需要切换到新的频率。
软件系统检测到正常通信频率中存在干扰信号时，认为需要切换到新频率，作为优选，在每天的固定时刻段内，通过广播向对应的客户端发送频率切换指令。此时在频率维护时间段里使用维护频率向所有客户端设备广播发送切换频率指令，指令内容为频率偏移量。所有客户端设备收到该指令后，保存频率偏移量，此后除了频率维护时间段里使用维护频率，其他时间里都用新频率与集中器通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明采用多频率通信方法，发送方根据目标设备的工作频率自动选择发送频率，降低了信号干扰的可能性，可以解决LoRa无线模块的频率互相干扰问题，提高了通信效率；此外本发明还可以通过预设的频率维护功能，能确保在环境里出现干扰信号的时候，系统自动切换到其他频率以避开干扰。 因此本发明不但可以进行多频率的通信，而且出现干扰信号时，可以自动切换频率。
附图说明
图1为本发明基于Lora的无线多频通信方法的流程示意图。
图2为本发明中基于Lora的无线多频通信系统的结构示意图。
图3为本发明中频率维护过程流程示意图。
图4为本发明中基于Lora的无线多频通信方法的其中一种实施方式的流程示意图。具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示，本发明的一种基于Lora的无线多频通信方法，包括以下步骤：
（1）将多个客户端2分组，得到多个具有不同通信频率Fc的客户端组5，每个客户端组5中的各个客户端2的通信频率Fc相同；
（2）预先存储各个客户端2的通信频率Fc至服务器1的数据库中；
（3）当服务器1需要对其中一个客户端2进行通信时，服务器1从数据库中获取该客户端2的通信频率Fc，并发送通信频率调控信号至管理器4，管理器4接收到通信频率调控信号之后，管理器4选择其中一个未与其他客户端2建立通信的LoRa模块3，并发送通信频率调控信号调控LoRa模块3的通信频率，使得该LoRa模块3的通信频率切换至Fc；
（4）LoRa模块3的通信频率切换至Fc之后，完成客户端2与LoRa模块3的通信连接，即客户端2与服务器1完成通信连接，服务器1发送通信指令给管理器4，管理器4将接收的通信指令发送给客户端2，客户端2接收到通信指令之后，将回复指令发送至管理器4，最后经由管理器4发送至服务器1；
（5）重复步骤（1）~（4），直至所有客户端2完成与服务器1的通信连接。
如图3所示，本发明中还包括频率维护过程，频率维护过程包括：在每天的固定时刻段内，将客户端2以及LoRa模块3切换至维护频率Fr，若存在干扰信号时，将客户端2切换至新频率Fn，新频率值得计算方法如下：
新频率值=原频率值+频率偏移量。
预设值频率偏移量为10。
为防止系统运行过程中，周围环境出现了相同频率的干扰信号，管理器4与客户端2均支持自动频率切换功能。每天的规定时刻（称为频率维护时间段，例如默认02:00 AM ~02:30 AM），双方切换频率到某个远端频率（远离正常通信频率的频率，称为维护频率），根据事先约定，软件系统通知所有客户端2是否需要切换到新的频率。
软件系统检测到正常通信频率中存在干扰信号时，认为需要切换到新频率，例如在每天的固定时刻段内，通过广播向对应的客户端2发送频率切换指令。此时在频率维护时间段里使用维护频率向所有客户端2设备广播发送切换频率指令，指令内容为频率偏移量。所有客户端2设备收到该指令后，保存频率偏移量，此后除了频率维护时间段里使用维护频率，其他时间里都用新频率与集中器通信。
如图4所示，例如以集中器（管理器4设备）为通信的发送方，计量仪表（客户端2设备）为通信接受方，通信流程包括：
（1）服务程序需要对某一个计量仪表通信，先从数据库里获取该仪表的通信频率Fm。
（2）服务程序发送控制指令给集中器，要求集中器切换到频率Fr；
（3） 集中器选择1个空闲LoRa模块3，对该LoRa模块3发送控制指令，使其切换到频率Fr；
（4）集中器通过该LoRa模块3对仪表完成通信。接收到仪表回复指令时把回复指令传给服务程序。
（5）重复（1）~（4）步骤，直至所有仪表通信结束。
本发明对相同频率的计量仪表，一次只能对1个计量仪表执行通信，但是可以在同一时刻并行对多个不同频率的仪表通信。

Claims (7)

1.一种基于Lora的无线多频通信系统，其特征在于，包括：
服务器；管理器，与服务器信号连接；多个客户端组，每个客户端组包括多个具有同一通信频率的客户端；多个LoRa无线模块，设置于管理器内；
所述管理器接收服务器的通信频率调控信号，并根据服务器发送的通信频率调控信号调控其中一个LoRa无线模块的通信频率大小，以使LoRa无线模块与客户端组建立通信连接。
2.如权利要求1所述的基于Lora的无线多频通信系统，其特征在于，所述服务器与管理器无线连接。
3.如权利要求2所述的基于Lora的无线多频通信系统，其特征在于，所述服务器与管理器之间通过GPRS、3G或4G无线连接。
4.如权利要求1所述的基于Lora的无线多频通信系统，其特征在于，所述管理器为集中器，所述客户端为计量仪表。
5.一种基于Lora的无线多频通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将多个客户端按照通信ID分组，得到多个具有不同通信频率Fc的客户端组，每个客户端组中的各个客户端的通信频率Fc相同；
（2）预先存储各个客户端的通信频率Fc至服务器的数据库中；
（3）当服务器需要对其中一个客户端进行通信时，服务器从数据库中获取该客户端的通信频率Fc，并发送通信频率调控信号至管理器，所述管理器接收到通信频率调控信号之后，所述管理器选择其中一个未与其他客户端建立通信的LoRa模块，并发送通信频率调控信号调控LoRa模块的通信频率，使得该LoRa模块的通信频率切换至Fc；
（4）所述LoRa模块的通信频率切换至Fc之后，完成所述客户端与LoRa模块的通信连接，即所述客户端与所述服务器完成通信连接，所述服务器发送通信指令给管理器，所述管理器将接收的通信指令发送给客户端，所述客户端接收到所述通信指令之后，将回复指令发送至管理器，最后经由管理器发送至服务器；
（5）重复步骤（1）~（4），直至所有客户端完成与服务器的通信连接。
6.如权利要求5所述的基于Lora的无线多频通信方法，其特征在于，还包括频率维护过程，所述频率维护过程包括：在每天的固定时刻段内，将客户端以及Lora模块切换至维护频率Fr，若存在干扰信号时，将客户端切换至新频率Fn，所述新频率值得计算方法如下：
新频率值=原频率值+频率偏移量。
7.如权利要求6所述的基于Lora的无线多频通信方法，其特征在于，在每天的固定时刻段内，通过广播向对应的客户端发送频率切换指令。
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