CN111107507A - 一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法，能够解决现有无线传感网络组网方式较复杂、传输性能较差、功耗较高等问题。所述组网方法步骤如下：步骤一：选取若干LoRa原始设备作为LoRa终端设备；步骤二：选取一个LoRa原始设备作为LoRa网关设备，接入RTU设备；步骤三：使用云平台软件，配置LoRa网关设备，并配置唯一网络ID和网络秘钥，作为网络唯一标识；步骤四：使用云平台软件，配置LoRa终端设备，并配置终端所在网络对应的网关地址、网络ID和网络密钥。本发明适用于采集传感数据的地质灾害监测无线传感网络，功能简单，组网便捷，使用与维护更加方便。

Description

一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法。
背景技术
所谓地质灾害监测，主要包括崩塌监测、滑坡监测以及泥石流监测等，多使用无线传感网络进行数据通信，对监测设备的组网方式、传输性能、功耗等方面都具有严格的要求。传统的无线传感网络传输方式中，WIFI功耗较大，蓝牙组网数量有限，ZigBee方式穿透能力较差，通信范围较短。LoRa通信技术，是一种sub-GHz的扩频通信技术，可以实现远距离传输，并且信号穿透能力强，功耗低，可以很好的解决以上问题
LoRa应用于地质灾害监测无线传感网络主要用于采集传感数据，无需完成复杂的应用功能，这就要求每个终端设备的硬件和软件成本尽可能精简。但是，目前市场上LoRa组网协议主要是标准协议LoRaWAN以及各公司定制的私有协议，复杂度较高，适用性较差。
发明内容
本发明提供了一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法，能够解决现有无线传感网络组网方式较复杂、传输性能较差、功耗较高等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法，采取技术解决方案如下：
组网设备包括LoRa终端设备、LoRa网关设备、RTU设备和云平台软件；LoRa网关设备和LoRa网关设备出厂时均为LoRa原始设备，只需配置唯一设备ID，通用网络ID、通用网络密钥、原始设备地址即可；RTU设备负责控制LoRa网关设备以及与云平台软件进行交互；云平台软件负责控制RTU设备和数据处理显示；
所述LoRa设备组网方法包括以下步骤：
步骤一：选取若干LoRa原始设备作为LoRa终端设备，记录设备ID，上电后，LoRa原始设备初始化完成后，检测到网络地址为原始设备地址，进入低功耗监听模式；
步骤二：选取一个LoRa原始设备作为LoRa网关设备，接入RTU设备，记录设备ID，上电后，LoRa原始设备初始化完成后，检测到网络地址为原始设备地址，进入低功耗监听模式；
步骤三：在云平台软件设置步骤二中记录的LoRa原始设备ID，下发给RTU设备，RTU设备通过串口唤醒LoRa原始设备，将与RTU设备相连的LoRa原始设备地址配置为网关设备地址,变为LoRa网关设备，并配置唯一网络ID和网络密钥，作为网络唯一标识；
步骤四：在云平台软件设置步骤一中记录的所有LoRa终端设备的设备ID，下发给RTU设备，RTU设备通过LoRa网关设备唤醒LoRa终端设备，将LoRa原始设备地址配置成LoRa终端设备地址，并配置终端设备所在网络对应的网关地址、网络ID和网络密钥。
进一步，所述步骤三，RTU上电后，使用云平台软件连接RTU设备，然后将步骤二中记录的设备ID以及选定的网关设备地址、网络ID和网络密钥，作为LoRa网关设备参数下发给RTU设备；RTU设备接收到该参数后，通过串口唤醒LoRa原始设备，并发送参数；LoRa原始设备接收到参数后，判断接收到的设备ID是否与自己的设备ID一致，如果一致，则更新网络地址、网络ID和网络密钥，并变为LoRa网关设备，设备进入接收模式，并返回确认信息；如果不一致，忽略参数配置进入低功耗监听模式；云平台软件收到确认信息后，表示以上述ID设备为网关、以上述网关设备地址为LoRa网关设备网络地址、以上述网络ID和网络密钥为网络唯一标识的网络组建成功。
进一步，所述步骤四，将步骤一记录的设备ID、步骤三的网络ID和网络密钥、选定的终端设备地址，作为LoRa终端设备参数下发给RTU设备；
流程如下：
S01：RTU设备首先选取某一个设备ID，然后通过LoRa网关设备发送唤醒指令及上述参数；
所述步骤一中的所有LoRa原始设备监听到唤醒指令后，判断接收到的设备ID是否与自己的设备ID一致，如果一致，则更新网络地址、网络ID和网络密钥，变为LoRa终端设备，并返回确认信息；如果不一致，忽略参数配置进入低功耗监听模式；
RTU设备收到确认信息后，判断数据中网络ID和网络密钥是否一致，如果一致，表示LoRa终端设备入网成功，如果不一致，记录此设备ID配置失败；
S02：检测是否有未完成LoRa终端设备ID，如果有，执行S01，如果没有，向云平台软件返回配置状况信息；
S03：如果有设备ID配置失败超过3次，其余设备均成功，停止配置，向云平台软件返回配置状况信息；
S04：云平台软件根据返回配置状况信息，显示当前唯一网络ID和网络密钥的网络内LoRa网关设备和LoRa终端设备的组网信息情况。
进一步，所述LoRa终端设备和LoRa网关设备通过无线LoRa网络连接，LoRa网关设备和RTU设备通过有线TTL串口连接，RTU设备和云平台软件通过无线4G网络连接。
本发明提供的一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法，有以下几点好处：
第一，将LoRa应用于地质灾害监测无线传感网络，在组网环境条件、组网范围、网络可靠性方面都有极大的改善。
第二，以往终端设备采用定时唤醒上报模式，需要在终端配置各种上报参数，一旦终端较多，配置以及管理复杂。采用被动唤醒终端方法，可以省去参数配置，需要数据直接发送命令提取即可。
第三，由于LoRa终端设备多采用小容量电池，而LoRa网关设备多采用大容量设备，因此，LoRa终端采用被动唤醒方法，将主动操作工作尽可能在网关设备处完成，可以进一步降低LoRa终端的功耗。
第四，LoRa网关设备和LoRa终端设备出厂时均为LoRa原始设备，具体应用只需使用云平台软件进行设置即可，减少了多种设备维护和参数配置问题，使用和维护更加方便。
附图说明
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的一种适用于地质灾害监测应用的LoRa组网拓扑示意框图；
图2示出了根据本发明的具体实施例提供一种适用于地质灾害监测应用的LoRa组网方法的流程图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、RTU(带4G功能)；20、LoRa网关设备；30、LoRa终端设备；40、云平台软件。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施方式详细地描述本发明一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法。
如图1所示，所述LoRa终端设备30和LoRa网关设备20出厂时均为LoRa原始设备，在批产过程中，不需要对终端设备和网关设备进行不同的配置处理。LoRa原始设备出厂时，只需配置唯一设备ID，通用网络ID、通用网络密钥、原始设备地址即可。RTU设备10主要负责控制LoRa网关设备以及与云平台软件进行交互。云平台软件40主要负责控制RTU设备和数据处理显示。LoRa终端设备和LoRa网关设备通过无线LoRa网络连接，LoRa网关设备和RTU设备通过有线TTL串口连接，RTU设备和云平台软件通过无线4G网络连接。
如图2所示，所述组网方法如下：
步骤一：选取若干LoRa原始设备作为LoRa终端设备，不需要做任何改动，只需记录设备ID，直接将设备内部供电连接器接在一起后实地布施即可。上电后，LoRa原始设备初始化完成后，检测到网络地址为原始设备地址，进入低功耗监听模式。
步骤二：选取一个LoRa原始设备作为LoRa网关设备，通过有线TTL串口接入到RTU设备，不需要做任何改动，只需记录设备ID，直接将设备内部供电连接器接在一起后实地布施即可。上电后，LoRa原始设备初始化完成后，检测到网络地址为原始设备地址，进入低功耗监听模式。
步骤三：RTU上电后，使用云平台软件通过4G连接RTU设备，然后将步骤二中记录的设备ID以及选定网关设备地址、网络ID和网络密钥，作为LoRa网关设备参数下发给RTU设备。RTU设备接收到该参数后，通过串口唤醒LoRa原始设备，并发送参数。LoRa原始设备接收到参数后，判断接收到的设备ID是否与自己的设备ID一致，如果一致，则更新网络地址、网络ID和网络密钥，并变为LoRa网关设备，设备进入接收模式，并返回确认信息；如果不一致，忽略参数配置进入低功耗监听模式。云平台软件收到确认信息后，表示以上述ID设备为网关、以上述网关设备地址为LoRa网关设备网络地址、以上述网络ID和网络密钥为网络唯一标识的网络组建成功。
步骤四：LoRa网关设备配置完成后，开始配置LoRa终端设备。将步骤一记录的设备ID、步骤三的网络ID和网络密钥、选定的终端设备地址，作为LoRa终端设备参数下发给RTU设备。流程如下：S01：RTU设备首先选取某一个设备ID，然后通过LoRa网关设备发送唤醒指令及上述参数。步骤一所有LoRa原始设备监听到唤醒指令后，判断接收到的设备ID是否与自己的设备ID一致，如果一致，则更新网络地址、网络ID和网络密钥，变为LoRa终端设备，并返回确认信息；如果不一致，忽略参数配置进入低功耗监听模式。RTU设备收到确认信息后，判断数据中网络ID和网络密钥是否一致，如果一致，表示LoRa终端设备入网成功。如果不一致，记录此设备ID配置失败；S02：检测是否有未完成LoRa终端设备ID，如果有，执行S01，如果没有，向云平台软件返回配置状况信息；S03：如果有设备ID配置失败超过3次，其余设备均成功，停止配置，向云平台软件返回配置状况信息。最后云平台软件根据返回配置状况信息，显示当前唯一网络ID和网络密钥的网络内LoRa网关设备和LoRa终端设备的组网信息情况。
以上所述仅为单个网关组网以及无中继的组网方法，本发明所提供的LoRa组网方法不限于单个网关，并且LoRa终端设备带有中继功能，可多个网关、多中继组网。当多网关使用时，只需进行分时工作的方式即可。本发明将LoRa网关设备和LoRa终端设备合并成一种设备，便于管理和维护。LoRa终端设备长时间工作与低功耗唤醒模式，所有的定时工作、处理工作等都放在网关处执行，进一步降低了LoRa终端设备功耗。
本发明中所引用的的设备如RTU设备和云平台软件，仅为便于叙述明了，而非以限定发明可实施的范围，其相对关系的设备替换或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法，包括LoRa终端设备(30)、LoRa网关设备(20)、RTU设备(10)和云平台软件(40)；LoRa终端设备(30)和LoRa网关设备(20)出厂时均为LoRa原始设备，配置唯一设备ID、通用网络ID、通用网络密钥、原始设备地址；RTU设备(10)负责控制LoRa网关设备(20)以及与云平台软件(40)进行交互；云平台软件(40)负责控制RTU设备(10)和数据处理显示；
所述LoRa设备组网方法包括以下步骤：
步骤一：选取若干LoRa原始设备作为LoRa终端设备，记录设备ID；上电后，LoRa原始设备初始化完成后，检测到网络地址为原始设备地址，进入低功耗监听模式；
步骤二：选取一个LoRa原始设备作为LoRa网关设备，接入RTU设备，记录设备ID；上电后，LoRa原始设备初始化完成后，检测到网络地址为原始设备地址，进入低功耗监听模式；
步骤三：在云平台软件设置步骤二中记录的LoRa原始设备ID，下发给RTU设备，RTU设备通过串口唤醒LoRa原始设备，将与RTU设备相连的LoRa原始设备地址配置为网关设备地址,变为LoRa网关设备，并配置唯一网络ID和网络密钥，作为网络唯一标识；
步骤四：在云平台软件设置步骤一记录的所有LoRa终端设备的设备ID，下发给RTU设备，RTU设备通过LoRa网关设备唤醒LoRa终端设备，将LoRa原始设备地址配置成LoRa终端设备地址，并配置终端设备所在网络对应的网关地址、网络ID和网络密钥。
2.按照权利要求1所述的一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法，其特征在于，所述步骤三，RTU上电后，使用云平台软件连接RTU设备，然后将步骤二中记录的设备ID以及选定的网关设备地址、网络ID和网络密钥，作为LoRa网关设备参数下发给RTU设备；RTU设备接收到该参数后，通过串口唤醒LoRa原始设备，并发送参数；LoRa原始设备接收到参数后，判断接收到的设备ID是否与自己的设备ID一致，如果一致，则更新网络地址、网络ID和网络密钥，并变为LoRa网关设备，设备进入接收模式，并返回确认信息；如果不一致，忽略参数配置进入低功耗监听模式；云平台软件收到确认信息后，表示以上述ID设备为网关、以上述网关设备地址为LoRa网关设备网络地址、以上述网络ID和网络密钥为网络唯一标识的网络组建成功。
3.按照权利要求1或2所述的一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法，其特征在于，所述步骤四，将步骤一记录的设备ID、步骤三的网络ID和网络密钥、选定的终端设备地址，作为LoRa终端设备参数下发给RTU设备；流程如下：
S01：RTU设备首先选取某一个设备ID，然后通过LoRa网关设备发送唤醒指令及上述参数；
所述步骤一中的所有LoRa原始设备监听到唤醒指令后，判断接收到的设备ID是否与自己的设备ID一致，如果一致，则更新网络地址、网络ID和网络密钥，变为LoRa终端设备，并返回确认信息；如果不一致，忽略参数配置进入低功耗监听模式；
RTU设备收到确认信息后，判断数据中网络ID和网络密钥是否一致，如果一致，表示LoRa终端设备入网成功，如果不一致，记录此设备ID配置失败；
S02：检测是否有未完成LoRa终端设备ID，如果有，执行S01，如果没有，向云平台软件返回配置状况信息；
S03：如果有设备ID配置失败超过3次，其余设备均成功，停止配置，向云平台软件返回配置状况信息；
S04：云平台软件根据返回配置状况信息，显示当前唯一网络ID和网络密钥的网络内LoRa网关设备和LoRa终端设备的组网信息情况。
4.按照权利要求1所述的一种适用于地质灾害监测应用的LoRa设备组网方法，其特征在于，所述LoRa终端设备和LoRa网关设备通过无线LoRa网络连接，LoRa网关设备和RTU设备通过有线TTL串口连接，RTU设备和云平台软件通过无线4G网络连接。
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