CN111698673A - 一种低功耗广域网中的通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低功耗广域网中的通信方法及系统，分布式节点在主动上报周期内进行与主动上报次数对应的通信数据上报，所述主动上报次数大于第一预设值；客户端节点接收所述分布式节点发送的通信数据，向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据；客户端节点在完成与所述分布式节点的通信后，向所述分布式节点发送平息帧，所述平息帧包括约束时间段；所述分布式节点在接收所述平息帧后的所述约束时间段内处于休眠状态；在一个上报周期内为分布式节点设置多次上报时间点，缩短通信时间间隔，并且在完成通信后，下发平息帧至分布式节点，使其在一定时间内不进行数据上报，大大降低了功耗。

Description

一种低功耗广域网中的通信方法及系统

技术领域

本发明涉及低功耗广域网通信领域，尤其涉及一种低功耗广域网中的通信方法及系统。

背景技术

物联网技术现已普遍的应用到我们生活的方方面面，给我们的日常生活带来了巨大的变化，相比于几十年前我们有更便利的生活体验，比如：临近夜晚时路边的路灯会自动亮起、远程给家人打开家门、远程打开电饭煲煮饭等等。物联网是通过现有的通信技术将人与物、物于物进行连接，如今在智能家居、工业数据采集等区域网通信场景中一般采用短距离通信技术，但对于广范围、远距离的连接则需要用到远距离通信技术，LPWAN(Low PowerWide Area Network：低功耗广域网)技术正是为了满足物联网中远距离、低频次通信需求应运而生的低功耗远距离的无线通信技术。

现有的LPWAN设备一般是通过减少自身唤醒时间来降低自身的功耗，只在特定的时间进行数据的交互，并且交互的频次低，一般为一天进行若干次交互，因在绝大多数的时间，LPWAN设备都是处于休眠的状态，导致了在实际应用中，无法随时接收到其他设备发送的数据，只有在LPWAN设备进行数据上报时，按照约定的时隙，经过所述时隙后LPWAN设备才会进行远程指令的接收，从而完成一次数据的交互。

现有的低功耗广域网中的通信方法存在远程交互的时延过长的问题，若一天仅交互一次，那么该时延则长达一天，但是，提高交互频次则会增大设备的功耗，从而减少使用寿命，在特定需求的场景下，现有技术无法提供准实时的通信，如在进行现场维护时，缺乏本地无线通信机制作为的辅助手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种低功耗广域网中的通信方法及系统，在降低交互时延的同时避免功耗过大。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种低功耗广域网中的通信方法，包括步骤：

S1、分布式节点在主动上报周期内进行与主动上报次数对应的通信数据上报，所述主动上报次数大于第一预设值；

S2、客户端节点接收所述分布式节点发送的通信数据，向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据；

S3、客户端节点在完成与所述分布式节点的通信后，向所述分布式节点发送平息帧，所述平息帧包括约束时间段；

S4、所述分布式节点在接收所述平息帧后的所述约束时间段内处于休眠状态。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种低功耗广域网中的通信系统，包括客户端节点和分布式节点，所述客户端节点包括第一存储器、第一处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的第一计算机程序，所述分布式节点包括第二存储器、第二处理器及存储在所述第二存储器上并可在所述第二处理器上运行的第二计算机程序，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现以下步骤：

S11、接收所述分布式节点发送的通信数据，向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据；

S12、在完成与所述分布式节点的通信后，向所述分布式节点发送平息帧，所述平息帧包括约束时间段；

所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：

S21、在主动上报周期内进行与主动上报次数对应的通信数据上报，所述主动上报次数大于第一预设值；

S22、接收所述客户端节点发送的平息帧，在接收所述平息帧后的所述约束时间段内处于休眠状态。

本发明的有益效果在于：在分布式节点的单个主动上报周期内配置大于第一预设值的主动上报次数，客户端节点在与分布式节点完成通信后，发送平息帧给分布式节点，使得分布式节点在进行高频次主动上报完成需要的通信后在预设时间段内处于休眠状态，实现分布式节点与客户端节点之间的半双工通信，在单个主动上报周期内进行大于第一预设值次数的主动上报，通过短时间高频次的主动上报解决交互时延长的问题，同时又通过平息帧的发送解决提高交互频次导致的功耗过大的问题，在降低交互时延的同时避免功耗过大，特别适用于一些有特定需求的场景，比如低功耗广域网中设备现场维护的场景。

附图说明

图1为本发明实施例的一种低功耗广域网中的通信方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例的一种低功耗广域网中的通信系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种低功耗广域网中的通信方法的流程示意图；

图4为本发明实施例的设备一对一通信示意图；

图5为本发明实施例的设备一对多通信示意图；

图6为本发明实施例的DN设备与UN设备响应时间示意图；

标号说明：

0、一种低功耗广域网中的通信系统；1、客户端节点；1.1、第一处理器；1.2、第一存储器；2、分布式节点；2.1、第二存储器；2.2、第二处理器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，一种低功耗广域网中的通信方法，包括步骤：

S1、分布式节点在主动上报周期内进行与主动上报次数对应的通信数据上报，所述主动上报次数大于第一预设值；

S2、客户端节点接收所述分布式节点发送的通信数据，向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据；

S3、客户端节点在完成与所述分布式节点的通信后，向所述分布式节点发送平息帧，所述平息帧包括约束时间段；

S4、所述分布式节点在接收所述平息帧后的所述约束时间段内处于休眠状态。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在分布式节点的单个主动上报周期内配置大于第一预设值的主动上报次数，客户端节点在与分布式节点完成通信后，发送平息帧给分布式节点，使得分布式节点在进行高频次主动上报完成需要的通信后在预设时间段内处于休眠状态，实现分布式节点与客户端节点之间的半双工通信，在单个主动上报周期内进行大于第一预设值次数的主动上报，通过短时间高频次的主动上报解决交互时延长的问题，同时又通过平息帧的发送解决提高交互频次导致的功耗过大的问题，在降低交互时延的同时避免功耗过大，特别适用于一些有特定需求的场景，比如低功耗广域网中设备现场维护的场景。

进一步的，所述S1中所述分布式节点接收到所述配置信息后，在到达主动上报周期时，通过浮空的ADC功能IO接口采集空中的噪声；

根据所述噪声得到随机数；

根据所述随机数的大小确定主动上报时间点；

在所述主动上报周期内的上述主动上报时间点向客户端节点上报通信数据。

由上述描述可知，在到达主动上报周期时，通过采集噪声获得随机数确定主动上报时间点，实现在一个主动上报周期内上报时间点的随机性，一定程度避免了多个分布式节点同时进行数据上报从而导致数据冲撞的概率。

进一步的，所述分布式节点主动上报完通信数据后进入空中接收模式，所述空中接收模式的时长T_s为所述分布式节点通信数据上报结束的时间点开始至所述分布式节点接收到所述客户端节点发送的完整的同步字的时长；

根据所述客户端节点发送的交互数据的格式以及空中速率确定所述客户端节点发送前导码以及同步字的时长T_air；

所述分布式节点确定唤醒初始化时间δ以及时间调整量M_ar；

根据所述T_s、T_air、δ及M_ar计算所述分布式节点在所述空中接收模式中的唤醒时间点T₁：

所述分布式节点在所述空中接收模式中在所述唤醒时间点之前均处于休眠状态；

根据所述客户端节点发送的交互数据的长度以及所述空中速率确定所述客户端节点发送所述交互数据的时长D_min；

以所述D_min为起始值，向上调整所述分布式节点的接收窗口时长，确定能够完整接收所述交互数据的接收窗口最短时长D_s；

接收窗口的时长D＝D_s+M_ar。

由上述描述可知，考虑分布式节点唤醒的初始化时间及客户端节点发送前导码以及同步字的时长，在允许范围内保证分布式节点的休眠时间最长，最大程度节约分布式节点的功耗，同时，考虑到时间调整量，为分布式节点的唤醒时间留出一定容错空间，在保证低功耗的同时实现数据的正确接收，提高可靠性。

进一步的，所述通信数据包含所述分布式节点的地址；

所述步骤S2包括：

S21、所述客户端节点接收所述分布式节点发送的通信数据，记录所述分布式节点的地址，根据所述通信数据确定所述分布式节点发送的信号的RSSI值；

S22、判断所述RSSI值是否大于预设阈值RSSI_t，若是，则在预设时间段内锁定与所述分布式节点的通信，并根据记录的分布式节点的地址向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据，所述交互数据包含所述客户端节点的地址，并返回S21，在所述预设时间段内所述客户端节点不记录其它分布式节点主动上报的通信数据中的地址；否则，忽略所述分布式节点发送的通信数据，并返回S21。

由上述描述可知，客户端节点在接收分布式节点发送的通信数据后，记录其地址，但并未立即与其建立通信，而是获取所述分布式节点发送的信号的RSSI值，将其与预设阈值RSSI_t比较，若大于RSSI_t才与其建立通讯，根据所述记录的地址发送交互数据，否则，获取其他分布式节点发送的通信数据，通过RSSI值的比较，确保客户端节点能够与分布式节点建立稳定的通信，保证了数据传输的正确到达率，同时记录分布式节点的地址即发现所述分布式节点，根据所述分布式节点的地址与分布式节点进行通信，实现了客户端节点与分布式节点之间的半双工通信，通信数据和交互数据都带有所述分布式节点的地址，防止多个设备在场时的设备间数据串扰问题。

进一步的，所述主动上报周期可动态配置，具体为：

根据分布式节点的安装密度、功耗要求、时延要求、网络无线冲撞概率要求及分布式节点与客户端节点的网络密度动态配置所述主动上报周期；

所述主动上报次数可动态配置。

由上述描述可知，工作人员可根据分布式节点的安装密度、功耗要求等因素动态配置主动上报周期，并且能够根据不同需求配置主动上报次数，能够适应不同的使用场景，通用性大，灵活度高。

请参照图2，一种低功耗广域网中的通信系统，包括客户端节点和分布式节点，所述客户端节点包括第一存储器、第一处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的第一计算机程序，所述分布式节点包括第二存储器、第二处理器及存储在所述第二存储器上并可在所述第二处理器上运行的第二计算机程序，所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现以下步骤：

S11、接收所述分布式节点发送的通信数据，向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据；

S12、在完成与所述分布式节点的通信后，向所述分布式节点发送平息帧，所述平息帧包括约束时间段；

所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：

S21、分布式节点在主动上报周期内进行与主动上报次数对应的通信数据上报，所述主动上报次数大于第一预设值；

S22、接收所述客户端节点发送的平息帧，在接收所述平息帧后的所述约束时间段内处于休眠状态。

由上述描述可知，本发明的有益效果在于：在分布式节点的单个主动上报周期内配置大于第一预设值的主动上报次数，客户端节点在与分布式节点完成通信后，发送平息帧给分布式节点，使得分布式节点在进行高频次主动上报完成需要的通信后在预设时间段内处于休眠状态，实现分布式节点与客户端节点之间的半双工通信，在单个主动上报周期内进行大于第一预设值次数的主动上报，通过短时间高频次的主动上报解决交互时延长的问题，同时又通过平息帧的发送解决提高交互频次导致的功耗过大的问题，在降低交互时延的同时避免功耗过大，特别适用于一些有特定需求的场景，比如低功耗广域网中设备现场维护的场景。

进一步的，所述S21中接收到所述配置信息后，在到达主动上报周期时，通过浮空的ADC功能IO接口采集空中的噪声；

根据所述噪声得到随机数；

根据所述随机数的大小确定主动上报时间点；

在所述主动上报周期内的上述主动上报时间点向客户端节点上报通信数据。

由上述描述可知，在到达主动上报周期时，通过采集噪声获得随机数确定主动上报时间点，实现在一个主动上报周期内上报时间点的随机性，一定程度避免了多个分布式节点同时进行数据上报从而导致数据冲撞的概率。

进一步的，所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：

主动上报完通信数据后进入空中接收模式，所述空中接收模式的时长T_s为所述分布式节点通信数据上报结束的时间点开始至所述分布式节点接收到所述客户端节点发送的完整的同步字的时长；

根据所述客户端节点发送的交互数据的格式以及空中速率确定所述客户端节点发送前导码以及同步字的时长T_air；

确定唤醒初始化时间δ以及时间调整量M_ar；

根据所述T_s、T_air、δ及M_ar计算所述分布式节点在所述空中接收模式中的唤醒时间点T₁：

在所述空中接收模式中在所述唤醒时间点之前均处于休眠状态；

根据所述客户端节点发送的交互数据的长度以及所述空中速率确定所述客户端节点发送所述交互数据的时长D_min；

以所述D_min为起始值，向上调整所述分布式节点的接收窗口时长，确定能够完整接收所述交互数据的接收窗口最短时长D_s；

接收窗口的时长D＝D_s+M_ar。

由上述描述可知，考虑分布式节点唤醒的初始化时间及客户端节点发送前导码以及同步字的时长，在允许范围内保证分布式节点的休眠时间最长，最大程度节约分布式节点的功耗，同时，考虑到时间调整量，为分布式节点的唤醒时间留出一定容错空间，在保证低功耗的同时实现数据的正确接收，提高可靠性。

进一步的，所述通信数据包含所述分布式节点的地址；

所述步骤S12包括：

S121、接收所述分布式节点发送的通信数据，记录所述分布式节点的地址，根据所述通信数据确定所述分布式节点发送的信号的RSSI值；

S122、判断所述RSSI值是否大于预设阈值RSSI_t，若是，则在预设时间段内锁定与所述分布式节点的通信，并根据记录的分布式节点的地址向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据，所述交互数据包含所述客户端节点的地址，并返回S121，在所述预设时间段内所述客户端节点不记录其它分布式节点主动上报的通信数据中的地址；否则，忽略所述分布式节点发送的通信数据，并返回S121。

由上述描述可知，客户端节点在接收分布式节点发送的通信数据后，记录其地址，但并未立即与其建立通信，而是获取所述分布式节点发送的信号的RSSI值，将其与预设阈值RSSI_t比较，若大于RSSI_t才与其建立通讯，根据所述记录的地址发送交互数据，否则，获取其他分布式节点发送的通信数据，通过RSSI值的比较，确保客户端节点能够与分布式节点建立稳定的通信，保证了数据传输的正确到达率，同时记录分布式节点的地址即发现所述分布式节点，根据所述分布式节点的地址与分布式节点进行通信，实现了客户端节点与分布式节点之间的半双工通信，通信数据和交互数据都带有所述分布式节点的地址，防止多个设备在场时的设备间数据串扰问题。

进一步的，所述主动上报周期可动态配置，具体为：

根据分布式节点的安装密度、功耗要求、时延要求、网络无线冲撞概率要求及分布式节点与客户端节点的网络密度动态配置所述主动上报周期；

所述主动上报次数可动态配置。

由上述描述可知，工作人员可根据分布式节点的安装密度、功耗要求等因素动态配置主动上报周期，并且能够根据不同需求配置主动上报次数，能够适应不同的使用场景，通用性大，灵活度高。

请参照图1，本发明的实施例一为：

一种低功耗广域网中的通信方法，具体包括：

S1、分布式节点(DN，Distributed Node)在主动上报周期内进行与主动上报次数对应的通信数据上报，所述主动上报次数大于第一预设值；

其中，主动上报周期短于正常分布式节点的主动上报周期，比如分布式节点正常的主动上报周期为一天，如果为了进行维修，需要分布式节点与客户端节点进行频繁交互以确定维修情况，则此时可以设置主动上报周期为30秒或者短的时间；具体的设置可以根据实际应用场景下的需求而定；

其中，所述主动上报周期可根据分布式节点的安装密度、功耗要求、时延要求、网络无线冲撞概率要求及分布式节点与客户端节点的网络密度动态配置；

其中，所述主动上报次数可根据具体场景的需求动态配置，所述第一预设值为所述分布式节点正常工作情况下在一个主动上报周期内的主动上报次数，例如分布式节点正常工作情况下在一个主动上报周期内主动上报次数为1，则所述第一预设值为1，为了进行维修，需要分布式节点与客户端节点进行频繁交互以确定维修情况，则此时可以设置一个主动上报周期内上报次数为2或更多，从而缩短交互时延。

具体的，分布式节点设备的安装密度越大，所述预设周期T的大小越大；预计可消耗的功耗越低，T的大小越大；需要的时延越短，T的大小越小；要求的网络无线冲撞概率越低，单个分布式设备的网络占有率就应该越小，则T的大小越大；因同频干扰问题，分布式节点与客户端节点的网络密度越大，T的大小越大；

其中，所述网络密度是指同一网络内能互相感知、影响的设备总数，若分布式节点设备与客户端节点设备的发射功率越大，其网络密度也越大；另外。分布式节点与客户端节点之间无线通信的调制模式也会影响网络密度，如LoRa(Long Rang Radio：一种无线调制模式)调制模式一般比FSK(Frequency Shift Keying：二进制频移键控调制)调制模式的网络密度更大；

其中，所述分布式节点接收到所述配置信息后，在到达主动上报周期时，通过浮空的ADC(Analog-to-Digital Converter:模拟-数字信号转换器)功能IO(Input Output：输入输出)接口采集空中的噪声；

根据所述噪声得到随机数；

根据所述随机数的大小确定主动上报时间点；

在所述主动上报周期内的上述主动上报时间点向客户端节点上报通信数据；

所述分布式节点在每个主动上报周期开始时，进行主动上报时间点的获取，如主动上报周期为30s，所述分布式节点获取的随机数为2，则所述分布式节点在所述主动上报周期的第2秒进行主动上报，若设置一个主动上报周期内进行多次主动上报，则获取相应数目随机数以随机得到相应数目的主动上报时间点；

S2、客户端节点(UN，User Node)接收所述分布式节点发送的通信数据，向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据；

所述分布式节点发送的通信数据中包含该分布式节点的设备地址；

其中包括：

S21、所述客户端节点接收所述分布式节点发送的通信数据，记录所述分布式节点的地址，根据所述通信数据确定所述分布式节点发送的信号的RSSI值；

RSSI值能够一定程度上指示当前分布式节点与客户端节点的距离，帮助判断所述分布式节点与所述客户端节点之间能否建立稳定通信；

S22、判断所述RSSI值是否大于预设阈值RSSI_t，若是，则在预设时间段内锁定与所述分布式节点的通信，并根据记录的分布式节点的地址向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据，所述交互数据包含所述客户端节点的地址，并返回S21，在所述预设时间段内所述客户端节点不记录其它分布式节点主动上报的通信数据中的地址；否则，忽略所述分布式节点发送的通信数据，并返回S21；

其中，客户端节点锁定与所述分布式节点的通信后，等待预设等待时长T_r再进行交互数据的发送，即等待约定的时隙进行交互数据的发送；

所述客户端节点在预设时间段内不记录分布式节点的设备地址；

请参照图3，DN设备主动上报带有其设备地址的通信数据，UN设备接收到所述通信数据后，记录所述DN设备的设备地址，并采集所述通信数据对应的信号的RSSI值，得到RSSI_DN，UN设备将所述RSSI_DN与预设阈值RSSI_t比较，根据比较结果确定是否发现一个新的DN设备，若是，则创建通信时序；

请参照图4，DN设备与UN设备进行一对一通信时，DN设备主动上报通信数据，所述通信数据中包括DN设备的设备地址，UN设备完成对该DN设备的发现后，所述UN设备等待预设等待时长Tr后进行交互数据的下发，所述交互数据中包括所述DN设备的设备地址，相应的DN设备接收到交互数据后会在既定唤醒窗口进行响应，而其他DN设备因为设备地址不同则不会进行响应，此即为完成了一次一对一的半双工通信，DN设备接收到所述交互数据后，发送所述交互数据对应的包含所述DN设备的设备地址的结果数据，UN设备在接收到该结果数据后，又会建立单个设备的半双工通信，即单个设备半双工通信机制可以进行DN设备和UN设备的连续半双工通信，UN设备在接收到结果数据后，会在T_r时长内维持通信，若此时长内UN设备产生交互数据又可继续发送对应的交互数据，直到某次接收结果数据后，T_r时长内无交互数据，则此次DN设备与UN设备的一对一半双工通信结束；

S3、客户端节点在完成与所述分布式节点的通信后，向所述分布式节点发送平息帧，所述平息帧包括约束时间段；

请参照图5，当多个DN设备与UN设备通信时，UN设备在接收到DN设备发送的包含所述DN设备的设备地址的结果数据(完成通信)后，所述UN设备向所述DN设备发送平息帧数据，DN设备在接收到平息帧数据后的一端时间内不会再进行主动上报，从而实现与多个DN设备的批量半双工通信机制；

其中，若系统中存在一个UN设备与5个DN设备DN1～DN5，其中DN5一直无法与UN设备建立通信，当DN1、DN2、DN3与DN4都与UN设备通信完成后，接收所述UN设备下发的平息帧，则所述DN1、DN2、DN3与DN4在接收所述平息帧后的约束时间段内处于休眠状态，不会进行主动上报的行为，此时该系统中只有DN5在继续进行上报，则此时无其他DN设备抢占信道资源，能够顺利和UN设备建立通信；

S4、所述分布式节点在接收所述平息帧后的所述约束时间段内处于休眠状态。

请参照图6，本发明的实施例二为：

一种低功耗广域网中的通信方法，其与实施例一的不同之处在于：

所述分布式节点在上报数据后进入休眠状态，在特定时间点唤醒并打开接收窗口进行数据的接收，所述特定时间点在客户端节点开始下发交互数据的时间点之前，具体为：

请参照图6，所述DN设备结束发射的时间点(完成通信数据上报的时间点)为起始时间点T₀；

所述DN设备主动上报完通信数据后进入空中接收模式，所述空中接收模式的时长T_s为T₀开始至所述DN设备接收到所述UN设备发送的完整的同步字(SYNC，SynchronousWord)的时长；

所述同步字为空中接收模式的中断信号；

所述T_s可由DN设备自身定时器得到；

根据UN设备发送的交互数据的格式以及空中速率(DataRate)确定所述UN设备发送前导码以及同步字的时长T_air；

例1，前导码长度为4Byte(字节)，同步字长度为3Byte，空中速率为100kbps(千比特每秒)，则

其中，若DN设备获取的Ts为1.00056s(秒)，则所述UN设备的预设等待时长T_r＝T_s-T_air＝1s，则所述UN设备在与DN设备建立通信后，间隔1s进行交互数据数据下发；

所述DN设备确定唤醒初始化时间δ以及时间调整量M_ar；

设置所述M_ar避免因温度影响造成的晶体频率漂移等因素对实际设备运行时间及计时的影响，所述M_ar的大小应能覆盖-40℃～85℃之间DN设备和UN设备计时时钟的晶体温度偏移以及其它影响量造成的计时误差；

根据所述T_s、T_air、δ及M_ar计算所述DN设备在所述空中接收模式中的唤醒时间点T₁：

如例1中，M_ar＝4ms，δ＝7ms，则T1＝1.00056-0.00056-0.007-0.004÷2＝0.991s；

所述DN设备在所述空中接收模式中在所述唤醒时间点T₁之前均处于休眠状态；

根据所述UN设备发送的交互数据的长度以及所述空中速率确定所述UN设备发送所述交互数据的发射窗口大小D_min；

如例1中若交互数据长度n＝67Byte，DataRate＝100kbps，则UN设备发射窗口大小

所述交互数据长度中包括前导码以及同步字的长度；

实际应用中，以所述D_min为起始值，向上调整所述DN设备的接收窗口时长，直到能够完整接收所述UN设备发送的交互数据，以此确定出接收窗口最短时长D_s；

最终确定的接收窗口时长为D＝D_s+M_ar

如例1中若测得D_s＝14s，则D＝14+4＝18ms。

请参照图2，本发明的实施例三为：

一种低功耗广域网的即时通信系统0，包括客户端节点1和分布式节点2，所述客户端节点1包括第一存储器1.2、第一处理器1.1及存储在第一存储器1.2上并可在所述第一处理器1.1上运行的第一计算机程序，所述分布式节点2包括第二存储器2.2、第二处理器2.1及存储在第二存储器2.2上并可在所述第二处理器2.1上运行的第二计算机程序；

所述第一处理器1.1执行所述第一计算机程序时实现实施例一或实施例二中客户端节点执行的各个步骤：

所述第二处理器2.1执行所述第二计算机程序时实现实施例一或实施例二中分布式节点执行的各个步骤。

综上所述，本发明提供了一种低功耗广域网中的通信方法及系统，分布式节点上报周期可配置且在每个上报周期内的上报次数可配置，在一个上报周期内可以进行多次上报，大大提高了分布式节点与客户端节点之间的通信频率，进而降低了分布式节点与客户端节点之间的通信时延，并且，动态可配置的上报周期能够适应不同的应用场景；在提高通信频率的同时，引入平息帧机制，客户端节点每次与分布式节点完成通信都下发平息帧至所述分布式节点，平息帧中带有约束时间，分布式节点在所述约束时间内休眠并且不会再进行上报，大大节约了分布式节点的功耗，并且能够避免某个分布式节点长期无法和客户端节点通信的问题；同时，分布式节点在每次数据上报之后都进入休眠，等待一定的时长后才唤醒进行交互数据的接收，进一步减少了功耗，保证在低时延的交互过程中实现低功耗。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低功耗广域网中的通信方法，其特征在于，包括步骤：

S1、分布式节点在主动上报周期内进行与主动上报次数对应的通信数据上报，所述主动上报次数大于第一预设值；

S2、客户端节点接收所述分布式节点发送的通信数据，向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据；

S3、客户端节点在完成与所述分布式节点的通信后，向所述分布式节点发送平息帧，所述平息帧包括约束时间段；

S4、所述分布式节点在接收所述平息帧后的所述约束时间段内处于休眠状态。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗广域网中的通信方法，其特征在于，所述S1中所述分布式节点接收到所述配置信息后，在到达主动上报周期时，通过浮空的ADC功能IO接口采集空中的噪声；

根据所述噪声得到随机数；

根据所述随机数的大小确定主动上报时间点；

在所述主动上报周期内的上述主动上报时间点向客户端节点上报通信数据。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗广域网中的通信方法，其特征在于，所述分布式节点主动上报完通信数据后进入空中接收模式，所述空中接收模式的时长T_s为所述分布式节点通信数据上报结束的时间点开始至所述分布式节点接收到所述客户端节点发送的完整的同步字的时长；

根据所述客户端节点发送的交互数据的格式以及空中速率确定所述客户端节点发送前导码以及同步字的时长T_air；

所述分布式节点确定唤醒初始化时间δ以及时间调整量M_ar；

根据所述T_s、T_air、δ及M_ar计算所述分布式节点在所述空中接收模式中的唤醒时间点T₁：

所述分布式节点在所述空中接收模式中在所述唤醒时间点之前均处于休眠状态；

根据所述客户端节点发送的交互数据的长度以及所述空中速率确定所述客户端节点发送所述交互数据的时长D_min；

以所述D_min为起始值，向上调整所述分布式节点的接收窗口时长，确定能够完整接收所述交互数据的接收窗口最短时长D_s；

接收窗口的时长D＝D_s+M_ar。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗广域网中的通信方法，其特征在于，所述通信数据包含所述分布式节点的地址；

所述步骤S2包括：

S21、所述客户端节点接收所述分布式节点发送的通信数据，记录所述分布式节点的地址，根据所述通信数据确定所述分布式节点发送的信号的RSSI值；

S22、判断所述RSSI值是否大于预设阈值RSSI_t，若是，则在预设时间段内锁定与所述分布式节点的通信，并根据记录的分布式节点的地址向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据，所述交互数据包含所述客户端节点的地址，并返回S21，在所述预设时间段内所述客户端节点不记录其它分布式节点主动上报的通信数据中的地址；否则，忽略所述分布式节点发送的通信数据，并返回S21。

5.根据权利要求1所述的一种低功耗广域网中的通信方法，其特征在于，所述主动上报周期可动态配置，具体为：

根据分布式节点的安装密度、功耗要求、时延要求、网络无线冲撞概率要求及分布式节点与客户端节点的网络密度动态配置所述主动上报周期；

所述主动上报次数可动态配置。

6.一种低功耗广域网中的通信系统，包括客户端节点和分布式节点，所述客户端节点包括第一存储器、第一处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的第一计算机程序，所述分布式节点包括第二存储器、第二处理器及存储在所述第二存储器上并可在所述第二处理器上运行的第二计算机程序，其特征在于：

所述第一处理器执行所述第一计算机程序时实现以下步骤：

S11、接收所述分布式节点发送的通信数据，向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据；

S12、在完成与所述分布式节点的通信后，向所述分布式节点发送平息帧，所述平息帧包括约束时间段；

所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：

S21、在主动上报周期内进行与主动上报次数对应的通信数据上报，所述主动上报次数大于第一预设值；

S22、接收所述客户端节点发送的平息帧，在接收所述平息帧后的所述约束时间段内处于休眠状态。

7.根据权利要求6所述的一种低功耗广域网中的通信系统，其特征在于，所述S21中接收到所述配置信息后，在到达主动上报周期时，通过浮空的ADC功能IO接口采集空中的噪声；

根据所述噪声得到随机数；

根据所述随机数的大小确定主动上报时间点；

在所述主动上报周期内的上述主动上报时间点向客户端节点上报通信数据。

8.根据权利要求6所述的一种低功耗广域网中的通信系统，其特征在于，所述第二处理器执行所述第二计算机程序时实现以下步骤：

主动上报完通信数据后进入空中接收模式，所述空中接收模式的时长T_s为所述分布式节点通信数据上报结束的时间点开始至所述分布式节点接收到所述客户端节点发送的完整的同步字的时长；

根据所述客户端节点发送的交互数据的格式以及空中速率确定所述客户端节点发送前导码以及同步字的时长T_air；

确定唤醒初始化时间δ以及时间调整量M_ar；

根据所述T_s、T_air、δ及M_ar计算所述分布式节点在所述空中接收模式中的唤醒时间点T₁：

在所述空中接收模式中在所述唤醒时间点之前均处于休眠状态；

根据所述客户端节点发送的交互数据的长度以及所述空中速率确定所述客户端节点发送所述交互数据的时长D_min；

以所述D_min为起始值，向上调整所述分布式节点的接收窗口时长，确定能够完整接收所述交互数据的接收窗口最短时长D_s；

接收窗口的时长D＝D_s+M_ar。

9.根据权利要求6所述的一种低功耗广域网中的通信系统，其特征在于，所述通信数据包含所述分布式节点的地址；

所述步骤S12包括：

S121、接收所述分布式节点发送的通信数据，记录所述分布式节点的地址，根据所述通信数据确定所述分布式节点发送的信号的RSSI值；

S122、判断所述RSSI值是否大于预设阈值RSSI_t，若是，则在预设时间段内锁定与所述分布式节点的通信，并根据记录的分布式节点的地址向所述分布式节点发送与所述通信数据对应的交互数据，所述交互数据包含所述客户端节点的地址，并返回S121，在所述预设时间段内所述客户端节点不记录其它分布式节点主动上报的通信数据中的地址；否则，忽略所述分布式节点发送的通信数据，并返回S121。

10.根据权利要求6所述的一种低功耗广域网中的通信系统，其特征在于，所述主动上报周期可动态配置，具体为：

根据分布式节点的安装密度、功耗要求、时延要求、网络无线冲撞概率要求及分布式节点与客户端节点的网络密度动态配置所述主动上报周期；

所述主动上报次数可动态配置。

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