CN111741515A - 一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法 - Google Patents

一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法，网关在符合底噪阈值要求的某个信道N上接收LoRa终端设备的入网，根据入网请求时的信号强度，达到一定的阈值要求时，判定入网成功并保存终端的ID，并在信道M上回复入网成功响应，后续终端即在N信道上发送业务数据，M信道上接收数据。本发明组网成本低，实现自组网方式流程简单，众多终端可在短时间内完成入网，入网方式更加灵活。

Description

一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法
技术领域
本发明属于物联网技术领域，涉及一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法。
背景技术
LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种，是Semtech公司专有的一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。它是一种媒体访问控制(MAC)层协议。LoRaWAN为大型物联网网络数据采集才需要的,同时LoRaWAN使用技术和管理平台技术比较复杂，需要一定的技术积累。
使用LoRaWAN存在以下缺陷：
1)需要有高成本的LoRaWAN 8信道网关以及LoRaWAN协议处理服务器；
2)在使用终端较少的情况下，配置网关的成本较大；
3)对于移动便携式场景下，网关较大的体积明显不适用；
4)对于多终端具有入网要求或数据传输要求时，入网耗时较长，传输速率低下。
因此，提供一种有效提升隧道路况感知程度的基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法，可实现自组网方式流程简单，众多终端可在短时间内完成入网，入网方式更加灵活。
为实现上述目的其具体方案如下：
本发明提供了一种基于LoRa技术的网关处理终端入网请求的数据传输方法，包括如下步骤：
S11、网关在K个信道上随机获取一个当前信道的底噪值；
S12、网关判断所述底噪值是否低于预设底噪阈值，若是，在S1获取底噪值的当前信道N上监听终端的入网请求；若否，返回S11；
S13、网关收到终端发出的入网请求后，判断入网请求信号强度值是否大于预设强度阈值，若是，网关立即在信道M上回复入网响应信息；否则网关不做处理，继续在信道N上监听。
优选的，所述网关和所述终端均采用SX1262射频芯片。
优选的，所述M为在N的基础上按照给定规则计算得到的与N存在关联的数值，所述规则预存在所述网关和所述终端。
优选的，所述S13中，网关在信道M上回复入网响应信息包括：
在信道M上回复终端入网响应信息并记录终端的ID，入网响应信息发送后立即切换到信道N并按设定扩频因子监听。
优选的，所述S13网关在信道M上回复入网响应信息之后还包括，
网关记录终端入网成功，并接收终端在N信道上发送的业务数据；
网关判断收到的业务数据来源终端ID在网关本地是否有入网成功的记录：若是，则网关处理收到的业务数据，以无线或有线的方式发送至外部处理设备；
若业务数据来源终端ID在网关本地没有入网成功的记录，则不对数据做处理，继续在信道N上监听。
优选的，网关以无线的方式发送至外部处理设备包括：以2/4/5G方式发送至应用服务器；网关以有线的方式发送至外部处理设备包括：由OTG发送至电脑、平板或手机。
本发明还提供了一种基于LoRa技术的终端向网关发送入网请求的数据传输方法，包括如下步骤：
S21、终端在K个信道上轮询发送入网请求，在信道N上发送入网请求后立即在信道M上监听并等待接收网关的回复，其中，信道N为底噪值低于预设底噪阈值的信道；
S22、若终端在M信道未收到网关回复的入网响应信息，则返回S21，进行下一次的入网请求；若终端在信道M上收到网关回复的入网响应信息，判定所述入网响应信息是否为网关回复自己的入网响应，若是，进入S23；若否，返回S21，进行下一次的入网请求；
S23、终端在N信道上发送业务数据，终端入网成功后即可将自身的业务数据发送至网关，M信道接收网关反馈的业务数据。
优选的，所述网关和所述终端均采用SX1262射频芯片。
优选的，所述M为在N的基础上按照给定规则计算得到的与N存在关联的数值，所述规则预存在所述网关和所述终端。
优选的，所述S22中还包括，所述终端设定监听超时时限，若终端在M信道未收到网关回复的入网响应信息且监听入网响应信息超时，则返回S3，进行下一次的入网请求。
优选的，所述S22中终端判定所述入网响应信息是否为网关回复自己的入网响应的方法包括：
接收网关在信道M上回复的入网响应信息及在接收入网请求时记录的终端的ID；
判断接收的ID与自身ID是否相符，如是，则入网成功。
优选的，所述S23中，终端在N信道上发送业务数据之前，终端从网关中同步UTC时间和时隙timeslot及时隙偏移量offset，终端发送上行数据时将在时间T＝timeslot-(UTCmod timeslot)+UTC+offset时做cad检测，cad未检测的信道活动时，将立即发送数据，否则在下一个时间T时重试。
本发明相较现有技术具有以下有益效果：
1、本发明中的网关与终端均可使用SX1262射频芯片，组网成本较低。
2、本发明中的自组网方式流程简单，众多终端可在短时间内完成入网，入网方式灵活。
3、本发明中的自组网方式不需要服务器的介入，架构部署较简单。
4、本发明中的网关体积、功耗较小，可随身携带，可通过OTG的方式接入电脑、平板或手机，在电脑、平板或手机中实现具体的应用或者网关经内部的2/4/5G方式上传至应用服务器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见说明书附图1所示的基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法的流程图，网关和终端均采用SX1262射频芯片，执行过程如下：
网关N(信道编号＝(无线频率-470.3MHz)/0.2MHz)中随机一个底噪较低的信道，并以SF10监听，N信道取值在0至148之间(含0与148)；终端在0至148信道中轮询发送入网请求，并立即启动在信道M(N％48+149)上监听，M信道取值在149至196之间(含149与196)，收到网关回复入网响应后则在此信道中工作，LoRa的无线频率工作范围是：470MH至510MHz之间。
自组网流程如下：
S1、网关在0至148信道中随机选择一个信道，设为信道N，并获取该信道的底噪值；
S2、网关判断底噪值是否低于预设的底噪阈值，低的话网关在此信道N上以SF10启动监听，否则重复S1；
S3、终端在信道0至148轮询发送入网请求，在信道N上发送请求后立即在信道M(N％48+149)上监听可能的网关回复，并设定监听超时时限；
S4、网关收到终端的入网请求，若对应的接收信号强度大于预设的强度阈值时，则认为此终端可以入网，并立即在信道M上回复终端入网响应信息并记录终端的ID，入网响应信息包含且不仅限于：终端ID、网关ID、时间、入网结果标识等，入网响应信息发送后立即切换到信道N并以SF10监听，否则网关对入网请求不做任何处理，继续在N信道上以SF10监听；
S5、终端监听若超时，则重复S3；
S6、终端判断收到的入网响应信息为自己发送入网请求的相应入网响应信息时，则认为入网成功，后续在信道N以SF10发送数据，信道M以SF10接收数据。否则重复流程S3-S6；
此步骤中，终端判断收到的入网响应信息是否为自己发送入网请求的相应入网响应信息的方法为：
接收网关在信道M上回复的入网响应信息及在接收入网请求时记录的终端的ID；判断接收的ID与自身ID是否相符，如是，则入网成功。
S7、终端在N信道以SF10发送业务数据，并在M信道以SF10启动监听并设置监听超时时限，网关接收业务数据。入网过程数据与业务数据在时序上分开发送。业务数据包括：除入网过程的数据外的其它所有数据。
S8、网关判断收到的业务数据来源终端ID在网关本地有入网成功的记录后，处理收到的业务数据，将其以2/4/5G方式发送至应用服务器或由OTG发送至电脑、平板或手机。若业务数据终端ID在网关本地没有入网成功的记录，则不对业务数据做处理。
由于具体环境下用户对数据的传输速率、入网耗时、空口碰撞等要求不同，为更加灵活的满足用户要求，采用以下优化技术方案：
为了进一步优化上述技术方案，网关可以对默认的扩频因子SF10进行配置，取值范围在SF7至SF12，终端在信道0至148、每个信道SF7至SF12上轮询发送入网请求。
为了进一步优化上述技术方案，网关可以对默认的底噪阈值、入网请求信号强度阈值做配置。
为了进一步优化上述技术方案，网关可以配置终端的白名单。
为了进一步优化上述技术方案，终端在开机后，优先在上次入网成功的信道及扩频因子上发送入网请求。
为了进一步优化上述技术方案，终端入网成功后将从网关中同步UTC时间和时隙timeslot及时隙偏移量offset，终端发送上行数据时将在时间T＝timeslot-(UTC modtimeslot)+UTC+offset时做cad检测，cad未检测的信道活动时，将立即发送数据，否则在下一个时间T时重试。
以上对本发明所提供的一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种基于LoRa技术的网关处理终端入网请求的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
S11、网关在K个信道上随机获取一个当前信道的底噪值；
S12、网关判断所述底噪值是否低于预设底噪阈值，若是，在S1获取底噪值的当前信道N上监听终端的入网请求；若否，返回S11；
S13、网关收到终端发出的入网请求后，判断入网请求信号强度值是否大于预设强度阈值，若是，网关立即在信道M上回复入网响应信息；否则网关不做处理，继续在信道N上监听。
2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法，其特征在于，所述M为在N的基础上按照给定规则计算得到的与N存在关联的数值，所述规则预存在所述网关和所述终端。
3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法，其特征在于，所述S13中，网关在信道M上回复入网响应信息包括：
在信道M上回复终端入网响应信息并记录终端的ID，入网响应信息发送后立即切换到信道N并按设定扩频因子监听。
4.根据权利要求3所述的一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法，其特征在于，所述S13网关在信道M上回复入网响应信息之后还包括，
网关记录终端入网成功，并接收终端在N信道上发送的业务数据；
网关判断收到的业务数据来源终端ID在网关本地是否有入网成功的记录：若是，则网关处理收到的业务数据，以无线或有线的方式发送至外部处理设备；
若业务数据来源终端ID在网关本地没有入网成功的记录，则不对数据做处理，继续在信道N上监听。
5.一种基于LoRa技术的终端向网关发送入网请求的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
S21、终端在K个信道上轮询发送入网请求，在信道N上发送入网请求后立即在信道M上监听并等待接收网关的回复，其中，信道N为底噪值低于预设底噪阈值的信道；
S22、若终端在M信道未收到网关回复的入网响应信息，则返回S21，进行下一次的入网请求；若终端在信道M上收到网关回复的入网响应信息，判定所述入网响应信息是否为网关回复自己的入网响应，若是，进入S23；若否，返回S21，进行下一次的入网请求；
S23、终端在N信道上发送业务数据，M信道接收网关回复的入网响应信息。
6.根据权利要求5所述的一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法，其特征在于，所述M为在N的基础上按照给定规则计算得到的与N存在关联的数值，所述规则预存在所述网关和所述终端。
7.根据权利要求5所述的一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法，其特征在于，所述S22中还包括，所述终端设定监听超时时限，若终端在M信道未收到网关回复的入网响应信息且监听入网响应信息超时，则返回S3，进行下一次的入网请求。
8.根据权利要求5所述的一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法，其特征在于，所述S22中终端判定所述入网响应信息是否为网关回复自己的入网响应的方法包括：
接收网关在信道M上回复的入网响应信息及在接收入网请求时记录的终端的ID；
判断接收的ID与自身ID是否相符，如是，则入网成功。
9.根据权利要求5所述的一种基于LoRa技术的网关与终端自组网数据传输方法，其特征在于，所述S23中，终端在N信道上发送业务数据之前，终端从网关中同步UTC时间和时隙timeslot及时隙偏移量offset，终端发送上行数据时将在时间T＝timeslot-(UTC modtimeslot)+UTC+offset时做cad检测，cad未检测的信道活动时，将立即发送数据，否则在下一个时间T时重试。
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