CN111836209A - 提升LoRa单通道数据传输效率的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升LoRa单通道数据传输效率的方法，适用于包括网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，方法包括：网关节点根据信道分时占用策略通过下行数据为多个终端节点分配对应的占用时段；以及在进入对应的占用时段后，终端节点工作于发送状态并发送对应的上行数据至网关节点。本发明还提供一种LoRa通信系统。在本发明中，网关节点通过信道分时占用为每个终端分配占用时段，终端在自己的占用时段传输数据，以此为基础，提高数据的信息量从而提高通道利用率，另外，网关节点根据收到的各终端的数据作为基础数据，对其占用时段进行动态调整，从而减少终端占用通道时段内的空闲时间，以此进一步提高通道利用率。

Description

提升LoRa单通道数据传输效率的方法及系统
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种提升LoRa单通道数据传输效率的LoRa通信方法以及LoRa通信系统。
背景技术
随着科技的不断发展和应用，物联网技术已经开始走进并影响人类的生产和生活等活动。尤其是近年来，随着人们对智能体验的需求的日益增加，越来越多的碎片化终端设备需要接入网络实现互联，物联网技术已经在智能家居、智慧城市、智能建筑、智能农业等各个应用场景中大显身手。
LoRa技术是近年来刚刚发展起来的一种低功耗广域网通信技术，相比于之前的WiFi、ZigBee、蓝牙等同域网无线技术，以及2G/3G/4G等广域网无线技术，LoRa同时具有传输距离远、终端功耗低、容量大、使用时间长等优点，能最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，因而在物联网应用领域中大放异彩。
LoRa通信技术日益普及，但是行业内对频率资源的规范使用标准还处在形成阶段，因此存在一定程度频率资源滥用的问题。针对该问题行业内的做法是牺牲更多的频率资源提升数据传输的效率，或者采用TDMA技术(时分多址)避免数据碰撞可以一定程度提高传输效率，但这两种方法都不能从根本上解决问题，只会使情况进一步恶化。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种提升LoRa单通道数据传输效率的方法以及LoRa通信系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种提升LoRa单通道数据传输效率的方法，适用于包括网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，所述方法包括：
所述网关节点根据信道分时占用策略通过下行数据为所述多个终端节点分配对应的占用时段；以及
在进入对应的占用时段后，终端节点工作于发送状态并发送对应的上行数据至所述网关节点。
在本发明提供的方法中，所述方法还包括：
所述网关节点根据所述多个终端节点的上行数据的最大传输单元和传输速率调整所述信道分时占用策略。
在本发明提供的方法中，所述方法还包括，
所述网关节点在收到终端节点的上行数据后，通过下行数据返回应答消息至终端节点，如果终端节点未收到应答消息，则该未收到应答消息的终端节点在其下一个占用时段期间内重新发送未收到应答消息的数据包。
在本发明提供的方法中，所述网关节点通过组播方式发送下行数据至所述多个终端节点。
在本发明提供的方法中，所述上行数据的传输过程中，在所述上行数据的数据包中增加序列号N，当所述网关节点收到序列号为N的数据包时，向终端节点发送ACK数据包。
在本发明提供的方法中，所述网关节点和所述多个终端节点分别将上行数据和下行数据压缩后再进行传输。
相应地，本发明还提供一种LoRa通信系统，包括网关节点和多个终端节点，所述网关节点根据信道分时占用策略通过下行数据为所述多个终端节点分配对应的占用时段；以及
所述多个终端节点在进入对应的占用时段后，工作于发送状态并发送对应的上行数据至所述网关节点。
在本发明提供的系统中，所述网关节点根据所述多个终端节点的上行数据的最大传输单元和传输速率调整所述信道分时占用策略。
在本发明提供的系统中，所述网关节点在收到终端节点的上行数据后，通过下行数据返回应答消息至终端节点，如果终端节点未收到应答消息，则该未收到应答消息的终端节点在其下一个占用时段期间内重新发送未收到应答消息的数据包。
在本发明提供的系统中，所述网关节点通过组播方式发送下行数据至所述多个终端节点；在所述上行数据的传输过程中，在所述上行数据的数据包中增加序列号N，当所述网关节点收到序列号为N的数据包时，向终端节点发送ACK数据包；所述网关节点和所述多个终端节点分别将上行数据和下行数据压缩后再进行传输。
本发明的LoRa通信方法以及LoRa通信系统，具有以下有益效果：本发明的网关节点通过信道分时占用为每个终端分配占用时段，终端在自己的占用时段传输数据，由此，可以减少终端占用通道时段内的空闲时间，提高通道的利用率；而且，网关节点根据收到的各终端的数据作为基础数据，对其占用时段进行动态调整，进一步提高通道的利用率；此外，通过网关节点和终端节点之间的组播传输机制、应答传输机制以及数据压缩机制，可以进一步减少信道的占用，提高数据的信息量。
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LoRa通信系统的结构示意图；
图2是本发明的提升LoRa单通道数据传输效率的方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明总的思路是：LoRa通信系统中，网关节点通过信道分时占用为每个终端分配占用时段，终端在自己的占用时段传输数据，以此为基础，提高数据的信息量从而提高通道利用率，另外，网关节点根据收到的各终端的数据作为基础数据，对其占用时段进行动态调整，从而减少终端占用通道时段内的空闲时间，以此进一步提高通道利用率。由此，可以减少终端占用通道时段内的空闲时间，提高通道的利用率。而且，网关节点根据收到的各终端的数据作为基础数据，对其占用时段进行动态调整，进一步提高通道的利用率。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参考图2，是本发明的提升LoRa单通道数据传输效率的方法的流程图。本发明适用于包括网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统。
本发明的提升LoRa单通道数据传输效率的方法包括：
S101、所述网关节点根据信道分时占用策略通过下行数据为所述多个终端节点分配对应的占用时段；
S102、在进入对应的占用时段后，终端节点工作于发送状态并发送对应的上行数据至所述网关节点；
S103、所述网关节点根据所述多个终端节点的上行数据的最大传输单元和传输速率调整所述信道分时占用策略。
具体地，在本发明中，为了避免数据冲突，LoRa网关采用轮询的方式:并且LoRa网关在轮询各个LoRa终端时，具体是根据其计算生成的信道分时占用策略进行的。进一步地，网关节点采用组播机制与终端节点进行通信，实现一对多数据传输，通过通信协议的约定提升数据的信息量。
进一步地，LoRa通信系统可以应用于各种实际应用中，实际应用不同，传输上行数据需要占用上行信道的时间也不同，因此，可以根据历史数据(例如，每个终端节点传输数据所需的最大传输单元和传输速率)训练生成信道分时占用策略，为每个终端节点分配各自对应的占用时段。同时，在通信过程中，网关节点根据各个终端实际返回的数据进一步调整该信道分时占用策略，以进一步优化信道传输的利用率。需要说明的是，这里可以根据已知的训练模型来调整信道分时占用策略，本发明并不对此限定。
进一步地，本申请实施例并不限定工作信道的具体数量，并优选推荐采用多个工作信道，以便利用不同工作信道中电信号的正交特性来避免数据冲突的发生。即，LoRa网关可以同时对工作在不同工作信道中的LoRa终端并发轮询:其中，不同的工作信道采用相互正交的扩频因子进行扩频，保证了不同工作信道中通信时的电信号是互不干扰的，因此不会产生数据冲突。当然，对于每一个工作信道，LoRa网关在对其中的LoRa终端进行轮询时，依旧是按照该工作信道的信道分时占用策略有序进行的。
优选地，为了避免数据丢失，在网关节点和终端节点之间建立应答机制。具体地，所述网关节点在收到终端节点的上行数据后，通过下行数据返回应答消息至终端节点，如果终端节点未收到应答消息，则该未收到应答消息的终端节点在其下一个占用时段期间内重新发送未收到应答消息的数据包。例如，终端A在其第N个占用时段发送数据包M后，在预定时间内没有收到网关节点返回的应答消息，则在其下一个占用时段到来时重新发送该数据包M，直至收到应答，传输成功。通过这网关节点和终端节点之间建立应答机制，可以进一步提高数据传输的准确性。
进一步地，为了提高传输效率，在终端节点发送上行数据至网关节点的过程中为数据包增加序列号N，当网关节点收到序列号为N的数据包时向终端节点发送ACK数据包，表示小于N的数据包都已收到。由此，网关节点不用为每一个数据包做ACK响应，从而减少占用信道的次数，提升数据的信息量。
进一步地，所述网关节点和所述多个终端节点分别将上行数据和下行数据压缩后再进行传输。通过数据压缩使数据量减小，提升信息量的同时也能一定程度提高安全性。对于采用何种压缩方式，本领域技术人员可以自行选择设置，本申请实施例对此不进行限定。
基于同一发明构思，本发明还公开了一种LoRa通信系统，包括网关节点和多个终端节点，所述网关节点根据信道分时占用策略通过下行数据为所述多个终端节点分配对应的占用时段；所述多个终端节点在进入对应的占用时段后，工作于发送状态并发送对应的上行数据至所述网关节点。
进一步地，所述网关节点根据所述多个终端节点的上行数据的最大传输单元和传输速率调整所述信道分时占用策略。
进一步地，所述网关节点在收到终端节点的上行数据后，通过下行数据返回应答消息至终端节点，如果终端节点未收到应答消息，则该未收到应答消息的终端节点在其下一个占用时段期间内重新发送未收到应答消息的数据包。
进一步地，所述网关节点通过组播方式发送下行数据至所述多个终端节点；在所述上行数据的传输过程中，在所述上行数据的数据包中增加序列号N，当所述网关节点收到序列号为N的数据包时，向终端节点发送ACK数据包；所述网关节点和所述多个终端节点分别将上行数据和下行数据压缩后再进行传输。
综上所述，本发明的LoRa通信方法以及LoRa通信系统，具有以下有益效果：本发明的网关节点通过信道分时占用为每个终端分配占用时段，终端在自己的占用时段传输数据，网关节点根据收到的各终端的数据作为基础数据，对其占用时段进行动态调整，以此减少终端占用通道时段内的空闲时间，进而提高通道的利用率；此外，通过网关节点和终端节点之间的组播传输机制、应答传输机制以及数据压缩机制，可以进一步减少信道的占用，提高数据的信息量。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种提升LoRa单通道数据传输效率的方法，适用于包括网关节点和多个终端节点的LoRa通信系统，其特征在于，所述方法包括：
所述网关节点根据信道分时占用策略通过下行数据为所述多个终端节点分配对应的占用时段；以及
在进入对应的占用时段后，终端节点工作于发送状态并发送对应的上行数据至所述网关节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述网关节点根据所述多个终端节点的上行数据的最大传输单元和传输速率调整所述信道分时占用策略。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，
所述网关节点在收到终端节点的上行数据后，通过下行数据返回应答消息至终端节点，如果终端节点未收到应答消息，则该未收到应答消息的终端节点在其下一个占用时段期间内重新发送未收到应答消息的数据包。
4.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，所述网关节点通过组播方式发送下行数据至所述多个终端节点。
5.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，在所述上行数据的传输过程中，在所述上行数据的数据包中增加序列号N，当所述网关节点收到序列号为N的数据包时，向终端节点发送ACK数据包。
6.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，所述网关节点和所述多个终端节点分别将上行数据和下行数据压缩后再进行传输。
7.一种LoRa通信系统，包括网关节点和多个终端节点，其特征在于，
所述网关节点根据信道分时占用策略通过下行数据为所述多个终端节点分配对应的占用时段；以及
所述多个终端节点在进入对应的占用时段后，工作于发送状态并发送对应的上行数据至所述网关节点。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述网关节点根据所述多个终端节点的上行数据的最大传输单元和传输速率调整所述信道分时占用策略。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述网关节点在收到终端节点的上行数据后，通过下行数据返回应答消息至终端节点，如果终端节点未收到应答消息，则该未收到应答消息的终端节点在其下一个占用时段期间内重新发送未收到应答消息的数据包。
10.根据权利要求7-9所述的系统，其特征在于，所述网关节点通过组播方式发送下行数据至所述多个终端节点；在所述上行数据的传输过程中，在所述上行数据的数据包中增加序列号N，当所述网关节点收到序列号为N的数据包时，向终端节点发送ACK数据包；所述网关节点和所述多个终端节点分别将上行数据和下行数据压缩后再进行传输。
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