CN112235763B - 基于时分复用动态分配的低功耗点对点无线LoRa设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时分复用动态分配的低功耗点对点无线LoRa设备，包括网关和前端LoRa节点，所述网关设置为星型结构，所述前端LoRa节点设置为大于3个，1个网关通过信号与多个前端LoRa节点连接；所述网关内设置有网关管理前端节点模块、动态分配时间片模块、获取时间片模块；网关管理前端节点模块、动态分配时间片模块、获取时间片模块与网络协议模块连接；解决了多个采集设备与透传网关的通信产生的丢包的问题。

Description

基于时分复用动态分配的低功耗点对点无线LoRa设备
基于时分复用动态分配的低功耗点对点无线LoRa设备。
技术领域
本发明涉及LoRa无线通信设备技术领域，具体涉及一种基于时分复用动态分配的低功耗点对点无线LoRa设备。
背景技术
LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是专门设计用于物联网无线传输的流行技术之一，它保持了像 FSK 调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离。LoRa 技术本身拥有超高的接收灵敏度（RSSI）和超强信噪比（SNR）。此外使用跳频技术，通过伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，防止定频干扰。多个设备连接网关，一般使用基于LoRaWAN的移动网络。然而，LoRaWAN网关成本太高。因此，在一些低频率采集，低功耗，带有LoRa网络节点的设备中，为了降低功耗，设备工作在低功耗状态，当需要发送数据时，唤醒LoRa节点，再通过串口将数据传给节点，由于没有时序的控制，该方式可能会出现数据碰撞，导致丢包。本发明通过分时复用同一个信道，解决多个采集设备与透传网关的通信产生的丢包问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于时分复用动态分配的低功耗点对点无线LoRa设备，解决多个采集设备与透传网关的通信产生的丢包的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于时分复用动态分配的低功耗点对点无线LoRa设备，其特征在于：包括网关和前端LoRa节点，所述网关设置为星型结构，所述前端LoRa节点设置为大于3个，1个网关通过信号与多个前端LoRa节点连接； 所述网关内设置有网关管理前端节点模块、动态分配时间片模块、获取时间片模块；网关管理前端节点模块、动态分配时间片模块、获取时间片模块与网络协议模块连接。
进一步的，所述网关管理前端节点模块负责：1、提供校时服务；2、管理下属的前端节点，对前端节点的加入与离开进行响应与管理，超时节点踢出网络、3、接收前端设备上报的数据并存储或转发。
进一步的，所述动态分配时间片模块负责：动态分配时间片，并在收到某一前端数据之后对其进行回复分配的下次通信时间片。
进一步的，所述述获取时间片模块负责获取时间片。
进一步的，所述前端LoRa节点负责：1、休眠到某时间点自我唤醒；2、进入或离开网络时给网关发送相应的加入与离开包；3、加入网络后主动与网关进行校时；4、发送状态及数据；5、根据网关回复的时间片进行下一次休眠时间设定。
进一步的，本设备的数据流控制方法如下： S1:设备开始工作； S2:判断是否有设备超时，无超时则执行S3，有超时执行S10； S3：接收数据； S4：校验； S5：判断帧类型，数据帧继续执行S6，信令帧执行S11； S6：存储/处理/转发； S7：查找空闲时间片； S8：时间片回复； S9：返回S1； S10：队列中删除节点，然后返回S1； S11：判断信令帧信令类型，有入网请求则执行继续S12，否则发出离去通知然后执行S10； S12：队列管理； S13：地址/位置信息对照表； S14:分配空闲时间片； S15：时间片回复； S16：校时回复，然后返回S1。
进一步的，S4：校验步骤中，需要校验的内容包括同步头、长度、CRC。
进一步的，前端LoRa节点设置为分布式采集终端。
与现有技术相比，本发明拥有以下有益效果之一：
前端节点常规业务逻辑与通信业务去耦合，两者不互相干扰；
前端节点接收数据根据地址进行筛选，防止误收；
解决多个采集设备与透传网关的通信产生的丢包的问题；
本装置通过点到点方式实现简单，使用接口便捷，成本低廉，但只能一对一通信；但避免了LoRaWan组网方案基于标准协议，使用复杂且成本较高；
弥补二者之间存在一定的技术空白，市场上针对低成本、实现简单与使用便捷的一对多LoRa通信方案比较少的缺陷；
前端节点低功耗（大部分时间处于休眠状态）前提下，多个带有LoRa透传模块的数据采集设备设备连接网关，设备不能同时与网关进行连接，防止多节点与网关通信粘包、丢包等问题；
通过网关和数据采集终端约定的分时复用信道机制，避免服务器下发数据导致可能会出现撞包的现象。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明数据流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施例；
如图所示的一种基于时分复用动态分配的低功耗点对点无线LoRa设备，包括网关和前端LoRa节点，所述网关设置为星型结构，所述前端LoRa节点设置为大于3个，1个网关通过信号与多个前端LoRa节点连接；
星型结构的网关是星型拓扑结构的网络，属于集中控制型网络，整个网络由中心节点执行集中式通行控制管理，各节点间的通信都要通过中心节点。每一个要发送数据的节点都将要发送到数据发送中心节点，再由中心节点负责将数据送到目地节点。
星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制。因此，中央节点的主要功能有三项：当要求通信的站点发出通信请求后，控制器要检查中央转接站是否有空闲的通路，被叫设备是否空闲，从而决定是否能建立双方的物理连接;在两台设备通信过程中要维持这一通路;当通信完成或者不成功要求拆线时，中央转接站应能拆除上述通道。
由于中央节点要与多机连接，线路较多，为便于集中连线，采用一种成为集线器（HUB）或交换设备的硬件作为中央节点。
所述网关内设置有网关管理前端节点模块、动态分配时间片模块、获取时间片模块；网关管理前端节点模块、动态分配时间片模块、获取时间片模块与网络协议模块连接。
具体的，在本申请中，网关管理前端节点模块绝大部分时间处于休眠状态，短时内唤醒发送数据并接收回复主要负责：1、提供校时服务，既对时间段的数据流进行时间校准；2、管理下属的前端节点，对前端节点的加入与离开进行响应与管理，当超时将该节点踢出网络、3、接收前端设备上报的数据并存储或转发。
更进一步的，所述动态分配时间片模块负责为每个节点动态分配时间片，并在收到某一前端数据之后对其进行回复分配的下次通信时间片，以保证网关在和多个节点通信的过程中没有粘包、丢包等问题。
而获取时间片模块负责获取时间片则辅助监控各节点所获得的时间片并向控制器反馈所获取的时间片。
前端LoRa节点设备选用分布式采集终端，具体负责：1、在设备休眠到某时间点时自我唤醒；2、进入或离开网络时给网关发送相应的加入与离开包；3、加入网络后主动与网关进行校时；4、发送状态及数据；5、根据网关回复的时间片进行下一次休眠时间设定。
在本设备中，具体的网关控制数据流的方法如下：
S1:设备开始工作； S2:判断是否有设备超时，无超时则执行S3，有超时执行S10；S3：判断是否接收数据，收到数据执行S4，接收数据超时返回S1； S4：校验，校验失败返回S1, 校验通过执行S5，校验内容包括同步头、长度、CRC等； S5：判断帧类型，数据帧继续执行S6，信令帧执行S11； S6：存储/处理/转发； S7：查找空闲时间片； S8：时间片回复； S9：返回S1； S10：队列中删除节点，然后返回S1； S11：判断信令帧信令类型，有入网请求则执行继续S12，否则发出离去通知然后执行S10； S12：队列管理； S13：地址/位置信息对照表；进入S13后，与控制器内内设的原来的地址/位置信息进行对照，然后在进行下一步。 S14:分配空闲时间片； S15：时间片回复； S16：校时回复，然后返回S1。
本装置通过点到点方式实现简单，使用接口便捷，成本低廉，但只能一对一通信；LoRaWan组网方案基于标准协议，使用复杂且成本较高。弥补二者之间存在一定的技术空白，市场上针对低成本、实现简单与使用便捷的一对多LoRa通信方案比较少的缺陷；前端节点低功耗（大部分时间处于休眠状态）前提下，多个带有LoRa透传模块的数据采集设备设备连接网关，设备不能同时与网关进行连接，防止多节点与网关通信粘包、丢包等问题；通过网关和数据采集终端约定的分时复用信道机制，避免服务器下发数据导致可能会出现撞包的现象。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、 “实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (1)

1.一种基于时分复用动态分配的低功耗点对点无线LoRa设备，其特征在于：包括网关和前端LoRa节点，前端LoRa节点设置为分布式采集终端：
1）、休眠到某时间点自我唤醒；
2）、进入或离开网络时给网关发送相应的加入与离开包；
3）、加入网络后主动与网关进行校时；
4）、发送状态及数据；
5）、根据网关回复的时间片进行下一次休眠时间设定；
所述网关设置为星型结构，所述前端LoRa节点设置为大于3个，1个网关通过信号与多个前端LoRa节点连接；
所述网关内设置有网关管理前端节点模块：
1）、提供校时服务；
2）、管理下属的前端节点，对前端节点的加入与离开进行响应与管理，超时节点踢出网络；3）、接收前端设备上报的数据并存储或转发；
动态分配时间片模块：动态分配时间片，并在收到某一前端数据之后对其进行回复分配的下次通信时间片;获取时间片模块: 获取时间片；网关管理前端节点模块、动态分配时间片模块、获取时间片模块与网络协议模块连接；本设备的数据流控制方法如下：
S1:设备开始工作；
S2:判断是否有设备超时，无超时则执行S3，有超时执行S10；
S3：判断是否接收数据，收到数据执行S4，接收数据超时返回S1；
S4：校验，校验失败返回S1, 校验通过执行S5；校验时需要校验的内容包括同步头、长度、CRC ；
S5：判断帧类型，数据帧继续执行S6，信令帧执行S11；
S6：存储/处理/转发；
S7：查找空闲时间片；
S8：时间片回复；
S9：返回S1；
S10：队列中删除节点，然后返回S1；
S11：判断信令帧信令类型，有入网请求则执行继续S12，否则发出离去通知然后执行S10； S12：队列管理；
S13：地址/位置信息对照表；
S14:分配空闲时间片；
S15：时间片回复；
S16：校时回复，然后返回S1 。
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