CN112399547B - 提高LoRa下行实时性的方法、LoRa网关、LoRa终端以及存储介质 - Google Patents

提高LoRa下行实时性的方法、LoRa网关、LoRa终端以及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高LoRa下行实时性的方法、LoRa网关、LoRa终端以及存储介质，方法包括：网关在终端入网时，获取终端提供的对下行数据的下行实时性需求；从预定范围的时隙中选取与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙作为随机时隙分配给终端，以告知终端在分配的随机时隙开启信道检测模式，其中，预定范围的时隙为上行区间中的部分或者全部时隙的集合；当有数据下行给所述终端时，可在分配给终端的随机时隙内下行数据给所述终端。由于终端只需在分配的随即时隙定时切换信道检测模式检测是否有下行数据，如此能按需满足不同终端对于下行数据的实时性要求，同时由于按约定的随机时隙下发，可以降低终端功耗并减少数据的碰撞，提高系统吞吐量。

Description

提高LoRa下行实时性的方法、LoRa网关、LoRa终端以及存储 介质
技术领域
本发明涉及LoRa通信领域，尤其涉及一种提高LoRa下行实时性的方法、LoRa网关、LoRa终端以及存储介质。
背景技术
目前，LoRa主要用于上行数据较多、下行数据较少的场景。同时由于功耗等原因，终端会长时间处于低功耗状态，网关及服务器下行的数据实时性能较差。
标准的LoRaWAN的class A/B/C模式均不能同时保证低功耗和网关下行的实时性。为降低网关下行的时延，现有的改进方法是终端固定时间间隔唤醒检查是否有下行。该方法能降低下行时延，但系统内所有终端按照相同时间间隔唤醒不适用于系统内终端的实时性需求不同的场景，会造成低实时性要求的终端频繁唤醒造成不必要的功耗。
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低功耗下下行数据的实时性不够的缺陷，提供一种提高LoRa下行实时性的方法、LoRa网关、LoRa终端以及存储介质。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种低功耗下提高LoRa下行实时性的方法，网关与终端之间以周期为单位进行通信，每一个周期包括上行区间和下行区间，方法包括：
网关在终端入网时，获取终端提供的对下行数据的下行实时性需求；
从预定范围的时隙中选取与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙作为随机时隙分配给终端，以告知终端在分配的随机时隙开启信道检测模式，其中，预定范围的时隙为上行区间中的部分或者全部时隙的集合；
当有数据下行给所述终端时，可在分配给终端的随机时隙内下行数据给所述终端。
优选地，所述的从预定范围的时隙中选取与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙作为随机时隙分配给终端，包括：
根据所述终端的下行实时性需求，确定与之对应的实时性等级；
从预定范围的随机时隙中选取与所述实时性等级对应的时隙作为随机时隙分配给所述终端。
优选地，所述方法还包括：
网关预先获取LoRa系统中终端可能的下行实时性需求，并将其划分为多个实时性等级；
根据所述多个实时性等级中最高的实时性等级，从上行区间中的所有时隙中选定合适数量以及合适位置的时隙作为所述预定范围的时隙；
从所述预定范围的时隙中选取合适数量和合适位置的时隙分配为各个所述实时性等级，实时性等级越高其所分配的时隙的数量越多。
优选地，所述方法还包括：
网关在终端入网时，获取终端提供的对上行数据的需求；
从上行区间中的除分配给终端的随机时隙以外的时隙中，选取与上行数据的需求相适应的时隙作为上行时隙分配给终端，如果某上行时隙同时属于所述预定范围的时隙，则在给终端发送上行时隙的信息的同时，将所述某上行时隙同时属于所述预定范围的时隙的信息一并发送给终端，以便告知终端在所述某上行时隙上行数据之前开启信道检测模式。
本发明另一方面还构造了一种低功耗下提高LoRa下行实时性的方法，网关与终端之间以周期为单位进行通信，每一个周期包括上行区间和下行区间，所述方法还包括：
终端入网时，向网关提供的对下行数据的下行实时性需求；
获取网关下行的包含了随机时隙的入网回复信息，所述随机时隙是网关从预定范围的时隙中选取的与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙，其中，预定范围的时隙为上行区间中的部分或者全部时隙的集合；
终端在分配的随机时隙开启信道检测模式，以检测网关是否有下行数据。
优选地，终端可能的下行实时性需求被划分为多个实时性等级，所述预定范围的时隙是根据根据所述多个实时性等级中最高的实时性等级，从上行区间中的所有时隙中选定合适数量以及合适位置的时隙；网关从所述预定范围的时隙中选取合适数量和合适位置的时隙分配为各个所述实时性等级，实时性等级越高其所分配的时隙的数量越多。
优选地，所述方法还包括：
终端入网时还向网关提供了对上行数据的需求，所述入网回复信息还包括上行时隙以及上行时隙是否属于所述预定范围的时隙，所述上行时隙是网关从上行区间中的除分配给终端的随机时隙以外的时隙中，选取与上行数据的需求相适应的时隙；
如果某上行时隙同时属于所述预定范围的时隙，则终端在所述某上行时隙上行数据之前开启信道检测模式。
本发明另一方面还构造了一种LoRa网关，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前任一项所述的方法的步骤。
本发明另一方面还构造了一种LoRa终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前任一项所述的方法的步骤。
本发明另一方面还构造了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前任一项所述的方法的步骤。时
本发明的提高LoRa下行实时性的方法、LoRa网关、LoRa终端以及存储介质，具有以下有益效果：本发明终端入网时与网关取得同步，网关根据不同终端各自对下行数据的实时性需求，为不同终端分配与其下行实时性需求相匹配的随机时隙，网关可以在随机时隙下发临时产生的下行数据，终端只需在分配的随即时隙定时切换信道检测模式检测是否有下行数据，如此能按需满足不同终端对于下行数据的实时性要求，同时由于按约定的随机时隙下发，可以降低终端功耗并减少数据的碰撞，提高系统吞吐量。
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是时隙分配示意图。
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：网关与终端之间以周期为单位进行通信，每一个周期包括上行区间和下行区间，网关在终端入网时获取终端提供的对下行数据的下行实时性需求，从预定范围的时隙中选取与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙作为随机时隙分配给终端，以告知终端在分配的随机时隙开启信道检测模式；当有数据下行给所述终端时，可在分配给终端的随机时隙内下行数据给所述终端。
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。
实施例一
本实施例的低功耗下提高LoRa下行实时性的方法，适于由网关执行，方法包括：
S100、预处理；
预处理需要在网关正是投入使用之前执行。其主要包括如下步骤：
S100a：网关预先获取LoRa系统中终端可能的下行实时性需求，并将其划分为多个实时性等级。
实时性需求可以用不同的指标表示，对此并不做限制，比如下行需求可以具体是要求下行数据必须在多长时间内发送，因为不同类型的LoRa终端对数据的实时性要求不同，比如说空调要求下行数据在1s以内发送即可，风扇要求下行数据在0.5s以内，等等。
为便于说明，我们以最简单的两个等级为例进行说明，假设网关预先获取LoRa系统中终端可能的下行实时性需求后，最终划分出两个实时性等级，我们暂且将这两个等级记为L1和L2，L1表示下行实时性需求比较高的等级，L2表示下行实时性需求比较低的等级，比如说我们可以将1s以内划分为L1，1s-3s划分为L2。
S100b：根据所述多个实时性等级中最高的实时性等级，从上行区间中的所有时隙中选定合适数量以及合适位置的时隙作为预定范围的时隙。其中，预定范围的时隙为上行区间中的部分或者全部时隙的集合。
参考图1，图中横轴表示网关频率也即信道，纵轴表示时间，网关与终端之间以周期为单位进行通信，图中画出了两个时间周期。每一个周期包括上行区间和下行区间，下行区间被划分为多个时隙，如图中划分出多个方格示意，图中T1表示下行区间，T2表示上行区间的时隙。
假定一个周期划分出如图所示的12个时隙，上述步骤S100a确定了两个等级L1和L2，假如L1对实时性的要求是1s以内、L2的要求是1s-3s，如图中假设每个时隙为500毫秒，若要满足1s以内，则意味着，最多间隔一个时隙就应该有一次下行，所以我们可以从12个时隙中选出第1、3、5、7、9、11个时隙分配给这两个等级，因为6个时隙至起码可以保证1s以内可以下行一次，也就符合L1的要求。
S100c：从所述预定范围的时隙中选取合适数量和合适位置的时隙分配为各个所述实时性等级，实时性等级越高其所分配的时隙的数量越多。
比如说上面已经选好了第1、3、5、7、9、11个时隙用于分配。步骤S100确定的等级总共是两级L1和L2，则可以将预定范围的全部时隙分配给L1，即将第1、3、5、7、9、11个时隙都分配为L1，如图中T-L1所示。L2的实时性需求比较低，是3s以内，则意味着最多每间隔6个时隙就应该有一次下行，所以可以从上面的6个时隙中选择第1、7个时隙分配给L2，如图中T-L2所示。
以上是预处理的主要内容。
S101、网关在终端入网时，获取终端提供的对下行数据的下行实时性需求以及终端提供的对上行数据的需求；
关于下行实时性需求，可以参考上述步骤S100部分。
对上行数据的需求包括是否有周期上传的数据及上传周期、是否有随机产生的数据、随机产生的数据上行的实时性要求等。
S102、从预定范围的时隙中选取与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙作为随机时隙分配给终端，以告知终端在分配的随机时隙开启信道检测模式。
信道检测模式，也即CAD(channel active detection)模式，即此时终端会检测信道是否有下行数据，如有就进入接收模式。
该步骤具体包括：
首先，网关根据所述终端的下行实时性需求，确定与之对应的实时性等级，比如说当前终端提供的对下行数据的下行实时性需求是3s以内，则其对应的实时性等级就是L2。
然后，从预定范围的随机时隙中选取与所述实时性等级对应的时隙作为随机时隙分配给所述终端。比如说，上面已经确定了当前终端对应的等级是L2，则根据步骤S100c部分可知，L2等级所应分配的时隙是第1、7个时隙。
S103、从上行区间中的除分配给终端的随机时隙以外的时隙中，选取与上行数据的需求相适应的时隙作为上行时隙分配给终端。
确定了当前终端的随机时隙之后，还需要确定其上行时隙。步骤S102提到第1、7个时隙是分配给的当前终端的随机时隙。则在分配上行时隙时应将这里两个随机时隙排除掉，即排除掉第1、7个时隙，只能从第2-6、8-12个时隙中选取合适的时隙作为当前终端的上行时隙。上行时隙的具体数量可以参考以往的时隙分配方法，此处不做限制，比如说根据终端是否有随机数据、是否有周期数据等，分配合适数量、合适位置的上行时隙。
S104、下行入网回复信息给终端，所示入网回复信息包括：下行区间、分配终端的随机时隙、上行时隙，如果某上行时隙同时属于所述预定范围的时隙，则在给终端发送上行时隙的信息的同时，将所述某上行时隙同时属于所述预定范围的时隙的信息一并发送给终端，以便告知终端在所述某上行时隙上行数据之前开启信道检测模式。
上行时隙用于各终端发送上行数据。假设本实施例中，步骤S103时从第2-6、8-12个时隙中选取了第5、10个时隙作为上行时隙分配给当前终端，则显然，第5个时隙同时还属于预设范围的时隙，则需要将此信息通知到终端。这样终端在第5个时隙假如要上行数据，则会先开启信道检测模式，检测是否有下行数据。
终端在获取到随机时隙后，则只需在分配的随即时隙定时切换信道检测模式检测是否有下行数据，检测到下行数据时终端接收数据，同时若终端有上行数据需要发送时可放弃上传，可以理解的是，在该随机时隙内，若接收下行数据结束后还有足够时间发送上行数据时也可以继续上行。如此能按需满足不同终端对于下行数据的实时性要求，同时由于按约定的随机时隙下发，可以降低终端功耗并减少数据的碰撞，提高系统吞吐量。
S103、当有数据下行给所述终端时，可在下行区间、分配给终端的随机时隙内下行数据给所述终端。
本实施例中，下行区间主要用于网关周期固定下行，主要是下行实时性要求的比较小的数据，下行区间内可发送组播包，该包最大长度可较长。而根据上述分析可知，随机时隙是用于下行实时性较高的数据，这里的较高是相较之下行区间的其他时隙而言的，根据上述分析可知，随机时隙还可再细分若干等级。
另外，优选地，下行区间除了可发送多种类型的数据的组合包，同时该类数据还可用于系统内终端与网关的同步、获知网络状态等，除此之外，当网关已确定接下来的随机时隙有数据需要发送时，可以通过Fpending机制(同标志位指示还有后续数据)告诉终端接下来的随机时隙需要接收数据，相应终端到了随机时隙时可跳过CAD，直接进入接收模式，降低CAD检测失败导致错过接收的概率。
以上可见，本实施例中有如下效果：终端根据入网时网关分配的可能随机下行的时隙(即分配给终端的随机时隙)才检测是否有下行并接收，并非所有终端在所有的随机下行的时隙(即预定范围的时隙)均会唤醒，如图1中下行实时性要求高和低的两类终端在一个周期内分别唤醒6次和2次(除去下行区间的固定唤醒)，该做法可以保证满足下行实时性需求的同时降低终端功耗。
另外，当上行区间的可以分配做上行的时隙已经分配完毕后，可以考虑将预定范围的时隙优先分配给概率较低、数据包较小的上行数据，此时随机下行对系统的影响较小。
实施例二
基于同一发明构思，实施例公开了一种低功耗下提高LoRa下行实时性的方法，适于由终端执行。所述方法还包括：
S201、终端入网时，向网关提供的对下行数据的下行实时性需求；
S202、获取网关下行的包含了随机时隙的入网回复信息，所述随机时隙是网关从预定范围的时隙中选取的与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙，其中，预定范围的时隙为上行区间中的部分或者全部时隙的集合；
S230、终端在分配的随机时隙开启信道检测模式，以检测网关是否有下行数据。
其中，终端可能的下行实时性需求被划分为多个实时性等级，所述预定范围的时隙是根据所述多个实时性等级中最高的实时性等级，从上行区间中的所有时隙中选定合适数量以及合适位置的时隙；网关从所述预定范围的时隙中选取合适数量和合适位置的时隙分配为各个所述实时性等级，实时性等级越高其所分配的时隙的数量越多。
所述方法还包括：终端入网时还向网关提供了对上行数据的需求，所述入网回复信息还包括上行时隙以及上行时隙是否属于所述预定范围的时隙，所述上行时隙是网关从上行区间中的除分配给终端的随机时隙以外的时隙中，选取与上行数据的需求相适应的时隙；如果某上行时隙同时属于所述预定范围的时隙，则终端在所述某上行时隙上行数据之前开启信道检测模式。
更多内容可以参考实施例一，此处不再赘述
实施例三
本实施例公开了一种LoRa网关，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一所述的方法的步骤。具体实现过程可参阅上述方法实施例的描述，此处不再赘述。
实施例四
本实施例公开了一种LoRa终端，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例二所述的方法的步骤。具体实现过程可参阅上述方法实施例的描述，此处不再赘述。
实施例五
本实施例公开了一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一所述的方法的步骤，或者，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例二所述的方法的步骤。具体实现过程可参阅上述方法实施例的描述，此处不再赘述。
综上所述，本发明的提高LoRa下行实时性的方法、LoRa网关、LoRa终端以及存储介质，具有以下有益效果：本发明终端入网时与网关取得同步，网关根据不同终端各自对下行数据的实时性需求，为不同终端分配与其下行实时性需求相匹配的随机时隙，网关可以在随机时隙下发临时产生的下行数据，终端只需在分配的随即时隙定时切换信道检测模式检测是否有下行数据，如此能按需满足不同终端对于下行数据的实时性要求，同时由于按约定的随机时隙下发，可以降低终端功耗并减少数据的碰撞，提高系统吞吐量。
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)

1.一种低功耗下提高LoRa下行实时性的方法，其特征在于，网关与终端之间以周期为单位进行通信，每一个周期包括上行区间和下行区间，方法包括：
网关在终端入网时，获取终端提供的对下行数据的下行实时性需求；
从预定范围的时隙中选取与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙作为随机时隙分配给终端，以告知终端在分配的随机时隙开启信道检测模式，其中，预定范围的时隙为上行区间中的部分或者全部时隙的集合，所选取的随机时隙之间相互隔开，且所选取的随机时隙中至少存在一个与所述下行区间隔开的随机时隙；
当有数据下行给所述终端时，可在分配给终端的随机时隙内下行数据给所述终端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的从预定范围的时隙中选取与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙作为随机时隙分配给终端，包括：
根据所述终端的下行实时性需求，确定与之对应的实时性等级；
从预定范围的随机时隙中选取与所述实时性等级对应的时隙作为随机时隙分配给所述终端。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
网关预先获取LoRa系统中终端的下行实时性需求，并将其划分为多个实时性等级；
根据所述多个实时性等级中最高的实时性等级，从上行区间中的所有时隙中选定合适数量以及合适位置的时隙作为所述预定范围的时隙；
从所述预定范围的时隙中选取合适数量和合适位置的时隙分配为各个所述实时性等级，实时性等级越高其所分配的时隙的数量越多。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
网关在终端入网时，获取终端提供的对上行数据的需求；
从上行区间中的除分配给终端的随机时隙以外的时隙中，选取与上行数据的需求相适应的时隙作为上行时隙分配给终端，如果某上行时隙同时属于所述预定范围的时隙，则在给终端发送上行时隙的信息的同时，将所述某上行时隙同时属于所述预定范围的时隙的信息一并发送给终端，以便告知终端在所述某上行时隙上行数据之前开启信道检测模式。
5.一种低功耗下提高LoRa下行实时性的方法，其特征在于，网关与终端之间以周期为单位进行通信，每一个周期包括上行区间和下行区间，所述方法还包括：
终端入网时，向网关提供的对下行数据的下行实时性需求；
获取网关下行的包含了随机时隙的入网回复信息，所述随机时隙是网关从预定范围的时隙中选取的与所述终端的下行实时性需求相匹配的时隙，其中，预定范围的时隙为上行区间中的部分或者全部时隙的集合，所选取的随机时隙之间相互隔开，且所选取的随机时隙中至少存在一个与所述下行区间隔开的随机时隙；
终端在分配的随机时隙开启信道检测模式，以检测网关是否有下行数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，终端的下行实时性需求被划分为多个实时性等级，所述预定范围的时隙是根据所述多个实时性等级中最高的实时性等级，从上行区间中的所有时隙中选定合适数量以及合适位置的时隙；网关从所述预定范围的时隙中选取合适数量和合适位置的时隙分配为各个所述实时性等级，实时性等级越高其所分配的时隙的数量越多。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
终端入网时还向网关提供了对上行数据的需求，所述入网回复信息还包括上行时隙以及上行时隙是否属于所述预定范围的时隙，所述上行时隙是网关从上行区间中的除分配给终端的随机时隙以外的时隙中，选取与上行数据的需求相适应的时隙；
如果某上行时隙同时属于所述预定范围的时隙，则终端在所述某上行时隙上行数据之前开启信道检测模式。
8.一种LoRa网关，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的方法的步骤。
9.一种LoRa终端，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5-7任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的方法的步骤，或者，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4-7任一项所述的方法的步骤。
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