CN112996081A - 一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点 - Google Patents

一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点 Download PDF

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范效辉
焦领琪
卢程
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Abstract

本发明公开了一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点，所述终端节点包括节点模块和数据产生的硬件。所述数据产生的硬件，可以是传感器、其他MCU、水表、电表等能产生数据的硬件；所述节点模块基于LoRa收发器开发，使用基于时间敏感算法的窄带无线通信协议，利用马尔科夫链对无线网络终端节点进行竞争窗口值优化，运用单射频接口多信道动态时间分配算法，可在较大空间范围内进行灵活布局，构建设备接入物联网信息体系的通道，方便用户直接接入基于时间敏感算法的窄带无线通信系统自组网，开发快捷的定制化物联网信息化解决方案，运用双路全双工技术保证窄带无线网络的实时性，使终端节点设备的运行功耗降低。

Description

一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点
技术领域
本发明涉及物联网通信技术领域，特别是涉及一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点。
背景技术
物联网技术起源于传媒领域，是信息科技产业的第三次革命。物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。
现有的物联网通信技术都是集中式控制的，大多无线组网方式有点对点、点对多点的通信方式。而用户终端节点在接入自组网时需要使用标准的通信协议，通信距离短，存储和处理能力不一，功耗高，灵敏度低，抗干扰能力差，需进行二次开发才能上市使用，过程麻烦，用户体验差。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点。所述终端节点采用单跳与一个或多个网关通信，网络中的任意终端节点互相平等，任何一个节点的离开或消失不会影响整个网络的运行，任何一个节点都可以随时加入或退出网络，只会影响到局部的变化，而不会影响到整个网络的存活，同时利用LoRa技术的优势及基于时间敏感算法编写的通信协议，保证了设备的远距离通信，低功耗，高灵敏度和抗干扰能力，无需对终端节点进行二次开发就能灵活的应用窄带无线通信解决方案，极大的提高了用户体验。
一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点，是基于时间敏感算法的窄带无线通信网络的一部分，由节点模块和数据产生硬件等器件组成，进行感应或控制。
所述数据产生的硬件，可以是传感器、其他MCU、水表、电表等能产生数据的硬件。
所述节点模块，选用LoRa收发器，对外围电路做了优化，MCU通过SPI接口来操作LoRa芯片的寄存器从而对其进行配置和传输无线数据；节点模块有U.FL射频连接座和ANT天线焊盘两种天线接入方式；在模拟通道与 PWM/逻辑通道上，分别采用线性光耦与高速逻辑光耦实现隔离，同时使用金属屏蔽罩对表贴分立接口元件进行电磁屏蔽。
所述节点模块在传输数据时使用基于时间敏感算法的窄带无线通信协议，所述通信协议在LoRa收发协议的基础上利用马尔科夫链对无线网络终端节点进行竞争窗口值优化，根据具体应用场景设置射频参数，结合数据合并周期上报机制来优化网络传输时延。
所述节点模块在接入网络时有两种模式，主动轮询模式和被动时间片模式，节点根据数据量的大小选择接入网络，数据量大超过设定值时接入被动周期星型网络通信，数据量小低于设定值时接入主动轮询星型网络通信。这样就形成了复用星型网络，既能提高网络容量，也能保证无线传输的可靠性。
所述终端节点运用单射频接口多信道动态时间分配算法，默认在设定时间内控制信道等待网关控制命令。
所述终端节点运用双路全双工技术保证窄带无线网络的实时性，使终端节点设备的运行功耗降低。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，终端节点具有成本低廉、开发周期短、对多样化场景适应性好等优点，不仅避免了对每一个应用场景专门的硬件开发，而且有助于实现针对中小工农业经营者繁杂需求的功能定制。终端节点与设备间信息交互稳定、可靠、灵活，各设备连接端口抗电磁干扰特性较强。基于本发明可面向中小规模生产者的物联网信息管理需求提供适配性好、成本低、开发快捷的定制化物联网信息化解决方案。
附图说明
图1为基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点方案示意图。
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。
本发明提供了一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点，所述终端节点包括：
数据产生的硬件，可以是传感器、其他MCU、水表、电表等能产生数据的硬件，将产生的数据传输给节点模块进行数据收集处理；
节点模块，选用LoRa收发器，对外围电路做了优化，MCU通过SPI接口来操作LoRa芯片的寄存器从而对其进行配置和传输无线数据。
一方面，节点模块在PCB板设计时，设计有U.FL射频连接座和ANT天线焊盘两种天线接入方式，来增加节点模块的应用范围。
另一方面，节点模块在模拟通道与 PWM/逻辑通道上，分别采用线性光耦与高速逻辑光耦实现隔离，同时使用金属屏蔽罩对表贴分立接口元件进行电磁屏蔽，有效增加了节点模块的抗干扰性。
根据本发明的一个方面，节点模块在数据上报时有两种模式，一种是主动轮询模式，在数据量低于设定值时采用等待网关询问上报数据模式；另一种是被动时间片模式，在数据量大于设定值时打包数据周期性上报给网关。在主动轮询模式下，节点模块运用单射频接口多信道动态时间分配算法，默认在设定时间内控制信道等待网关控制命令。
根据本发明的一个方面，节点模块在进行无线数据传输时使用基于时间敏感算法的窄带无线通信协议，所述通信协议在LoRa收发协议的基础上利用马尔科夫链对无线网络终端节点进行竞争窗口值优化，根据具体应用场景设置射频参数，结合数据合并周期上报机制来优化网络传输时延。
根据本发明的一个方面，节点模块运用双路全双工技术保证窄带无线网络的实时性，使终端节点设备的运行功耗降低。
本发明提供的基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点，基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点。可在较大空间范围内进行灵活布局，数据交互灵活，构建设备接入物联网信息体系的通道，方便用户直接接入基于时间敏感算法的窄带无线通信系统自组网，开发快捷的定制化物联网信息化解决方案。非常适合智慧建筑、智慧酒店、智能家居、智慧商超、智能办公室、智慧楼宇等应用场景，提供良好的上行和下行控制实时性体验，兼顾了低功耗和低成本需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于时间敏感算法的窄带无线通信系统终端节点，其特征在于，所述终端节点包括：
节点模块，将数据传输给基于时间敏感算法的窄带无线通信系统网关；
数据产生的硬件，可以是传感器、其他MCU、水表、电表等能产生数据的硬件，将数据传递给节点模块。
2.根据权利要求1所述的节点模块，其特征是，选用LoRa收发器，对外围电路优化，MCU通过SPI接口来操作LoRa芯片的寄存器从而对其进行配置和传输无线数据。
3.根据权利要求1所述的节点模块，其特征是，使用U.FL射频连接座和ANT天线焊盘两种天线接入方式，增加模块的应用范围。
4.根据权利要求1所述的节点模块，其特征是，在模拟通道与 PWM/逻辑通道上，分别采用线性光耦与高速逻辑光耦实现隔离，同时使用金属屏蔽罩对表贴分立接口元件进行电磁屏蔽。
5.根据权利要求1所述的节点模块，其特征是，支持两种数据上报模式：
主动轮询模式，在数据量低于设定值时采用等待网关询问上报数据模式；
被动时间片模式，在数据量大于设定值时打包数据周期性上报给网关。
6.根据权利要求5所述的主动轮询模式，其特征是，运用单射频接口多信道动态时间分配算法，默认在设定时间内控制信道等待网关控制命令。
7.根据权利要求1所述的节点模块，其特征是，使用基于时间敏感算法的窄带无线通信协议。
8.根据权利要求7所述的基于时间敏感算法的窄带无线通信协议，其特征是，在LoRa收发协议的基础上利用马尔科夫链对无线网络终端节点进行竞争窗口值优化，根据具体应用场景设置射频参数，结合数据合并周期上报机制来优化网络传输时延。
9.根据权利要求1所述的节点模块，其特征是，运用双路全双工技术保证窄带无线网络的实时性，使终端节点设备的运行功耗降低。
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Citations (5)

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