CN113938348A - 一种基于LoRa技术的无线通讯方法及通讯系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于LoRa技术的无线通讯方法及通讯系统。上述无线通讯方法包括以下步骤：主机每隔一个固定时间向总线设备广播一个发现新设备消息；判断是否存在未上线的终端设备；若存在，主机依次向总线设备上的未上线的终端设备发送请求设备信息命令；总线设备应答设备信息；主机记录设备信息，完成终端设备上线；通讯系统包括主机、总线设备、终端设备以及连接所述主机与所述总线设备的总线。具有实现热插拔，并且不必直接启动全地址轮询，大大降低了发现未上线设备所需的总线时间，提高了总线通讯效率的优点。

Description

一种基于LoRa技术的无线通讯方法及通讯系统
技术领域
本发明涉及一种通讯方法及通讯系统，尤其是一种基于LoRa技术的无线通讯方法及通讯系统。
背景技术
报警系统一般由报警主机、总线、总线设备以及终端设备，终端设备一般是指紧急按钮、门磁、遥控器、中继器等产品，通过无线通讯功能实现信号传递到总线设备，再由报警主机处理后发送到服务器端实现报警。
现有的，主机与总线设备之间通过RS485总线进行信号传输，因此对应的总线设备是不支持热插拔的，同时总线设备和终端设备也无法实现离线/在线状态的信息上报。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种解决上述至少一种问题的基于LoRa技术的无线通讯方法及通讯系统。
一种基于LoRa技术的无线通讯方法，包括以下步骤：
主机每隔一个固定时间向总线设备广播一个发现新设备消息；
判断是否存在未上线的终端设备；
若存在，主机依次向总线设备上的未上线的终端设备发送请求设备信息命令；
总线设备应答设备信息；
主机记录设备信息，完成终端设备上线。
作为本发明的进一步方案：所述判断是否存在未上线的终端设备的步骤，具体包括：
若收到总线设备应答的设备等待上线消息，则判断为存在未上线设备；
反之则为不存在未上线设备。
作为本发明的进一步方案：所述设备信息包括设备型号、功能类别。
作为本发明的进一步方案：所述主机依次向总线设备上的未上线终端设备发送请求设备信息命令的具体方式为地址轮询，向终端设备的对应地址发送请求设备信息命令。
作为本发明的进一步方案：所述地址轮询时，若存在终端设备超过一定时间没有响应信息命令，则判断该终端设备离线，删除设备信息，后续不再向此终端设备发送轮询消息和命令，即完成设备自动离线。
一种基于上述方法的无线通讯系统，包括主机、总线设备、终端设备以及连接所述主机与所述总线设备的总线，所述总线设备为LoRa接收板，终端设备为带有LoRa无线通讯功能的传感器或功能模块。
作为本发明的进一步方案：所述功能模块包括紧急按钮、门磁、遥控器、中继器中的一个或多个。
上述无线通讯方法，采用先发送命令发现未上线设备，再进行地址轮询，这样不必直接启动全地址轮询，大大降低了发现未上线设备所需的时间，提高了总线通讯效率。
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，以下结合实施例，对本发明的通讯方法及通讯系统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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例的一种基于LoRa技术的无线通讯方法，以预警系统中的报警主机、紧急按钮等具体产品为例，进行具体阐述说明。本发明公开的无线通讯方法包括以下步骤：
主机每隔一个固定时间向总线设备广播一个发现新设备消息；其中，主机指的是报警主机，总线设备指的是与报警主机通过RS485总线连接的型号为 CN0082的LoRa数据转接板；在本实施例中，报警主机每秒向LoRa数据转接板发送一个单字节0xDF数据(发现新设备消息)，LoRa数据转接板上若存在未上线的终端设备，即存在未收到过主机轮询命令地址的，LoRa数据转接板则应答一个单字节0x00消息，反之则应答0xFF消息；更具体的，总线设备即LoRa数据转接板的地址总数为32，地址0为默认主控设备即报警主机，地址31为广播地址，广播地址用于发现新设备，主控设备定期发送广播地址的交付TOKEN 即0xDF，新添加未连接的设备收到此TOKEN后应答0x00，主控设备收到应答之后进行一次全地址扫描，并添加新设备。
判断是否存在未上线的终端设备；具体的判断方式为：在上一步发送完0xDF 消息后，5ms内，若报警主机收到任何非0xFF的数据，都认为总线上存在未上线设备，当设备10S没有响应主机的轮询消息和命令时，主机则判断该设备离线，删除设备信息，并后续不再向此设备发送轮询消息和命令，即完成设备自动离线操作。
若上一步骤中判断为存在未上线的终端设备，主机依次向总线设备上的未上线的终端设备发送请求设备信息命令；即发送地址轮询命令，对应的地址应是上一步骤中发送非0xFF数据的地址，可以理解为向未上线的终端设备进行轮询，请求其发送设备信息命令。
总线设备应答设备信息；在本步骤中，LoRa数据转接板接收到上述的请求设备信息命令后，应答相应的设备信息，包括设备型号、功能类别等固定信息，亦可包括设备位置、设备状态等活动信息。更具体的，接收板消息ID，十六进制字符串，与设备信息绑定。主机应答时应返回此ID，设备未收到应答，表示主机未收到消息，应重发此条消息。主机收到跟上一次ID一样的消息，表示设备未收到应答，应发送应答，但不要重复记录消息。
主机记录设备信息，完成终端设备上线；收到设备信息的报警主机在本地先行处理，然后上传到服务器端，完成终端设备的上线。
进一步地，总线设备应答设备信息的步骤中，具体还包括应答超时重发，发送数据帧后等待主机应答，超时未收到应答，则重发数据帧。初始等待时间 (1000+160)ms～(1000+1120)ms，每次重发超时等待时间加1s，重发超过10次或者收到应答则从发送队列中删除当前数据帧。优势是重发递增等待时间，并且引入随机时间，尽量减少Lora终端设备之间同时发送产生无线信号叠加碰撞的概率。
进一步地，每个总线有且仅有一台主设备，当且仅当主设备向从设备发送请求时，相应地址的从设备才能发送数据，校验错误时丢弃数据包，数据长度超出设备接收能力时丢弃数据，从设备收到主设备命令后,应答时间不超过 10ms。
进一步地，以上通讯过程采用HCS301的Keeloq滚动码算法。设备端和主机端使用相同的密钥对协议中特定的32位数据keeloq_enc进行加密/解密。设备每生成1帧数据包，同步码(Keeloq_enc.sync_cnt)自增1.主机会同时记录设备TID和同步码。后续主机收到设备同步码后，对比保存同步码和设备上报同步码。
如果同步码相等则视为设备重发或者恶意重放攻击数据包，只应答设备，不根据数据包解析设备状态。
如果0<(设备同步码-主机同步码)<8，则视为正常数据包，正常应答设备，解析设备状态，并保存设备同步码。
如果0>(设备同步码-主机同步码)>8，则视为未同步数据包，保存设备同步码，应答时请求更新同步码(keeloq_enc.dev_param.bit7＝1)。
设备收到此种应答后，应自增同步码，并且重新填充数据包中的同步码，重新加密keeloq_enc，重新发送新数据包。改进点在于利用了Lora双向通讯的优势，在报警主机检测到同步码差别过大时，通过应答数据通知设备重新同步。解决了无人值守设备使用滚动码通讯时自动同步的问题。
同时，为尽量减少中继器与设备之间发射信号的冲突碰撞，需严格规定中继链路，即中继器需保存要转发的设备TID和从设备到主机的中继器序号和总中继数量。添加设备时需要规划好中继链路，并在整个中继链路中的中继器中添加设备TID和中继序号及数量。中继器只转发已保存的设备和中继序号。
本发明的通讯流程如下：
设备发生防拆、触发或心跳到时事件，从睡眠状态中唤醒；
缓存Lora数据帧到发送队列；
检测信道是否空闲(载波检测)，空闲则直接发送数据帧，不空闲则等待 (200+80)ms～(200+560)ms后再重复此步骤；
设备发送数据帧后等待主机应答。超时未收到应答，则重发数据帧。初始等待时间(1000+160)ms～(1000+1120)ms，每次重发超时等待时间加1s，重发超过10次或者收到应答则从发送队列中删除当前数据帧；
发送队列为空时，设备进入睡眠状态。
本发明公开的一种基于上述方法的无线通讯系统，包括主机、总线设备、终端设备以及连接所述主机与所述总线设备的总线，所述总线设备为LoRa接收板，终端设备为带有LoRa无线通讯功能的传感器或功能模块。使用的LoRa传输规格为中心频率：470.8MHz、带宽(BandWidth)：125KHz、扩频因子(Spreading Factor)：SF9、编码率(Code Rate)：CR 4/6。
作为本发明的进一步方案：所述功能模块包括紧急按钮、门磁、遥控器、中继器等终端设备。
本发明由于采用先发送命令发现未上线设备，再进行地址轮询，这样不必直接启动全地址轮询，大大降低了发现未上线设备所需的时间，提高了总线通讯效率，同时重发递增等待时间，并且引入随机时间，尽量减少Lora终端设备间同时发送产生无线信号叠加碰撞的概率，并且在报警主机检测到同步码差别过大时，通过应答数据通知设备重新同步，解决了无人值守设备使用滚动码通讯时自动同步的问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于LoRa技术的无线通讯方法，其特征在于：包括以下步骤：
主机每隔一个固定时间向总线设备广播一个发现新设备消息；
判断是否存在未上线的终端设备；
若存在，主机依次向总线设备上的未上线的终端设备发送请求设备信息命令；
总线设备应答设备信息；
主机记录设备信息，完成终端设备上线。
2.如权利要求1所述的无线通讯方法，其特征在于：所述判断是否存在未上线的终端设备的步骤，具体包括：
若收到总线设备应答的设备等待上线消息，则判断为存在未上线设备；
反之则为不存在未上线设备。
3.如权利要求1所述的无线通讯方法，其特征在于：所述设备信息包括设备型号、功能类别。
4.如权利要求1所述的无线通讯方法，其特征在于：所述主机依次向总线设备上的未上线终端设备发送请求设备信息命令的具体方式为地址轮询，向终端设备的对应地址发送请求设备信息命令。
5.如权利要求4所述的无线通讯方法，其特征在于：所述地址轮询时，若存在终端设备超过一定时间没有响应信息命令，则判断该终端设备离线，删除设备信息，后续不再向此终端设备发送轮询消息和命令，即完成设备自动离线。
6.一种基于上述权利1-5中任一方法的无线通讯系统，包括主机、总线设备、终端设备以及连接所述主机与所述总线设备的总线，其特征在于：所述总线设备为LoRa接收板，终端设备为带有LoRa无线通讯功能的传感器或功能模块。
7.如权利要求6所述的无线通讯系统，其特征在于：所述功能模块包括紧急按钮、门磁、遥控器、中继器中的一个或多个。
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