CN114302364A - 一种基于Lora的智能感知单元自组网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Lora的智能感知单元自组网系统，包括Lora终端、Lora分网关、Lora总网关三部分，其中涉及的Lora模块都为Lora终端射频芯片而不包含Lora基站/网关射频芯片。Lora总网关进行全局的运算处理，Lora分网关是Lora终端和Lora总网关沟通的桥梁，并且将Lora终端切分成几部分。Lora终端可根据接入的传感器获取各种物理信息，并在Lora总网关和Lora分网关的帮助下和其他的Lora终端建立一对一通信。本发明解决了Lora终端多对一通信的冲突问题，实现了远距离、低功耗的局域网组网通信，降低了传统数据流量的消耗，并在总网关使用4G模块接入互联网，使得通信距离进一步扩大。

Description

一种基于Lora的智能感知单元自组网系统

技术领域

本发明涉及自组网技术领域，具体为一种基于Lora的智能感知单元自组网系统。

背景技术

近年来，随着物联网技术的不断发展，Lora因具有长距离，低功耗的优点而逐渐被推广。Lora为半双工通信方式，且在同一时刻只能接收一个Lora终端的信息。如果有A、B、C三个Lora终端，A和B在同一时刻都要发送信息给C，则C只能收到A或B其中一个的信息，另一个信息将会丢失。如果A比B的事件紧急，但C却收到B的信息而丢失了A的信息，将产生严重的后果。

因此，需要一种基于Lora的自组网系统能够解决这个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Lora的自组网系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种基于Lora的智能感知单元自组网系统，该系统包含Lora总网关、Lora分网关、Lora终端三部分。所述基于Lora的智能感知单元自组网系统具有建立网络、退出网络和Lora终端配对通信的功能。

于本发明的一实施例中，Lora 总网关通过处理器获取北斗模块时间同步RTC时间，通过4G模块与云服务器进行通信，通过Lora模块与各个Lora分网关进行通信。Lora分网关通过处理器获取北斗模块时间同步RTC时间，通过Lora模块与各个Lora分网关以及Lora终端进行通信。Lora终端通过处理器获取北斗模块时间同步RTC时间，通过Lora模块与Lora分网关以及其它Lora终端进行通信，通过传感器获取各种物理信息。

于本发明的一实施例中，所述Lora终端配对通信功能包括Lora终端上报配对需求，Lora总网关根据配对需求运算回复配对结果。Lora终端上报配对需求包括对方的Lora终端设备ID和事件紧急程度（分为一般、紧急、非紧急）。Lora总网关根据配对需求运算时如果遇到多对一冲突时，结合事件紧急程度进行决策。

于本发明的一实施例中，北斗模块在未进行时间同步到RTC时处于休眠状态，以减少系统功耗。

于本发明的一实施例中，Lora终端在线状态、传感器数据、配对通信状态等信息通过Lora总网关的4G模块与云服务器进行远程连接，当Lora终端异常退网或者存在其他报警信息时，可通过4G模块进行远程通知。

于本发明的一实施例中，所述处理器与所述Lora模块通过UART接口连接，所述处理器与所述北斗模块通过UART接口连接，所述处理器与所述4G模块通过USB接口连接，所述处理器与所述RTC通过I2C接口连接。

如上所述，本发明的基于Lora的智能感知自组网系统可以实现远距离、低功耗的局域网通信，任意Lora终端在Lora总网关的调配下可实现有序、稳定的一对一通信，解决了Lora多对一通信产生的数据丢失问题，大大减少了传统4G直接使用产生的流量费用。通过Lora总网关的4G模块还可与云服务器进行远程通信，进一步扩大了通信距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于Lora的智能感知单元自组网系统的系统框图。

图2为本发明的基于Lora的智能感知单元自组网系统的流程示意图。

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。

本实施例的目的在于提供一种基于Lora的智能感知单元自组网系统，用于解决现有Lora通信方法中存在的多对一数据丢失问题。以下将详细阐述本发明的基于Lora的智能感知自组网系统的工作原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的基于Lora的智能感知自组网系统。

具体地，本发明的实施例提供了一种基于Lora的智能感知单元自组网系统，如图1所示，Lora 总网关与Lora分网关进行通信，Lora终端和Lora分网关进行通信，Lora分网关是Lora终端和Lora总网关通信的桥梁。Lora总网关与Lora终端通过Lora分网关通信实现整个期间的建立网络、配对通信和退出网络功能。

参见图2，为了详细说明本发明实施实例的工作原理，下面分步骤进行阐述：

（1）系统上电后进入初始化状态，Lora终端、Lora总网关、Lora分网关获取北斗模块时间并同步RTC时间，之后北斗模块进入低功耗模式，直到下一次周期同步RTC时间时再退出低功耗模式。

（2）Lora总网关广播发布组网指令给所有的Lora分网关，Lora分网关转播组网指令给其下的Lora终端。Lora终端根据RTC时间分时上报在线状态给其对应的Lora分网关，Lora分网关根据RTC时间分时转发给Lora总网关。

（3）Lora总网关根据从所有Lora分网关获取到的Lora终端的在线状态，整合后广播给所有的Lora分网关，Lora分网关再转播给其下的Lora终端。

（4）Lora总网关广播发布配对通信指令给所有的Lora分网关，Lora分网关转播配对通信指令给其下的Lora终端。Lora终端根据（3）中获取到的Lora终端在线状态查询想要配对的Lora终端是否在线，若在线则根据RTC时间分时发送对方的Lora终端设备ID和事件紧急程度给其Lora分网关，Lora分网关根据RTC时间分时转发给Lora总网关。

（5）Lora总网关根据从所有Lora分网关获取到的Lora终端配对信息和事件紧急程度进行运算。当配对信息存在多对一冲突时，事件紧急程度高者优先进行配对，如果事件紧急程度相同则先入网者优先配对。Lora总网关将配对结果广播给所有的Lora分网关，Lora分网关转播给其下的Lora终端。

（6）Lora终端根据从所有Lora分网关获取到的配对结果，自行与其他Lora终端建立连接。建立连接的Lora终端最多可以通信10分钟（可配置），双方通信结束后或者10分钟后需要根据RTC时间分时上报在线状态、配对需求和事件紧急程度给其Lora分网关以进行下一轮网络状态更新和通信配对。

（7）未配对成功的Lora终端需要上报在线状态、配对需求和事件紧急程度给Lora分网关，Lora分网关上报个Lora总网关，Lora总网关根据所有Lora分网关上报的信息运算并更新在线状态和广播配对结果给Lora分网关，Lora分网关将配对结果转发给其下的Lora终端。

（8）系统有Lora终端在进行通信时，为了防止信息丢失，Lora分网关不能进行广播信息给Lora终端。未配对通信的Lora终端根据RTC时间进行分时上报信息给Lora分网关时，Lora分网关可立即回复Lora终端本轮不允许通信，Lora终端就会停止上报信息。处于通信状态的Lora终端通信结束后根据RTC时间上报信息时，Lora网关立即回复Lora终端本轮不允许通信，Lora终端就会停止上报信息。所有的Lora终端都处于接收状态后，Lora分网关便可广播信息给其下的Lora终端。

（9）Lora总网关通过4G模块将Lora终端最新的在线状态和配对信息，发送到云端服务器，并可接收云端的配置信息下发到Lora终端。

综上所述，本发明的基于Lora的智能感知自组网系统可以实现远距离、低功耗的局域网通信，任意Lora终端在Lora总网关的调配下可实现有序、稳定的一对一通信，解决了Lora多对一通信产生的数据丢失问题，大大减少了传统4G直接使用产生的流量费用。通过Lora总网关的4G模块还可与云服务器进行远程通信，进一步扩大了通信距离。所以，本发明有效克制了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包括通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种基于Lora的智能感知单元自组网系统，包括Lora终端、Lora分网关、Lora总网关三部分。Lora终端由处理器、Lora模块、北斗模块、RTC时钟和传感器五部分组成；Lora分网关由处理器、Lora模块、北斗模块和RTC时钟四部分组成；Lora总网关由处理器、北斗模块、4G模块、Lora模块和RTC五部分组成。Lora总网关与Lora分网关建立通信，Lora分网关作为Lora总网关与Lora终端通信的桥梁，在Lora分网关和Lora总网关的帮助下Lora终端间可进行一对一通信。本发明所述一对一通信是指任意两个Lora终端均可借助Lora分网关和Lora总网关实现配对从而直接进行一对一通信，而非通过Lora分网关和Lora总网关转发两个lora终端之间的消息实现一对一通信，且同一时间可有多对Lora终端进行一对一直接通信。本发明重点实现了多对Lora终端自组网配对后同时进行一对一通信的方法以解决多对一通信造成的数据丢失问题，有效提高了通信效率，并保护了事件紧急程度高的Lora终端优先配对通信的权利。

2.根据权利要求1所述的一种基于Lora的智能感知单元自组网系统，其特征在于：Lora终端、Lora分网关和Lora总网关中涉及的Lora模块均为Lora终端射频芯片而不包含Lora基站/网关射频芯片。Lora模块为半双工通信模式，默认状态为接收状态，每次发送完数据后都回到接收状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于Lora的智能感知单元自组网系统，其特征在于：具有建立网络、退出网络、Lora终端配对通信的功能。

4.根据权利要求1所述的一种基于Lora的智能感知单元自组网系统，建立网络的特征在于建立网络连接前Lora终端、Lora分网关和Lora总网关已进行北斗时间同步到RTC且在之后定期进行北斗时间同步到RTC，Lora终端和Lora分网关初始都处于接收状态，Lora总网关向Lora分网关广播发送组网指令，Lora分网关转播组网指令给其下的Lora终端。各分网关下的Lora终端根据RTC时间分时上报自己的设备ID给Lora分网关后，Lora分网关根据RTC时间分时上报自己设备ID给Lora总网关。Lora总网关获得所有在线的Lora终端设备ID后，广播告知所有的Lora分网关当前在线的Lora终端，Lora分网关转播告知其下所有的Lora终端。

5.根据权利要求1所述的一种基于Lora的智能感知单元自组网系统， Lora终端配对通信的特征在于初始状态下Lora终端和Lora分网关都处于接收状态，Lora总网关广播发送建立通信指令，Lora分网关转播建立通信指令给其下的Lora终端。各分网关下的Lora终端根据RTC时间分时上报配对通信需求（包括对方Lora终端ID和事件紧急程度）后保持接收状态，Lora总网关根据配对通信需求运算后将配对结果广播给Lora分网关，Lora分网关再转播给所有的Lora终端，Lora终端根据接收到的配对结果自行建立通信。未建立配对通信的Lora终端根据北斗时间在属于自己的时间窗口内仍然可以上报配对通信需求给其所在的分网关，一轮时间结束后分网关根据RTC时间分时上报配对需求给总网关，总网关根据配对需求运算后将配对结果广播发送给分网关，分网关再下一轮时间开始Lora终端上报在线状态时通知其配对结果。Lora终端根据其分网关告知的配对结果自行建立通信。

6.根据权利要求1所述的一种基于Lora的智能感知单元自组网系统，退出网络的特征在于有正常退出和异常退出两种情况。正常退出情况下，Lora终端根据RTC时间分时发送在线状态到分网关，在一轮时间结束后，分网关根据RTC时间分时发送其下Lora终端的在线状态到总网关。总网关将所有退出网络的Lora设备ID广播给Lora分网关。下一轮时间开始后，未处于配对通信状态的Lora终端根据RTC时间分时上报网络状态给Lora分网关后，Lora分网关告知其所有离线的Lora终端。处于配对通信状态的Lora终端在通信结束后若需要退网则根据上述未处于配对通信状态的Lora终端退网方法完成退网。每对Lora终端建立通信最多维持10分钟（可配置）就必须释放链路，等待下次总网关的配对，若处于配对通信状态的Lora终端在10分钟后仍没有根据北斗分时上报在线状态，则认为异常退出。对于未处于配对通信状态的Lora终端，其Lora分网关在对应时间窗口内没有收到其上报的网络状态则认为异常退出。

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