CN114666749B - 一种基于LoRa的对讲方法、系统、计算机设备和存储介质 - Google Patents

一种基于LoRa的对讲方法、系统、计算机设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无线对讲通信技术领域，特别是涉及一种基于LoRa的对讲方法、系统、计算机设备和存储介质，包括：接收到探路指令，判断该探路指令是否为首次接收，若否，则丢弃；若是，记录该探路指令的信息，并在该探路指令上附加本节点的ID以及操作时间，将该探路指令进行广播；接收到中转任务的数据包，根据记录的探路指令信息执行转发或者丢弃操作；若执行转发操作，建立上下节点的监听线程，对来源于上下节点的数据执行低校验转发操作；基于位置变动移交转发权限以完成上述中转任务。本发明提供的方法从探路过程、数据中转过程以及位置变动情况下三个方面对通信路径的构建以及使用过程进行了改进优化，提升了效率，减少了系统的资源消耗。

Description

一种基于LoRa的对讲方法、系统、计算机设备和存储介质
技术领域
本发明涉及无线对讲通信技术领域，特别是涉及一种基于LoRa的对讲方法、系统、计算机设备和存储介质。
背景技术
对讲机是集群通信的终端设备，不但可以作为集群通信的终端设备，还可以作为移动通信中的一种专业无线通信工具。对讲机不需要任何网络支持就可以通话，没有话费产生，适用于相对固定且频繁通话的场合。
目前对讲机主要有专网对讲机以及公网对讲机两种。
传统专网对讲机又包括模拟对讲与数字对讲。专网对讲机无需移动数据网络覆盖即可正常工作，一般通话距离在3-5公里，但在有着众多高大建筑的城市区域，通话距离可能缩短到几百米，通话范围受限。公网对讲机利用无线接入技术（TDD-LTE/FDD-LTE/WCDMA/TDSCDMA/CDMA/GSM/WiFi）实现语音对讲通话。它解决了对讲通话距离近的难题，实现了全国乃至全球对讲的目的。但在地下、矿井、戈壁等无网络信号覆盖的场所无法进行对讲。
对讲网络中存在点对点的寻呼需要，传统的对讲网络采用的是广播方式，但是距离较远时，并不能实现点对点的寻呼，这种情况下可以利用其它对讲终端实现中转。这就涉及到寻呼路径的确定问题。现有技术基本是基于数据传递记录来寻找最优路径的，数据包在各个对讲终端之间容易出现“乒乓”效应，采用广泛试错的方式寻找通信路径虽然速度较快，但是对整个系统的资源消耗很高。尤其在LoRa通信系统中，数据传输距离较远，上述现象更为严重。
发明内容
基于此，有必要针对上述的问题，提供一种基于LoRa的对讲方法、系统、计算机设备和存储介质。
本发明实施例是这样实现的，一种基于LoRa的对讲方法，所述基于LoRa的对讲方法包括：
接收到探路指令，判断该探路指令是否为首次接收，若否，则丢弃；
若是，记录该探路指令的信息，并在该探路指令上附加本节点的ID以及操作时间，将该探路指令进行广播；
接收到中转任务的数据包，根据记录的探路指令信息执行转发或者丢弃操作；
若执行转发操作，建立上下节点的监听线程，对来源于上下节点的数据执行低校验转发操作；
基于位置变动移交转发权限以完成上述中转任务。
在其中一个实施例中，本发明提供了一种基于LoRa的对讲系统，所述基于LoRa的对讲系统包括若干个直接和/或间接通信的对讲终端，任意一个对讲终端通过执行如本发明实施例所述的基于LoRa的对讲方法以实现数据的中转。
在其中一个实施例中，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述基于LoRa的对讲方法的步骤。
在其中一个实施例中，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述基于LoRa的对讲方法的步骤。
本发明提供的方法从探路过程、数据中转过程以及位置变动情况下三个方面对通信路径的构建以及使用过程进行了改进优化，提升了链路构建的效率，减少了系统的不必要资源消耗。
附图说明
图1为一个实施例提供的基于LoRa的对讲方法的流程图；
图2为一个实施例中计算机设备的内部结构框图。
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。
可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。
如图1所示，在一个实施例中，提出了一种基于LoRa的对讲方法，具体可以包括以下步骤：
接收到探路指令，判断该探路指令是否为首次接收，若否，则丢弃；
若是，记录该探路指令的信息，并在该探路指令上附加本节点的ID以及操作时间，将该探路指令进行广播；
接收到中转任务的数据包，根据记录的探路指令信息执行转发或者丢弃操作；
若执行转发操作，建立上下节点的监听线程，对来源于上下节点的数据执行低校验转发操作；
基于位置变动移交转发权限以完成上述中转任务。
在本实施例中，这里的探路指令是由发送终端发出，用于确定通向接收终端的通信路径的一个指令，通过该指令在各个节点之间的传递，可以获取到最短或者最优路径，其它节点在接收到该指令后，自动将本节点的接收时间、ID等信息附加于指令上，再进行广播。此过程发生在发送终端与接收终端由于距离较远无法直接通信的情况下。本发明第一部分的内容即是对于该探路指令的传递方式进行了改进。
在本实施例中，上述过程包括三个阶段，即通信链路的构建阶段、数据的中转阶段以及在中转过程发生位置变化的情况。通过判断是否为首次接收从而确定是转发还是丢弃，减少了无效转发的次数，防止同一信息在系统中反复传递；在数据包的中转过程中，根据记录的探路指令信息进行转发或者丢弃，同样可以减少无效数据的中转传播，节约了系统的资源；当发生位置变动时，通过移交转发权限可以保证通信链路的低消耗，维持链路的稳定。
在本实施例中，执行转发操作时，采用的是低校验，对数据的安全性、来源等不主动进行校验，仅仅验证是否属于本节点的转发任务，若是，则直接转发，此是基于前述的链路构建过程而建立的。
本发明提供的方法从探路过程、数据中转过程以及位置变动情况下三个方面对通信路径的构建以及使用过程进行了改进优化，提升了链路构建的效率，减少了系统的不必要资源消耗。特别地，在LoRa通信系统中，由于具有较远的通信距离，一个节点具有多个下级或者上级节点，加剧了探路时系统的震荡，通过应用本发明的方法，可以尽可能地消除多余的信息、指令、数据传递，从而减小震荡。可以理解，这里的震荡是指数据在节点之间反复传递的过程。
作为一个优选实施例，所述判断该探路指令是否为首次接收，包括：
读取探路指令的标识信息，所述标识信息中包括发送终端ID、接收终端ID任务代号以及创建时间；
获取最近一个计算周期的探路记录；
在所述探路记录中查询所述标识信息，若存在全匹配的探路记录，则非首次接收，否则为首次接收。
在本实施例中，这里的计算周期可以取小时，天等，视节点的存储空间而定，优选地，此类记录信息占所分配的存储空间的比例应小于80%，采用先进先出的原则进行更新存储。
作为一个优选实施例，所述将该探路指令进行广播，包括：
进行节点筛选；
根据节点筛选结果在探路指令中附加下级节点的ID；
根据历史记录中各下级节点的距离调整信号发送功率；
以调整后的功率将探路指令进行广播。
在本实施例中，上级节点、下级节点是相对而言的，对于每一个中转节点，将数据发送给中转结点的节点为上级节点，接收中转节点发出的数据的节点为下级数据。在本实施例中，在探路指令中通过指定的方式附加下级节点的ID，使得其它接收到该探路指令的节点（采用广播的方式传输，与本节点通信的所有节点均能收到该探路指令）不再处理该探路指令的此轮转发，实现了广播条件下有目的地转发。
在本实施例中，根据确定出的下级节点，还可以调整本节点的发送功率，不同的发送功率直接影响信号的传输距离。例如所有的下级节点都较近时，则可以小功率进行发送，减小消耗的同时避免了远处的节点接收到不需要其处理的信息。每个功率可以设定一个功率表，对于不同的距离范围，采用对应的功率进行发送，如何100米以内，发送功率取最大功率的0.2倍，100~200米取最大功率的0.4倍，诸如此类。当然，下级节点的位置远近都有或者均在远处时，仅能采用较大功率发送。
作为一个优选实施例，所述进行节点筛选，包括：
判断本节点是否为一级节点，所述一级节点为与路由节点直接通信的节点；
若本节点是一级节点，则根据探路指令判断转发该探路指令的上级节点是否为一级节点；
若转发该探路指令的上级节点是一级节点，则获取各个一级节点与路由节点的距离，记为第一距离；
获取本节点与各个一级节点的距离，记为第二距离；
由第一距离、第二距离确定各个一级节点相对本节点的位置；
根据上级节点相对本节点的位置确定一个排除区域，确定在排除区域之外的一级节点；
将确定出的一级节点的ID附加于探路指令中，用于指示下级节点。
在本实施例中，系统还可以接入公网，而路由节点即直接与公网进行通信的节点，其可以由系统中的任意一个节点或者根据代价决策确定出的节点扮演，其与它节点在硬件设置上并没有本质区域，仅仅作为一个接口连接本地网络与公网，通常其具有更多的一级节点。
在本实施例中，各个一级节点与路由节点的距离可以向路由节点索取，路由节点通过数据的传输时延计算并保存了各个节点的距离。
在本实施例中，对于每个一级节点，由第一距离、第二距离确定各个一级节点相对本节点的位置，由于路由节点与本节点的位置是确定的，通过两者作圆，取圆的交点，可以得到可能的至多两个点。本发明并不需要知道每个一级节点的具体位置，仅仅需要了解其大体分布。
在本实施例中，根据上级节点相对本节点的位置确定一个排除区域，该排除区是由两条射线所夹的区域确定的，两条射线的起点为本节点，且两条射线所夹区域的中心为本节点与上级节点的边线，所夹的角度不小于90度（此夹角可以大于180度），能将本节点的下级节点尽可能排除在外的情况下，夹角越大越好；优选地，本节点所有下级节点中的至少80%位于排除区域之外。
在本实施例中，通过将确定出的一级节点的ID附加于探路指令中，使之作为本节点的下级节点，提高了本节点数据传输的针对性，减少了不必要的系统消耗。
作为一个优选实施例，所述接收到中转任务的数据包，根据记录的探路指令信息执行转发或者丢弃操作，包括：
接收到中转任务的数据包，读取数据包的标识信息，所述标识信息包括发送终端ID、接收终端ID任务代号、创建时间以及中转节点ID；
获取最近一个计算周期的探路记录，在所述探路记录中查询所述标识信息；
若存在全匹配的探路记录且中转ID包括本节点，则根据一下中转节点与本节点的距离调整发送功率，根据调整后的发送功率将中转任务的第一数据包转发给下一个中转节点；
若不存在全匹配的探路记录，则丢弃该数据包。
在本实施例中，在数据的中转过程中，通过上述过程可以确定本节点是否需要处理中转数据，该过程较为简单，对于不需要操作该数据的节点计算量小，系统的消耗低。
作为一个优选实施例，所述基于位置变动移交或者接收转发权限以完成上述中转任务，包括：
监测本节点的位置变动；
若本节点的位置变动达到设定条件，则对原位置的下级节点发送路径测试指令，以获取原位置各下级节点替代本节点时的中转距离；
选择中转距离最小的下级节点转移中转权限。
在本实施例中，作为中转节点进行数据中转服务时，通过监测本节点的位置变动以调整中转路径，可以保持数据中转的传输路径始终处于较优甚至最优状态。需要说明的是，这里的位置变动是相对的，只要本节点相对上级节点以及下级节点的通信距离发生了变动，即判断是否满足设定条件。这里的通信距离是通过数据时延计算的。
作为一个优选实施例，本节点的位置变动达到设定条件，其中的设定条件具体为：
（L12+L22）/(L11+L21)≥k
其中：L12为本节点在当前位置处与上级节点的通信距离；L22为本节点在当前位置处与下级节点的通信距离；L11为本节点在原位置处与上级节点的通信距离；L21为本节点在原位置处与下级节点的通信距离；k为设定的路径转移阈值，k取1.2~1.5中的任意一个值。
在本实施例中，通过计算变动前后本节点所在的局部链路的距离之和的变动情况确定是否进行中转权限的转移，可以保证中转链路处于较优甚至最优状态。
在本实施例中，对于权限转移，包括将数据包转移给新的中转节点，同时通知原下级节点以及原上级节点新的中转节点。
本发明实施例还提供了一种基于LoRa的对讲系统，所述基于LoRa的对讲系统包括若干个直接和/或间接通信的对讲终端，任意一个对讲终端通过执行如本发明任意一个实施例所述的基于LoRa的对讲方法以实现数据的中转。
在本实施例中，对于LoRa的对讲系统的构架组成、协议、硬件配置、组网等方面的内容可以参考现有技术，本发明实施例对此不作具体限定。
本发明实施例提供的基于LoRa的对讲系统通过执行本发明实施例提供的基于LoRa的对讲方法，从探路过程、数据中转过程以及位置变动情况下三个方面对通信路径的构建以及使用过程进行了改进优化，提升了链路构建的效率，减少了系统的不必要资源消耗。
图2示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是本发明实施例提供的基于LoRa的对讲系统中的任意一个对讲终端。如图2所示，该计算机设备包括该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现本发明实施例提供的基于LoRa的对讲方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行本发明实施例提供的基于LoRa的对讲方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图2中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
接收到探路指令，判断该探路指令是否为首次接收，若否，则丢弃；
若是，记录该探路指令的信息，并在该探路指令上附加本节点的ID以及操作时间，将该探路指令进行广播；
接收到中转任务的数据包，根据记录的探路指令信息执行转发或者丢弃操作；
若执行转发操作，建立上下节点的监听线程，对来源于上下节点的数据执行低校验转发操作；
基于位置变动移交转发权限以完成上述中转任务。
在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
接收到探路指令，判断该探路指令是否为首次接收，若否，则丢弃；
若是，记录该探路指令的信息，并在该探路指令上附加本节点的ID以及操作时间，将该探路指令进行广播；
接收到中转任务的数据包，根据记录的探路指令信息执行转发或者丢弃操作；
若执行转发操作，建立上下节点的监听线程，对来源于上下节点的数据执行低校验转发操作；
基于位置变动移交转发权限以完成上述中转任务。
应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于LoRa的对讲方法，其特征在于，所述基于LoRa的对讲方法包括：
接收到探路指令，判断该探路指令是否为首次接收，若否，则丢弃；
若是，记录该探路指令的信息，并在该探路指令上附加本节点的ID以及操作时间，将该探路指令进行广播；
接收到中转任务的数据包，根据记录的探路指令信息执行转发或者丢弃操作；
若执行转发操作，建立上下节点的监听线程，对来源于上下节点的数据执行低校验转发操作；
基于位置变动移交转发权限以完成上述中转任务；
所述将该探路指令进行广播，包括：
进行节点筛选；
根据节点筛选结果在探路指令中附加下级节点的ID；
根据历史记录中各下级节点的距离调整信号发送功率；
以调整后的功率将探路指令进行广播；
所述进行节点筛选，包括：
判断本节点是否为一级节点，所述一级节点为与路由节点直接通信的节点；
若本节点是一级节点，则根据探路指令判断转发该探路指令的上级节点是否为一级节点；
若转发该探路指令的上级节点是一级节点，则获取各个一级节点与路由节点的距离，记为第一距离；
获取本节点与各个一级节点的距离，记为第二距离；
由第一距离、第二距离确定各个一级节点相对本节点的位置；
根据上级节点相对本节点的位置确定一个排除区域，确定在排除区域之外的一级节点；
将确定出的一级节点的ID附加于探路指令中，用于指示下级节点。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa的对讲方法，其特征在于，所述判断该探路指令是否为首次接收，包括：
读取探路指令的标识信息，所述标识信息中包括发送终端ID、接收终端ID任务代号以及创建时间；
获取最近一个计算周期的探路记录；
在所述探路记录中查询所述标识信息，若存在全匹配的探路记录，则非首次接收，否则为首次接收。
3.根据权利要求1所述的基于LoRa的对讲方法，其特征在于，所述接收到中转任务的数据包，根据记录的探路指令信息执行转发或者丢弃操作，包括：
接收到中转任务的数据包，读取数据包的标识信息，所述标识信息包括发送终端ID、接收终端ID任务代号、创建时间以及中转节点ID；
获取最近一个计算周期的探路记录，在所述探路记录中查询所述标识信息；
若存在全匹配的探路记录且中转ID包括本节点，则根据一下中转节点与本节点的距离调整发送功率，根据调整后的发送功率将中转任务的第一数据包转发给下一个中转节点；
若不存在全匹配的探路记录，则丢弃该数据包。
4.根据权利要求1所述的基于LoRa的对讲方法，其特征在于，所述基于位置变动移交或者接收转发权限以完成上述中转任务，包括：
监测本节点的位置变动；
若本节点的位置变动达到设定条件，则对原位置的下级节点发送路径测试指令，以获取原位置各下级节点替代本节点时的中转距离；
选择中转距离最小的下级节点转移中转权限；
本节点的位置变动达到设定条件，其中的设定条件具体为：
（L12+L22）/(L11+L21)≥k
其中：L12为本节点在当前位置处与上级节点的通信距离；L22为本节点在当前位置处与下级节点的通信距离；L11为本节点在原位置处与上级节点的通信距离；L21为本节点在原位置处与下级节点的通信距离；k为设定的路径转移阈值，k取1.2~1.5中的任意一个值。
5.一种基于LoRa的对讲系统，其特征在于，所述基于LoRa的对讲系统包括若干个直接和/或间接通信的对讲终端，任意一个对讲终端通过执行如权利要求1-4任意一项所述的基于LoRa的对讲方法以实现数据的中转。
6.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至4中任一项权利要求所述基于LoRa的对讲方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至4中任一项权利要求所述基于LoRa的对讲方法的步骤。
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