CN118175601B - 一种基于Lora与消息队列技术的车队通讯方法 - Google Patents

一种基于Lora与消息队列技术的车队通讯方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于车队管理技术领域，公开了一种基于Lora与消息队列技术的车队通讯方法。通讯方式选择；根据当前蜂窝移动网络信号判断所用通信方式；通信方式为LoRa无线模块或蜂窝移动网络信号；车队设备根据所选择的通讯方式进行通讯内容发送；接收到发送的通讯内容后，采用一种音频消息队列机制和历史消息回溯方法，进行语音播放。通过选择通讯方式、LoRa通信策略和消息发送与接收机制，有效提高了通讯的稳定性。通讯策略和消息接收机制，确保了消息的连续播放和接收的无缝性。通过来电自动接听策略和历史消息回溯方法，有效减少了司机驾驶过程中因接听来电或未能理解消息而带来的安全隐患。

Description

一种基于Lora与消息队列技术的车队通讯方法
技术领域
本发明涉及车队管理技术领域，尤其涉及一种基于Lora与消息队列技术的车队通讯方法。
背景技术
车队管理是现代运输和物流行业中至关重要的一环。随着车辆数量和运输网络的不断增加，车队管理系统变得越发复杂，需要高效的监控和协调手段。通讯设备和方法在车队管理中起着关键作用，用户消息的获取与发送对车队管理有着重要的意义。
传统的车队通讯方式通常采用对讲机或者手机APP的方式进行。近年来，国内外公开了很多车队通讯的方式，主要分为两种，一是通过蜂窝移动网络进行通讯，另一种是通过短距无线电（如WiFi、BLE和Zigbee等）的方式进行通讯。
中国专利“CN116887332B”提出了一种无移动网络状态下集装箱车队状态检测方法及装置，该方法基于集装箱车队编队信息，构建集装箱车辆与监控中心的星形通讯网络，星形通讯网络为两级级联的通讯网络，其中的通讯节点之间为双向通信。通过星形通讯网络，可确定集装箱车队编队信息对应的车辆状态信息，进而明确集装箱车辆在无移动网络状态下的运行状态。
现有的无移动网络状态下的通讯方式会受到通讯距离与消息冲突的影响，当通讯双方间隔过远的时候，无法满足通讯的需要。相反，现有的基于移动网络的通讯方式，在手机无信号（无移动网络）的情况下，没办法满足通讯的要求。此外，现有的通讯方式因未采取自动接听技术，存在无法保障司机驾驶期间行驶安全的弊端。
发明内容
鉴于传统车队管理通讯设备存在的种种问题，本发明旨在解决现有技术的缺陷，从而实现以下目的：1.增加通讯稳定性；2.保障通讯期间司机驾驶安全。
本发明的技术方案如下：一种基于LoRa与消息队列技术的车队通讯方法，包括步骤如下：
步骤1.通讯方式选择；根据当前蜂窝移动网络信号判断所用通信方式；通信方式为LoRa无线模块或蜂窝移动网络信号；
步骤2.车队设备根据所选择的通讯方式进行通讯内容发送；
步骤3.消息接收；接收到发送的通讯内容后，采用一种音频消息队列机制和历史消息回溯方法，进行语音播放。
所述通讯方式选择具体如下：
步骤1.1、设定蜂窝移动网络信号阈值，通过接收信号码功率表示蜂窝移动网络信号阈值，接收信号码功率设置为-85dBm；
步骤1.2、开启一个定时器，循环检测当前蜂窝移动网络信号；
步骤1.3、当蜂窝移动网络信号小于等于所设定的蜂窝移动网络信号阈值时，通信方式改为使用LoRa无线模块，若蜂窝移动网络信号大于蜂窝移动网络信号阈值时，通信方式使用蜂窝移动网络。
所述通讯内容为用户消息数据；用户消息数据的发送分两种方式：通过蜂窝移动网络发送、通过LoRa无线模块发送；
蜂窝移动网络发送方式在车队通讯设备接入蜂窝移动网络后，发送载有消息内容的HTTP请求到服务器；
LoRa无线模块发送方式采用广播发送的方式，LoRa无线模块采用无网关的基于TDMA的LoRa通讯策略，进行消息的发送与接收。
所述无网关的基于TDMA的LoRa通讯策略具体如下：
步骤2.1、每辆车的通讯设备定期根据全球卫星定位系统进行时钟同步；
步骤2.2、每辆车的通讯设备对应LoRa无线模块作为一个节点，对每辆车所属通讯 设备进行自增编号，设备编号为；
步骤2.3、设置消息发送时隙；
步骤2.4、根据车队系统的车队车辆数量计算出一个消息轮询的周期，其中，取秒作为车队系统时域周期；每天的零点作为时域 计算起点；
步骤2.5、当车队通讯设备中的LoRa无线模块收到用户发送消息的请求时，先根据 当前时间计算出自零点以来共经过的时长秒，进行计算得到当前所处时隙，检验是否处于当前车队通讯设备时隙，处于则通过LoRa无线模块发送消息，不处于则循环 等待直至处于当前通讯设备时隙中再发送消息；
步骤2.6、发送消息后启动一个定时器，用于等待消息返回；LoRa无线模块发送的消息帧具有消息ID、接收者ID、结束符以及校验码，当非该ID接收者收到消息后不做任何操作，当该ID接收者收到消息后返回对该消息的已读标识信息，待发送者收到该ID的已读标识后关闭定时器，并提示消息发送成功，第一次启动定时器后未收到消息则提示消息发送失败。
所述消息接收具体为：
消息成功发送后，蜂窝移动网络发送的消息通过Websocket提示接收者，LoRa无线模块发送的消息通过串口事件通知接收者；消息载体包括发件人姓名、发件人ID、消息内容、收件人ID；当接收者设备收到其他设备发送的消息后插入到在线消息列表Message_List中，通过扬声器输出消息内容；消息类型分为语音消息与文字消息；语音消息直接播放，文字消息通过TTS引擎转换为语音后进行播放。
所述音频消息队列机制启动后开启消息接收功能并创建监听“NEW_MESSAGE”内部消息的协程；
WebSocket客户端或串口收到消息后，向消息列表变量Message_List插入消息对象，插入后Message_List长度为1，则发布 “NEW_MESSAGE”内部消息；消息长度大于1则不发布；
监听到该消息发布则播放当前第一条用户消息，在播放前判断音频播放列表的长度，大于0则等待直至音频播放列表为0再播放消息，播放消息首先单次播放发件人姓名，待发件人播放结束后循环播放当前消息两次；
用户选择提前结束播放当前音频时，停止播放后对当前消息ID设置已读标签并存入通讯设备的闪存中，之后删除Message_List中第一条消息，再判断当前Message_List长度，若大于0则发布“NEW_MESSAGE”内部消息。
所述历史消息回溯方法具体为：用户获取上一条消息，获取时读取闪存中存储消 息内容的本地文件最后一行，读取到内容后将消息插入到Message_List中并遵循所述音频 消息队列机制进行播放，用户获取后累积获取次数，再次获取则根据当前累计次数 读取倒序第行内容；同时，用户将当前清空以实现历史消息回溯次数置 零的操作。
本发明的有益效果：
（1）提高通讯稳定性：通过智能选择通讯方式、LoRa通信策略和消息发送与接收机制，本发明有效地提高了通讯的稳定性。无论是蜂窝移动网络还是LoRa通信，都能在不同环境下保持稳定的通讯连接，降低了通讯中断和丢包的风险。
（2）增强通讯可靠性：本发明的通讯策略和消息接收机制，确保了消息的连续播放和接收的无缝性。无论是语音消息还是文字消息，都能及时、准确地传达给用户，提高了通讯的可靠性和实用性。
（3）提升驾驶安全性：通过来电自动接听策略和历史消息回溯方法，本发明有效地减少了司机驾驶过程中因接听来电或未能理解消息而带来的安全隐患。司机无需手动干预通讯设备，即可安全地接听来电和获取历史消息，降低了驾驶中的分心和危险性。
（4）优化用户体验：本发明提出的消息播放机制，使得用户无需过多操作即可实现消息的连续播放和回溯，提高了通讯的便捷性和用户体验。司机驾驶过程中解放了双手，可以更专注于驾驶，不必担心通讯设备的操作和消息的处理影响行车安全。
综上所述，本发明通过创新的技术手段，有效地解决了现有通讯方式存在的问题，提高了通讯的稳定性、可靠性和安全性，为用户带来了更好的通讯体验和驾驶安全保障。
附图说明
图1为通讯方式选择流程图；
图2为基于TDMA的LoRa通信策略流程图；
图3为音频消息队列机制程序框图。
具体实施方式
通讯方式选择；
（1）设定蜂窝移动网络信号阈值，通过RSCP（Received Signal Code Power，接收信号码功率）表示，本阈值设置为-85dBm。
（2）开启一个定时器，循环检测当前蜂窝移动网络信号。
（3）当控制模块检测到蜂窝移动网络信号小于等于该阈值时，此时蜂窝移动网络通讯可能出现异常，改为使用LoRa无线模块作为通信方式，若蜂窝移动网络信号大于该阈值时使用蜂窝移动网络作为通信方式；见图1。
通讯内容发送；
通讯内容主要为用户消息数据，用户消息数据发送分两种方式：通过蜂窝移动网络发送与通过LoRa无线模块发送。
蜂窝移动网络方式在设备接入移动网络后，发送载有消息内容的HTTP请求到服务器即可。
LoRa无线模块发送采用广播发送的方式，由于LoRa无线模块采取半双工的工作模式，不能同时进行消息的发送和接收，如果不进行特殊处理将会导致消息的遗漏，无法保证通讯的稳定性，针对此，本发明提出了一种无网关的基于TDMA的LoRa通讯策略，如图2，基本步骤如下：
（1）每辆车的通讯设备定期根据GNSS进行时钟同步；
（2）每辆车的通讯设备对应LoRa无线模块作为一个节点，对每辆车所属通讯设备 进行自增编号，设备编号为；
（3）设置消息发送时隙为100毫秒；
（4）根据提前写入车队系统的车队车辆数量计算出一个消息轮询的周期，其中，取秒作为系统时域周期。每天的零点作为时域计算起 点。
（5）当通讯设备中的LoRa无线模块收到用户发送消息的请求时，先根据当前时间 计算出自零点以来共经过的秒，进行计算得到当前所处时隙，检验是否处于当前设备时隙，，若处于当前设备时隙则通过LoRa无线模块发送消息， 若不处于则循环等待直至处于当前设备时隙中再发送。
（6）发送消息后启动一个5秒定时器，用来等待返回。LoRa无线模块发送的消息帧具有消息ID、接收者ID、结束符以及校验码，当非该ID接收者收到消息后不会做任何操作，当该ID接收者收到消息后会返回对该消息的已读标识信息，待发送者收到该ID的已读标识后关闭定时器并提示消息发送成功，若第一次启动定时器后未收到消息则会提示消息发送失败。
消息接收；
消息成功发送后，如果是蜂窝移动网络发送的消息会通过Websocket提示接收者，如果是LoRa无线模块发送的消息则会通过串口事件通知接收者。以上消息载体都包括发件人姓名、发件人ID、消息内容、收件人ID等核心信息。当接收者设备收到其他设备发送的消息后插入到在线消息列表Message_List中，通过扬声器来输出消息内容。消息类型分为语音消息与文字消息。语音消息会直接播放，而文字消息会通过TTS（Text to Speech）引擎转换为语音后进行播放。
但是扬声器输出消息内容需要一定的时间才能输出结束，若消息较长会导致新收到的消息直接覆盖当前播放的消息引发异常，且无其他任何外设的使得用户无法知道消息来源。针对上述问题，本发明提出了一种音频消息队列机制，该机制实现方式如下：
（1）程序启动后开启消息接收功能并创建监听“NEW_MESSAGE”内部消息的协程；
（2）在WebSocket客户端/串口收到消息后执行向消息列表变量Message_List插入消息对象，若插入后Message_List长度为1（即插入前列表为空，无新消息），则发布 “NEW_MESSAGE”内部消息；若消息长度大于1（插入前存在未处理的消息）则不发布；
（3）监听到该消息发布则播放当前第一条用户消息，在播放前判断音频播放列表的长度，若大于0则等待直至音频播放列表为0再播放消息，播放消息首先单次播放发件人姓名，待发件人播放结束后循环播放当前消息两次；
（4）用户可提前结束播放当前音频，停止播放后会对当前消息ID设置已读标签并存入通讯设备的闪存中，之后删除Message_List中第一条消息，再判断当前Message_List长度，若大于0（说明当前列表中存在未读消息）则发布“NEW_MESSAGE”内部消息。
上述音频消息队列机制流程图见图3。通过该音频消息队列机制，即可实现在线消息的无缝接收与连续播放，且播放前提示发件人并循环播放，保障了通讯的稳定性，且司机无需对通讯设备进行任何的操作即可实现消息内容的连续播放，提升了司机驾驶过程中的安全性。
为避免行驶过程中因为环境噪声增大或其他原因导致的司机未能在消息播放时 完全理解消息的内容的问题，本发明提出了一种历史消息回溯方法，步骤如下：用户可获取 上一条消息，获取时读取闪存中存储消息内容的本地文件最后一行（若本地闪存文件为空 则不会返回消息），读取到内容后会将消息插入到Message_List中并遵循上述音频消息队 列机制进行播放，每次按下会累积按下该按键次数，再次按下则会根据当前累计次 数读取倒序第行内容，以实现不断回溯历史消息。同时，用户也可将当前清空以实现历史消息回溯次数置零的操作。
本发明提供了一种改善通讯方式的技术方案，旨在解决现有技术中通讯稳定性不佳和司机存在安全隐患的问题。关键点如下：
（1）智能通讯方式选择：根据蜂窝移动网络信号的强弱，智能地选择通讯方式，从而保证通讯的稳定性。当蜂窝移动网络信号较弱时，自动切换至LoRa通信模块，提高通讯的可靠性。
（2）LoRa通信策略：采用无网关的基于TDMA的LoRa通信策略，有效解决了半双工工作模式可能导致的消息遗漏问题，提高了通讯的稳定性和可靠性。
（3）消息发送与接收机制：通过蜂窝移动网络和LoRa通信模块发送消息，并提供了消息接收机制，包括语音消息和文字消息的处理，以及音频消息队列机制，保证消息的连续播放和接收的无缝性。
（4）历史消息回溯：为了解决司机在驾驶过程中未能完全理解消息内容的问题，提供了历史消息回溯方法，使司机可以通过按键获取并回溯历史消息，提高了消息的可理解性和可访问性。
提出一种用于车队通讯的通讯方法，结合蜂窝移动网络与Lora（Long RangeRadio，远距离无线电），解决多种复杂环境下的通讯问题，满足车队管理的需要。消息通讯与电话通讯两种方式互补以增加通讯多样性需求。
增加基于音频消息队列机制的自动播放功能，支持同时收到多条消息后的按序自动播放。增加通话来电自动接听功能，司机无需手动接听电话。
综上所述，本发明通过多项技术手段，解决了现有通讯方式存在的问题，提高了通讯的稳定性、可靠性和安全性，为司机提供了更好的驾驶体验。

Claims (5)

1.一种基于LoRa与消息队列技术的车队通讯方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1.通讯方式选择；根据当前蜂窝移动网络信号判断所用通信方式；通信方式为LoRa无线模块或蜂窝移动网络信号；
步骤2.车队设备根据所选择的通讯方式进行通讯内容发送；
通讯内容采用LoRa无线模块发送时，LoRa无线模块采用无网关的基于TDMA的LoRa通讯策略；
所述无网关的基于TDMA的LoRa通讯策略具体如下：
步骤2.1、每辆车的通讯设备定期根据全球卫星定位系统进行时钟同步；
步骤2.2、每辆车的通讯设备对应LoRa无线模块作为一个节点，对每辆车所属通讯设备进行自增编号，设备编号为i；
步骤2.3、设置消息发送时隙t；
步骤2.4、根据车队系统的车队车辆数量N计算出一个消息轮询的周期P，其中P＝t*N，取Tp＝([P/1000]+1)秒作为车队系统时域周期；每天的零点作为时域计算起点；
步骤2.5、当车队通讯设备中的LoRa无线模块收到用户发送消息的请求时，先根据当前时间计算出自零点以来共经过的时长Ttotal秒，进行计算得到当前所处时隙tcurrent＝(Ttotal％Tp)*1000，检验tcurrent是否处于当前车队通讯设备时隙tuser，t*(i-1)≤tuser≤t*i，处于则通过LoRa无线模块发送消息，不处于则循环等待直至tcurrent处于当前通讯设备时隙中再发送消息；
步骤2.6、发送消息后启动一个定时器，用于等待消息返回；LoRa无线模块发送的消息帧具有消息ID、接收者ID、结束符以及校验码，当非该ID接收者收到消息后不做任何操作，当该ID接收者收到消息后返回对该消息的已读标识信息，待发送者收到该ID的已读标识后关闭定时器，并提示消息发送成功，第一次启动定时器后未收到消息则提示消息发送失败；
步骤3.消息接收；接收到发送的通讯内容后，采用一种音频消息队列机制和历史消息回溯方法，进行语音播放；
所述音频消息队列机制启动后开启消息接收功能并创建监听“NEW_MESSAGE”内部消息的协程；
WebSocket客户端或串口收到消息后，向消息列表变量Message_List插入消息对象，插入后Message_List长度为1，则发布“NEW_MESSAGE”内部消息；消息长度大于1则不发布；
监听到该消息发布则播放当前第一条用户消息，在播放前判断音频播放列表的长度，大于0则等待直至音频播放列表为0再播放消息，播放消息首先单次播放发件人姓名，待发件人播放结束后循环播放当前消息两次；
用户选择提前结束播放当前音频时，停止播放后对当前消息ID设置已读标签并存入通讯设备的闪存中，之后删除Message_List中第一条消息，再判断当前Message_List长度，若大于0则发布“NEW_MESSAGE”内部消息。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa与消息队列技术的车队通讯方法，其特征在于，所述通讯方式选择具体如下：
步骤1.1、设定蜂窝移动网络信号阈值，通过接收信号码功率表示蜂窝移动网络信号阈值，接收信号码功率设置为-85dBm；
步骤1.2、开启一个定时器，循环检测当前蜂窝移动网络信号；
步骤1.3、当蜂窝移动网络信号小于等于所设定的蜂窝移动网络信号阈值时，通信方式改为使用LoRa无线模块，若蜂窝移动网络信号大于蜂窝移动网络信号阈值时，通信方式使用蜂窝移动网络。
3.根据权利要求1或2所述的基于LoRa与消息队列技术的车队通讯方法，其特征在于，所述通讯内容为用户消息数据；用户消息数据的发送分两种方式：通过蜂窝移动网络发送、通过LoRa无线模块发送；
蜂窝移动网络发送方式在车队通讯设备接入蜂窝移动网络后，发送载有消息内容的HTTP请求到服务器；
LoRa无线模块发送方式采用广播发送的方式，LoRa无线模块采用无网关的基于TDMA的LoRa通讯策略，进行消息的发送与接收。
4.根据权利要求3所述的基于LoRa与消息队列技术的车队通讯方法，其特征在于，所述消息接收具体为：
消息成功发送后，蜂窝移动网络发送的消息通过Websocket提示接收者，LoRa无线模块发送的消息通过串口事件通知接收者；消息载体包括发件人姓名、发件人ID、消息内容、收件人ID；当接收者设备收到其他设备发送的消息后插入到在线消息列表Message_List中，通过扬声器输出消息内容；消息类型分为语音消息与文字消息；语音消息直接播放，文字消息通过TTS引擎转换为语音后进行播放。
5.根据权利要求4所述的基于LoRa与消息队列技术的车队通讯方法，其特征在于，所述历史消息回溯方法具体为：用户获取上一条消息，获取时读取闪存中存储消息内容的本地文件最后一行，读取到内容后将消息插入到Message_List中并遵循所述音频消息队列机制进行播放，用户获取后累积获取次数Count，再次获取则根据当前累计次数读取倒序第Count+1行内容；同时，用户将当前Count清空以实现历史消息回溯次数置零的操作。
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