CN215219898U - 一种LoRa自组网的集抄通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LoRa自组网的集抄通信系统，包括数据采集模块、用于给节点分配网内通信参数的节点参数分配模块、唤醒检测模块、数据上传模块和信息接收模块，数据采集模块依次与节点参数分配模块、唤醒检测模块、数据上传模块和信息接收模块连接。本实用新型通过数据采集模块进行三表集抄或一对多设备数据采集，通过节点参数分配模块完成集中器为每个新入网的节点分配网内通信参数，通过唤醒检测模块使集中器下发广播唤醒帧唤醒处于低功耗CAD检测状态的网内节点。本实用新型中节点的数据上报紧密排列，能够避免冲突且最大化利用信道，且同时使用多个不同信道进行数据并行传输，相比CDMA方案，有效提升了数据传输效率。

Description

一种LoRa自组网的集抄通信系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种LoRa自组网的集抄通信系统。

背景技术

随着物联网行业的迅速发展，物联网技术渗透到越来越多的生产生活领域中，物联网底层通讯技术主要由LoRa、NB-IOT、Zigbee、bluetooth、WIFI等,其中LoRa通信的特点为低功耗、长距离、低速率。基于LoRa通信的小型自组网络具有部署灵活、运营成本低等特点而被无线抄表、无线传感网络等应用广泛使用。

现有LoRa自组网络在进行整体集抄通信时，对于大量节点数据上行的规划主要有两种方案：采用竞争上报方式，即集中器在指定信道开启一定长度的接收窗口，在该期间内，节点自由随机上报数据，通过上报时间的随机化减小数据相互碰撞的概率；采用TDMA(Time division multiple access)接入技术。集中器将通信信道按照时间划分为多个固定的通信时隙，网络内的节点根据预设的规则在对应时隙内进行排序数据上报，从而避免数据的碰撞冲突。但竞争上报方式只能通过随机方式减小碰撞概率，但不能完全避免，当通信占空比较大时，数据包的碰撞会导致丢包率较高。因此带来的数据重传会导致通信功耗开销增大。且现有的通信方式多为单信道通信，缺点在于信道容量有限，数据传输效率低，大量节点通信时耗费时间较长。

如中国专利CN106875661B，公开日2019年12月10日，一种多工作模式的表具通信方法，包括主动上报模式、第一被动接收模式和第二被动接收模式中的一种或者多种；所述主动上报模式包括，以第一速率向上级设备上报表具数据；所述第一被动接收模式包括，以第二速率接收上级设备的第一指令；所述第二被动接收模式包括，以第三速率接收上级设备的第二指令。其采用低速率通信，减少了采集器的数量，降低了抄表网络的建设成本。但是其存在抗干扰性较差，通信时耗费时间较长，数据传输效率低等问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：目前的集抄通信方法存在数据传输效率低的技术问题。提出了一种能够提升数据传输效率的LoRa自组网的集抄通信系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：一种LoRa自组网的集抄通信系统，包括数据采集模块、用于给节点分配网内通信参数的节点参数分配模块、唤醒检测模块、数据上传模块和信息接收模块，所述数据采集模块依次通过所述节点参数分配模块、所述唤醒检测模块和所述数据上传模块与所述信息接收模块连接。一种LoRa自组网的集抄通信系统，通过数据采集模块进行三表（电表、水表、气表）集抄或一对多设备数据采集，通过节点参数分配模块完成集中器为每个新入网的节点分配网内通信参数，通过唤醒检测模块使集中器下发广播唤醒帧唤醒处于低功耗CAD检测状态的网内节点并判断帧内组号是否与本地参数一致，若不一致则回到低功耗CAD状态，若组号与本地参数一致，则通过时刻计算单元记录被唤醒时刻Tw，并根据本地时隙号计算得出数据上报时刻Ts，通过数据上传模块使组内每个节点在自身Ts时刻根据自身信道号上报数据，让集中器开启接收窗口并行接收节点的上行数据帧，最后上传数据给信息接收模块完成LoRa自组网的集抄通信。信息接收模块可以是相应的各数据接收中心。

作为优选，所述唤醒检测模块包括用于唤醒网内节点的唤醒单元和用于检测网内节点组号的检测单元，所述唤醒单元分别与所述检测单元和所述节点参数分配模块连接。唤醒单元用于集中器下发广播唤醒帧唤醒处于低功耗CAD检测状态的网内节点，检测单元用于在节点唤醒后判断帧内组号是否与本地参数一致。

作为优选，所述唤醒检测模块还包括用于计算数据上报时刻的时刻计算单元，所述时刻计算单元与所述检测单元连接。时刻计算单元用于在检测单元检测组号与本地参数一致后，记录被唤醒时刻Tw，并根据本地Slot号计算得出数据上报时刻Ts。

作为优选，所述数据上传模块包括节点数据分析单元、组号修改单元和数据上传单元，所述节点数据分析单元分别与所述唤醒检测模块、所述组号修改单元和所述数据上传单元连接，所述组号修改单元与所述唤醒检测模块连接。数据上传模块通过节点数据分析单元分析网内所有节点的数据交互情况即查看是否完成网内所有节点的数据交互后，若未完成组内节点群抄，则返回唤醒检测模块使集中器重新唤醒该组节点，若未完成所有组节点的集抄，则通过组号修改单元使通信组号加1，再返回唤醒检测模块使集中器唤醒下组节点，集中器完成网内所有节点的数据交互后，数据上传单元将数据上传相应的信息接收模块。

作为优选，所述节点参数分配模块包括组号分配单元、信道号分配单元和时隙号分配单元。所述组号分配单元、所述信道号分配单元和所述时隙号分配单元均与所述采集模块连接。通过组号分配单元、信道号分配单元和时隙号分配单元为每个新入网的节点分配网内通信参数：组号（Group）、信道号（ChNum）、时隙号（Slot）。信道号为FDD通信参数，代表节点通信时选择的信道，时隙号为TDD通信参数，决定节点通信时选择的通信时隙，即采用TDD+FDD通信机制；组号为节点分组参数，集中器发起的单次通信帧会指定单组节点进行响应。

作为优选，还包括用于记录各节点数据上行情况的记录模块，所述记录模块分别与所述数据采集模块、所述唤醒检测模块和所述数据上传模块连接。记录模块分别与数据采集模块、唤醒检测模块和数据上传模块连接，用于收集采集的数据从唤醒检测再到数据上传的各项时刻记录，便于后续提取查看和分析。

作为优选，还包括数据存储模块，所述数据存储模块与所述记录模块连接。数据存储模块与记录模块连接，用于储存记录模块的各项记录。

本实用新型的实质性效果是：本实用新型通过数据采集模块进行三表集抄或一对多设备数据采集，通过节点参数分配模块完成集中器为每个新入网的节点分配网内通信参数，通过唤醒检测模块使集中器下发广播唤醒帧唤醒处于低功耗CAD检测状态的网内节点并判断帧内组号是否与本地参数一致，若不一致则回到低功耗CAD状态，若组号与本地参数一致，则通过时刻计算单元记录被唤醒时刻Tw，并根据本地时隙号计算得出数据上报时刻Ts，通过数据上传模块使组内每个节点在自身Ts时刻根据自身信道号上报数据，让集中器开启接收窗口并行接收节点的上行数据帧，最后上传数据给信息接收模块完成LoRa自组网的集抄通信。本实用新型中节点的数据上报紧密排列，通过唤醒检测模块和数据上传模块能够避免冲突且最大化利用信道，且同时使用多个不同信道进行数据并行传输，相比CDMA方案，有效提升了数据传输效率。

附图说明

图1为本实施例的结构示意图。

其中：1、数据采集模块，2、节点参数分配模块，3、唤醒检测模块，4、数据上传模块，5、信息接收模块，6、记录模块，7、数据存储模块，8、唤醒单元，9、检测单元，10、时刻计算单元，11、节点数据分析单元，12、组号修改单元，13、数据上传单元，14、组号分配单元，15、信道号分配单元，16、时隙号分配单元。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步具体说明。

一种LoRa自组网的集抄通信系统，如图1所示，包括数据采集模块1、用于给节点分配网内通信参数的节点参数分配模块2、唤醒检测模块3、数据上传模块4和信息接收模块5，数据采集模块1依次与节点参数分配模块2、唤醒检测模块3、数据上传模块4和信息接收模块5连接。本系统还包括用于记录各节点数据上行情况的记录模块6和数据存储模块7，记录模块6分别与数据采集模块1、唤醒检测模块3和数据上传模块4连接。记录模块6分别与数据采集模块1、唤醒检测模块3和数据上传模块4连接，用于收集采集的数据从唤醒检测再到数据上传的各项时刻记录，便于后续提取查看和分析。数据存储模块7与记录模块6连接。数据存储模块7与记录模块6连接，用于储存记录模块6的各项记录。

节点参数分配模块2包括组号分配单元14、信道号分配单元15和时隙号分配单元16。组号分配单元14、信道号分配单元15和时隙号分配单元16均与采集模块连接。通过组号分配单元14、信道号分配单元15和时隙号分配单元16为每个新入网的节点分配网内通信参数：组号（Group）、信道号（ChNum）、时隙号（Slot）。信道号为FDD通信参数，代表节点通信时选择的信道，时隙号为TDD通信参数，决定节点通信时选择的通信时隙，即采用TDD+FDD通信机制；组号为节点分组参数，集中器发起的单次通信帧会指定单组节点进行响应。

唤醒检测模块3包括用于唤醒网内节点的唤醒单元8和用于检测网内节点组号的检测单元9，唤醒单元8分别与检测单元9和节点参数分配模块2连接。唤醒单元8用于集中器下发广播唤醒帧唤醒处于低功耗CAD检测状态的网内节点，检测单元9用于在节点唤醒后判断帧内组号是否与本地参数一致。唤醒检测模块3还包括用于计算数据上报时刻的时刻计算单元10，时刻计算单元10与检测单元9连接。时刻计算单元10用于在检测单元9检测组号与本地参数一致后，记录被唤醒时刻Tw，并根据本地Slot号计算得出数据上报时刻Ts。

数据上传模块4包括节点数据分析单元11、组号修改单元12和数据上传单元13，节点数据分析单元11分别与唤醒检测模块3、组号修改单元12和数据上传单元13连接，组号修改单元12与唤醒检测模块3连接。数据上传模块4通过节点数据分析单元11分析网内所有节点的数据交互情况即查看是否完成网内所有节点的数据交互后，若未完成组内节点群抄，则返回唤醒检测模块3使集中器重新唤醒该组节点，若未完成所有组节点的集抄，则通过组号修改单元12使通信组号加1，再返回唤醒检测模块3使集中器唤醒下组节点，集中器完成网内所有节点的数据交互后，数据上传单元13将数据上传相应的信息接收模块5。

本实施例通过数据采集模块1进行三表（电表、水表、气表）集抄或一对多设备数据采集，通过节点参数分配模块2完成集中器为每个新入网的节点分配网内通信参数，通过唤醒检测模块3使集中器下发广播唤醒帧唤醒处于低功耗CAD检测状态的网内节点并判断帧内组号是否与本地参数一致，若不一致则回到低功耗CAD状态，若组号与本地参数一致，则通过时刻计算单元10记录被唤醒时刻Tw，并根据本地时隙号计算得出数据上报时刻Ts，通过数据上传模块4使组内每个节点在自身Ts时刻根据自身信道号上报数据，让集中器开启接收窗口并行接收节点的上行数据帧，最后上传数据给信息接收模块5完成LoRa自组网的集抄通信。信息接收模块5可以是相应的各数据接收中心。

本实施例中节点的数据上报紧密排列，能够避免冲突且最大化利用信道，且同时使用多个不同信道进行数据并行传输，相比CDMA方案，有效提升了数据传输效率。数据传输效率的提升对于LoRa自组网络带来的有益效果包括：更少的通讯唤醒，降低了全网节点的通讯电量消耗，利于电池成本的降低及产品小型化设计；相同的通讯任务，可以以更快的速度完成，提升网络内通信时效性；在相同条件下，网络带载量提升，可适应更高密度的应用场景；具有较好的抗射频干扰能力。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种LoRa自组网的集抄通信系统，其特征在于，包括数据采集模块（1）、用于给节点分配网内通信参数的节点参数分配模块（2）、唤醒检测模块（3）、数据上传模块（4）和信息接收模块（5），所述数据采集模块（1）依次通过所述节点参数分配模块（2）、所述唤醒检测模块（3）和所述数据上传模块（4）与所述信息接收模块（5）连接。

2.根据权利要求1所述的一种LoRa自组网的集抄通信系统，其特征在于，所述唤醒检测模块（3）包括用于唤醒网内节点的唤醒单元（8）和用于检测网内节点组号的检测单元（9），所述唤醒单元（8）分别与所述检测单元（9）和所述节点参数分配模块（2）连接。

3.根据权利要求2所述的一种LoRa自组网的集抄通信系统，其特征在于，所述唤醒检测模块（3）还包括用于计算数据上报时刻的时刻计算单元（10），所述时刻计算单元（10）与所述检测单元（9）连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种LoRa自组网的集抄通信系统，其特征在于，所述数据上传模块（4）包括节点数据分析单元（11）、组号修改单元（12）和数据上传单元（13），所述节点数据分析单元（11）分别与所述唤醒检测模块（3）、所述组号修改单元（12）和所述数据上传单元（13）连接，所述组号修改单元（12）与所述唤醒检测模块（3）连接。

5.根据权利要求1所述的一种LoRa自组网的集抄通信系统，其特征在于，所述节点参数分配模块（2）包括组号分配单元（14）、信道号分配单元（15）和时隙号分配单元（16），所述组号分配单元（14）、所述信道号分配单元（15）和所述时隙号分配单元（16）均与所述采集模块连接。

6.根据权利要求1或5所述的一种LoRa自组网的集抄通信系统，其特征在于，还包括用于记录各节点数据上行情况的记录模块（6），所述记录模块（6）分别与所述数据采集模块（1）、所述唤醒检测模块（3）和所述数据上传模块（4）连接。

7.根据权利要求6所述的一种LoRa自组网的集抄通信系统，其特征在于，还包括数据存储模块（7），所述数据存储模块（7）与所述记录模块（6）连接。

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