CN110062433A - 一种低功耗的LoRa链形网络 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种低功耗的LoRa链形网络，包括网关以及若干LoRa节点形成的链型网络，且每个节点只与相邻的节点通信，只有与网关相邻的节点与网关通信。本发明通过低功耗的LoRa链形网络，节点只需要与身边的节点通信，网络拓扑简单；只需一个单通道网关，完成物理距离很远的网络数据的采集，而且易扩展，有新的需求可以直接在末端增加节点，无需额外动作。

Description

一种低功耗的LoRa链形网络
技术领域
本发明涉及一种低功耗的LoRa链形网络。
背景技术
在隧道这样的环境下，Lora的各个节点的布置成线性。由于隧道两端距离很长，环境不空旷，LoRa的传输距离有限，且隧道之中一般没有4G等连接外网的信号，所以无法将网关布置在隧道中间。传统的一个网关加多个低功耗LoRa节点的星型网络无法覆盖所有的节点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种低功耗的LoRa链形网络，通过低功耗的LoRa链形网络，节点只需要与身边的节点通信，网络拓扑简单；只需一个单通道网关，完成物理距离很远的网络数据的采集，而且易扩展，有新的需求可以直接在末端增加节点，无需额外动作。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低功耗的LoRa链形网络，包括网关以及若干LoRa节点形成的链型网络，且每个节点只与相邻的节点通信，只有与网关相邻的节点与网关通信。
优选地，每个节点分配两个时间窗，两个时间窗为连续的侦听时间窗和上传时间窗，且相邻两个节点间侦听时间窗和上传的时间窗重合；所述侦听时间窗接收上级节点的节点数据，所述上传时间窗发送本级节点的节点数据至下级节点。
优选地，节点在时间窗时处于唤醒状态进行数据通信，其余时间处于睡眠状态；且在侦听时间窗口侦听下级节点上传的数据，在上传时间窗将节点数据上传给上级节点，这样每个节点只用唤醒两个时间窗的时间就可以实现数据的依次上传。
优选地，相邻的节点之间采用应答模式进行通信，即数据发送后会收到一个响应，如果没有收到响应，就重传；当一个节点故障时，它的下一级节点经预定次重试仍然不能够得到回应，休眠到他的上上级节点的侦听时间窗口，再开始数据传输。
优选地，节点数据采用集总帧的模式：数据上传时，最末端节点将自己的数据发送给次末端节点，次末端节点再将本身数据加入，再把两个节点的数据都发送给上级的节点，依次循环，保证到达网关的数据包含所有的信息；指令下发时，逐级传送，节点在指令堆中找到属于本节点的指令后执行指令，并将该指令从指令堆中去除，然后传给下一级，指令数据越来越短，保证每个节点都不会错过对自己的指令。
优选地，节点登录时，不直接向网关请求，而是向相邻的上级的节点请求，获取本节点的时间窗和其他参数信息，以及所有自己下级的节点配置信息。
优选地，各相邻节点之间进行时间延时同步，同步方式为：上级节点初始的本地时间为T1，相邻节点间标准帧一次发送和接收后的本地时间为T2，发送时间延时同步时的本地时间为T3，则上级节点的本地时间T1与下级节点的时间T0＝[T3+(T2-T1/2)]设置为同步时间。
本发明产生的有益效果为：本发明功耗低，节点均可采用电池供电，不用走线，节点大部分时间处于睡眠状态，只在自己的时间窗唤醒，除最末端节点外，节点即作为中继，也作为数据采集用节点，***中没有一直处于唤醒状态需要外部供电的中继节点。在星型网络中，要考虑离网关最远的节点也能正常通信，这样选的波特率必然很小，发送时间长，整个***的功耗上升，而本发明通过合理布置节点的位置，可以让平均两个节点的距离较小，这样能够采用更高的波特率进行数据传输，减少了发射接收时间，降低了功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明链型网络的示意图。
图2为本发明节点间的时间窗分配示意图。
图3为本发明节点数据上传的示意图。
图4为本发明节点指令数据下发的示意图。
图5为时间延时同步的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明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。
如图1所示一种低功耗的LoRa链形网络，包括网关以及若干LoRa节点形成的链型网络，且每个节点只与相邻的节点通信，只有与网关相邻的节点与网关通信。网络中各个节点的LoRa参数相同，可以互相通信，网络拓扑相对比较简单，而且易于扩展，有新的需求可以直接在末端增加节点。
如图2所示，采用分时复用的方式，每个节点分配两个时间窗，两个时间窗为连续的侦听时间窗和上传时间窗，且相邻两个节点间侦听时间窗和上传的时间窗重合；所述侦听时间窗接收上级节点的节点数据，所述上传时间窗发送本级节点的节点数据至下级节点。
节点均可采用电池供电，不用走线，节点在时间窗时处于唤醒状态进行数据通信，其余时间处于睡眠状态；且在侦听时间窗口侦听下级节点上传的数据，在上传时间窗将节点数据上传给上级节点，这样每个节点只用唤醒两个时间窗的时间就可以实现数据的依次上传。相邻的节点之间采用应答模式进行通信，即数据发送后会收到一个响应，如果没有收到响应，就重传；为了提升***的鲁棒性，避免一个节点故障导致传递链断裂，当一个节点故障时，它的下一级节点经预定次重试仍然不能够得到回应，休眠到他的上上级节点的侦听时间窗口，再开始数据传输。节点大部分时间处于睡眠状态，只在自己的时间窗唤醒。除最末端节点外，节点即作为中继，也作为数据采集用节点。
5.节点在传输周期整点进行数据采集，在自己的时间窗进行数据通信，其他时间处于睡眠状态，降低功耗。***中没有一直处于唤醒状态需要外部供电的继节点。通过合理布置节点的位置，可以让平均两个节点的距离较小，这样能够采用更高的波特率进行数据传输，减少了发射接收时间，同样降低了功耗。而在星型网络中，要考虑离网关最远的节点也能正常通信，这样选的波特率必然很小，发送时间长，整个***的功耗上升。
如图3-4所示，节点数据采用集总帧的模式：数据上传时，最末端节点将自己的数据发送给次末端节点，次末端节点再将本身数据加入，再把两个节点的数据都发送给上级的节点，依次循环，保证到达网关的数据包含所有的信息；指令下发时，逐级传送，节点在指令堆中找到属于本节点的指令后执行指令，并将该指令从指令堆中去除，然后传给下一级，指令数据越来越短，保证每个节点都不会错过对自己的指令。
如图5所示，节点登录时，不直接向网关请求，而是向相邻的上级的节点请求，获取本节点的时间窗和其他参数信息，以及所有自己下级的节点配置信息。由于***的正常运作依赖时间窗，为了保证信号采集的时间一致以及时间窗分隔数据传输不起冲突，所以需要进行时间同步。
由于信号发送和接收的延时，如果直接用上一个节点的时间会造成一定的偏差，所以要先测量两个节点一次发送和接收延时，校正时间后再进行时间的同步(为了方式数据长度不一致造成的延时不同，图中帧的长度均相等)。各相邻节点之间进行时间延时同步，同步方式为：上级节点初始的本地时间为T1，相邻节点间标准帧一次发送和接收后的本地时间为T2，发送时间延时同步时的本地时间为T3，则上级节点的本地时间T1与下级节点的时间T0＝[T3+(T2-T1/2)]设置为同步时间，在对应的时间启动对应的节点，可以有效保证数据的传输。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低功耗的LoRa链形网络，其特征在于，包括网关以及若干LoRa节点形成的链型网络，且每个节点只与相邻的节点通信，只有与网关相邻的节点与网关通信。
2.如权利要求1所述的一种低功耗的LoRa链形网络，其特征在于，每个节点分配两个时间窗，两个时间窗为连续的侦听时间窗和上传时间窗，且相邻两个节点间侦听时间窗和上传的时间窗重合；所述侦听时间窗接收上级节点的节点数据，所述上传时间窗发送本级节点的节点数据至下级节点。
3.如权利要求2所述的一种低功耗的LoRa链形网络，其特征在于，节点在时间窗时处于唤醒状态进行数据通信，其余时间处于睡眠状态；且在侦听时间窗口侦听下级节点上传的数据，在上传时间窗将节点数据上传给上级节点，这样每个节点只用唤醒两个时间窗的时间就可以实现数据的依次上传。
4.如权利要求3所述的一种低功耗的LoRa链形网络，其特征在于，相邻的节点之间采用应答模式进行通信，即数据发送后会收到一个响应，如果没有收到响应，就重传；当一个节点故障时，它的下一级节点经预定次重试仍然不能够得到回应，休眠到他的上上级节点的侦听时间窗口，再开始数据传输。
5.如权利要求2所述的一种低功耗的LoRa链形网络，其特征在于，节点数据采用集总帧的模式：数据上传时，最末端节点将自己的数据发送给次末端节点，次末端节点再将本身数据加入，再把两个节点的数据都发送给上级的节点，依次循环，保证到达网关的数据包含所有的信息；指令下发时，逐级传送，节点在指令堆中找到属于本节点的指令后执行指令，并将该指令从指令堆中去除，然后传给下一级，指令数据越来越短，保证每个节点都不会错过对自己的指令。
6.如权利要求2所述的一种低功耗的LoRa链形网络，其特征在于，节点登录时，不直接向网关请求，而是向相邻的上级的节点请求，获取本节点的时间窗和其他参数信息，以及所有自己下级的节点配置信息。
7.如权利要求6所述的一种低功耗的LoRa链形网络，其特征在于，各相邻节点之间进行时间延时同步，同步方式为：上级节点初始的本地时间为T1，相邻节点间标准帧一次发送和接收后的本地时间为T2，发送时间延时同步时的本地时间为T3，则上级节点的本地时间T1与下级节点的时间T0＝[T3+(T2-T1/2)]设置为同步时间。
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