一种物联网中的低下行延迟通信方法及系统技术方案

本发明专利技术属于物联网通信技术领域，公开了一种物联网中的低下行延迟通信方法及系统,发送入网请求，发送入网应答；对内收到的请求、应答，进行判断，入网；进行时间片轮询；同一网关下的不同节点被安排在不同的时间片轮流进行数据主动上报；被唤醒时，开启接收窗口用于探测前导码；接收到前导码，继续开放接收窗口，接收寻呼指令；接收到寻呼指令，组对应的寻呼响应帧放入竞争队列中，在到竞争时间片时发送；之后，检测是否现在是否为自身主动上报的时间片。本发明专利技术的基于LoRa的低下行延迟通信方法可以比LoRaWAN更快的进行网关对终端节点的下行通信，最快可以在2秒内对LoRa网关的寻呼进行响应。

【技术实现步骤摘要】
一种物联网中的低下行延迟通信方法及系统
本专利技术属于物联网通信
，尤其涉及一种物联网中的低下行延迟通信方法及系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：LoRa通信技术是一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。LoRa具有传输距离远、穿墙能力高、功耗低等优点，应用范围越来越广。LoRaWAN是由LoRa联盟推出的LoRa技术低功耗广域网规范，定义了LoRa通信规范和使用LoRa作为长距离通信链路的物理层时网络的结构。但LoRaWAN也具有一些劣势，例如下行传输效率低等。目前，LoRaWAN的数据传输系统包括服务器、网关设备和终端，具有8条上行链路和1条下行链路，即具有8条终端向网关设备发送数据的链路和1条网关设备向终端发送数据的链路。当下行传输数据时，即网关设备接收到服务器下发给各个终端的数据时，尤其是数据量较大的数据，例如软件版本或配置文件，网关设备通过唯一的1条下行链路将数据下发给各个终端，由于LoRaWAN的传输速率低，这将长时间的占用下行链路，使得LoRaWAN长时间的无法传输其他数据。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)LoRaWAN的下行传输速率低，长时间的占用下行链路，会使得LoRaWAN无法传输其他数据。(2)ClassA采用异步ALOHA协议进行上行传输，只要终端节点有数据要发送，就尽管让他们发送。规定时间内若收到应答，表示发送成功，否则重发。虽然此协议简单易行，可以随时发送，但是极容易产生冲突。(3)现有的LoRaWAN协议中定义的三种通信终端ClassA/B/C均无法同时实现低功耗和低下行延迟。解决上述技术问题的意义：设计一种不同于LoRaWAN的网关与终端通信方法，以实现比LoRaWAN更快的进行网关对终端节点的下行通信，可以满足一些对下行实时性需求更高的场景需求。同时在此方法中，网关下的每个终端节点独享一个上报时间片，虽然随着入网终端节点的增加，每个终端节点的上报周期会变长，但是同时也避免了终端节点任意上报产生的冲突。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种物联网中的低下行延迟通信方法及系统。，本专利技术是这样实现的，一种物联网中的低下行延迟通信方法，包括：终端节点通过CH0信道向网关发送入网请求；网关收到请求后，发送入网应答，应答帧中包含网关的基本信息；可能区域内会有多个网关收到请求并发送应答，终端节点收到应答之后，根据网关的各种信息进行判断，选择其中一个网关发送入网确认，完成入网。入网后，终端节点进入以2秒为一个时间片的时间片轮询模式(2s的时间片长度可配置)。同一网关下的不同节点在被安排在不同的时间片轮流进行数据主动上报。在此期间，每2秒被唤醒时，只有MCU处于激活状态，其他部分仍处于睡眠状态，只要没有其他任务，很快就会再次进入睡眠，因此耗电极低。在被唤醒时，终端节点会开启4ms的接收窗口用于探测前导码；如果接收到了前导码，则会继续开放接收窗口，接收寻呼指令；如果接收到了寻呼指令，则会组对应的寻呼响应帧放入竞争队列中，在到竞争时间片时发送。之后，会检测是否现在是否为自身主动上报的时间片，如果是，则进行主动上报。接下来，会检测是否到达竞争时间片，如果是，则将竞争队列中的数据在竞争信道成功是进行发送。进一步，终端节点入网、上报数据、接收寻呼数据分别使用CH0、CHx、CHy三个信道，三个信道的具体频段在一定范围内配置。进一步，网关通过下行寻呼指令对终端节点LoRa通信相关的扩频因子SF、信道频段的参数进行更改，通过下行寻呼指令对终端节点实行主动时间校准、强制重启或退网的操作。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述物联网中的低下行延迟通信方法的物联网通信系统。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术的基于LoRa的低下行延迟通信方法可以比LoRaWAN更快的进行网关对终端节点的下行通信，基于LoRa芯片的特性和稳定性的考虑，最快可以在2秒内对LoRa网关的寻呼进行响应。同时在此方法中，网关下的每个终端节点独享一个上报时间片，虽然随着入网终端节点的增加，每个终端节点的上报周期会变长，但是同时也避免了终端节点任意上报产生的冲突。附图说明图1是本专利技术实施例提供的物联网中的低下行延迟通信方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的物联网中的低下行延迟通信方法原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。现有的LoRaWAN协议中定义的三种通信终端ClassA/B/C均无法同时实现低功耗和低下行延迟。LoRaWAN的传输速率低，长时间的占用下行链路，使得LoRaWAN长时间的无法传输其他数据。终端节点入网、上报数据、接收寻呼数据分别使用CH0、CHx、CHy三个信道，三个信道的具体频段可在一定范围内配置。如图1所示，本专利技术实施例提供的物联网中的低下行延迟通信方法具体包括：S101：终端节点通过CH0信道向网关发送入网请求；网关收到请求后，发送入网应答，应答帧中包含网关的基本信息；可能区域内会有多个网关收到请求并发送应答，终端节点收到应答之后，根据网关的各种信息进行判断，选择其中一个网关发送入网确认，完成入网。S102：入网后，终端节点进入以2秒为一个时间片的时间片轮询模式(2s的时间片长度可配置)。同一网关下的不同节点在被安排在不同的时间片轮流进行数据主动上报。在此期间，每2秒被唤醒时，只有MCU处于激活状态，其他部分仍处于睡眠状态，只要没有其他任务，很快就会再次进入睡眠，因此耗电极低。S103：在被唤醒时，终端节点会开启4ms的接收窗口用于探测前导码；如果接收到了前导码，则会继续开放接收窗口，接收寻呼指令；如果接收到了寻呼指令，则会组对应的寻呼响应帧放入竞争队列中，在到竞争时间片时发送。之后，会检测是否现在是否为自身主动上报的时间片，如果是，则进行主动上报。接下来，会检测是否到达竞争时间片，如果是，则将竞争队列中的数据在竞争信道成功是进行发送。终端节点入网、上报数据、接收寻呼数据分别使用CH0、CHx、CHy三个信道，三个信道的具体频段可在一定范围内配置，以适应不同地区的使用。根据semtech公司提供的LoRa芯片datasheet中的原理和公式，利用rssi、snr、SF等参数，可以进行终端节点与网关之间的精确时间同步，时间同步会在入网时和网关寻呼指令要求时进行。网关可以通过下行寻呼指令对终端节点LoRa通信相关的扩频因子SF、信道频段等参数进行更改，通过下行寻呼指令对终端节点实行主动时间校准、强制重启或退网等操作。本专利技术的基于LoRa的低下行延迟通信方法可以比LoRaWAN更快的进行网关对终端节点的下行通信，基于LoRa芯片的特性和稳定性的考虑，最快可以在2秒内对LoRa网关的寻呼进行响应。但也因此牺牲了部分上行通信的效率：当一个网关管理的终端节点越多，这些终端节点进行主动上报的周期就越长。但因为网关下的每个终端节点独享一个上报时间片，同时也避免了LoRaWAN中终端节点任意上报产生的冲突。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物联网中的低下行延迟通信方法，其特征在于，所述物联网中的低下行延迟通信方法包括：发送入网请求，发送入网应答；对内收到的请求、应答，进行判断，入网；进行时间片轮询；同一网关下的不同节点被安排在不同的时间片轮流进行数据主动上报；被唤醒时，开启接收窗口用于探测前导码；接收到前导码，继续开放接收窗口，接收寻呼指令；接收到寻呼指令，组对应的寻呼响应帧放入竞争队列中，在到竞争时间片时发送；之后，检测是否现在是否为自身主动上报的时间片；是，则进行主动上报；接下来，检测是否到达竞争时间片；是，将竞争队列中的数据在竞争信道进行发送。

【技术特征摘要】
1.一种物联网中的低下行延迟通信方法，其特征在于，所述物联网中的低下行延迟通信方法包括：发送入网请求，发送入网应答；对内收到的请求、应答，进行判断，入网；进行时间片轮询；同一网关下的不同节点被安排在不同的时间片轮流进行数据主动上报；被唤醒时，开启接收窗口用于探测前导码；接收到前导码，继续开放接收窗口，接收寻呼指令；接收到寻呼指令，组对应的寻呼响应帧放入竞争队列中，在到竞争时间片时发送；之后，检测是否现在是否为自身主动上报的时间片；是，则进行主动上报；接下来，检测是否到达竞争时间片；是，将竞争队列中的数据在竞争信道进行发送。2.如权利要求1所述的物联网中的低下行延迟通信方法，其特征在于，发送入网请求，发送入网应答；对内收到的请求、应答，进行判断，入网；具体包括：终端节点通过CH0信道向网关发送入网请求；网关收到请求后，发送入网应答，应答帧中包含网关的基本信息；可能区域内会有多个网关收到请求并发送应答，终端节点收到应答之后，根据网关的各种信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴庆祺，许斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61