一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制技术方案

本发明专利技术提供了一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制，包括采集设备和多个智能表计终端，所述采集设备和多个智能表计终端采用星型网络连接，采集设备和智能表计终端之间采用LoRa双向无线扩频通信。本发明专利技术实现了主节点和从节点之间的双向实时通信；并且，当从节点非主节点的唤醒对象时，有效地减少了从节点的接收时长，进而降低了从节点的功耗。

A wake-up mechanism based on LoRa wireless meter reading system

The invention provides a wake-up mechanism in wireless meter reading system based on LoRa, including the acquisition of equipment and a plurality of smart meter terminal, the acquisition device and a plurality of smart meter terminal uses a star network connection, acquisition equipment and intelligent meter LoRa bidirectional wireless spread spectrum communication used between terminals. The invention realizes two-way real-time communication between the main node and the slave node, and when the wakeup object from the node's non main node is effectively, it reduces the time of receiving from the node and reduces the power consumption of the slave node.

【技术实现步骤摘要】
一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制
本专利技术涉及一种通信方法，尤其涉及一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制。
技术介绍
LoRa是LPWAN通信技术中的一种，它是美国Semtech公司推出的一种基于扩频通信技术的超远距离无线传输方案。该方案为用户提供了一种能够实现远距离、长电池寿命、大容量的无线传感网络系统。鉴于LoRa扩频通信技术较低的功耗和较远的传输距离，它在智能水表、智能电表、智能燃气表和智能热量表等领域得到了广泛的应用。通常采用LoRa通信的无线抄表系统由多个智能表计终端(从节点)和采集设备(主节点)构成星型连接网络。主节点通常采用市电供电，默认情况下工作于接收状态；从节点采用电池供电，定期的向主节点发送计量数据；为了实现实时的读取从节点的计量数据或者发送控制指令(比如阀门控制、供电控制等)，必须有一种实时的双向通信机制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制，用以解决主节点和从节点之间的双向实时通信问题。本专利技术采用以下技术方案：一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制，其中，包括采集设备和多个智能表计终端，所述采集设备和多个智能表计终端采用星型网络连接，采集设备和智能表计终端之间采用LoRa双向无线扩频通信。优选的，所述智能表计终端的通信步骤包括：步骤1，智能表计终端中心频率设置为第一预设值A；步骤2，进入CAD监测模式；步骤3，在Tcad时间内检测是否有活动信道，若有，则进入唤醒码接收模式，执行步骤4；若没有，则进入休眠并等待下一次CAD检测周期到来；Tcad为CAD监测时长；步骤4，检测唤醒码数据是否接收完成，若未完成，则继续接收；若完成，则检测地址是否匹配，若不匹配，则结束检测并进入休眠并等待下一次CAD检测周期到来；若匹配，则设置智能表计终端中心频率为第二预设值B，然后开始接收数据。优选的，所述采集设备的通信步骤包括：步骤1，采集设备的定时器清零；步骤2，设置发射端中心频率为第一预设值A；步骤3，在twake时间内连续发送唤醒码；所述唤醒码为待接收数据的智能表计终端地址的最低两字节；twake大于Tcad；twake为唤醒码发送时长。步骤4，检测是否到twake时间，若未到，则继续发送唤醒码；若已到，则设置采集设备中心频率为第二预设值B，然后开始发送数据。本专利技术的有益效果如下：本专利技术实现了主节点和从节点之间的双向实时通信；并且，当从节点非主节点的唤醒对象时，有效地减少了从节点的接收时长，进而降低了从节点的功耗。和原有的CAD监测方式相比，从节点的最大接收时长由为twake+tdata降低为2*twake/N。附图说明图1是基于LoRa抄表系统星型网络示意图；图2是CAD监测方式示意图；图3是上传后定时接收方式示意图；图4是脉冲同步法示意图；图5是专利技术LoRa无线抄表系统唤醒机制示意图；图6是主节点工作流程图；图7是从节点工作流程图。具体实施方式如图1所示，采用LoRa通信的无线抄表系统由多个智能表计终端(从节点)和采集设备(主节点)构成星型连接网络。主节点通常采用市电供电，默认情况下工作于接收状态；从节点采用电池供电，定期的向主节点发送计量数据。为了在尽量不牺牲从节点电池使用寿命的前提下，实现该双向通信机制，通常采用的方法有：图2所示为CAD(ChannelActivityDetection)监测法，图中：201-前导码，202-数据发送，203-CAD监测，204-数据接收。LoRa从节点定期Tcad进入CAD监测，监测有无活动的无线信道，主节点发送数据前首先发射tpre时间的前导码，为保证从节点监测到该前导码。tpre必须大于Tcad；从节点监测到有效的活动信道后立即进入接收模式，直至有效数据接收完毕。该方法保证了主节点可以在Tcad时间内唤醒从节点并向从节点发送数据，但是如果现场有多个从节点的话，当主节点发送前导码的时，从节点一旦进入CAD则会保持接收状态直至主节点发送数据完毕。对于无线抄表系统而言，哪怕主节点的数据仅仅是发送至某一个从节点，其余所有的节点都会进入接收模式直至主节点数据发送完毕，增加了系统的功耗。图3所示为上传后定时接收方式示意图，图中：301-数据接收，302-状态切换，303-数据发送。LoRa主节点通常状态下处于接收状态，从节点发送数据后，在主从双方约定的延时tdelay后进入接收模式；tdelay期间，主节点完成从发射状态向接收状态的切换，并在tdelay延时到后向从节点发送数据。发送完成后从节点重新进入休眠状态，主节点继续进入接收状态。该方法虽然实现了主从节点间的双向通信，并且从节点的功率可以做的很小，但是主节点只能在接收从节点后的特定时间内向从节点发送数据，不能在任意时刻向从节点发送数据。图4所示为脉冲同步法示意图，图中：401-同步脉冲发送，402-数据发送，403-同步脉冲接收，404-数据接收。主节点定期Tsync发送同步脉冲，从节点加入网络后处于接收状态并等待同步脉冲，接收到同步脉冲后，以此时刻为计时起点，在特定的时间内进入接收模式，并在Tsync周期后再次等待同步脉冲，来完成主节点和从节点的同步。为了保证从节点可靠的接收主节点发送的同步脉冲，从节点的同步脉冲接收时间tsync_r应适当的大于主节点的同步脉冲发送时间tsync_t。该方法基本实现了主节点和从节点之间的双向通信，但是从节点需要周期性的进入接收模式，功耗较大。如图5所示，图中：501-唤醒码发送，502-数据发送，503-唤醒码接收，504-CAD监测，505-数据接收。LoRa从节点定期Tcad进入CAD监测模式，监测有无活动的无线信道，主节点发送数据前首先工作于唤醒码发送模式，发射twake时间的唤醒码；这里唤醒码为接收对象地址的最低两字节，例如从节点地址为101234567890，则唤醒码为7890；唤醒码在twake周期内持续发送，为保证从节点监测到该唤醒码twake必须大于Tcad。唤醒码发送完毕后，主节点切换至数据发送模式，并完成有效数据的发送。从节点监测到有效的活动信道后立即进入唤醒码接收模式，当从节点成功接收唤醒帧后，立即与自身地址的后两字节向对比，如果地址两字节不完全一致则立即进入休眠状态；如果地址一致则切换至数据接收模式，并保持接收状态直至接收到有效的负载数据包。如果twake期间，共发送了N个唤醒码，那么单个唤醒码的发送周期为twake/N，可知如果从节点不是主节点发送数据的目标地址的话，从节点的最大接收时长为2*twake/N。主节点在唤醒码发送和数据发送模式时分别工作于不同的频点；从节点在唤醒码接收和数据接收模式时也分别工作于不同的频点，且和主节点在唤醒码发送和数据发送模式时的工作频点保持一致。本专利技术提供一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制，包括采集设备和多个智能表计终端，所述采集设备和多个智能表计终端采用星型网络连接，采集设备和智能表计终端之间采用LoRa双向无线扩频通信。如图6所示，采集设备(主节点)的通信步骤包括：步骤1，采集设备的定时器清零；步骤2，设置发射端中心频率为第一预设值A；步骤3，在twake时间内连续发送唤醒码；所述唤醒码为待接收数据的智能表计终端地址的最低两字节；twake大于Tcad；twa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制，其特征在于：包括采集设备和多个智能表计终端，所述采集设备和多个智能表计终端采用星型网络连接，采集设备和智能表计终端之间采用LoRa双向无线扩频通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制，其特征在于：包括采集设备和多个智能表计终端，所述采集设备和多个智能表计终端采用星型网络连接，采集设备和智能表计终端之间采用LoRa双向无线扩频通信。2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa无线抄表系统唤醒机制，其特征在于：所述智能表计终端的通信步骤包括：步骤1，智能表计终端中心频率设置为第一预设值A；步骤2，进入CAD监测模式；步骤3，在Tcad时间内检测是否有活动信道，若有，则进入唤醒码接收模式，执行步骤4；若没有，则进入休眠并等待下一次CAD检测周期到来；Tcad为CAD监测时长；步骤4，检测唤醒码数据是否接收完成，若未完成，则继续接收；若完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：申永鹏，谢小品，李信波，刘硕，闫增伟，
申请(专利权)人：河南卓正电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41