一种LoRa通讯网络传输速率智能扫描及动态优化配置的方法技术

本发明专利技术涉及LoRa无线通讯领域，公开了一种LoRa通讯网络传输速率的智能扫描及动态优化配置的方法，包括如下步骤：(1)传输速率表预设；(2)传输速率扫描；(3)传输速率动态配置。所提出的智能扫描及动态优化配置的方法采用各个传输速率及其对应最小传输周期作为传输速率表预设的参数项，并采取连续多包传输机制作为扫描机制。所提出的智能扫描及动态优化配置的方法能够快速、准确、方便、灵活地进行LoRa传输速率测试，缩短LoRa网络测试、配置及部署的周期，加快了LoRa网络应用布局，更好地满足日益增长的物联网通讯需求。

A method of intelligent scan and dynamic optimal configuration of transmission rate in Lora communication network

【技术实现步骤摘要】
一种LoRa通讯网络传输速率智能扫描及动态优化配置的方法
本专利技术涉及LoRa无线通讯领域，尤其涉及一种LoRa通讯网络传输速率智能扫描及动态优化配置的方法。
技术介绍
随着物联网技术的发展，LoRa无线通信技术渐渐崭露出头角，成为了实现万物互联愿景的必不可少的技术手段之一。LoRa技术的应用场景十分广泛，常见的有物流追踪、位置定位、林业监测等。无论在何种应用场景之下，LoRa网络布局的核心一步总是要最终得到布局点位适合的LoRa传输速率。这一步关系到整个LoRa网络后期能否稳定传输，因此需要进行周密的测试探究。传统的LoRa传输速率测试中借助手工调试方式，人工进行某两点点位处的LoRa传输性能测试，这个过程需要要携带电脑、对讲机等许多工具辅助调整LoRa节点的各个传输速率。这样的测试只能一次测试一个速率，然后双方再次修改到另一个速率上继续进行测试。如果遇到测试环境恶劣，如在野外山地，则会严重拖延工期。因此会存在以下问题：耗费人力物力资源多、劳动强度大、测试周期长、测试环境受限、测试效果不理想等。显然，借助传统手工调试进行LoRa通讯网络传输速率测试并不能很好地跟上当今日益增长的LoRa网络布局的节奏，严重阻碍了LoRa网络在多场景之下的布局应用。另外，传统的速率测试流程没有直接对接后续的LoRa组网信息配置，使得在LoRa组网时需要人为将传输速率再次录入到配置文件中，当网络节点足够多时就会显得配置操作非常麻烦。目前，国内外学者对LoRa传输速率的探究大多重在后期的传输数据分析之上，但尚未提出一种快速、准确、方便、灵活的传输速率测试的方法，从而从数据源头保证测试速率的可靠性，即使在恶劣环境之下也能很好地完成测试任务。
技术实现思路
：本专利技术目的在于针对传统LoRa传输速率测试的效率低、周期长、成本大、测试环境受限等问题，提供一种LoRa通讯网络传输速率智能扫描及动态优化配置的方法。所提出的智能扫描及动态优化配置的方法采用各个传输速率及其对应最小传输周期作为传输速率表预设的参数项，并采取改良的连续多包传输机制作为扫描机制。所提出的智能扫描及动态优化配置的方法能够快速、准确、方便、灵活地进行LoRa传输速率测试，缩短LoRa网络测试、配置及部署的周期，加快了LoRa网络应用布局，更好地满足日益增长的物联网通讯需求。为了达到上述目的，本专利技术提供一种LoRa通讯网络传输速率智能扫描及动态优化配置的方法，其特征在于，包括以下的步骤：(1)传输速率表预设；(2)传输速率扫描；(3)传输速率动态配置；其中，所述传输速率表预设是指，既包含一系列传输速率的预设，也包含对应的一系列最小传输周期的预设，所述传输速率可由公式来确定，其中DR为传输速率；SF为LoRa调制的扩频因子，取值范围是6～12之间的整数；BW为LoRa调制信号的带宽，取值范围为125～500KHz；CR为调制编码率，可以由公式确定，其中n取值为1～4之间的整数。所述最小传输周期由实验测试和理论公式计算得到，实验测试及理论验证所得如下关系：Tmin＝ToA+Tc+Tother其中，Tmin是指最小传输周期，所述最小传输周期是指在传输数据长度为LoRa最大设定负载长度下的对应传输速率的传输周期，最大设定负载长度可由对应LoRa芯片手册获得；ToA是指LoRa调制信号的空中传输时间，可由理论公式求得；Tc是指其他类型通信接口的传输时间，包括UART接口及其他实际设备中所使用到的通信接口，由对应通信接口的波特率按对应类型通信接口的传输负载长度换算可得，如果数据处理单元直接控制LoRa芯片，则Tc＝0；考虑到实际情况还应包含程序处理过程所花费的时间，Tother为数据协议格式解封装、程序数据处理时间，一般情况下小于10ms，可由实验测得。上述ToA的获得有一个简便的方法，通过实验可以直接使用示波器测试LoRa芯片高电平的持续时间即为ToA的时间。所述传输速率的预设是指，选取多个不同传输速率作为测试目标，各个传输速率仅在带宽或扩频因子选取上有区分度，不以调制编码率作为区分条件，即所有设定传输速率的调制编码率均一致；所述传输速率的范围是由上述传输速率计算公式计算得到且在1Kbps到37.5Kbps之间的一系列传输速率，理论可知小于1Kbps的传输速率测试所花费的传输时间过长，不适用于大容量数据包的收发，所谓大容量数据包指的是需要被分组成为多个LoRa数据包进行传输的数据，由理论得高于37.5Kbps的传输速率不可靠；所述最小传输周期是指，该最小周期已经是能正常传输数据包所容忍的最小周期，低于此周期的LoRa传输将出现信道冲突。由示波器测试LoRa芯片引脚的波形图可知，当一个传输速率对应设定的传输周期值小于上述方法所得的最小传输周期值时就会导致发送数据包交叠，波形图显示不为规律的周期性方波，LoRa传输不可正常使用；当一个传输速率对应设定的传输周期大于等于上述方法所得的最小传输周期值时就能正常发送数据包而不会出现交叠的现象，波形图显示为规律的周期性方波。所述智能扫描及动态优化配置的方法，其特征还在于，所述步骤(3)中，所述传输速率的扫描中，采用了连续多包传输机制；其特征还在于，所述传输速率之间按所述传输速率表顺序进行切换，由预设表的最高速率作为起始速率；其特征在于，所述当前传输速率测试包括所述传输速率表中的各个传输速率的连通性测试，以及发送节点向接收节点连续发送数据包的丢包率测试，当连通性测试未成功，则跳过丢包率测试并切换到下一个传输速率上。所述连通性测试是指所述传输速率下，收发双方成功建立连接时发送节点所发送过的数据包个数，同时连通性测试的数据包上限设置为5s内当前传输速率能够传输的总包数向下取整的结果，超过此上限则连通性测试失败；所述连续发送数据包是指，丢包率测试过程中所述发送节点向所述接收节点连续发送数据包的方式；在连续发送数据包过程中，所述接收节点记录的数据包接收情况的数据，包括所述每个包的信噪比(SNR)、所述信号强度(RSSI)以及所述发送的总包数字段和当前包号字段，等到发送完毕之后，接收节点向发送节点返回确认接收结束信息，结束所述丢包率测试。所述连续多包传输机制是丢包率测试采用的传输机制，其特征还在于，LoRa上下行的通信都由同一个节点发起，在上行通信链路中，发送节点A先发送请求数据给接收节点B，接收节点B接收到后回复ACK确认信息，之后紧接着开始连续发送数据包给发送节点A，知道发送数据结束后发送一个带结束字段的数据包给节点A；在下行通信链路中，发送节点A先发送请求数据给接收节点B，接收节点B接收到后回复ACK确认信息，之后发送节点A开始连续发送数据包给接收节点B，直到发送数据完毕后继续发送一个带结束字段的数据包给接收节点B。如果当上下行请求数据发送后未收到接收节点B的回复，则发送节点A会继续发送请求信号给B节点。所述智能扫描及动态优化配置的方法，其特征还在于，传输节点在扫描完一遍传输速率表之后，对各个传输速率下的接收数据包进行统计，得到所述传输速率表中的各个传输速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LoRa通讯网络传输速率智能扫描及动态优化配置的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)传输速率表预设；/n(2)传输速率扫描；/n(3)传输速率动态配置；/n其中，所述传输速率表预设是指，既包含一系列传输速率的预设，也包含对应的一系列最小传输周期的预设，所述传输速率由理论公式计算得到，所述最小传输周期由实验测试和理论公式得到；所述最小传输周期是指，在LoRa最大设定负载长度下实际传输设备以一个传输速率发送一个数据包所需要的最小周期，最大设定负载长度由对应LoRa芯片手册得到，其值等于该速率下的空中传输时间与通信接口传输时间之和，所述空中传输时间由公式计算所得；所述通信接口传输时间是指使用了对应类型的通信接口，则为对应类型通信接口的传输时间，如果使用UART串口传输，则该时间就为串口对应波特率按UART传输负载长度换算的数据传输时间；所述最小传输周期，是指该最小周期已经是能正常传输数据包所容忍的最小周期，低于此周期的LoRa传输将出现信道冲突；/n其中，所述传输速率的扫描，采用了连续多包传输机制；所述传输速率之间按所述传输速率表顺序进行切换，由预设表的最高速率作为起始速率；所述传输速率测试包括各个传输速率的连通性测试，以及发送节点向接收节点连续发送数据包的丢包率测试，当连通性测试未成功，则跳过丢包率测试并切换到下一个传输速率上；/n其中，传输速率动态配置是指，传输节点在扫描完一遍传输速率表之后，对各传输速率下的丢包率进行统计，将所有测试传输速率按照丢包率划分成三个等级，第一个等级的丢包率小于等于5％，第二个等级的丢包率在5％～10％，第三个等级的丢包率大于10％，一个等级内的多个传输速率按照从高到低的顺序优先选取，不同等级内的传输速率按照从第一往第三等级的顺序优先选取，最后获得的传输速率即为该位置的最佳传输速率，并将最佳传输速率和对应最小传输周期参数存放在配置文件里，由设备通信程序调用该配置文件，完成传输速率的动态配置；/n其中，在传输速率动态配置结束后会实时监测正常传输过程中是否超时，超时时间等于1～2s内的固定时长加上当前传输速率对应的最小传输周期之和；当发生超时会按照传输速率表预设再次初始化传输速率并进行新一次的传输速率扫描过程，从而确定一个新的最佳传输速率。/n...

【技术特征摘要】
1.一种LoRa通讯网络传输速率智能扫描及动态优化配置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)传输速率表预设；
(2)传输速率扫描；
(3)传输速率动态配置；
其中，所述传输速率表预设是指，既包含一系列传输速率的预设，也包含对应的一系列最小传输周期的预设，所述传输速率由理论公式计算得到，所述最小传输周期由实验测试和理论公式得到；所述最小传输周期是指，在LoRa最大设定负载长度下实际传输设备以一个传输速率发送一个数据包所需要的最小周期，最大设定负载长度由对应LoRa芯片手册得到，其值等于该速率下的空中传输时间与通信接口传输时间之和，所述空中传输时间由公式计算所得；所述通信接口传输时间是指使用了对应类型的通信接口，则为对应类型通信接口的传输时间，如果使用UART串口传输，则该时间就为串口对应波特率按UART传输负载长度换算的数据传输时间；所述最小传输周期，是指该最小周期已经是能正常传输数据包所容忍的最小周期，低于此周期的LoRa传输将出现信道冲突；
其中，所述传输速率的扫描，采用了连续多包传输机制；所述传输速率之间按所述传输速率表顺序进行切换，由预设表的最高速率作为起始速率；所述传输速率测试包括各个传输速率的连通性测试，以及发送节点向接收节点连续发送数据包的丢包率测试，当连通性测试未成功，则跳过丢包率测试并切换到下一个传输速率上；
其中，传输速率动态配置是指，传输节点在扫描完一遍传输速率表之后，对各传输速率下的丢包率进行统计，将所有测试传输速率按照丢包率划分成三个等级，第一个等级的丢包率小于等于5％，第二个等级的丢包率在5％～10％，第三个等级的丢包率大于10％，一个等级内的多个传输速率按照从高到低的顺序优先选取，不同等级内的传输速率按照从第一往第三等级的顺序优先选取，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达，张志浩，黄樟钦，张佰国，张晓波，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11