一种LoRa自组网络方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种LoRa自组网络方法及系统，LoRa自组网络方法的步骤包括S1网关端接收设备端上报信息并确定是否需要下放数据至设备端；S2服务器根据上报信息决定是否发送下行数据至网关端；S3网关端接收到服务器下行数据后调取数据队列内的数据发送到设备端实现网络自组。LoRa自组网络系统，包括服务器端和设备端，所述服务器端和设备端之间设有网关端，所述网关端连接有若干设备端。进行网络配置时，网关端可直接发送数据给设备端，规避了传统LoRaWAN的一秒时延限制，大大缩短了了设备端网络配置的时间，同时自研协议使用扩频因子为SF5，传输速度远远大于现有的扩频因子SF7，使得现有传输数据过程中在相同时间内中可以传输更多的数据。传输更多的数据。传输更多的数据。

【技术实现步骤摘要】
一种LoRa自组网络方法及系统


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种LoRa自组网络方法及系统。

技术介绍

[0002]目前已有无线组网传输方案中有基于semtech传统的LoRaWAN标准协议的星型网络和基于zigbee,wifi、蓝牙、nb
‑
iot等技术的自主网络。但是Zigbee、wifi、蓝牙工作在高频段，在常见的复杂环境中，传输距离有限难以覆盖更大的区域，并且基于其自身技术特点无法大量组成网络。而基于semtech的LoRaWAN星型网络三种标准协议中：1.CLASS A 无法满足平台对大量设备（1000台）的配置需求，根据LoRaWAN标准，设备上下行有1S的时延(即设备上发数据后等待至少1S打开接收窗口接收下行数据)，理想状态下全部配置一遍至少需要花费16min(实测30min)；2.CLASS B需要网关和平台对时时间精确到毫秒，部分定位场景处于内网状态无法对时，并且平台实现起来难度颇大；3.CLASS C无法满足设备（NODE）低功耗的要求，CLASS C是设备发射完毕数据后一直处在接收状态，功耗极高。另外LoRaWAN协议最快支持到SF7(扩频因子)，以传输8字节用户数据为例空口时间51ms，相对于大量设备（1000台）自由上行来说同一时刻存在比较大的碰撞几率。因此亟需一种全新的LoRa自组网络方法实现无线网络维持低功耗、中远距离、大规模、高并非、低延时的传输。
[0003]中国专利文献CN112969211A公开了“一种网状结构的LoRa自组网方法及系统”。组网步骤包括入网设备按照从上到下的路由层级顺序，逐级发送入网请求，直到该入网设备收到某上级设备分配的网络信息，网络信息包括网络号、路由层级、工作信道，若所述入网设备是中继模块，网络信息还包括路由编号；其中，网络号设置为上级设备所属的网络号，路由层级设置为上级设备所属路由层级的下一层级别，路由编号设置为上级设备管理直接下级的设备编号；当入网设备收到上级设备分配的网络信息后，依据信号强度绑定上级，并向上级设备上报绑定成功的数据，若所述入网设备为中继模块，上报的数据包括目的地址、设备地址、网络号、路由层级、路由编号；若所述入网设备为终端模块，则上报的数据包括目的地址、设备地址；上级设备收到入网设备的上报数据后，若入网设备在上级设备管理的路由编号范围内，进行路由表的更新，然后按照从下到上的层级顺序，逐级上报直接上级设备；若入网设备不在上级设备管理的路由编号范围内，且存储有入网设备的路由信息，则删除路由信息。但是该专利无法实现大规模、低延时的LoRa网络自组。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要解决原有LoRa网络自组延时高、规模小的技术问题，提供一种LoRa自组网络方法及系统，本专利技术中系统包括设备端和网关端以及服务器，网关端使用上下行异频的方式同时与服务器和设备端进行数据传输，扩大了空口容量，加快了数据传输的速率，同时在组网过程中采用的自研协议将设备端所需数据提前聚集在网关端形成数据队列，网关端在得到服务器确认后直接从数据队列中调取设备端所需数据，无需再从服务器中获取数据，加快了设备端的网络配置，加快了网络自组速度。自研协议还采用了SF5作为扩频因
子进行传输，SF5比现有的SF7拥有更大的空口容量以及更短的传输速度，进一步降低了LoRa网络自组时的延迟，由于网络配置速度加快，因此本专利可以搭建规模更大的LoRa网络。
[0005]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术包括S1网关端接收设备端上行数据并确定是否需要下放下行数据至设备端；S2服务器根据上行数据决定是否发送下行数据至网关端；S3网关端接收到服务器下行数据后调取数据队列内的数据发送到设备端实现网络自组。
[0006]现有LoRa网络可以通过zigbee,wifi、蓝牙、nb
‑
iot方式实现网络自组，但是由于zigbee,wifi、蓝牙、nb
‑
iot均需要在高频段工作，因此该方式组成网络需要在较为稳定的环境中才能进行正常工作，而现实网络使用环境一般都较为复杂，因此通过该方式无法组成较大规模的网络，限制了网络的使用环境。而通过semtech组成传统的LoRaWAN标准协议的星型网络同样存在一些问题。该方式组件的网络在配置组件过程中需要遵循LoRaWAN协议内的1S延时，因此当组网规模较大时，整个网络配置等待时间就会很漫长，极其影响网络的使用，同时在使用过程中多个设备端的LoRaWAN协议内的1S延时多层叠加也会使得整个网络延时较大，网络的实时性受到很大的影响。另外该方式组建网络需要网关端和服务器在时间精度上达到毫秒级别，而现有的LoRaWAN协议最快仅能采用SF7，在数据传输过程中存在数据碰撞，因此当网络内的设备规模提升到一个较大的数量后，实现该方式的网络组建的难度比较大，同时也无法实现低功耗的要求。因此本专利技术的自组网络系统中网关端采用上下异频传输与服务器和设备端进行连接，在组网时，使用自研协议将服务器需要传输至设备端的数据事先集中在网关端形成数据队列，当服务器需要给设备端发送下行数据时可以直接从网关端的数据队列中调取所需数据，无需再重新经过服务器，加快了传输效率，同时网关端需要按照时间戳处理服务器和设备端的数据，原有的LoRa网络为了能够提高适应性，因此LoRaWAN协议在传输数据过程中增加了1S的时延，本专利中的自研协议在维持网络适应性的基础上取消了1S的时延限制，进一步加快了网络自组的速度以及数据传输的速度，实现了低延时、大规模、低功耗的LoRa网络自组。
[0007]作为优选，所述步骤S3中，自研协议提前将设备端数据存储到网关端形成数据队列，当服务器需要给设备端发送数据进行设备配置时，网关端检索数据队列内数据并将所需数据下发至设备端。现有的网络组建中，数据一般存储在服务器内，当网关端确认设备端上传的上行数据并需要发送对应下行数据后，网关端需要重新向服务器发送请求数据，服务器得到请求数据后，将对应设备端所需要的数据传输到网关端，网关端再将所需要的数据传输到对应的设备端。整个过程较为繁琐，极大地延缓了网络自组的速度，本专利的自研协议会将设备端配置所需要的数据事先集中在网关端形成一个数据队列，网关端在得到服务器的确认后，网关端检索数据队列将对应的数据下发至对应的设备端。按照本专利的执行方式，网关端在确认设备端传输的上行数据无误后只需得到服务器的确认数据后即可直接从数据队列内发送下行数据至对应设备端，无需再次重新从服务器调取数据，由于数据事先存储在网关端，因此网关端以及服务器之间传输次数减少，LoRaWAN协议内1S限制也就减少，加快了设备端获取配置所需数据的速度，加快了网络自组的速度。
[0008]作为优选，所述步骤S1
‑
S3中，网关端和设备端以及服务器之间传输时，自研协议
采用扩频因子SF5。现有的LoRaWAN协议中使用SF7
‑
SF12作为扩频因子进行传输，扩频因子为数据通信的传输速率，而在传输同样长度数据时，SF本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LoRa自组网络方法，其特征在于，步骤包括S1网关端接收设备端上报信息并确定是否需要下放数据至设备端；S2服务器根据上报信息决定是否发送下行数据至网关端；S3网关端接收到服务器下行数据后调取数据队列内的数据发送到设备端实现网络自组。2.根据权利要求1所述的一种LoRa自组网络方法，其特征在于，所述步骤S3中，自研协议提前将设备端数据存储到网关端形成数据队列，当服务器需要给设备端发送数据进行设备配置时，网关端检索数据队列内数据并将所需数据下发至设备端。3.根据权利要求1所述的一种LoRa自组网络方法，其特征在于，所述步骤S1
‑
S3中，网关端和设备端以及服务器之间传输时，自研协议采用扩频因子SF5。4.根据权利要求3所述的一种LoRa自组网络方法，其特征在于，所述步骤S1中，网关端线程1接收到设备端的上行数据，在确认数据为非干扰数据后，网关端检索数据队列内是否存在所需下行数据，若存...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳林杰，顾超杰，詹伟杰，刘建，陈凯，
申请(专利权)人：浙江利尔达物联网技术有限公司，
类型：发明
国别省市：