一种基于LORA技术的多跳组网方法与流程

本发明属于无线通信领域，涉及一种适合户外远距离无线传输通信系统，具体涉及一种基于lora技术的多跳组网方法。

背景技术：

lora技术是一种星型智能物联网系统，主要包含感知网、核心网、云平台系统三大部分。其中感知网主要运用传感器技术，射频技术采用基于lora技术的lorawan协议实现，是一种完全兼容ieee802.15.4，提供到终端的系统；核心网主要用于转发、认证通过感知网或云平台系统发送的数据，射频技术采用基于lora技术的lorawan协议实现；云平台系统采用soa架构，包含核心系统、业务系统及运维系统等，实现云平台大数据分析及业务展示的功能。

在目前的物联网等领域，为了实现低功耗远距离的传输，采用lora技术已经是一种相当有优势的无线通信，较之传统gprs/cdma/3g/4g及zigbee无线通信模块，同时具有以下优势：

1)无线通信方式结构简单、成本低、功耗低；

2)接收灵敏度高，即无线信号强；

3)传输距离远；

但是目前采用的lora技术，只能实现单一终端设备与单一中心节点设备之间连接，且在更远距离的传输问题上，只能采用中心节点进行数据的中继，这样就导致终端系统之间不能直接进行信息共享，只能通过中心节点进行集中式管理，超远距离的通信，采用中心节点的部署维护成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有lora组网技术存在的缺陷，提出了一种基于lora技术的多跳组网方法，用于解决现有lora无线通信系统存在的问题。

为了实现上述目的，本发明通过以下方案实现：

一种基于lora技术的多跳组网方法，包括感知网、核心网、云平台系统，其中感知网与核心网通过lora射频无线连接，核心网与云平台系统通过ethernet/3g/4g/wifi连接。

上述基于lora技术的多跳组网方法，感知网包括传感器系统，lora射频收发系统，多跳组网系统，中央处理器系统。其中传感器系统用于采集感知网数据；其中lora射频收发系统用于将采集到的数据进行发送或者接收核心网数据；其中多跳组网系统用于实现自动接入或创建感知网单元的多跳组网方法；其中中央处理器系统用于提供数据操作所需时钟及内存等软硬件资源。

上述基于lora技术的多跳组网方法，核心网包括数据转发系统，数据认证系统，lora射频收发系统，多跳组网系统，中央处理器系统。其中数据转发系统用于转发感知网数据到云平台系统，或者转发云平台数据到感知网系统；其中数据认证系统用于验证转发数据的合法性；其中lora射频收发系统用于接收感知网数据或者发送数据到感知网；其中多跳组网系统用于处理感知网的多跳组网数据帧，自动组成多跳网络；其中中央处理器系统用于提供完成所述功能所需的软硬件系统资源。

上述基于lora技术的多跳组网方法，云平台系统包括数据核心系统，业务系统，运维系统，大数据分析系统，业务展示系统。其中核心系统用于实现接收核心网数据或者发送数据到核心网的数据接口引擎；业务系统用于实现根据不同的业务需求，对核心系统收到的数据进行重新格式化；运维系统用于维护整个后台系统的稳定运行；大数据分析系统用于对所有数据进行智能化分析，对整个lora系统数据进行数据深度挖掘；业务展示系统用于将数据通过用户方便获取的方式，如手机app、微信推送等方式，展示给用户。

本发明的优点在于：

1)中继方式简单，容易部署；

多跳组网系统对于感知网端设备，只需正常上电即可，无需用户参与设定；

2)多跳组网的覆盖范围更广；

3)数据共享更方便，节省成本；

通过感知网进行数据中继，替代原有使用中心节点中继，节省成本，且感知网之间数据共享更方便，无需中心节点参与；

附图说明

图1为本发明的lorawan协议数据帧结构图

图2为本发明的lorawan协议mtype字段定义图

图3为本发明的针对多跳组网实现的数据帧结构图

图4为本发明的针对多跳组网实现的subtype字段定义图

图5为本发明的多跳组网系统拓扑结构图

图6为本发明的多跳组网数据报文交互流程图

具体实施方式

以下结合附图与具体实施方式，对本发明的技术原理及实现方法作进一步详细描述。

如图1所示，是lorawan协议标准的数据帧格式定义，也是本发明的技术基础。本图为lorawan协议的数据帧格式，其中phdr,phdr_crc,crc*字段为lora射频芯片自动添加，软件可定义字段为phypayload部分，包括mhdr,macpayload，mic三部分，其中mhdr的mtype字段共3bits，定义出9种数据报类型。

如图2所示，为lorawan的mtype字段定义出的9种数据类型，包括接入请求/应答，不确认的上行/下行数据帧，需要确认的上行/下行数据帧。其中111为专有数据类型，即可由用户自己定义使用，多跳组网即使用mtype为111的数据类型进行扩展实现。

如图3所示，为采用mtype为111自定义的多跳组网数据帧格式，将lorawan原有数据帧格式改为mtype,subtype,majorversion,meshheader,frmpayload,mic字段。

如图4所示，为多跳组网的subtype字段定义，包括多跳组网的接入请求/应答，心跳报文的请求/应答，数据报文的请求/应答。

如图5所示，为多跳组网的经典组网拓扑图。其中感知网设备分为普通感知网设备与根感知网设备，根感知网设备只有一条到核心网的路由。

如图6所示，为多跳组网的加入及创建的数据报文交互流程。心跳报文为每个固定时间发送，如果超时未收到心跳响应，需要感知网设备动态更新路由表。

本实施方式中，感知网设备上电即进行joinreq/rsp的交互，预期时间无法收到应答将进行重试，此数据包为广播形式发送，用于发现附近所有的感知网设备，根据joinrsp回应报文加入多跳网络，同时，加入多跳网络之后，内存维护至少两列的路由表，包含链路质量和路由地址，正常加入多跳网络之后，根据路由算法选出一条合适的路径，进行感知网数据的单播发送，对端收到数据报需要进行ack回应，超过三次无响应，将进行下一个路由路径的发送，同时更新路由表。

本实施方案中，心跳机制同样采用单播形式发送。在成功加入多跳网络之后，需要针对内存的路由表，对每一条路由地址进行单播的心跳报文的发送，若超过三次不能收到应答，则动态更新路由表。

本实施方案中，在上电即进行的joinreq/rsp交互过程中，如果收到核心网回应的joinrsp报文，则定义自己身份为根感知网设备，此时内存只有一条到核心网的路由表，从而避免闭环路由的发生。

本实施方案中,采用冲突检测算法,退避算法,路由算法来实现多跳组网的动态维护及正常运行。

本发明的保护范围包括但不局限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。