CN109041272A - 一种LoRa自组网的组网方法及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种LoRa自组网的组网方法及其通信方法，本发明LoRa自组网系统基于网络拓扑结构，在节点单元数量增加时无需增加中继节点的数量，降低了系统的架设和使用成本。本发明LoRa自组网系统中在通信中引入父子节点概念及路由表数据，具有高效的数据传输能力，克服了原本广播形式无法克服的数据传输缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种LoRa自组网的组网方法及其通信方法。
背景技术
物联网有三个基本要素：感知、智能、互联，现如今在感知和智能方面已经计较完善，而在互连上存却在缺陷。物联网领域常用的无线技术不外乎ZigBee、WiFi、蓝牙这3种，3种方案各有其优点，适用于不同的场景，但都无法对传输距离短这一事实给出一个令人满意的解决方案。对于物联网传输的成本低且传输距离远的目标，这两种都不是最好的解决方案。LPWAN(Low Power Wide Area Network)技术出来之前，通信距离短这个问题一直是物联网的诟病，LoRa是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的远距离无线传输方案，此方案增加了链路预算和更好的抗干扰性能。目前LoRa的应用更多的是基于星型拓扑结构，这种拓扑结构的缺点是当节点数量增加时到一定数量时需要增加中继的数量，成本较高。针对这个问题，本设计提出一个基于网络拓扑结构的LoRa自组网解决方案。
发明内容
为克服现有技术中的问题，本发明提出的一种LoRa自组网方法，该自组网系统中包含节点单元、中继节点、中继单元及服务器，所述系统的自组网方法包括如下步骤：
步骤一：所述节点单元以广播方式发送包含该节点单元自身ID的组网信息；
步骤二：所述中继节点通过检验该组网信息后向所述节点单元发送应答数据包；
步骤三：所述节点单元接收应答数据包后与所述中继节点建立连接；所述节点单元和所述中继节点分别记录对方信息建立路由表；
步骤四：重复上述步骤一至步骤三，直至所有节点单元与中继节点之间建立连接；
步骤五：中继节点以广播方式发送包含该中继节点单元自身ID的组网信息；
步骤六：其余中继节点通过检验该组网信息后向该中继节点发送应答数据包；
步骤七：所述中继节点接收应答数据包后与该中继节点建立连接；所述中继节点之间分别记录对方信息建立路由表；
步骤八：重复上述步骤五至步骤七，直至所有中继节点之间建立连接；
步骤九：中继节点以广播方式发送包含该中继节点单元自身ID的组网信息；
步骤十：所述中继单元通过检验该组网信息后向该中继节点发送应答数据包；
步骤十一：所述中继节点接收应答数据包后与该中继单元建立连接；所述中继节点和所述中继单元分别记录对方信息建立路由表；
步骤十二：重复上述步骤九至步骤十二，直至所有中继节点和所述中继单元之间建立连接；
步骤十三：各节点单元、中继节点、中继单元分别上传各自的路由表至服务器中保存及维护。
本发明提出的所述LoRa自组网方法中，检验组网信息包括检验组网信息的RSSI值。
本发明提出的所述LoRa自组网方法中，所述应答数据包包括设备自身ID和目标设备ID。
本发明提出的所述LoRa自组网方法中，所述中继单元和所述服务器之间采用GPRS进行交互，如果数据量大则采用UPD协议进行交互，如果对交互稳定性要求高则使用TCP协议进行交互。
本发明提出的所述LoRa自组网方法中，在步骤四和步骤五之间进一步包括：重新进行步骤一至步骤四，使节点单元连接另一个中继节点构建路由表。
本发明还提出了一种所述自组网系统的通信方法，包括如下步骤：
步骤a：所述节点单元和/或所述中继节点作为发送端发送数据时同时发送自身ID及父节点设备ID；
步骤b：接收所述数据的接收端获取数据后，判断所述发送端是否为所述接收端的子节点；若为是，则以接收端的自身父节点设备ID替换数据中的父节点设备ID之后进行转发；若为否，则不做处理。
本发明提出的所述通信方法中，发送端发送数据同时进一步发送控制字节，所述控制字节在数据被转发一次后递减，直至归零后该数据不再被转发。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明LoRa自组网系统基于网络拓扑结构，在节点单元数量增加时无需增加中继节点的数量，降低了系统的架设和使用成本。本发明LoRa自组网系统中在通信中引入父子节点概念及路由表数据，具有高效的数据传输能力，克服了原本广播形式无法克服的数据传输缺陷。
附图说明
图1是本发明中LoRa自组网的示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明提出的LoRa自组网的组网方法及其通信方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
本发明LoRa自组网方法基于如图1所示的自组网系统，该自组网系统中包含节点单元、中继节点、中继单元及服务器。节点单元(Node)位于网络的边缘，没有中继功能，主要是进行数据采集和发送。一般是功耗要求较高，结构简单的设备。中继节点(Relay Node)位于网络的中间层，带中继功能，主要作用是在进行数据的采集和发送以及转发Node的数据。适用于功耗要求不高，位置固定的设备。中继单元(Relay)位于网络的最上层，主要作用是接受Relay Node的数据，进行必要的数据转换工作，然后将数据转发至服务器。这个角色的设备需要同时搭载LoRa模块和GPRS模块。
本发明LoRa自组网系统的自组网方法包括如下步骤：
步骤一：所述节点单元以广播方式发送包含该节点单元自身ID的组网信息；
步骤二：所述中继节点通过检验该组网信息后向所述节点单元发送应答数据包；
步骤三：所述节点单元接收应答数据包后与所述中继节点建立连接；所述节点单元和所述中继节点分别记录对方信息建立路由表；
步骤四：重复上述步骤一至步骤三，直至所有节点单元与中继节点之间建立连接；
步骤五：中继节点以广播方式发送包含该中继节点单元自身ID的组网信息；
步骤六：其余中继节点通过检验该组网信息后向该中继节点发送应答数据包；
步骤七：所述中继节点接收应答数据包后与该中继节点建立连接；所述中继节点之间分别记录对方信息建立路由表；
步骤八：重复上述步骤五至步骤七，直至所有中继节点之间建立连接；
步骤九：中继节点以广播方式发送包含该中继节点单元自身ID的组网信息；
步骤十：所述中继单元通过检验该组网信息后向该中继节点发送应答数据包；
步骤十一：所述中继节点接收应答数据包后与该中继单元建立连接；所述中继节点和所述中继单元分别记录对方信息建立路由表；
步骤十二：重复上述步骤九至步骤十二，直至所有中继节点和所述中继单元之间建立连接；
步骤十三：各节点单元、中继节点、中继单元分别上传各自的路由表至服务器中保存及维护。
本发明优选实施例中，检验组网信息包括检验组网信息的RSSI值，如果RSSI值符合组网要求并且自身的子设备数没有达到上限时要发送组网的应答数据包。
本发明优选实施例中，所述应答数据包包括设备自身ID和目标设备ID。
本发明提出的所述LoRa自组网方法中，所述中继单元和所述服务器之间采用GPRS进行交互，如果数据量大则采用UPD协议进行交互，如果对交互稳定性要求高则使用TCP协议进行交互。
本发明提出的所述LoRa自组网方法中，在步骤四和步骤五之间进一步包括：重新进行步骤一至步骤四，使节点单元连接另一个中继节点构建路由表。这是为了保证不会由于一个中继节点故障而导致区域内网络瘫痪
本发明还提出了一种所述自组网系统的通信方法，包括如下步骤：
步骤a：所述节点单元和/或所述中继节点作为发送端发送数据时同时发送自身ID及父节点设备ID；
步骤b：接收所述数据的接收端获取数据后，判断所述发送端是否为所述接收端的子节点；若为是，则以接收端的自身父节点设备ID替换数据中的父节点设备ID之后进行转发；若为否，则不做处理。
本发明提出的所述通信方法中，发送端发送数据同时进一步发送控制字节，所述控制字节在数据被转发一次后递减，直至归零后该数据不再被转发。控制字节的初始值为该网络的最大深度为优，设置控制字节是为了预防广播风暴的产生。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种LoRa自组网方法，其特征在于，该自组网系统中包含节点单元、中继节点、中继单元及服务器，所述系统的自组网方法包括如下步骤：
步骤一：所述节点单元以广播方式发送包含该节点单元自身ID的组网信息；
步骤二：所述中继节点通过检验该组网信息后向所述节点单元发送应答数据包；
步骤三：所述节点单元接收应答数据包后与所述中继节点建立连接；所述节点单元和所述中继节点分别记录对方信息建立路由表；
步骤四：重复上述步骤一至步骤三，直至所有节点单元与中继节点之间建立连接；
步骤五：中继节点以广播方式发送包含该中继节点单元自身ID的组网信息；
步骤六：其余中继节点通过检验该组网信息后向该中继节点发送应答数据包；
步骤七：所述中继节点接收应答数据包后与该中继节点建立连接；所述中继节点之间分别记录对方信息建立路由表；
步骤八：重复上述步骤五至步骤七，直至所有中继节点之间建立连接；
步骤九：中继节点以广播方式发送包含该中继节点单元自身ID的组网信息；
步骤十：所述中继单元通过检验该组网信息后向该中继节点发送应答数据包；
步骤十一：所述中继节点接收应答数据包后与该中继单元建立连接；所述中继节点和所述中继单元分别记录对方信息建立路由表；
步骤十二：重复上述步骤九至步骤十二，直至所有中继节点和所述中继单元之间建立连接；
步骤十三：各节点单元、中继节点、中继单元分别上传各自的路由表至服务器中保存及维护。
2.根据权利要求1所述的LoRa自组网方法，其特征在于，检验组网信息包括检验组网信息的RSSI值。
3.根据权利要求1所述的LoRa自组网方法，其特征在于，所述应答数据包包括设备自身ID和目标设备ID。
4.根据权利要求1所述的LoRa自组网方法，其特征在于，所述中继单元和所述服务器之间采用GPRS进行交互，如果数据量大则采用UPD协议进行交互，如果对交互稳定性要求高则使用TCP协议进行交互。
5.根据权利要求1所述的LoRa自组网方法，其特征在于，在步骤四和步骤五之间进一步包括：重新进行步骤一至步骤四，使节点单元连接另一个中继节点构建路由表。
6.一种如权利要求1-5之任一项所述自组网系统的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a：所述节点单元和/或所述中继节点作为发送端发送数据时同时发送自身ID及父节点设备ID；
步骤b：接收所述数据的接收端获取数据后，判断所述发送端是否为所述接收端的子节点；若为是，则以接收端的自身父节点设备ID替换数据中的父节点设备ID之后进行转发；若为否，则不做处理。
7.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，发送端发送数据同时进一步发送控制字节，所述控制字节在数据被转发一次后递减，直至归零后该数据不再被转发。
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