[發(fā)明專利]一種基于LoRa的LPWAN同步喚醒方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010006881.3
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111132291B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 倪申翔;潘長城;劉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中科芯集成電路有限公司
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W56/00;H04J3/06
• 代理公司: 無錫派爾特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32340
• 代理人: 楊立秋

本發(fā)明公開了一種基于LoRa的LPWAN同步喚醒方法，包括以下步驟：S1、發(fā)送信標(biāo)幀；S2、時鐘同步；S3、在信標(biāo)幀發(fā)送間隔的基礎(chǔ)上劃分業(yè)務(wù)等長時隙Tw；S4、業(yè)務(wù)時隙同步，延時時間到達(dá)后，定時Tw喚醒接收喚醒幀；S5、感知節(jié)點(diǎn)根據(jù)信標(biāo)幀發(fā)送起始時間和業(yè)務(wù)周期間隔定時喚醒接收下行數(shù)據(jù)；S6、感知節(jié)點(diǎn)根據(jù)RTC誤差校準(zhǔn)情況改變同步校時周期；S7、感知節(jié)點(diǎn)為解決信標(biāo)幀和服務(wù)器下行幀發(fā)送沖突，增加Tg時間。本發(fā)明保證網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)關(guān)和感知節(jié)點(diǎn)的時鐘節(jié)拍一致，這樣網(wǎng)關(guān)會預(yù)知所有的感知節(jié)點(diǎn)定時喚醒開窗接收時刻；在滿足低功耗設(shè)計要求的前提下，為了不影響下行傳輸延時，時鐘節(jié)拍可以劃分可以動態(tài)調(diào)整。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于LoRa的LPWAN同步喚醒方法。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，如何簡單、快速和安全地將萬物相連一直都是眾多智能終端產(chǎn)品面臨的技術(shù)難題?；贚oRa的LPWAN通訊技術(shù)的出現(xiàn)很好的解決了移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)承載能力不足的短板，目前LoRa的應(yīng)用場景主要有數(shù)據(jù)透傳和LoRaWAN協(xié)議應(yīng)用，由于網(wǎng)關(guān)SX1301的研發(fā)成本較高，因此LoRaWAN協(xié)議應(yīng)用占比較小。為滿足小規(guī)模組網(wǎng)的需求，使用SX1301顯然不太合適，但是又需要網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)男切突騧esh網(wǎng)絡(luò)是一種新的應(yīng)用方式，該組網(wǎng)方式網(wǎng)關(guān)和感知節(jié)點(diǎn)均使用SX1278進(jìn)行通信，簡單高效并且研發(fā)成本較低。由于感知節(jié)點(diǎn)需要滿足功耗設(shè)計要求，大部分時間處于休眠態(tài)，當(dāng)服務(wù)器需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，網(wǎng)關(guān)又需要立即喚醒感知節(jié)點(diǎn)并召測數(shù)據(jù)，如何有效地緩解這種休眠和快速響應(yīng)之間矛盾的同步喚醒機(jī)制是LPWAN通訊技術(shù)的關(guān)鍵。

目前LPWAN同步喚醒方法主要有：

1、LoRaWAN ClassB

網(wǎng)關(guān)每隔128秒發(fā)送一次信標(biāo)幀幀，感知節(jié)點(diǎn)定時喚醒打開一個接收窗口，服務(wù)器會在在該接收窗口發(fā)送下行數(shù)據(jù)，感知節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后將進(jìn)行回復(fù)。感知節(jié)點(diǎn)必須在ClassA入網(wǎng)，切換到ClassB前會先搜索信標(biāo)幀，搜索到信標(biāo)幀后完成時間同步，也可以加速搜索，但是1小時內(nèi)只能加速搜索一次。如果加速搜索失敗那么該節(jié)點(diǎn)將會等待2小時后切換到ClassA。感知節(jié)點(diǎn)必須在ClassA請求定時開窗周期、數(shù)據(jù)速率、信道等隙同步相關(guān)參數(shù)。網(wǎng)關(guān)依靠GPS秒校準(zhǔn)，感知節(jié)點(diǎn)依靠信標(biāo)幀幀進(jìn)行校準(zhǔn)，在實(shí)際運(yùn)行中，感知節(jié)點(diǎn)可能會因?yàn)闊o線干擾、通信擁塞或節(jié)點(diǎn)移動至遠(yuǎn)距離等原因接收不到信標(biāo)幀，也就意味著會失聯(lián)2小時。ClassB的信標(biāo)幀幀發(fā)送和固定的喚醒接收時間窗是一種很好的解決問題思路，但是必須從ClassA切換，復(fù)雜的同步參數(shù)請求和粗糙的時間同步異常處理等弊端都需要進(jìn)行權(quán)衡。

2、基于TDMA的MAC協(xié)議

該協(xié)議只保留了ClassB中信標(biāo)幀同步和定時喚醒接收策略，并且采用點(diǎn)對點(diǎn)星型組網(wǎng)的方式，非常適用于小規(guī)模組網(wǎng)，但是時間同步依然要求網(wǎng)關(guān)和感知節(jié)點(diǎn)時間保持一樣，由于各自晶振存在的誤差，時鐘漂移的現(xiàn)象依然很容易發(fā)生，當(dāng)感知節(jié)點(diǎn)長時間未收到信標(biāo)幀幀，可以不停地向網(wǎng)關(guān)請求時間同步，網(wǎng)絡(luò)信道利用率將會受到影響。

3、全覆蓋喚醒

所有感知節(jié)點(diǎn)均使用固定的定時喚醒周期，網(wǎng)關(guān)連續(xù)發(fā)送N個喚醒幀，連續(xù)發(fā)送的時間覆蓋終端休眠喚醒的時間，這樣就可以保證每個節(jié)點(diǎn)至少在2個喚醒周期內(nèi)被喚醒，定時喚醒周期過短影響將系統(tǒng)功耗，過長則影響下行響應(yīng)速度，并且單播時其他感知節(jié)點(diǎn)會被誤喚醒，并不是最優(yōu)的解決方案。

因此，亟需一種基于LoRa的LPWAN同步喚醒方法。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于LoRa的LPWAN同步喚醒方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于LoRa的LPWAN同步喚醒方法，包括以下步驟：

S1、網(wǎng)關(guān)使用MCU內(nèi)部RTC定時發(fā)送信標(biāo)幀；