[發(fā)明專利]基于LoRa定位的多層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010762117.9
• 申請(qǐng)日: 2020-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN111918307B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭大芹;趙雪志;儲(chǔ)希賢;何彥琦;劉雪梅;杜子禹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): H04W24/02;H04W64/00;H04W88/16
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215
• 代理人: 王海軍

1.一種基于LoRa定位的多層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括LoRa終端，由LoRa主網(wǎng)關(guān)和多個(gè)LoRa副網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的多層分布式網(wǎng)關(guān)，以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器；所述LoRa終端為帶有LoRa射頻芯片的硬件終端，LoRa射頻芯片的硬件設(shè)備作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的終端節(jié)點(diǎn)；所述LoRa射頻芯片在ISM頻段集成TOF功能，用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中物聯(lián)設(shè)備的定位識(shí)別；所述LoRa終端與所述LoRa副網(wǎng)關(guān)之間采用星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)連接，并采用TDMA機(jī)制將時(shí)間分為互不相交的時(shí)隙，所述LoRa副網(wǎng)關(guān)包括第二MCU單元、第二定位模塊、第二時(shí)鐘模塊、第二LoRa射頻模塊和第二FLASH閃存；所述第二MCU單元通過I2C連接第二定位模塊和第二時(shí)鐘模塊、通過SPI連接兩個(gè)第二LoRa射頻模塊和第二FLASH閃存；每個(gè)終端在各自分配好的時(shí)隙內(nèi)與至少三個(gè)LoRa副網(wǎng)關(guān)通信，并在其他時(shí)隙休眠；每個(gè)LoRa主網(wǎng)關(guān)連接有三個(gè)LoRa副網(wǎng)關(guān)；所述LoRa主網(wǎng)關(guān)通過TCP/IP與所述服務(wù)器連接；所述LoRa主網(wǎng)關(guān)向DTU傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)DTU處于工作狀態(tài)時(shí)，所述LoRa主網(wǎng)關(guān)向DTU持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)DTU處于休眠狀態(tài)時(shí)，所述LoRa主網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存并等待DTU喚醒進(jìn)入工作狀態(tài)后再次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述DTU通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；所述應(yīng)用服務(wù)器接收網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并計(jì)算出所述LoRa終端的定位位置；其中，所述LoRa主網(wǎng)關(guān)的上行與應(yīng)用層通信，下行與副網(wǎng)關(guān)通信，以及對(duì)LoRa終端的信道分配、路由管理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；所述LoRa副網(wǎng)關(guān)的下行與LoRa終端直接通信，上行與LoRa主網(wǎng)關(guān)進(jìn)行LoRa數(shù)據(jù)透?jìng)?，副網(wǎng)關(guān)之間不進(jìn)行通信。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LoRa定位的多層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述LoRa主網(wǎng)關(guān)包括第一MCU單元、通信模塊、第一定位模塊、第一時(shí)鐘模塊、第一LoRa射頻模塊和第一FLASH閃存；所述第一MCU單元通過USART連接通信模塊、通過I2C連接第一定位模塊和第一時(shí)鐘模塊、通過SPI連接兩個(gè)第一LoRa射頻模塊和第一FLASH閃存。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LoRa定位的多層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述終端包括傳感器、第三MCU單元、第三LoRa射頻模塊、第三時(shí)鐘模塊和第三FLASH閃存；所述第三MCU單元連接有傳感器，所述第三MCU單元通過I2C連接第三時(shí)鐘模塊、通過SPI連接兩個(gè)第三LoRa射頻模塊和第三FLASH閃存。

4.一種基于LoRa定位的多層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1~3任一所述的一種基于LoRa定位的多層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，所述方法包括：

基于TDMA機(jī)制，在同一個(gè)信道下劃分出多個(gè)時(shí)隙；

每個(gè)LoRa終端獨(dú)享一個(gè)時(shí)隙并采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)主動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送給至少三個(gè)LoRa副網(wǎng)關(guān)；

對(duì)每個(gè)LoRa副網(wǎng)關(guān)中的LoRa無(wú)線模塊利用物理地址編號(hào)進(jìn)行身份驗(yàn)證，并將驗(yàn)證通過的LoRa無(wú)線模塊進(jìn)行通信；

LoRa副網(wǎng)關(guān)將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給LoRa主網(wǎng)關(guān)；

所述LoRa主網(wǎng)關(guān)通過TCP/IP與所述服務(wù)器連接；所述LoRa主網(wǎng)關(guān)向DTU傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)DTU處于工作狀態(tài)時(shí)，所述LoRa主網(wǎng)關(guān)向DTU持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)DTU處于休眠狀態(tài)時(shí)，所述LoRa主網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存并等待DTU喚醒進(jìn)入工作狀態(tài)后再次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

所述DTU通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；所述應(yīng)用服務(wù)器接收網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并計(jì)算出所述LoRa終端的定位位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于LoRa定位的多層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述身份驗(yàn)證包括將LoRa無(wú)線模塊的物理地址編號(hào)存入到LoRa射頻模塊的無(wú)線通訊協(xié)議中，判斷接收到的LoRa無(wú)線模塊的物理地址編號(hào)是否為無(wú)線通信協(xié)議中存在的編號(hào)，若為存在的編號(hào)，則表示驗(yàn)證通過，該LoRa無(wú)線模塊則可用于傳輸數(shù)據(jù)，否則視為非法的通信設(shè)備并禁止通信。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于LoRa定位的多層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，LoRa副網(wǎng)關(guān)所接收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容包括LoRa無(wú)線模塊對(duì)應(yīng)的物理地址編號(hào)、數(shù)據(jù)發(fā)出時(shí)的時(shí)間信息以及來自傳感器的數(shù)據(jù)采集信息。