[發明專利]基于LoRa定位的多層網關數據傳輸系統及方法

有效

• 申請號: 202010762117.9
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111918307B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 彭大芹;趙雪志;儲希賢;何彥琦;劉雪梅;杜子禹
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W64/00;H04W88/16
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

本發明屬于物聯網通信領域，涉及基于LoRa定位的多層網關數據傳輸系統及方法，所述系統包括LoRa終端，LoRa主網關和多個LoRa副網關以及網絡服務器和應用服務器；終端采用TDMA時分多址技術在各自分配的時隙內與至少三個副網關通信；每個主網關連接有三個副網關；主網關通過TCP/IP與服務器連接；主網關向DTU傳輸數據，當DTU處于工作狀態時，主網關向DTU持續發送數據，當DTU處于休眠狀態時，主網關進行數據保存并等待DTU喚醒后再次進行數據傳輸；DTU通過無線網絡將數據傳輸到網絡服務器；應用服務器接收網絡服務器傳輸的數據，并計算出終端的定位位置；本發明將網關進行多層處理，提高了網關穩定性、數據安全性和傳輸效率。

技術領域

本發明涉及一種基于LoRa(Long?Range)定位的多層網關數據傳輸系統及方法，具有組網便捷、低成本廣覆蓋的特點，用于低功耗、廣覆蓋、低成本的物聯網系統，可為農業、交通、建筑等行業服務，屬于計算機和通信技術領域。

背景技術

隨著物聯網通信技術、智能硬件及傳感設備的不斷發展，物聯網逐漸進入各行各業，使得萬物互連成為可能。但是對于一些偏遠地區的工程場地，如建筑施工、環境監測、資源探勘等，通信成本高、網絡信號差、通信距離短，是導致此類物聯網項目無法開展或有效實施的主要原因。

根據目前可知的通信范圍和通信協議，將物聯網網關分為兩類：短程網關和遠程網關。短程網關基于中短程通信協議，典型中短程通信協議，如：Wi-Fi(Wireless-Fidelity)、紫蜂協議(ZigBee)和藍牙(Bluetooth)。它們各自具有優勢，但是具有共同的缺點，無法做到長距離通信。遠距離網關是以工作在未授權頻譜下的LoRa、SigFox，以及工作在授權頻譜下，3GPP(The?3rd?Generation?Partnership?Project)支持的2/3/4G蜂窩通信技術，比如EC-GSM(Extended?Coverage-GSM)、NB-IoT(Narrow?Band?Internet?of?Things)等。采用低功耗廣域物聯網的新型無線連接技術，解決了短程通信協議在穿墻能力弱以及通信距離短的不足，擁有地域覆蓋率全而廣的特點。當前窄帶物聯網技術發展迅速，LoRa技術具有低功耗、低成本、廣覆蓋、以及較大范圍無線通訊組網等特點；

LoRa網絡使用典型的星型拓撲結構，在該結構中，網關充當中繼角色，在終端和服務器之間傳遞信息。終端設備直接連接到基站，大大簡化了網絡，賦予了其魯棒性和集中控制，然而這種單跳大規模信道接入的可靠性、可擴展性、靈活性和服務質量都大大降低。信道接入機制采用ALOHA隨機媒體接入控制協議，終端設備在不進行任何載波監聽的情況下進行傳輸，盡管簡單，但是不受控制的介質訪問導致不協調設備之間的干擾和分組沖突，嚴重影響了密集網絡中的可靠性。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于LoRa定位的多層網關數據傳輸系統及方法，以滿足低功耗和遠距離的通信需求。

在本發明的第一方面，本發明提出了一種基于LoRa定位的多層網關數據傳輸系統，所述系統包括LoRa終端，具有LoRa主網關和多個LoRa副網關構成的多層分布式網關，以及網絡服務器、應用服務器；所述LoRa終端與所述LoRa副網關之間采用星型網絡架構連接，并采用TDMA機制將時間分為互不相交的時隙，每個終端在各自分配好的時隙內與至少三個LoRa副網關通信，并在其他時隙休眠；每個LoRa主網關連接有三個LoRa副網關；所述LoRa主網關通過TCP/IP與所述服務器連接；所述LoRa主網關向DTU傳輸數據，當DTU處于工作狀態時，所述LoRa主網關向DTU持續發送數據，當DTU處于休眠狀態時，所述LoRa主網關進行數據保存并等待DTU喚醒進入工作狀態后再次進行數據傳輸；所述DTU通過無線網絡將數據傳輸到網絡服務器；所述應用服務器接收網絡服務器傳輸的數據，并計算出所述LoRa終端的定位位置。

在本發明的第二方面，本發明還提供了一種基于LoRa定位的多層網關數據傳輸方法，所述方法包括：

基于TDMA機制，在同一個信道下劃分出多個時隙；