[發明專利]一種基于動態優先級的LoRa網關下行幀調度方法

有效

• 申請號: 202011130976.2
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112261731B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 周德勝;梁光清;孫世嶺;于慶;李濤;柏思忠;趙慶川;宋連洪;張遠征;蔣洪慶;劉芬;但強;王博文
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: H04W72/12
• 分類號: H04W72/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 陰知見

本發明涉及一種基于動態優先級的LoRa網關下行幀調度方法，屬于煤礦安全監控監測領域。該方法包括服務器、LoRa網關、節點，網關包括n個獨立射頻發射通道，每個通道具有相同的硬件結構和性能，也可以同時發送n個射頻信號。網關統一調度所有發射通道，統計每個已激活的節點在一定時間內下行幀發送的成功率，按成功率大小動態劃分下發通道占用優先級；以最大化發射通道使用率和最高優先級加權和為最優調度目標選擇下行幀進行發送。本發明能提高網絡擁堵時網關下行通信信道利用率，同時通過動態調整節點下行幀優先級保證不同節點下行幀的成功率，避免個別節點在網絡繁忙時長期接收不到下行幀。

技術領域

本發明屬于煤礦安全監控監測域，涉及一種基于動態優先級的遠距離LoRa網關下行幀調度方法。

背景技術

目前煤礦安全監控系統已基本實現了數字化升級改造，傳感層、傳輸層、應用層設備均采用了數字化傳輸。在煤礦現場，特別是地下礦井，沒有無線通信覆蓋，但對于一些特殊場合，例如采空區，廢棄礦井等，地質經常變化，有線電纜容易損壞，供電、通信距離過遠成本極高，傳感層需要采用無線通信。LoRa技術通信距離遠，抗干擾能力強，工作在ISM頻段，可以方便自組網，無需無線通信供應商做網絡覆蓋支持。LoRaWan協議能夠輕松實現LoRa設備的星型架構組網，但是原始的協議下行通信采用FIFO模式調度，當下行幀擁堵時，將出現大量丟包，并且信道利用率低，不利于傳感層關鍵數據傳輸。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于動態優先級的遠距離LoRa網關下行幀調度方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于動態優先級的遠距離LoRa網關下行幀調度方法包括以下步驟：

a.方法的結構包括服務器、LoRa網關、節點，LoRa網關在服務器與節點的中間且分別與服務器、節點雙向通信；

b.方法應用于星型架構的LoRa網絡，LoRa網絡遵循LoRaWAN協議，在物理層上支持class A,class B,class C三種模式；

c.網關包括n個獨立射頻發射通道，每個通道具有相同的硬件結構和性能，網關可以同時發送n個射頻信號,網關統一調度所有發射通道；

d.網關統計每個已激活的節點在一定時間內下行幀發送的成功率，按成功率大小動態劃分下發通道占用優先級；

e.網關維持一個正在發送幀的信息表，包括幀的信道，速率，擴頻因子，預估完成時間，用于沖突檢測；

f.網關以自身時間為基準，計算每個下行幀的下發時刻和預估耗時，維持一個下行幀等待表,并且以最大化發射通道使用率和最高優先級加權和為最優調度目標選擇下行幀發送，所述等待表包含下行幀的最早開始時間，最晚開始時間，信道，速率，擴頻因子，預估飛行時間信息。

可選地，步驟b具體為：

網關下行幀調度方法應用于星型架構的LoRa網絡，LoRa網絡遵循LoRaWAN協議，在物理層上支持class A,class B,class C三種模式，節點都通過class A模式入網。

可選地，步驟c具體為：

網關包括n個獨立射頻發射通道，每個通道具有相同的硬件結構和性能，網關可以同時發送n個射頻信號,n大于等于1并且小于等于8，網關統一調度所有發射通道，并且所有發射通道平等的使用ISM頻段下規劃的可用信道。

可選地，步驟d具體為：

網關統計每個已激活的節點下行幀發送的成功率，按成功率大小動態劃分下發通道占用優先級，成功率越高，優先級越低。

優先級動態劃分定義為：每發射或者丟棄一幀數據后立即更新對應節點的發射成功率，并實時更新該節點下一個下行幀的優先級。