[發明專利]一種單跳距離增強的星型海洋物聯網監測方法與系統

在審

• 申請號: 202110467519.0
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113301519A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 陳為剛;張林;韓昌彩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W84/18;H04L12/44;H04L1/00;H04L1/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

1.一種單跳距離增強的星型海洋物聯網監測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)傳感器節點與匯聚網關節點組成星型無線傳感器網絡，利用LoRa中信道檢測機制實現各傳感器節點的隨機訪問；

(2)匯聚網關節點采用分布式天線分集接收傳感器節點分包傳輸的數據包，利用傳感器數據包的幀頭標志和幀長度進行幀完整性檢測；根據二級緩存機制同步各支路數據包，使用大數判決機制將出現次數最多的幀號設置為當前數據包的幀號，去除冗余信息并進行數據合并，進而完成譯碼和組幀過程，還原出原始數據幀，向數據監控中心上傳原始數據幀；

(3)數據監控中心接收傳感器數據，對其進行處理并將傳感器數據分發給移動監測終端，實現移動用戶的實時監測。

2.根據權利要求1所述的一種單跳距離增強的星型海洋物聯網監測方法，其特征在于，所述隨機訪問具體為：

各傳感器節點周期性地檢測信道活動，當檢測到信道被其他設備占用時，當前傳感器節點會進行隨機延遲退避，然后在信道處于空閑狀態時向匯聚網關節點發送分包成幀的傳感器數據包，避免信道沖突并實現傳感器數據的可靠傳輸。

3.根據權利要求1所述的一種單跳距離增強的星型海洋物聯網監測方法，其特征在于，

所述傳感器節點對采集的水質數據和地理位置進行提取和初步處理；通過微處理器完成對數據包的輪詢讀取、編碼和分包處理；將分包成幀的數據包通過LoRa射頻系統實時發送至匯聚網關節點。

4.根據權利要求1所述的一種單跳距離增強的星型海洋物聯網監測方法，其特征在于，所述匯聚網關節點采用分布式天線分集接收傳感器節點分包傳輸的數據包具體為：

(2.1)傳感器節點向匯聚網關節點發送的數據是采用Turbo編碼及特定的數據幀格式，傳感器節點對采集的原始數據進行編碼與數據幀分包，并通過LoRa模塊將子包依次發送給匯聚網關節點；

(2.2)匯聚網關節點采用分布式天線分集接收傳感器數據包，通過給出數據包的固定長度和預計位置的幀頭標志實現幀完整性檢測，若長度不符合標準且檢測不到幀頭數據則直接丟棄該數據包。

5.根據權利要求4所述的一種單跳距離增強的星型海洋物聯網監測方法，其特征在于，所述步驟(2.1)具體為：

(3.1)傳感器節點發送數據采集指令獲取水質傳感器信息和地理位置信息，組成原始信號源，原始信號源的數據包長度根據幀格式的設計添加或刪除零字節；

(3.2)在信號源的尾部添加CRC校驗信息并在頭部添加節點號，生成用戶幀；

(3.3)將數據包字節轉換為比特，再進行Turbo編碼操作，將編碼后的信息序列在交織器中進行信道交織，再進行比特轉換為字節的操作；

(3.4)用戶幀經Turbo編碼和交織處理后生成傳輸幀，將傳輸幀均分為k個數據包，不能均等分包的數據需進行補零操作。

6.根據權利要求1所述的一種單跳距離增強的星型海洋物聯網監測方法，其特征在于，根據二級緩存機制同步各支路數據包，使用大數判決機制將出現次數最多的幀號設置為當前數據包的幀號，去除冗余信息并進行數據合并，進而完成譯碼和組幀過程，還原出原始數據幀的具體步驟為：

(4.1)設置二級緩存區buf1與buf2，buf1與buf2均在邏輯上分割為m*k的存儲單元，其中buf1為存放臨時數據包的一級緩存，buf2為存放待合并數據包的二級緩存，m為分布式天線的支路數量；

(4.2)初始化緩存區，檢驗buf1是否留存當前幀的剩余子數據包，若留存則復制數據到二級緩存buf2與包序號對應的存儲單元中等待合并；

(4.3)繼續從串口讀取新數據，并對每個數據包的幀序號和包序號進行檢驗，若是本幀數據，則將數據存儲于buf2，否則將數據存儲于buf1并繼續輪詢接收與其幀號相同的數據單元，掃描串口過程中，超過m*k包數據接收時限固定值后，則默認數據丟失并使用新數據覆蓋滯留數據；

(4.4)檢驗m路共m*k個數據包是否接收完畢，并依據基于大數判決的合并策略將buf2的合并數據按照各自的列序號由小到大排序拼接，整合為完整的數據幀；

(4.5)將數據幀依次進行解交織、Turbo譯碼，將比特轉換為字節，恢復出原始的傳感器數據包。