[發明專利]面向移動LoRa終端的可靠數據傳輸方法

在審

• 申請號: 202310656858.2
• 申請日: 2023-06-05
• 公開（公告）號: CN116582821A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 熊潤群;陳慈媛;徐祝慶;林敬凱;羅軍舟;王蘇揚;任瑞;吳超
• 申請（專利權）人: 東南大學;江蘇金恒信息科技股份有限公司
• 主分類號: H04W4/029
• 分類號: H04W4/029;H04W24/04;H04W52/24;H04W52/28
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉倩

本發明公開了一種面向移動LoRa終端的可靠數據傳輸方法，首先通過一次通信確定LoRa終端與網關之間的通信距離，并根據通信距離選擇傳輸能耗最小的參數；然后為保障傳輸可靠性，設計了LoRa終端移動情況下的終端信道選擇方案；最后考慮到LoRa終端的移動情況，提出了利用移動LoRa網關提供可靠傳輸服務，設計了LoRa終端位置感知方法，在LoRa網關可移動的前提下，使LoRa網關可跟隨LoRa終端移動，覆蓋盡可能多的LoRa終端，使盡可能多的LoRa終端可以以更快的通信速率、更小的傳輸能耗進行通信，在保障可靠數據傳輸的同時，盡可能降低LoRa終端傳輸能耗，延長LoRa網絡生命周期。

技術領域

本發明屬于物聯網中低功耗廣域網的技術領域，主要涉及了一種面向移動LoRa終端的可靠數據傳輸方法。

背景技術

低功耗廣域網(Low-Power?Wide-Area?Networks，LPWAN)是可提供遠距離低功耗通信的一類物聯網技術(無線通信技術)。因其小數據、大連接、低成本等特性，LPWAN被廣泛應用于智慧工業、智慧城市、智慧農場等大范圍場景，以提供低功耗遠距離通信。依據是否授權頻譜，目前市場上主流的LPWAN技術主要可分為兩類：(1)非授權頻譜的非蜂窩技術，主要包括LoRa(Long?Range)、Sigfox等。(2)已授權頻譜的蜂窩物聯網技術，主要包括NB-IoT、LTE-M等。其中，LoRa因具有開放性架構、按需自主組網、微型化易部署等優勢，尤其適用于運營商網絡無法覆蓋的戶外環境，如智慧工業、智慧城市、智慧農場等需要長周期低功耗數據監測的環境，因此在一眾LPWAN技術中脫穎而出。因此，圍繞LoRa網絡展開深入透徹的前瞻性研究具有重要的理論和應用價值。

LoRa網絡主要由終端、網關、網絡服務器及應用服務器等組成。LoRa終端和網關以單跳星型網絡拓撲，通過LoRaWAN連接，終端設備按照一定的傳輸參數，采用純ALOHA方式向網關傳輸傳感器數據。傳輸參數主要有：載波頻率(Carrier?Frequency，CF)、擴頻因子(Spreading?Factor，SF)、帶寬(Bandwidth，BW)、編碼率(Code?Rate，CR)和發送功率(Transmission?Power，TP)。其中擴頻因子越大(SF7-SF12)，傳輸速率越小，傳輸距離越遠，傳輸能耗越大；發送功率越大，傳輸距離越遠，傳輸能耗越大。一個載波頻率和一個擴頻因子的組合構成了終端與網關的一個信道。一個LoRa網關最多可設置8個載波頻率，同時監聽這8路載波頻率傳輸的信號，對這8路信號并行解調。LoRa終端與網關的通信過程會受到兩類傳輸干擾：Co-SF干擾和Inter-SF。網關通過蜂窩網絡、以太網或者Wi-Fi等網絡向網絡服務器發送解調后的數據包，網絡服務器解析處理數據包后，視應用需求將對應數據上傳至應用服務器。

LoRa終端因其可自主按需組網等優勢，已在智慧城市、智慧農業等領域廣泛部署。如地理位置資產管理，LoRa網絡可為運輸供應商、醫療保健、食品服務和許多其他垂直行業提供遠程通信和超低功耗的地理位置資產管理；野生動物追蹤，用戶可追蹤佩戴LoRa終端的大象、海豚等野生動物的蹤跡；緊急救援場景，LoRa網絡因其抗干擾強的特點，可用于地震、森林火災、火山等場景進行通信，進入災區的救援人員可通過佩戴的LoRa終端進行通信。在上述場景中，LoRa終端均具有移動性，存在于LoRa網關通信距離變動的特點。由于LoRa復雜的傳輸特性與LoRa網關有限的并行接收能力，LoRa終端的移動性將導致傳輸參數、噪聲干擾、終端分布情況的不確定性，易導致數據包無法發送到LoRa網關，或因為大量的傳輸沖突而導致發送失敗。且由于LoRa終端的移動性，LoRa網關有時也需要跟隨LoRa終端移動，方可長期為移動LoRa終端提供高質量(低功耗、高速率等)的通信服務。因此，在LoRa終端移動的情況下，如何分配傳輸參數，調度網關下行通信，以保障移動LoRa終端與LoRa網關的可靠傳輸，并盡可能保障低功耗傳輸，延長LoRa網絡生命周期，是亟待解決的核心問題。

發明內容