一种基于LoRaWAN的上行信道自适应调整方法与流程

一种基于lorawan的上行信道自适应调整方法
技术领域
1.本发明涉及lorawan通信技术领域，具体为一种基于lorawan的上行信道自适应调整方法。


背景技术：

2.lorawan网络由于其低功耗，远距离的技术特点，被广泛使用在建立大范围，大规模的传感器网络应用中；数量众多的传感器定期，或者不定期向lorawan网关设备发送采集到的数据，再根据应用需求，从网关处获取用户指令；由于所有的通信都是通过无线技术实现的，因此在无线电频率资源的使用上经常出现技术上的挑战；挑战来源于两个方面，一个是lorawan网络内的无线冲突，另一个是lorawan网络外的无线电环境干扰；网络内的无线冲突由于冲突源来源于相同网络内的lorawan设备，通常采用降低占空比，或者平均分散终端设备的发送频次和频率来解决问题；网络外的无线电环境解决比较困难，因为lorawan网络内的终端设备和网络外的设备或者环境噪声无法通过无线通信的方式进行交互，也就无法通过主动更换频率的方法来避开干扰；同时，由于lorawan网关是所有lorawan终端上报数据必须通过的关键设备，且网关的无线电工作频率在工作周期内是固定的，所以即使个别lorawan终端主动修改了工作频率，但是在网关设备没有对应更改的情况下，还是不能避开外部环境或者无线电的干扰；所以急需一种lorawan的上行信道自适应调整方法来解决上述问题


技术实现要素：

3.本发明提供一种能实现在网关更新上行信道后终端自动完成入网和通信过程的基于lorawan的上行信道自适应调整方法，来解决上述现有技术中存在的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于lorawan的上行信道自适应调整方法，包括如下步骤：
5.s1、lorawan网关和lorawan终端同步配置n
‑
m信道作为默认的上行发送信道；
6.s2、lorawan网关周期性地对接收到的无线信号进行评估，若评估结果达到预设的阈值范围，则lorawan网关更新上行工作信道；
7.s3、lorawan终端监控上行通信的通信过程，若与lorawan网关失联，则重置本地网络协议栈，开始搜索网络过程；
8.s4、lorawan终端从所有可用信道中选择新的信道，开始尝试入网过程，至某个上行信道成功完成入网后，lorawan终端恢复和lorawan网关的网络通信，其中，优先从n
‑
m信道开始重新发起入网过程；
9.s5、lorawan终端在完成入网过程的上行信道中向lorawan网关发出信道询问，lorawan网关将当前使用的上行信道信息发给lorawan终端，lorawan终端将信息存储在本地，覆盖之前的配置信息，作为新的默认上行信道配置，即修改信道n
‑
信道m的信息。
10.优选的，在步骤s2中，lorawan网关周期性地对接收到的无线信号进行评估具体
为：对信号强度rssi和信噪比snr进行周期性统计，若接收的信号持续保持低信号强度或者低噪声比，且达到预设的阈值范围，则lorawan网关更新上行工作信道。
11.优选的，在步骤s3中，lorawan终端与lorawan网关失联即为，lorawan终端有连续的，且指定次数的无线通信无法从网关处获得回执确认，或者无法从网关处获得定期的下行指令，则判断为失联。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明中通过lorawan网关根据现场情况，自动调整工作频率，而网络内所有lorawanlorawan终端设备也能随之自动修改，自动搜索lorawan网关可用信道，以实现当lorawan网关根据环境变化改变上行工作信道后，lorawan终端设备仍然能够自动可靠地实现通信信道的转换，保持通信的进行，以此达到整体lorawan网络通过跳频避开外部干扰的目的，其中，为了在每次搜索入网过程中节省时间，lorawan终端可在成功入网后，将从网关处获取的当前信道信息存储在本地，覆盖原先的信道信息，以便于下次触发重新入网时，以更新过的信道信息为基础，开始搜索lorawan网关的上行信道。
附图说明
13.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
14.在附图中：
15.图1是本发明lorawan网关设备的工作流程图；
16.图2是本发明lorawan终端设备工作流程图；
17.图3是本发明lorawan完成入网通信的示意图；
18.图4是本发明lorawan网关更新上行通信信道的示意图；
19.图5是本发明lorawan终端在新的信道上重新完成入网的示意图。
具体实施方式
20.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
21.实施例：如图1
‑
2所示，一种基于lorawan的上行信道自适应调整方法，包括如下步骤：
22.s1、lorawan网关和lorawan终端同步配置n
‑
m信道作为默认的上行发送信道，其中，若lorawan终端配置为低功耗模式，则在没有通信的时候进入休眠状态，若其配置为连续工作模式，则将保持工作状态；
23.s2、lorawan网关周期性地对接收到的无线信号进行评估，具体为：对信号强度rssi和信噪比比snr进行周期性统计，若接收的信号持续保持低信号强度或者低噪声比，且达到预设的阈值范围，则lorawan网关更新上行工作信道；
24.s3、lorawan终端监控上行通信的通信过程，若与lorawan网关失联，具体为：lorawan终端与lorawan网关失联即为，lorawan终端有连续的，且指定次数的无线通信无法从网关处获得回执确认，或者无法从网关处获得定期的下行指令，则判断为失联，则重置本地网络协议栈，开始搜索网络过程；
25.s4、lorawan终端从所有信道中选择新的信道，开始尝试入网过程，至某个上行信道成功完成入网后，lorawan终端恢复和lorawan网关的网络通信，其中，优先从n
‑
m信道开始重新发起入网过程；
26.s5、lorawan终端在完成入网过程的上行信道中向lorawan网关发出信道询问，lorawan网关将当前使用的上行信道信息发给lorawan终端，lorawan终端将信息存储在本地，覆盖之前的配置信息，作为新的默认上行信道配置，即信道n
‑
信道m信息。
27.具体的，参考图1，为lorawan网关设备的工作流程图，其中，在lorawan网关上配置默认的上行通信信道；配置完成后，网关开始运行；在工作过程中，网关周期性地对接收到的无线信号进行评估，包括信号强度和信号噪声比；如果评估结果达到指定的阈值范围，表明当前无线电环境不适合通信，网关更新上行工作信道；阈值的确定需要根据实际应用需求决定。
28.参考图2，为lorawan终端设备工作流程图，lorawan终端首先被配置默认上行信道，开始工作后，在默认信道上完成入网过程，并开始网络通信，lorawan终端对和lorawan网关之间的通信进行监控，如果连续丢失网关的下行通信达到一定次数n
lost
，或者连续丢失lorawan网关对lorawan终端发起的上行通信的确认，n
ack
，则认为lorawan网关可能不存在，lorawan网关的下行通信可以是lorawan网关的下发的心跳包等用户定义信息，n
lost
和n
ack
的定义要根据应用的需求来设定，一旦判定lorawan网关不可用，lorawan终端重置协议栈，开始搜索网络，搜索过程从当前默认的上行信道配置开始，如果在所有的信道上都不能入网，lorawan终端更新信道信息，在其它可用信道上尝试向网关发送入网请求，直到入网成功，一旦入网成功，lorawan终端在当前信道上向网关发送信道信息请求，并将收到的信道信息存储在本地，覆盖之前的默认配置信息，终端恢复网络通信，重新开始对本机与网关的通信进行监控。
29.在本实施例中，参考图3，在每个lorawan终端在开始使用前都会预先配置预计使用的信道信息，比如在470mhz到510mhz范围内，lorawan终端可以使用的信道总共有96个，初始时，默认配置为使用信道0至信道7作为上行信道，根据步骤s1对lorawan网关和lorawan终端同步配置，参考图4，根据步骤s2，lorawan网关在运行过程中，通过检查接收信息的信号强度和信噪比，若发现有明显的信号质量变差的情况，将检查预先设置的阈值范围，比如大多数接收到的无线信号都反映出信噪比偏低，即无线电环境噪声可能偏高，网关将主动切换上行通信的信道参数，比如将上行信道修改为信道8到信道15，修改完毕后，原来网络内终端设备如果发送上行信息，将因为网关的上行信道已经更新导致网关无法接收到通信，进而终端无法收到网关下发的通信确认，参考图5，根据步骤s3如果连续多次无法接收确认，lorawan终端进行协议栈重启，尝试重新加入网络，协议栈重启后，终端首先在上次成功入网的信道范围内发送入网请求，即在信道0到信道7之间，如果在规定时间内无法完成入网，lorawan终端修改信道范围，将上行信道修改为8到15，再次开始发送入网请求，因为lorawan网关目前工作在信道8到信道15，lorawan终端很快就能完成入网过程，再次恢复正常通信；入网过程在一个信道上就可以完成，根据步骤s4，为了确定lorawan网关使用的其它上行信道的准确设置，lorawan终端将在完成入网过程的信道上向lorawan网关发送信道配置请求，当lorawan网关将信道配置参数下发到终端后，lorawan终端将新的的配置存储在本地，覆盖原先设置的信道0到信道7，如果之后再有类似事件触发重新入网的过程，
将从当前更新过的信道信息开始搜索lorawan网关的上行信道，通过上述步骤，lorawan网关可以根据实际情况更新其所使用的上行信道编号，从全部可用的96个信道内选择适合于当前无线电环境的不同的信道组合。而lorawan终端通过在不同的信道进行尝试，最终能找到正确的工作信道。
30.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。