一种增强多节点传输可靠性的方法与流程

本发明涉及通信技术领域，具体来说，涉及一种增强多节点传输可靠性的方法。

背景技术

对于高铁或者地铁中伸缩屏蔽门与服务器端的通信装置而言，门上的通信装置嵌入到伸缩门里，传统做法是通过无线或漏缆的方式传输，漏缆的通信装置接入到服务器端。因高铁车型不一样，高铁屏蔽门开门的位置并不固定，这与地铁不一样，使用活动门，增加了设计的难度。通常屏蔽门需要有40-120个终端节点，距离400-500米，要求网关可以对每个终端节点控制，并且要求时效性，可靠性/远距离/可组网/能够灵活配置。

因此比较而言LoRa是较为优选的方案，然而基于场景的要求标准的LoRa通讯和协议满足不了可靠性及每个节点的时效性灵活性和回传确认。传统使用有线，有线加WIFI，nb-iot，最优是使用LoRa，但是LoRa速率只有0.5Kbps-50Kbps。轨道交通地铁屏蔽门控制系统，LoRa无线传输及组网技术，对于轨道交通/地铁的屏蔽门使用大大提高了乘客的安全，其通常使用有线方式传输，发展到后期使用有线加WIFI的方式。而经过技术发展最有效、最经济是使用LoRa方案，其具有传输距离远、价格便宜、实施容易及抗干扰能力强的特点。

目前，传统的数据传输方式包括：1)仅采用广播方式进行传播而无回复，对于该技术而言其无回复，从而导致其可靠性差，是否传输到位不能得到清除的确定；2)采用广播方式进行传输，且节点能够进行回复，对于该技术而言每个节点有回复，其时效性差，大量的终端节点回复会花销比较大的时间；3)采用mesh中继方式进行传输，对于该技术而言其存在时间长的缺陷；4)采用单纯跳频方式进行传输，对于该技术而言跳频后同样不能够得到更好的保障；5)采用单纯重复发送的方式进行传输，对于该技术而言无回复，不能够完全保证信号传输；6)采用无分组、无编号的单一模式进行传输，对于该技术而言其不能够灵活配置及响应；7)直接使用透传方式进行传输，对于该技术而言其发射参数不能够调节配置，灵活性差。综上，传统的传输方式不能够满足网关下发数据到多节点远距离的数据传输可靠性和实时性的要求。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种增强多节点传输可靠性的方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种增强多节点传输可靠性的方法，该方法包括以下步骤：

根据传输距离、速率要求以及终端节点数量，重新配置传输参数；

扫描频点信道，根据信号质量排序以确定优选频点信道，设置所述优选频点信道为默认信道，同时预存频点信道的信号质量排序；

网关根据所述传输参数和所述优选频点信道连续多次发送数据包，同时接收终端节点的数据反馈，根据所述数据反馈，采用跳频方式再次连续发送数据包。

进一步的，所述根据传输距离、速率要求以及终端节点数量，重新配置传输参数包括以下步骤：

分别在终端节点和网关对应设置有用于数据传输的阈值；

判断实际传输要求数据是否超过或进入所述阈值，若是，则终端节点向网关发送请求更改配置的数据包，若否，则终端节点不发送请求；

网关接收请求更改配置的数据包并进行评估处理，若评估不通过，则向终端节点发送回执拒绝调整，若评估通过，则接受请求并向终端节点发送回执可以调整，并准备调整；

终端节点及网关依据约定调整的参数、频点及方式进行对应调整，并判断在约定时间内是否完成通讯确认，若未完成，则回退至初始传输参数，若完成，则传输参数调整完成。

进一步的，所述用于数据传输的阈值包括功率阈值、灵敏度阈值、速率阈值及距离阈值。

进一步的，所述实际传输要求数据根据不同的运用场景进行确定，且所述实际传输要求数据包括功率数据、灵敏度数据、速率数据及距离数据中的至少一种。

进一步的，所述网关接收请求更改配置的数据包并进行评估处理包括以下步骤：

网关接收请求更改配置的数据包；

分析数据包中除所述实际传输要求数据中未判断的数据是否满足实际传输要求。

进一步的，所述扫描频点信道，根据信号质量排序以确定优选频点信道，设置所述优选频点信道为默认信道，同时预存频点信道的信号质量排序包括以下步骤：

网关及终端节点开机启动，完成初始化；

按照预设测试方法逐级进行信道测试，直至完成所有频点信号的扫描；

网关收集频点及终端节点信号，并根据信号质量排序确定优选频点信道；

网关向终端节点下发配置优选频点信道的数据包，终端节点接收该配置优选频点信道的数据包；

网关下发执行指令，终端节点接收指令并执行优选频点信道的配置；

网关及终端节点设置所述优选频点信道为默认信道，并预存频点信道的信号质量排序数据。

进一步的，所述按照预设测试方法逐级进行信道测试，直至完成所有频点信号的扫描包括以下步骤：

网关向终端节点发送网络测试信号数据；

终端节点接收信号数据，保存自身位置的信号状态并回复给网关；

进行下一信道的测试，直至完成所有频点信号的扫描。

进一步的，所述网关根据所述传输参数和所述优选频点信道连续多次发送数据包，同时接收终端节点的数据反馈，根据所述数据反馈，采用跳频方式再次连续发送数据包包括以下步骤：

网关接收发送数据指令，并下发广播指令；

终端节点接收广播指令并进入广播接收状态；

网关根据所述传输参数及优选频点信道向终端节点连续发送三次数据包；

终端节点接收三次数据包并验证数据包是否完整，若是，则保留完整的数据包，若否，则网关和终端节点约定跳频至第二优的频点信道，同时网关根据所述传输参数及第二优的频点信道向终端节点再次连续发送三次数据包；

终端节点接收三次数据包并验证数据包是否完整，若是，则保留完整的数据包，并返回优选频点信道，若否，则网关和终端节点约定跳频至第三优的频点信道，同时网关根据所述传输参数及第三优的频点信道向终端节点连续发送三次数据包；

终端节点接收三次数据包并验证数据包是否完整，若是，则保留完整的数据包，并返回优选频点信道，若否，则网关和终端节点约定跳频至第二优的频点信道，同时终端节点主动上报未收到完整数据包的终端节点信息；

确定定时器，定时完成后终端节点及网关均返回至优选频点信道，同时网关记录并处理未收到完整数据包的终端节点。

可选的，所述网关根据所述传输参数和所述优选频点信道连续多次发送数据包，同时接收终端节点的数据反馈，根据所述数据反馈，采用跳频方式再次连续发送数据包之后还包括以下步骤：

网关在空闲模式下向终端节点广播闲时巡检指令；

终端节点接收巡检指令，并按巡检指令顺序间隔分时向网关回复数据及自身状态；

判断约定时间内终端节点是否上传失败，若是，则网关对该终端节点进行标记，同时终端节点停止发送并等待下一轮巡检，若否，则下个终端节点继续上传状态，直至完成所有终端节点的巡检；

终端节点上报异常记录，同时接入睡眠待机状态，等待网关在空间模式下的下一轮巡检。

可选的，所述网关根据所述传输参数和所述优选频点信道连续多次发送数据包，同时接收终端节点的数据反馈，根据所述数据反馈，采用跳频方式再次连续发送数据包之后还包括以下步骤：

获取服务器的分组信息及终端节点的组合，并对终端节点及服务器的分组进行编号；

网关接收服务器的分组信息，并依据优先级对终端节点进行分组；

分组完成后，网关根据组为单位向终端节点发送或广播数据。

本发明的有益效果为：

1)本发明结合广播方式，跳频技术，重复发送，筛选法过滤后回复，空闲时段检测通路，扫描网络频谱信号选择最优信道，动态调整，提前预发送数据等方式，采用综合技术相结合的方式来实现动态调整，从而可以有效地保证低速率、无线传输组网到多节点传输的可靠性及时效性。

2)本发明通过空闲时刻巡检各个节点通路可靠性/正确性，并判断是否异常，从而可以保障线路的可靠性；通过发送时刻采用终端分组及多次发送的方式，可以有效地减少堵塞或丢包情况的发生，在发送数据时加入校验，可以有效地保证数据的完整性；通过发送数据引入CRC校验保证接收端可以自我检验。

3)本发明使用RSSI获取选择最优频点信道，保证信号质量及通路，动态配置速率扩频因子、扩频带宽、发射功率等来平衡距离信号质量灵敏度功耗等要求，可以满足不同时效性、数据量、距离及质量要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种增强多节点传输可靠性的方法的流程图；

图2是本发明中速率优先的运用场景的配置示意图；

图3是本发明中距离优先的运用场景的配置示意图；

图4是本发明中跳频信道示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

本发明中关键术语、技术缩略语的解释说明如下：

LoRa Long Range modulation technique远程调制技术；

CRC Cyclic Redundancy Check循环冗余校验；

Rx Receiver接收器；

Tx Transmitter发射器；

RSSI Received Signal Strength Indicator接收信号强度指示器；

SF Spreading Factor扩频因子；

CR Coding Rate编码速率；

SF Spreading Factor扩频因子；

扩频：是利用10个以上的chips来代表原来的「1」或「0」位，使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。通俗来讲，数字信号“1”或者“0”要用n个码片来编码表示，而扩频是在这个编码基础上，又加长了码片，比如n个码片表示一个数字“1”，扩频后，用2n(2n是随便取的，要根据扩频因子来决定)个码片来表示一个数字“1”。这样做的好处是，对噪声的抗干扰能力变强，即信噪比更高。这是LoRa能远距离通信的原因之一，缺点是降低了传输速率。真相是，LoRa是拿传输速率换通信距离；

SF扩频因子，扩频设置用的，扩频因子越大，信噪比越高，传输速率越低；

CAD信道活动检测，根据前导码检测信道活动；

CR编码率，即有效信号和整个报文(数据包)的比值；

BW带宽，带宽也表示传输速率，这里的带宽指的是频宽，即频段的频率宽度，它决定了中心频率的上下频率。比如中心频率433MHZ，带宽是2MHZ，则通信的频谱(信道)的频率为432MHZ-434MHZ；

千比特(Kbps)；

Channel：信道；

timeout：超时。

根据本发明的实施例，提供了一种增强多节点传输可靠性的方法。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-4所示，根据本发明实施例的一种增强多节点传输可靠性的方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1、根据传输距离、速率要求以及终端节点数量，重新配置传输参数；

其中，步骤S1主要是根据终端节点距离远近及速率和时间要求配置合适的传输参数，LoRa网络是一个扩频技术低速无线传输。速率越慢传输距离越远可靠性越高。若节点距离变化变成了更远距离那么为了有效传输需要配置对应的参数，例如扩频因子扩频带宽；

具体的，所述步骤S1包括以下步骤：

步骤S101、分别在终端节点和网关对应设置有用于数据传输的阈值；具体的，所述阈值包括功率阈值、灵敏度阈值、速率阈值及距离阈值；

步骤S102、判断实际传输要求数据是否超过或进入所述阈值，若是，则终端节点向网关发送请求更改配置的数据包，若否，则终端节点不发送请求；

具体的，所述实际传输要求数据根据不同的运用场景进行确定，且所述实际传输要求数据包括功率数据、灵敏度数据、速率数据及距离数据中的至少一种。

步骤S103、网关接收请求更改配置的数据包并进行评估处理，若评估不通过，则向终端节点发送回执拒绝调整，若评估通过，则接受请求并向终端节点发送回执可以调整，并准备调整；

具体的，所述网关接收请求更改配置的数据包并进行评估处理包括以下步骤：

网关接收请求更改配置的数据包；

分析数据包中除所述实际传输要求数据中未判断的数据是否满足实际传输要求。

步骤S104、终端节点及网关依据约定调整的参数、频点及方式进行对应调整，调整完后进行通讯确认，并判断在约定时间内是否完成通讯确认，若未完成，则回退至初始传输参数，若完成，则传输参数调整完成。

此外，步骤S1中还包括根据目标需求配置最合适的传输，动态变化及调整。

根据实际场景和需求动态配置最合适的参数。实际场景有几个目标追求可以作为最重要指标。传输速率优先，传输距离优先，功耗优先，传输可靠性优先，等多功能需求动态配置调整。根据实际需求灵活配置模块的载波频率、工作模式、扩频因子、扩频带宽、节点ID、网络ID、睡眠时间、呼吸时间、发射功率、串口速率、校验方式等参数。操作简单，使用方便。

影响这些指标的主要传输有：SF扩频因子；BW带宽；CR编码率；数据包长度；发射功率。

如图2所示，其上配置为速率优先，大功率，灵敏度较低，功耗较高，最后50个字节传输时间为12.7mS，接收灵敏度3dBm，特别适合有时效要求，数据比较多，距离不愿，功耗要求不高的运用场景。

如图3所示，其上配置为距离优先，接收灵敏度高，速率低，功耗较低。

根据预先配置好优先方式的参数配置表。然后获取当前的需求表(或计算出/推算出)，根据需求表来配置网关和各个节点。

步骤S2、扫描频点信道，根据信号质量排序以确定优选频点信道，设置所述优选频点信道为默认信道，同时预存频点信道的信号质量排序；

其中，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S201、网关及终端节点开机启动，完成初始化；

步骤S202、按照预设测试方法逐级进行信道测试，直至完成所有频点信号的扫描；

具体的，所述按照预设测试方法逐级进行信道测试，直至完成所有频点信号的扫描包括以下步骤：

网关采用广播的方式向所有终端节点发送网络测试信号数据；

各终端节点接收信号数据，并保存自身位置的信号状态，同时分别回复给网关；

按照约定进行下一信道的测试，直至完成所有频点信号的扫描。

步骤S203、网关收集各频点及各终端节点信号，并根据信号质量排序评估确定优选频点信道(最好的频点信道)；

步骤S204、网关向终端节点下发配置优选频点信道的数据包，终端节点接收该配置优选频点信道的数据包；

步骤S205、在确认终端节点接收该配置优选频点信道的数据包后，网关下发执行指令，终端节点接收指令并执行优选频点信道的配置，网关同时配置为同样信道频率；

步骤S206、网关及终端节点设置所述优选频点信道为默认信道，并预存频点信道的信号质量排序数据，完成优选频点信道配置。

步骤S3、网关根据所述传输参数和所述优选频点信道连续多次发送数据包，同时接收终端节点的数据反馈，根据所述数据反馈，采用跳频方式再次连续发送数据包(跳频信道的原理示意图如图4所示)。

其中，所述步骤S3采用多次发送结合跳频筛选式回复进行数据包的发送，通讯过程使用多次发送，网关收到发送数据指令时候，为了确保可靠性防止丢包，采样多次重复发送方式，具体包括以下步骤：

步骤S301、网关接收发送数据指令，并下发广播指令；

步骤S302、终端节点接收广播指令并进入广播接收状态；

步骤S303、网关根据所述传输参数及优选频点信道向终端节点连续发送三次数据包；具体的，发送数据时候采用CRC(循环冗余校验)方式；

步骤S304、终端节点接收三次数据包并验证数据包是否完整，若是，则保留完整的数据包，若否，则丢弃不完整的数据包，且网关和终端节点约定跳频至第二优的频点信道(若前一次收到了完整的数据包，则保持不变，只有没有收到完整数据包的跳频到第二优的信道)，同时网关根据所述传输参数及第二优的频点信道向终端节点再次连续发送三次数据包；

步骤S305、终端节点接收三次数据包并验证数据包是否完整，若是，则保留完整的数据包，并返回优选频点信道，若否，则网关和终端节点约定跳频至第三优的频点信道，同时网关根据所述传输参数及第三优的频点信道向终端节点连续发送三次数据包；

步骤S306、终端节点接收三次数据包并验证数据包是否完整，若是，则保留完整的数据包，并返回优选频点信道，若否，则网关和终端节点约定跳频至第二优的频点信道，同时终端节点主动上报未收到完整数据包的终端节点信息；

步骤S307、确定定时器，定时完成后终端节点及网关均返回至优选频点信道，同时网关记录并处理未收到完整数据包的终端节点。

通过多次重复发送数据包，不同频点发送数据包，然后节点反馈信息的方式有效的增加数据传输可靠性。采用分解筛选回传的方式有效减少每个节点上传的网络堵塞排队情况。非常有利用多节点组网，并且有一定时效性和高可靠性要求的场景。

此外，本实施例中为了保证各个终端节点网络通路可靠，需要闲时状态定时巡检(空闲状态巡检)，上报网络状态，约定时间上报终端节点状态，时刻监测及上报终端节点及通路连接可靠性，及时报警及检修修复设备和网络，具体包括以下步骤：

网关确认进入空闲模式后，并在空闲模式下向终端节点广播一条闲时巡检指令，并约定好各个终端ID时间点分时上传回复给网关，并约定好时间间隔和起止时间；

各终端节点接收巡检指令，并按巡检指令顺序间隔分时向网关回复数据及自身状态；

判断约定时间内终端节点是否上传失败或没有有效上传或网关接收失败(timeout)，若是，则网关对该终端节点进行标记，同时终端节点停止发送并等待下一轮巡检，若否，则下个终端节点继续上传状态，直至完成所有终端节点的巡检；

终端节点上报异常记录，同时接入睡眠待机状态，一定时间后发起第二次巡检(等待网关在空间模式下的下一轮巡检)，以此类推。中间等待其他指令和服务器其他处理请求。

此外，为了减少数据网络堵塞，节约时间也更可靠，本实施例中还包括动态预分组广播方式，此方式提前获取需要分组的信息和时间节点；具体包括以下步骤：

获取服务器上需要分组的信息及各终端节点的组合，并对终端节点及分组进行编号；

具体的，各终端节点的编号为1#，2#，3#....100#...500#....N#，(N 1)#，分组序号为A，B，C，…，Z等；

网关接收服务器的分组信息，并依据优先级对终端节点进行分组；

具体的，A组包含哪些节点，B组包含哪些节点，以此类推，首先配置A组，采用广播的方式发送A组的分组的信息数据包，所有终端收到数据包后，根据分组要求配置成A组的特定要求，需要配置A组的组地址，组信道等相关信息，A组的终端节点配置完成后，那么A组的分组完成；然后进入到B组分组配置，同理按照A组的流程，然后B组配置完成，以此类推其他的组分组完成；

分组完成后，网关根据组为单位向终端节点发送或广播数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。