一种基于LoRaWAN的数据通信系统及通信方法与流程

一种基于lorawan的数据通信系统及通信方法
技术领域
1.本发明涉及铁路站场内数据通信技术领域，尤其是涉及一种基于lorawan的数据通信系统及通信方法。


背景技术：

2.lorawan是基于lora远距离通信技术和组网而设计的一套通讯协议和系统架构。其结构如图1所示，包括lora终端、lora网关和服务器，具有无需申请无线频率、支持的节点多、覆盖范围广、抗干扰性强、成本低等特点，已广泛地应用于物联网的数据传输领域。
3.铁路的站场在对既有的设备进行在线检测或监测时，既需要传输静态数据(采集时间间隔长，数据量小)，又需要传输动态数据(短时间密集采集，形成数据文件，数据量大)。lorawan的特点非常适合铁路站场设备的在线检测或监测静态数据的传输，但对于动态产生的数据文件传输则比较困难(数据传输速率低，数据易丢失)。虽然可以通过其他的通信手段解决铁路站场设备在线检测或监测数据传输的问题(包括静态数据和动态数据)，但解决方案的复杂度和成本都有比较大的增加。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现站点内数据快速传输、传输效率高、可扩展性强、成本低的基于lorawan的数据通信系统及通信方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种基于lorawan的数据通信系统，所述的数据通信系统包括lora后台服务器、lora网关和lora终端；所述的lora终端设有用于信令交互和静态数据传输的第一lora模块和用于动态数据传输的第二lora模块；所述的第一lora模块和第二lora模块分别与lora网关进行通信；所述的lora网关与lora后台服务器相连。
7.优选地，所述的第一lora模块设有125khz通信信道。
8.优选地，所述的第二lora模块设有500khz通信信道。
9.优选地，所述的lora网关设有125khz通信信道和500khz通信信道。
10.优选地，所述的lora终端还包括主控模块；所述的第一lora模块和第二lora模块分别与主控模块相连。
11.优选地，所述的lora终端的数量为若干个，若干个lora终端分别与lora网关进行通信。
12.更加优选地，所述的lora终端在入网时，有且仅有一个lora模块入网，另外一个lora模块共享入网lora模块的模块标识和入网凭证。
13.优选地，所述的lora后台服务器、lora网关和lora终端分别以星形方式进行连接。
14.一种用于如上述任一项所述的数据通信系统的通信方法，所述的通信方法包括：
15.步骤1：lora终端中的主控模块对第一lora模块和第二lora模块进行配置；
16.步骤2：lora终端中的第一lora模块入lorawan网；
17.步骤3：lora终端中的第一lora模块将收到的入网凭证信息通过主控模块发送给第二lora模块；
18.步骤4：lora终端中的主控模块定期采集传感器数据，同时第一lora模块传送静态低速率数据信息至lora网关；
19.步骤5：判断是否有数据文件需要进行传输，若是，则执行步骤6，否则，返回步骤4；
20.步骤6：lora终端中的主控模块通过第一lora模块向lora后台服务器申请发送许可；
21.步骤7：主控模块获得发送许可后，通过第二lora模块向后台服务器发送数据文件；
22.步骤8：数据发送完成后，主控模块通过第一lora模块向后台服务器释放发送许可。
23.优选地，所述的步骤7还包括：
24.在数据文件传送过程中lora后台服务器实时判断是否有数据丢失，若有，则lora后台服务器通过125khz信道下发需要重传的信息，lora终端将根据重发信令通过第二lora模块在500khz信道重传信息。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.一、实现站点内数据快速传输：本发明中的数据传输系统在lorawan终端设备中增加了一个lora通信模块，即第二lora模块，该模块采用500khz上行信道，可用于数据的快速传输；第一lora模块进行信令交互和静态传输，第二lora模块进行快速的数据传输，通过这种方式避免了现有的lorawan终端设备发送时不能接收，接收时不能发送的弊端，实现了站点内数据的快速传输。
27.二、传输效率高：本发明中的数据通信系统采用两个lora通信模块，两个模块中均有一个无线收发器，形成双全工通信方式，并且第二个模块仅用于上行传输，上行传输速率快、效率高。
28.三、可扩展性强：本发明中的数据通信系统虽然lora终端包含两个lora模块，但仅有一个lora模块入网，另一个共享入网lora模块的模块标识和入网凭证，在lora后台服务仅显示为一个逻辑实体，这样，lora后台服务不受lorawan终端设备进行模块和信道扩展的影响，大大提高了系统的可扩展性。
29.四、成本低：本发明中的数据通信系统仅需lora终端增加lora模块即可实现动态数据的快速传输，在保留了lorawan诸多传输优点的同时，提高了数据传输的速率，可在低成本条件下满足铁路站场较高速率数据传输的需要。
附图说明
30.图1为现有技术中lorawan网络的结构示意图；
31.图2为本发明中lorawan数据通信系统的结构示意图；
32.图3为本发明中lorawan数据通信系统的主体结构示意图；
33.图4为本发明中数据通信方法的流程示意图。
34.图中标号所示：
35.1、lora后台服务器，2、lora网关，3、lora终端，301、第一lora模块，302、第二lora
模块，303、主控模块。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
37.一种基于lorawan的数据通信系统，其结构如图2和图3所示，包括lora后台服务器1、lora网关2和lora终端3，lora终端3通过lora网关2与lora后台服务器1进行通信。
38.lora终端3包括第一lora模块301、第二lora模块302和主控模块303，其中第一lora模块301设有125khz通信信道，用于信令交互和静态数据传输。第二lora模块302设有500khz通信信道，用于进行动态数据传输。
39.lora网关2设有125khz通信信道和500khz通信信道，用于与lora终端3进行通信。
40.本实施例中lora终端3的数量为若干个，若干个lora终端3分别与lora网关2进行通信，lora终端3在入网时，有且仅有一个lora模块入网，另外一个lora模块共享入网lora模块的模块标识和入网凭证。在lora后台服务器1仅显示为一个逻辑实体，这样，lora后台服务器1不受lorawan终端设备进行模块和信道扩展的影响。
41.本实施例中的lora后台服务器、lora网关2和lora终端3分别以星形的方式进行连接。
42.本实施例中的网关采用具有semtech sx1301芯片的lora网关，以及semtech sx1278芯片的lora终端模块。。
43.本实施例还涉及一种用于上述数据通信系统的数据通信方法，其流程如图4所示，包括：
44.步骤1：lora终端中的主控模块对第一lora模块和第二lora模块进行配置；
45.步骤2：lora终端中的第一lora模块入lorawan网；
46.步骤3：lora终端中的第一lora模块将收到的入网凭证信息通过主控模块发送给第二lora模块；
47.步骤4：lora终端中的主控模块定期采集传感器数据，同时第一lora模块传送静态低速率数据信息至lora网关；
48.步骤5：判断是否有数据文件需要进行传输，若是，则执行步骤6，否则，返回步骤4；
49.步骤6：lora终端中的主控模块通过第一lora模块向lora后台服务器申请发送许可；
50.步骤7：主控模块获得发送许可后，通过第二lora模块向后台服务器发送数据文件；
51.步骤8：数据发送完成后，主控模块通过第一lora模块向后台服务器释放发送许可。
52.步骤7还包括：
53.在数据文件传送过程中lora后台服务器实时判断是否有数据丢失，若有，则lora后台服务器通过125khz信道下发需要重传的信息，lora终端将根据重发信令通过第二lora
模块在500khz信道重传信息。
54.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。