[发明专利]实时位置通信设备和时隙同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及实时位置通信设备和时隙同步方法。

背景技术

老人和孩子走丢的情况时有发生。在老人和孩子身上安置一些无线电子设备(称为节点)，定时给老人和孩子的监护人发送位置信息，这样，老人和孩子的监护人就能够更加安心一些。对于某些贵重物品，也可以通过安装上这些节点，来进行防盗等事宜。

传统实现节点数据传输的方法是，首先通过传统的蜂窝网络把节点的数据收集起来，再通过运营商网络或者互联网，把地理位置数据传递给监护人持有的电子设备上(比如，手机，笔记本)。但是这个方法有很多问题。第一，节点必须带有SIM卡来和传统蜂窝网络进行通信，但是，SIM卡月租费比较贵，而且必须按时缴费；第二，附带SIM卡会使节点的设计更加复杂，增大了节点的设计难度和体积，给随身携带带来不便；第三，因为该老人和孩子还有贵重物品都需要佩戴节点，节点的数量会非常多，当节点的数量增大到一定值的时候，就会造成传统蜂窝网络无法提供服务的情况；第四，因为这些节点属于监控类的设备，实时性要求也比较高，所以上传频率会比较大，但是数据量比较小，传统的用于语音和娱乐服务等大数据量服务的蜂窝网络控制信令比较复杂，也比较长，不适用于这种高频次、数据量小和服务类型比较单一的服务；第五，传统蜂窝网络的节点，耗电量比较大，节点需要频繁充电。

LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433、868、915MHz等。LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。

虽然LoRa具有上述优点，但是，LoRa的主要是面向小数据，低频次的应用，不适合面向位置追踪的应用。因为，位置追踪应用虽然数据量小，但是对实时性要求比较高，属于高频次收发的应用。从资源的复用方式来说，对于小数据、高频次的应用服务，LoRa只使用单一的方法，在有限的带宽下，当节点的数量增大到一定程度之后，就会造成拥塞或者雪崩效应，导致所有的节点都无法发送数据。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于LoRa通信技术的位置追踪架构。通过LoRa通信技术和时分复用技术结合的方法，克服传统网络和LoRa通信技术的不足，提高系统中的节点数量和高频次通信。

本发明的实时位置通信设备包括多个需时隙同步的(三个以上为多)节点、LoRa gateway、服务器以及客户端；

节点用于接收GPS卫星信号确定自己的地理位信息，并将该地理位置信息发送给LoRa gateway；

LoRa gateway带有固定ip，其接收节点发送来的位置信息，并通过互联网或移动网络转发给服务器；如LoRa gateway收到节点i的地理位置信息后，将该地理位置信息通过互联网或者通过移动网络转发给服务器，与节点i匹配的客户端可通过互联网或移动网络访问服务器，查看与节点i的地理位置；

其中，一个节点可以同时匹配多个客户端，一个客户端也可以匹配多个节点；

设备在LoRa gateway频分复用和扩频通信的基础上，加入时分复用过程中，多个节点共用无线信道，由LoRa gateway为每个节点分配通信时隙，每个通信时隙对应一个节点，节点在所分配的时隙上向LoRa gateway发送位置信息，在其他时隙接收LoRa gatway或其他节点发送的信息。

服务器：接收LoRa gateway传递的数据，并将所收到的节点数据，通过互联网或移动网络推送给对应的客户端；

节点：包含处理器、定位模块，电源模块，LoRa射频发射和接收模块，警示模块和传感器模块；

定位模块：用于接收GPS卫星发送的信息，确定本节点的地理位信息并发送给处理器，并由Time pusle端口输出时间同步方波；

电源模块：为节点提供电能；

LoRa射频发射和接收模块：与处理器电连接并控制负责与LoRa gateway进行通信；

警示模块：包括与处理器电连接的灯光闪烁模块和/或与处理器电连接的警笛报警模块；

传感器模块：包括与处理器电连接且检测是否发生摔跤加速度传感器和/或与处理器电连接的其他传感器；

LoRa gateway包括

收发模块：接收节点发送的信息，或向节点发送信息；