[发明专利]一种基于时分多址的LoRaWAN信道冲突规避方法

说明书

本发明公开了一种基于时分多址的LoRaWAN信道冲突规避方法。包括以下步骤：LoRa节点发送带有LoRa节点的发送周期的入网请求数据包，LoRa TDMA服务器发送带有LoRa节点多播地址和多播地址序号的入网接受数据包，当有LoRa节点的发送周期到达时，在下发的多播数据负载中设置相应的位，LoRa节点收到多播数据后，判断是否发送上行数据。在有些应用场景需要更高的信道利用率时，本发明利用多播实现的LoRaWAN时分多址机制可以极大地提高信道利用率。

技术领域

本发明涉及广域物联网技术之一的LoRaWAN技术领域，尤其涉及一种基于时分多址的LoRaWAN信道冲突规避方法。

背景技术

低功耗广域网(LPWAN)，是一种数据速率低、通信距离远的无线通信广域网络，作为低功耗广域网中的主流技术，LoRa在通信距离、电池使用寿命、适用的场景、成本等方面更具有优势。标准的LoRaWAN网络系统存在很多的局限，根据实际的应用需求，有些应用场景需要更高的信道利用率。标准的LoRaWAN协议的各个终端节点使用纯ALOHA发送数据，信道利用率很低。时分多址技术可以使LoRaWAN网络的信道利用率得到提高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于时分多址的LoRaWAN信道冲突规避方法。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：一种基于时分多址的LoRaWAN信道冲突规避方法，包括以下步骤：

第一步：LoRa节点请求入网。入网请求数据包的消息格式增加字段TxCycle，TxCycle字段表示LoRa节点的发送周期。

第二步：LoRa TDMA服务器接受入网。入网接受数据包中增加字段McAddr和字段McSeq，McAddr字段表示节点的多播地址，McSeq字段表示此节点在多播地址McAddr中的序号。

第三步：LoRa TDMA服务器下发多播数据给多个节点。LoRa TDMA服务器遍历所有LoRa节点，当有LoRa节点的发送周期到达时，下发相应的多播数据。

第四步：LoRa节点收到多播数据后，判断是否发送上行数据。当多播数据负载中包含的多播地址与LoRa节点的多播地址一致时，在相应的信道上做延迟发送。

进一步地，LoRaWAN网络包含LoRa节点和LoRa服务器，LoRa服务器由四部分组成：LoRa网桥、LoRa网络服务器、LoRa应用服务器、LoRa TDMA服务器；LoRa网桥的功能包括：UDP数据转MQTT数据，MQTT数据转UDP数据，配置网关；LoRa网络服务器的功能包括：处理MAC层上行数据，发送MAC层下行数据，处理网关状态信息；LoRa应用服务器的功能包括：处理入网请求，加密与解密应用层数据，存储应用层数据；LoRa TDMA服务器的功能包括：调度多播数据发送，统计TDMA信息。

进一步地，LoRa网络服务器、LoRa应用服务器、LoRa TDMA服务器的开发环境均为Linux系统，编程语言使用Golang；数据持久化存储使用PostgreSQL，数据非持久化存储使用Redis；数据通信协议包括HTTP、gRPC、MQTT。

进一步地，在LoRa节点入网之前，先向LoRa服务器发送入网请求数据包，如果LoRa服务器允许这个节点入网则回复入网接受数据包，否则不回复。

进一步地，LoRaWAN服务器收到入网请求数据包，保存LoRa节点的发送周期，当周期到达时，LoRa节点收到LoRa服务器下发的多播数据包。

进一步地，LoRa TDMA服务器启动后，监听LoRa节点发送的入网请求数据包，根据负载中的发送周期字段TxCycle，分配多播地址，并确定LoRa节点在多播地址中的序号；当多个LoRa节点的发送周期一样时，分配相同的多播地址。