[发明专利]LoRaWAN自适应功率和速率结合的低功耗控制方法

说明书

本发明提供一种LoRaWAN自适应功率和速率结合的低功耗控制方法，该方法基于LoRaWAN协议的一对多通信系统，具有自适应调整节点传输速率和功率实现低功耗的作用。根据最近N次上传数据的RSSI均值来调整传输速率和传输功率，体现出系统环境的变化，能够自适应不同的系统环境，更适合作为自适应的低功耗的方法。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种LoRaWAN自适应功率和速率结合的低功耗控制方法。

背景技术

无线传输技术的发展以及应用给企业运作和人们的生活带来了极大的实用性，其得到了广泛的应用，研究如何降低无线通信系统设备的能耗具有深远的意义。基于LoRaWAN协议的无线通信设备低功耗设计主要体现在发送功率的控制、传输速率的控制以及控制模块休眠时间。功率控制主要是通过接收到网关确认帧信息的RSSI值，对发送功率进行调整，在保证能正常通信的情况下尽量用较小功率发送消息，以达到降低功耗的目的。速率控制主要是通过设置不同的传输速率(Data Rate简称DR)，DR有0-5共6个级别，DR越大，传输灵敏度越低。反之，DR越小，传输灵敏度越高。

无线传输系统的节点主要由射频模块和数据采集与控制模块，通过射频模块实现节点与节点或者节点与网关之间的通信。一对多通信系统中，能量消耗主要由射频模块和数据控制模块两部分构成，射频模块的能耗主要由天线发送功率决定，与节点和节点或者网关之间的距离，传输的速率有关。选定天线后，射频模块需要的最大发送功率即确定下来，所以通过节点之间距离的不同，设置不同的发送功率，可以达到射频模块降低节点能耗的目的。由于系统节点与节点之间传输距离的不同，传输速率也不一样。距离近，传输速率快，功率高。距离远，传输速率慢，功耗低。数据控制模块的能耗主要由MCU运行时间和运行状态决定，需要数据采集或者通过射频模块收发数据时，控制模块随即进入到相应的运行状态，待数据收发或采集完毕立即进入休眠的运行状态以达到降低能耗的目的。

一对多点通信系统是无线传输通信系统中比较常见的通信系统方式，是指一个节点向多个节点分别发送不同的消息或者同时发送相同的消息，实现一对多的通信。本发明基于现有的无线通信技术改进低功耗的控制方法，结合了一对多的通信系统的特点，设计了一种适用于一对多通信系统的低功耗控制方法，以降低整个系统的功耗，使设备寿命更长。

发明内容

本发明提供一种可降低整个系统的功耗的LoRaWAN自适应功率和速率结合的低功耗控制方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种LoRaWAN自适应功率和速率结合的低功耗控制方法，包括以下步骤：

S1：节点上电后，传输速率设为DR0状态，发送功率设为最小值Pmin，第一次上传数据后，等待网关回复确认指令，指令中包含了本次发送的RSSI值、传输速率信息，若没有收到网关的确认指令，则增加发送功率，直到收到网关的确认指令为止；

S2：根据上次数据成功发送的RSSI值计作Node_RSSI，若上限值 Node_RSSI_high>Node_RSSI>下限值Node_RSSI_low，说明发送功率适中，作为下次节点上传数据的发送功率；若Node_RSSI>上限值Node_RSSI_high，说明本次发送功率太大，能耗太高，将本次发送功率减小作为下次节点上传数据的发送功率；若Node_RSSI<下限Node_RSSI_low，说明此次发送功率太小，虽然能成功通信，但是存在潜在的丢包危险，需增加发送功率，修改后的发送功率则作为下次节点上传数据的发送功率；

S3：节点与网关建立联系后，第二次上传数据，本次发送功率为上次成功发送的功率，并重复步骤S2判断下次发送功率是否要进行修改，计算RSSI均值并根据该均值确定传输速率，如果传输速率和上一次确定的传输速率不一致，则减少计算RSSI均值的次数N，如果传输速率和上一次确定的传输速率一样，则增加计算RSSI均值的次数N；