[发明专利]一种自适应负载的LoRa星型网络低功耗通信方法

说明书

本发明公开了一种自适应负载的LoRa星型网络低功耗通信方法。当LoRa星型网络中的集中器需要向节点发送数据时，通过节点通信时间表计算闪频序列最大发送时间，节点通信时间集中器向节点发送闪频序列，闪频序列中包括节点信息；将节点唤醒，节点通过二次休眠CAD侦听发现唤醒序列，发现序列后开始接收序列，如果节点信息为本节点的，则向集中器进行应答，等待数据接收，集中器收到应答后开始数据传输，如果接收到的唤醒序列中节点信息不是本节点的，直接进入休眠状态。本发明通过闪频序列唤醒方法，根据网络负载选择不同的侦听周期，在降低网络功耗上显示了强大的优越性，极大地增加了网络吞吐量和降低网络延时。

技术领域

本发明涉及一种无线通信方法，尤其是涉及一种自适应网络负载的LoRa星型网络低功耗通信方法，属于无线传感器网络的技术领域。

背景技术

随着物联网技术的快速发展，对低功耗无线通信技术有了更高的要求。LoRa作为一种典型的低功耗广域物联网技术凭借着抗干扰性强，通信范围广，已得到广泛的应用，通常以星型网络形式进行通信。

在集中器和节点组成的LoRa星型网络中，LoRa节点有发送、接收、侦听和睡眠四个状态。睡眠状态功耗小于1ua，侦听状态功耗次于睡眠状态，发送接收态功耗为ma级别。协调好LoRa节点各个状态的转换，减少不必要的接收状态，可以降低节点功耗，提高电池的工作效率，延长节点工作时间，具有重要意义。LoRa星型网络基于侦听的低功耗通信中，通常LoRa集中器发送大于LoRa节点信道活动检测周期的前导码，LoRa节点可通过固定周期信道活动检测前导码来接收数据，这种方法在这些方面存在较大的能量损耗：

第一，由于无线信道的广播特性，当节点收到非发往本节点的报文时，会消耗不必要的额外能量，如果节点过早唤醒，需要等待前导码发送完成才能接收数据，不管数据是否发往本节点，都将消耗大量的能量。

第二，节点周期性侦听，检测是否有数据接收，即使没有数据接收，也要进行侦听，以不错过任何接收数据，但是侦听周期需要小于前导码长度才行，这样网络延时和功耗就是一对矛盾，通过减小侦听周期缩短前导码来减小网络延时，将增加功耗；通过延长侦听周期来降低功耗，则必须增加前导码长度，这就增加了网络延时。

另外LoRa星型网络节点存在以下特点：网络负载存在时间和空间上的不平衡特点，大部分时间节点处于低负载状况下，小部分时间会进行频繁通信，网络负载剧增，不同节点有不同的网络负载。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种自适应负载的LoRa星型网络低功耗通信方法，在较低网络延时情况下，较大程度减小能量损耗。

在自适应负载的LoRa星型网络低功耗通信方法中，集中器和节点采用基于闪频序列的唤醒进行低功耗通信，闪频序列唤醒改变传统唤醒的长前导码方式，将长前导码变成含前导码、节点地址和唤醒后通信方式的闪频序列，减少网络延时和能量损耗。基于闪频序列的唤醒进行低功耗通信中集中器和节点通信过程分别为：

(1)集中器在通信时，集中器发送一种含有短前导码、节点地址和唤醒后通信方式的闪频序列，并且在每次发送完序列的较短时隙间等待节点应答。如果集中器发送闪频序列时间大于最大闪频序列发送周期且未收到应答，则停止发送。

(2)节点在通信时，节点每次唤醒后通过一种二次睡眠CAD侦听机制进行最多2次间隔大于集中器等待应答时隙的CAD侦听，如果侦听到前导码，节点切换接收状态接收该序列中的节点信息，如果节点信息是本节点的，节点向集中器回复一个应答，表示集中器需要发送数据的节点唤醒成功，节点等待接收数据，集中器开始接收数据，如果节点信息不是本节点的，节点立刻进入睡眠状态。