[发明专利]基于LoRaWAN的高效无线地震数据传输协议设计方法

权利要求书

1.一种基于LoRaWAN的高效无线地震数据传输协议设计方法，其特征在于，包括：

A.网关广播无线信号质量测试信标后，地震仪终端依据接收功率确定可用的扩频因子范围，在可用范围内，扩频因子越低被选择的概率越大；

B.网关将地震仪终端的扩频因子分布情况存储在N_SF中，设定相同扩频因子通信信道的堵塞权重P^1x6，扩频因子相对传输时间权重w^1x6，建立扩频因子通信信道的拥堵程度函数；

C.数据包构建:依据不同扩频因子的相对传输时间权重，构建数据包前导码的持续时间T_preamble、数据包前导码长度n_preamble、通信负载的字节长度n_payload的无线数据传输时间目标函数；

D.根据步骤C构建的数据包，结合每个地震仪终端的唯一ID和内置GPS高精度授时，通过网关制定哈希函数H_i(k)获得时间序列插槽索引k_index，为传输网络提供精确对时。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括以下步骤：LoRaWAN网络中地震仪的扩频因子分布情况存储在N_SF，N_SF的第i个值表示网络中有N_SF节点正在使用扩频因子[i]进行传输；具有相同的最小可用扩频因子的地震仪数量存储在N_SF中，扩频因子SF＝{7,8…,12}；

定义P^1x6作为堵塞权重，w^1x6为扩频因子相对传输时间权重，w_s为扩频因子为s时的相对传输权重，则拥堵程度函数：

P＝N_SF·w

其中P表示扩频因子通道为扩频因子SF的拥堵程度；

通过计算不同扩频因子相对传输时间相同产生数据接收冲撞权重，按粗/细粒度调节后的顺序比较相邻权重并基于小象元的最佳分布时间权重均衡策略进行平衡，完成所有均衡后，输出调整后的权重，并将不同扩频因子的冲撞时间权重转换为各个通信信道的地震仪数据量。

3.根据权利要求1所述的一种基于LoRaWAN的高效无线地震数据传输协议设计方法，其特征在于，所述步骤C具体包括以下步骤：

地震仪无线数据传输过程中的数据包持续时间为前同步码和已传输数据包的持续时间之和目标函数为：

其中T_preamble为前导码的持续时间，n_preamble为前导码的长度，n_payload为负载的字节长度：

其中PL表示有效负载的字节数，当数据包有标头时，IH为1否则为0；当启用低速率优化时，DE＝1否则为0，CR表示编码率，1对应4/5，4对应4/8。

4.根据权利要求1所述的一种基于LoRaWAN的高效无线地震数据传输协议设计方法，其特征在于，所述步骤D包括以下步骤：

每个地震仪终端使用其全局唯一的32位地址标识，或者将连接到终端的设备编号用作关键字k，通过网关为其指定的哈希函数H_i(k)的获得插槽索引k_index：

k_index＝H_i(k)

对于单个扩频因子通信信道，有n个不同的地址和m个传输插槽，定义α为装载系数:

构造的哈希表中的应碰撞更少，且使α接近1，以减少系统的数据延迟率，并使地址n在插槽m中均匀分布，针对每个扩频因子通信信道的地址集合，在允许的延迟范围内，构建哈希函数H₂(k)：

rsh(A-r)(2^r＜m)

选取运算后的中间15个字节作为数据包发送序号，A为计算字节长度，floor表示为向下取整，rsh(A-r)表示向右移动(A-r)位。