[发明专利]一种基于动态优先级的LoRa网关下行帧调度方法

权利要求书

1.一种基于动态优先级的LoRa网关下行帧调度方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

a.所述方法的结构包括服务器、LoRa网关、节点，所述LoRa网关在服务器与节点的中间且分别与服务器、节点双向通信；

b.所述方法应用于星型架构的LoRa网络，LoRa网络遵循LoRaWAN协议，在物理层上支持class A,class B,class C三种模式；

c.所述网关包括n个独立射频发射通道，每个通道具有相同的硬件结构和性能，网关可以同时发送n个射频信号,网关统一调度所有发射通道；

d.网关统计每个已激活的节点在一定时间内下行帧发送的成功率，按成功率大小动态划分下发通道占用优先级；

e.网关维持一个正在发送帧的信息表，包括帧的信道，速率，扩频因子，预估完成时间，用于冲突检测；

f.网关以自身时间为基准，计算每个下行帧的下发时刻和预估耗时，维持一个下行帧等待表,并且以最大化发射通道使用率和最高优先级加权和为最优调度目标选择下行帧发送，所述等待表包含下行帧的最早开始时间，最晚开始时间，信道，速率，扩频因子，预估飞行时间信息；

步骤d具体为：

所述网关统计每个已激活的节点下行帧发送的成功率，按成功率大小动态划分下发通道占用优先级，成功率越高，优先级越低；

所述优先级动态划分定义为：每发射或者丢弃一帧数据后立即更新对应节点的发射成功率，并实时更新该节点下一个下行帧的优先级；

步骤e具体为：

所述网关维持一个正在发送帧的信息表，所述信息表包括帧的信道，速率，扩频因子，开始时间，预估空中时间；

所述开始时间分辨率到微秒；

所述预估空中时间按公式(1)计算：

T_frame＝T_pre+T_load (1)

式中，T_pre为前导码传输时间估计，按公式(2)计算，T_load为负载传输时间估计，按公式(3)计算；

T_pre＝n_preamble*T_sym (2)

T_load＝n_load*T_sym (3)

式中，n_preamble为前导码符号个数，n_load为负载符号长度，T_sym为一个符号耗时，按公式(4)计算；

T_sym＝2^SF/B_bw (4)

式中，SF为扩频因子，B_bw为带宽；

步骤f具体为：所述网关首先按最高优先级选择下行帧发送，其次按最大化发射通道使用率选择下行帧发送。

2.根据权利要求1所述一种基于动态优先级的LoRa网关下行帧调度方法，其特征在于：步骤b具体为：

所述网关下行帧调度方法应用于星型架构的LoRa网络，LoRa网络遵循LoRaWAN协议，在物理层上支持class A,class B,class C三种模式，所述节点都通过class A模式入网。

3.根据权利要求1所述一种基于动态优先级的LoRa网关下行帧调度方法，其特征在于：步骤c具体为：

所述网关包括n个独立射频发射通道，每个通道具有相同的硬件结构和性能，网关可以同时发送n个射频信号,n大于等于1并且小于等于8，网关统一调度所有发射通道，并且所有发射通道平等的使用ISM频段下规划的可用信道。

4.根据权利要求1所述一种基于动态优先级的LoRa网关下行帧调度方法，其特征在于：所述发射通道使用率定义为：发射通道空闲时间越短，发射通道使用率越高；当有发射通道空闲时，调度器优先发射优先级高的帧，若同一优先级有多个待发射的帧则选择发射通道使用率最高的帧发送，待发送时刻减去当前时间差值越小，通道使用率越高。