[发明专利]一种基于动态优先级的LoRa网关下行帧调度方法

说明书

本发明涉及一种基于动态优先级的LoRa网关下行帧调度方法，属于煤矿安全监控监测领域。该方法包括服务器、LoRa网关、节点，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，也可以同时发送n个射频信号。网关统一调度所有发射通道，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；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进行发送。本发明能提高网络拥堵时网关下行通信信道利用率，同时通过动态调整节点下行帧优先级保证不同节点下行帧的成功率，避免个别节点在网络繁忙时长期接收不到下行帧。

技术领域

本发明属于煤矿安全监控监测域，涉及一种基于动态优先级的远距离LoRa网关下行帧调度方法。

背景技术

目前煤矿安全监控系统已基本实现了数字化升级改造，传感层、传输层、应用层设备均采用了数字化传输。在煤矿现场，特别是地下矿井，没有无线通信覆盖，但对于一些特殊场合，例如采空区，废弃矿井等，地质经常变化，有线电缆容易损坏，供电、通信距离过远成本极高，传感层需要采用无线通信。LoRa技术通信距离远，抗干扰能力强，工作在ISM频段，可以方便自组网，无需无线通信供应商做网络覆盖支持。LoRaWan协议能够轻松实现LoRa设备的星型架构组网，但是原始的协议下行通信采用FIFO模式调度，当下行帧拥堵时，将出现大量丢包，并且信道利用率低，不利于传感层关键数据传输。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于动态优先级的远距离LoRa网关下行帧调度方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于动态优先级的远距离LoRa网关下行帧调度方法包括以下步骤：

a.方法的结构包括服务器、LoRa网关、节点，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.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.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。

可选地，步骤b具体为：

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，节点都通过class A模式入网。

可选地，步骤c具体为：

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。

可选地，步骤d具体为：

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。

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。