[发明专利]一种用于野外救援的LoRa多跳通信方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于野外救援的LoRa多跳通信方法及系统，系统包括救援节点终端、入网节点终端、LoRa网关、服务器和远程信息终端；入网节点终端加入LoRa网关所在的LoRaWAN网络后，工作于Class C模式，并在LoRaWAN规定的Receive Window RX2窗口与救援节点终端进行通信，救援节点终端、入网节点终端和LoRa网关组成LoRa多跳通信网络。本发明公开的用于野外救援的LoRa多跳通信方法及系统，具备较好的野外适应性，能够使搜救人员更快、更准的获取呼救人员位置等信息，同时及时上传搜救人员自身位置信息，为提高救援效率并保障搜救人员自身安全提供了保障。

技术领域

本发明属于物联网领域，具体涉及一种用于野外救援的LoRa多跳通信方法及系统。

背景技术

人们在进行野外勘查、探险、露营或旅游时，会因沙漠、沼泽或森林等复杂环境，以及气候异常变化等原因，导致一旦发生危险就需要及时向外界呼救；但是由于环境复杂等因素，救援队很难在第一时间获取呼救人员的当前位置、移动轨迹等信息，导致延误黄金救援时间。物联网的典型特点是通过部署在监测区域内的感知节点，形成一个无线自组织网络系统，以便协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。可以预见，随着物联网技术的快速发展及在各个领域的广泛应用，利用其无线自组织、协作感知等特性提升野外救援系统的环境实用性，从而使搜救人员更快、更准的获取呼救人员位置等信息，将成为野外救援系统研究的必然发展趋势。

目前，很多救援系统的设计思路是利用智能穿戴设备对呼救人员的身体状态、地理位置等信息进行监测，再通过GPRS等技术将监测信息上传至网络求救平台；然而，由于野外环境中的基站设施数量非常有限(甚至没有)，上述救援系统架构仅能适用于少部分应用场景。此外，部分救援系统利用北斗卫星导航系统、ZigBee等物联网技术进行了野外救援系统的设计与实现；然而，卫星导航系统固有的高能耗、高成本及低续航能力等缺点，以及ZigBee技术传输距离短、穿透能力弱等不足，制约了这些救援系统的进一步发展。

目前Zigbee、WIFI、GPRS等物联网技术已经运用于多种救援系统中，但是由于Zigbee、WIFI、GPRS这类传统物联网技术的传输距离有限且功耗较大，在野外的环境下进行应用的范围就很小，很难在搜救地域广、环境复杂的情况下推广应用；相对于ZigBee、WIFI、GPRS等传统物联网技术应用于野外救援系统时存在的不足，2013年提出的新兴物联网技术——LoRa(Long Range)技术，采用扩频通信方式，高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(空旷环境下)，且其接收电流仅为10mA、睡眠电流仅为200nA，可以大大延长电池使用寿命，不仅有助于解决目前救援系统搜救范围小的问题，还为设备在野外长时间运行提供了保障。

LoRaWAN是LoRa联盟基于LoRa物理层传输技术提出的以MAC层为主的一套协议标准，采用单跳、星型网络架构，且网络部署灵活，有助于LoRa技术的快速普及。然而近年来，随着以LoRa为代表的低功耗广域网(low-power Wide-Area Network，LPWAN)技术，在野外环境救援、地下管网监测、楼宇智能抄表、地下车厂管理等复杂环境中的应用越来越多，LoRa应用过程中的一些不足也逐步显现出来，即LoRa采用的单跳、星型网络架构部署，在障碍物较多等场景下仍然面临较大路径损耗等问题，许多研究人员已着手LoRa多跳通信技术研究。

因此，利用LoRa多跳通信技术设计并实现野外救援系统，将极大地提升野外救援系统的复杂环境适应性，为提高野外救援效率提供了全新思路。

发明内容

与现有许多成果研究如何将路由协议用于LoRa终端之间的多跳通信不同，本发明针对目前绝大多数LoRa终端产品是基于LoRaWAN规范开发且LoRaWAN仅支持单跳通信的研究现状，提供一种用于野外救援的LoRa多跳通信方法及系统，将具备非常好的推广应用优势。