LORA无线通信方法、系统、中继方法及设备与流程

本发明涉及低功耗长距离无线通信
技术领域：
，尤其涉及lora无线通信方法、系统、中继方法及设备。
背景技术：
：lora(longrange)是专用于远距离低功耗的无线通信技术,其基于扩频的调制方式相对于其他通信方式大大增加了通信距离，可广泛应用于各种场合的远距离低速率物联网无线通信领域。比如自动抄表、楼宇自动化设备、无线安防系统、工业监视与控制等。具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点。但是，现有的常规方案存在以下缺陷：lora无线通信在实际应用中，主机通过无线通信向从机广播带设备地址的modbus协议格式命令进行数据采集，对应设备地址的从机返回响应数据包。主机通过轮询的方式，不断广播带不同设备地址的命令，逐个采集远端设备数据。这种纯粹主机对从机的通信容易出现因为障碍物、距离等因素导致信号衰减变差而无法达到通信要求。如图1所示，从机a由于被障碍物阻挡，无法实现和主机的通信，从机b由于距离太远，其和主机的通信也无法满足要求。为解决上述问题，行业中做出了中继模块来延长通信距离。通信过程中，采集设备把无线信号发给中继设备，中继设备再把信号转发给更远处的被采集设备。由于无线信号采用的是广播方式，中继转发信号时，部分不需要经过中继的被采集设备，可能此时正在发送响应数据，就会出现同频干扰，导致无线信号无法被正确接收。虽然中继的方式能解决通信距离的问题，但同时也带入了同频干扰导致信号接收出错的问题。行业中还出现的另一种中继方式，通过在中继模块中配置一个或多个需要经过中继的从机设备标识号，在主机发送的数据包中包含目的设备标识号，从而达到延长通信距离的目的。这种中继方式虽然可以延长通信距离，但中继设备需预先设置各个经过中继的从机设备标识号，对现场施工及其不便。技术实现要素：为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种lora无线通信方法，其能克服同频干扰、现场施工不便等问题。本发明的目的之二在于提供一种lora无线通信系统，其能克服同频干扰、现场施工不便等问题。本发明的目的之三在于提供一种lora无线通信中继方法，其能克服同频干扰、现场施工不便等问题。本发明的目的之四在于提供一种lora无线通信中继设备，其能克服同频干扰、现场施工不便等问题。本发明的目的之一采用以下技术方案实现：一种lora无线通信方法，包括如下步骤：广播命令步骤：主机采用标准的modbus协议广播数据采集广播命令，数据采集广播命令包含有从机地址、设备sn号、包序号和生存时长；接收广播命令步骤：从机或中继设备接收主机发出的数据采集广播命令，从机查询从机地址是否为本从机的地址，若是，记录数据采集广播命令中的设备sn号和包序号；中继设备记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长减一，并当当前信道空闲时，将数据采集广播命令广播出去；转发广播命令步骤：中继设备接收上一级中继设备广播发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长再减一，当生存时长不为0且当前信道空闲时，将该数据采集广播命令广播出去；响应广播命令步骤：从机发送响应数据至主机或中继设备，中继设备将来自从机的响应数据转发至主机，所述响应数据包括从机地址。进一步地，所述生存时长的初始值为主机到从机之间所需的中继设备的级数。进一步地，数据采集广播命令的数据协议格式为fe+ed+dc+设备sn+包序号+生存时长+原命令+crc+cb。本发明的目的之二采用以下技术方案实现：一种lora无线通信系统，包括主机、中继设备和从机，所述主机连接中继设备，从机连接中继设备或主机；主机用于采用标准的modbus协议广播数据采集广播命令，数据采集广播命令包含有从机地址、设备sn号、包序号和生存时长，还用于接收带有从机地址的响应数据；从机用于接收主机发出的数据采集广播命令，从机查询从机地址是否为本从机的地址，若是，记录数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，发送响应数据至主机或中继设备；中继设备用于接收主机发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长减一，并当当前信道空闲时，将数据采集广播命令广播出去；还接收上一级中继设备广播发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长再减一，当生存时长不为0且当前信道空闲时，将该数据采集广播命令广播出去；并将来自从机的带有从机地址的响应数据转发至主机。进一步地，生存时长的初始值为主机到从机之间所需的中继设备的级数。本发明的目的之三采用以下技术方案实现：一种lora无线通信中继方法，包括如下步骤：接收广播命令：接收主机发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长减一，并当当前信道空闲时，将数据采集广播命令广播出去；转发广播命令步骤：收上一级中继设备广播发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长再减一，当生存时长不为0且当前信道空闲时，将该数据采集广播命令广播出去；响应广播命令步骤：将来自从机的响应数据转发至主机，所述响应数据包括从机地址。进一步地，所述生存时长的初始值为主机到从机之间所需的中继设备的级数。进一步地，数据采集广播命令的数据协议格式为fe+ed+dc+设备sn+包序号+生存时长+原命令+crc+cb。本发明的目的之四采用以下技术方案实现：一种lora无线通信中继设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有可被处理器执行的计算机可读程序，所述计算机可读程序被处理器读取执行时，实现以下步骤：接收广播命令：接收主机发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长减一，并当当前信道空闲时，将数据采集广播命令广播出去；转发广播命令步骤：收上一级中继设备广播发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长再减一，当生存时长不为0且当前信道空闲时，将该数据采集广播命令广播出去；响应广播命令步骤：将来自从机的响应数据转发至主机，所述响应数据包括从机地址。进一步地，所述生存时长的初始值为主机到从机之间所需的中继设备的级数。相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过设置中继设备，可以延长有效通信距离，并且采用信道冲突检测方法，每一条无线数据发送，均需要进行信道监测，避免多个设备同时发送设备，避免了同频干扰；不需要在中继设备设置从机id号，不用增加配置，可以无缝新增接入中继设备。附图说明图1为现有lora无线通信系统结构示意图；图2为本发明的lora无线通信系统结构示意图；图3为本发明的种lora无线通信方法的流程图；图4为本发明的种lora无线通信中继方法的流程图。图中：1、主机；2、从机；3、中继设备。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：在电力无线通信技术中，lora是应用比较广泛的一项技术。但lora在实际应用中，容易出现因为障碍物、距离等因素导致信号衰减变差而无法达到通信要求。本发明提供一种lora无线通信系统，包括主机、多个从机和多个中继设备，参照图2，包括主机1、从机2、中继设备3。主机1连接中继设备3，从机2连接中继设备3或主机1；主机1用于采用标准的modbus协议广播数据采集广播命令，数据采集广播命令包含有从机地址、设备sn号、包序号和生存时长，还用于接收带有从机地址的响应数据；从机2用于接收主机1发出的数据采集广播命令，从机2查询从机地址是否为本从机2的地址，若是，记录数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，发送响应数据至主机1或中继设备3；中继设备3用于接收主机1发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长减一，并当当前信道空闲时，将数据采集广播命令广播出去；还接收上一级中继设备3广播发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长再减一，当生存时长不为0且当前信道空闲时，将该数据采集广播命令广播出去；并将来自从机2的带有从机地址的响应数据转发至主机1。本发明的通信协议包里面包含了设备sn号和包序号，以及还包括有生存时长。设备sn号和包序号标识了包的唯一性。设备sn号为数据原始发出的设备的id号，在所有的设备中唯一。包序号是每个设备每次发出数据时自动嘉仪。生存时长是设备发出数据时为一个固定值，每次转发就自动减一，当生存时长的值为0时，此数据包不再转发，避免中继之间无限转发。本发明主机1发出带从机地址的数据采集广播命令后，分几种情况。第一种是与从机地址对应的从机2与主机1距离近，不需要经过中继设备3就可以直接无线通信。从机2接收到数据采集广播命令后，记录设备sn号和包序号，并返回响应命令。中继设备3接收到数据采集广播命令后，记录数据包中的设备sn号和包序号，短暂休眠，监听当前信道是否有其他通信，当信道空闲时，再将数据包转发出去。此时，从机2接收到数据包后，由于该从机2第一次接收到数据采集广播命令后已经记录了数据包的设备sn号和包序号，此时再次接收到数据包时发现相同，则对该数据包不再处理。主机1接收到中继设备3转发的数据采集广播命令后，发现设备sn号是本机的，也不作处理。而其他从机2接收到数据采集广播命令后，发现与从机地址不一致，也就是不是目标机器，也不作处理。第二种情况是从机地址对应的从机2需要经过一个中继设备3。主机1发出数据采集广播命令后，其他距离主机1近的从机2接收到数据采集广播命令后，没有响应的数据返回，中继设备3收到后，记录数据包的sn号和包序号，短暂休眠，监听当前信道是否有其他通信，当信道空闲时，把数据包转发出去。当对应的从机2接收到该数据包后，返回响应数据。中继设备3接收到响应数据后，用同样的方式把响应数据转发出去，主机1收到响应数据，完成整个通信过程。第三种情况是主机1到目标的从机2之间需要经过多级中继设备3，第一级中继设备3把来自主机1的数据包转发给第二级中继设备3，第二级中继设备3转发的数据包，第一级中继设备3同样能接收到，此时第一级中继设备3已经记录了数据包的设备sn号和包序号，可以判断数据之前已经处理过，不再处理。中继设备3的级数由数据包的生存时长决定，每转发一次则生存时长减一，生存时长初始值即为中继设备3的级数。主机1通过轮询的方式、不断广播带不同设备地址的命令，逐个采集从机2的数据。本发明通过设置中继设备3，可以延长有效通信距离，解决lora通信中一些孤点问题，并且采用信道冲突检测方法，每一条无线数据发送时，均需要进行信道监测，避免多个设备同时发送设备，避免了同频干扰；不需要在中继设备3设置从机id号，不用增加配置，可以无缝新增接入中继设备3。数据采集广播命令的数据协议格式fe+ed+dc+设备sn+包序号+生存时长+原命令+crc+cb，参照表1：序号内容字节数说明1fe1固定命令格式2ed1固定命令格式3dc1固定命令格式4设备sn4中继模块的sn号5序号2数据包序号6生存时长1数据包生存时长7原命令n无线模块收到主机的原命令8crc1校验和9cb1固定命令格式表1对应上述本发明提供的lora无线通信系统，本发明还可以提供一种lora无线通信方法，参照图3，包括如下步骤；s101：主机采用标准的modbus协议广播数据采集广播命令，数据采集广播命令包含有从机地址、设备sn号、包序号和生存时长；s102：从机或中继设备接收主机发出的数据采集广播命令，从机查询从机地址是否为本从机的地址，若是，记录数据采集广播命令中的设备sn号和包序号；中继设备记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长减一，并当当前信道空闲时，将数据采集广播命令广播出去；s103：中继设备接收上一级中继设备广播发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长再减一，当生存时长不为0且当前信道空闲时，将该数据采集广播命令广播出去；s104：从机发送响应数据至主机或中继设备，中继设备将来自从机的响应数据转发至主机，所述响应数据包括从机地址。上述生存时长的初始值为主机到从机之间所需的中继设备的级数。相应的，本实施例中的数据采集广播命令的数据协议格式为fe+ed+dc+设备sn+包序号+生存时长+原命令+crc+cb。此外，本发明实施例还提供一种lora无线通信中继方法，如图4所示，包括如下步骤：s201：接收广播命令：接收主机发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长减一，并当当前信道空闲时，将数据采集广播命令广播出去；s202：转发广播命令步骤：收上一级中继设备广播发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长再减一，当生存时长不为0且当前信道空闲时，将该数据采集广播命令广播出去；s203：响应广播命令步骤：将来自从机的响应数据转发至主机，所述响应数据包括从机地址。在lora无线通信中继方法中，生存时长的初始值为主机到从机之间所需的中继设备的级数。数据采集广播命令的数据协议格式为fe+ed+dc+设备sn+包序号+生存时长+原命令+crc+cb。本发明实施例还提供一种lora无线通信中继设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有可被处理器执行的计算机可读程序，所述计算机可读程序被处理器读取执行时，实现以下步骤：接收广播命令：接收主机发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长减一，并当当前信道空闲时，将数据采集广播命令广播出去；转发广播命令步骤：收上一级中继设备广播发出的数据采集广播命令，记录该数据采集广播命令中的设备sn号和包序号，将生存时长再减一，当生存时长不为0且当前信道空闲时，将该数据采集广播命令广播出去；响应广播命令步骤：将来自从机的响应数据转发至主机，所述响应数据包括从机地址。处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是一种基于互联网的表单设计系统的控制中心，利用各种接口和线路连接一种基于互联网的表单设计系统的各个部分。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现一种基于互联网的表单设计系统的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页12