实现LoRa网关MESH的系统及方法与流程

实现lora网关mesh的系统及方法
技术领域
1.本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及实现lora网关mesh的系统及方法。


背景技术：

2.现在的物联网应用场景中，传感器节点网关迅速组网，建立多层网络拓扑结构，节点还可支持多种传感器。加载温湿度传感器的节点部署在智慧农场中，可以实时收集环境数据，上传至云端供管理人员查看，节点加载不同的传感器可以应用在不同的物联网场景当中。
3.现有网路系统构架方案大部分采用星型网络的架构，智能终端通过无线（lora）把采集到的传感器数据发送到网关，网关再通过公网（4g/5g，以太网等）发送到服务器或云平台。
4.这种方案有一个明显的问题，在很多偏远地区，由于公网信号覆盖不完善，导致整个很多终端节点的数据经常性的不能及时上传到公网服务器，从而导致传感器监测数据的丢失。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中在很多偏远地区，由于公网信号覆盖不完善，导致整个很多终端节点的数据经常性的不能及时上传到公网服务器，从而导致传感器监测数据的丢失的问题，本发明提供 lora网关无线组网系统及实现lora网关mesh的系统及方法。采用如下的技术方案：lora网关无线组网系统，包括至少两个互相无线通信连接的基于lora网关的物联网无线组网单元，所述物联网无线组网单元包括终端传感器阵列、与终端传感器数量匹配的接收信道、合路器、至少一路射频发射前端、lora网关基带处理单元、主处理器、lora收发器、无线数据发送频点和无线公网网关，所述终端传感器阵列的数据输出端与接收信道无线通信连接，所述接收信道的与合路器的通信连接，所述合路器的数据输出接口与射频发射前端的数据输入接口通信连接，所述射频发射前端的数据发送端与lora网关基带处理单元的数据接口无线通讯连接，所述lora网关基带处理单元的数据输出接口与主处理器的数据输入接口通信连接，所述主处理器分别与无线公网网关和lora收发器通信连接，所述lora收发器与无线数据发送频点通信连接，所述无线数据发送频点与相邻的接收信道无线通信连接。
6.通过上述技术方案，终端传感器阵列把采集到的传感器数据发送到各自的接收信道，合路器把数据汇总后再转发给射频发射前端，射频发射前端将数据调制后转发给lora网关基带处理单元，lora网关基带处理单元将数据数字化后传输给主处理器，主处理器对数据进行识别判定后可以直接通过无线公网网关与公网服务器连接将数据上传，公网服务器需要下行传输数据时，可通过对应的无线公网网关将数据传输给主处理器，主处理器对数据进行识别处理后通过lora收发器将数据处理后传输给对应的无线数据发送频点，最终
通过与终端传感器数量匹配的接收信道将数据传输给对应的端传感器阵列，系统构架设计合理，组网便利，功耗低，效率高，很好的解决偏远信号覆盖不完善的区域，实现了信号不完善区域的物联网数据采集及远程控制。
7.可选的，还有基于微处理器的最优网关传输路径规划模块，所述最优网关传输路径规划模块包括用于生成网关传播路径的微型芯片和用于各个物联网无线组网单元主处理器通信的芯片信息传输lora收发器，所述最优网关传输路径规划模块通过支架设置在lora网关无线组网系统地理位置的中心，所述微型芯片通过芯片信息传输lora收发器分别与各个物联网无线组网单元的lora收发器无线通信连接，微型芯片采用cortex-a78ae芯片，芯片信息传输lora收发器采用是sx126x基带lora芯片。
8.通过上述技术方案，设计基于微处理器的最优网关传输路径规划模块，现实在终端传感器阵列所处物联网无线组网单元的无线公网网关无法实现与公网服务器连接时，微型芯片生成最优网关传输路径，从而控制无法连接公网服务器的物联网无线组网单元现实最快速和最少次数的实现将传感器数据传输到公网服务器，避免传感器数据多次传输后导致的数据丢失或者损坏。
9.可选的，射频发射前端通过spi接口与lora网关基带处理单元通信连接，lora网关基带处理单元的数据输出接口通过spi接口与主处理器的数据输入接口通信连接，主处理器通过spi接口与lora收发器通信连接。
10.通过上述技术方案，spi接口是一种全双工、高速的、同步的通信总线，采用spi接口能大大增加通信的效率。
11.可选的，接收信道是rx天线。
12.通过上述技术方案，rx天线功耗低，易架设。
13.可选的，无线数据发送频点是tx天线。
14.通过上述技术方案，tx天线功耗低，易架设。
15.可选的，主处理器是imx6ull芯片。
16.通过上述技术方案，imx6ull芯片能实现对数据的识别及完成与无线公网网关的无线通信，效率高，功耗低。
17.可选的，lora网关基带处理单元的芯片是sx1302基带lora芯片，射频发射前端是以sx1205基带lora芯片为核心的发射单元，lora收发器是以sx126x基带lora芯片为核心的收发器。
18.通过采用上述技术方案，lora芯片优点是减少电流消耗，简化网关的散热设计，并降低材料成本，但与以前的器件相比，能够处理更多的流量。
19.采用lora网关无线组网系统实现lora网关mesh的方法，包括以下具体步骤：s1，接收信道收来自终端传感器阵列端发送的数据，经过合路器后发送到射频发射前端进行无线信号解调；s2，解调后的信号通过spi接口送到lora网关基带处理单元中进行处理成数字信号；s3，lora网关基带处理单元通过spi接口将数字信号传输给主处理器，并对接收到的数据包校验无错误时，则判定接收到一完整数据包，由主处理器控制无线公网网关与公网服务器进行尝试连接，连接成功则将收到的完整数据包通过无线公网网关发送给公网服
务器，完成数据向公网无线传输；s4，当公网服务器有数据要发送给终端传感器阵列时，由公网服务器查找到终端传感器阵列上行对应的无线公网网关,将该数据包通过该无线公网网关发送到对应的主处理器；s5，主处理器通过spi接口传输给lora收发器，lora收发器将将主处理器推送过来的数字信号，经过无线调制后通过无线数据发送频点发送给对应的终端传感器阵列，终端传感器阵列收到该数据进行解析即可；s6，当所述s3步骤中主处理器控制无线公网网关与公网服务器进行尝试连接失败，即网关的上行通道不通的状况下，主处理器通过lora收发器将该处网关连接公网服务器失败的结果信号传输给位于系统中心的芯片信息传输lora收发器，芯片信息传输lora收发器将该处无线公网网关9连接公网服务器失败的信息传输给微型芯片，微型芯片将该物联网无线组网单元标记为e，此时微型芯片通过lora收发器向系统中所有lora收发器发送指令，lora收发器将该指令传输给主处理器后，系统中所有主处理器都控制该处无线公网网关与公网服务器进行一次尝试连接，尝试连接成功位置的主处理器将连接公网服务器成功的信息再次通过lora收发器和芯片信息传输lora收发器传输给微型芯片，此时微型芯片收集到系统中能与公网服务器连接成功的物联网无线组网单元共n个，并将其离物联网无线组网单元e的实际距离最近的物联网无线组网单元标记为y，并生成由物联网无线组网单元e传输到物联网无线组网单元y的最优路径，则物联网无线组网单元e采用最优路径将传感器阵列数据信息通过桥接的方式通过物联网无线组网单元y发送到公网服务器。
20.s6中物联网无线组网单元e采用最优路径将传感器阵列数据信息通过桥接的方式通过物联网无线组网单元y发送到公网服务器采的具体步骤为：step1，将所述物联网无线组网单元接收信道的rx天线接收频点按rx_ch0-rx_ch0n编号，将物联网无线组网单元无线数据发送频点的发送频点按tx_ch0-tx_chn编号，主处理器配置物联网无线组网单元e的lora收发器的无线数据发送频点tx_che与物联网无线组网单元e传输到物联网无线组网单元y的最优路径中离物联网无线组网单元e最近的物联网无线组网单元x接收信道的接收频点rx_chx一致，按照此种传输规则，最终将物联网无线组网单元e的传感器阵列的数据传输到物联网无线组网单元y的接收信道；step2,物联网无线组网单元y的接收信道接收信道rx_chy接收到数据，并缓存到本地；step3,物联网无线组网单元y的主处理器控制无线公网网关与公网服务器进行连接，把数据传输到公网服务器。
21.可选的，若step3中出现突发网络波动物联网无线组网单元y与公网服务器连接失败，则重复步骤s6，直到将数据传输到公网服务器。
22.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：1.本发明能提供lora网关无线组网系统，系统构架设计合理，组网便利，功耗低，效率高，很好的解决偏远信号覆盖不完善的区域，实现了信号不完善区域的物联网数据采集及远程控制；2.本发明能提供实现lora网关mesh的方法，在无法连接公网的情况下，终端节点的数据可以在网关之间按照规划的最优路径传送，实现最少次数的将数据传输到可以接入
公网的网关，避免了数据的损坏，可以很好的解决在偏远信号覆盖不完善的区域实现物联网数据采集及远程控制，具有很好的推广应用价值。
附图说明
23.图1是本发明lora网关无线组网系统的电器件连接原理示意图；图2是本发明物联网无线组网单元的电器件连接原理示意图；附图标记说明：1、终端传感器阵列；2、接收信道；3、合路器；4、射频发射前端；5、lora网关基带处理单元；6、主处理器；7、lora收发器；8、无线数据发送频点；9、无线公网网关；10、spi接口；20、微型芯片；21、芯片信息传输lora收发器。
具体实施方式
24.以下结合附图1-附图2对本发明作进一步详细说明。
25.本发明实施例公开实现lora网关mesh的系统及方法。
26.参照图1-图2， lora网关无线组网系统，包括至少两个互相无线通信连接的基于lora网关的物联网无线组网单元，所述物联网无线组网单元包括终端传感器阵列1、与终端传感器数量匹配的接收信道2、合路器3、至少一路射频发射前端4、lora网关基带处理单元5、主处理器6、lora收发器7、无线数据发送频点8和无线公网网关9，所述终端传感器阵列1的数据输出端与接收信道2无线通信连接，所述接收信道2的与合路器3的通信连接，所述合路器3的数据输出接口与射频发射前端4的数据输入接口通信连接，所述射频发射前端4的数据发送端与lora网关基带处理单元5的数据接口无线通讯连接，所述lora网关基带处理单元5的数据输出接口与主处理器6的数据输入接口通信连接，所述主处理器6分别与无线公网网关9和lora收发器7通信连接，所述lora收发器7与无线数据发送频点8通信连接，所述无线数据发送频点8与相邻的接收信道2无线通信连接。
27.通过上述技术方案，终端传感器阵列1把采集到的传感器数据发送到各自的接收信道2，合路器3把数据汇总后再转发给射频发射前端4，射频发射前端4将数据调制后转发给lora网关基带处理单元5，lora网关基带处理单元5将数据数字化后传输给主处理器6，主处理器6对数据进行识别判定后可以直接通过无线公网网关9与公网服务器连接将数据上传，公网服务器需要下行传输数据时，可通过对应的无线公网网关9将数据传输给主处理器6，主处理器6对数据进行识别处理后通过lora收发器7将数据处理后传输给对应的无线数据发送频点8，最终通过与终端传感器数量匹配的接收信道2将数据传输给对应的端传感器阵列1，系统构架设计合理，组网便利，功耗低，效率高，很好的解决偏远信号覆盖不完善的区域，实现了信号不完善区域的物联网数据采集及远程控制。
28.可选的，还有基于微处理器的最优网关传输路径规划模块，所述最优网关传输路径规划模块包括用于生成网关传播路径的微型芯片20和用于各个物联网无线组网单元主处理器通信的芯片信息传输lora收发器21，所述最优网关传输路径规划模块通过支架设置在lora网关无线组网系统地理位置的中心，所述微型芯片20通过芯片信息传输lora收发器21分别与各个物联网无线组网单元的lora收发器7无线通信连接，微型芯片20采用cortex-a78ae芯片，芯片信息传输lora收发器21采用是sx126x基带lora芯片。
29.通过上述技术方案，由于sx126x基带lora芯片的lora网关的有效传输距离一般在
几公里，将最优网关传输路径规划模块设置在lora网关无线组网系统地理位置的中心。可以实现半径3公里左右的物联网圈，满足物联网组网需求，设计基于微处理器的最优网关传输路径规划模块，现实在终端传感器阵列1所处物联网无线组网单元的无线公网网关9无法实现与公网服务器连接时，微型芯片20生成最优网关传输路径，从而控制无法连接公网服务器的物联网无线组网单元现实最快速和最少次数的实现将传感器数据传输到公网服务器，避免传感器数据多次传输后导致的数据丢失或者损坏。
30.可选的，射频发射前端4通过spi接口10与lora网关基带处理单元5通信连接，lora网关基带处理单元5的数据输出接口通过spi接口10与主处理器6的数据输入接口通信连接，主处理器6通过spi接口10与lora收发器7通信连接。
31.通过上述技术方案，spi接口是一种全双工、高速的、同步的通信总线，采用spi接口能大大增加通信的效率。
32.可选的，接收信道2是rx天线。
33.通过上述技术方案，rx天线功耗低，易架设。
34.可选的，无线数据发送频点8是tx天线。
35.通过上述技术方案，tx天线功耗低，易架设。
36.可选的，主处理器6是imx6ull芯片。
37.通过上述技术方案，imx6ull芯片能实现对数据的识别及完成与无线公网网关9的无线通信，效率高，功耗低。
38.可选的，lora网关基带处理单元5的芯片是sx1302基带lora芯片，射频发射前端4是以sx1205基带lora芯片为核心的发射单元，lora收发器7是以sx126x基带lora芯片为核心的收发器。
39.通过采用上述技术方案，lora芯片优点是减少电流消耗，简化网关的散热设计，并降低材料成本，但与以前的器件相比，能够处理更多的流量。
40.采用lora网关无线组网系统实现lora网关mesh的方法，包括以下具体步骤：s1，接收信道2收来自终端传感器阵列1端发送的数据，经过合路器3后发送到射频发射前端4进行无线信号解调；s2，解调后的信号通过spi接口10送到lora网关基带处理单元5中进行处理成数字信号；s3，lora网关基带处理单元5通过spi接口10将数字信号传输给主处理器6，并对接收到的数据包校验无错误时，则判定接收到一完整数据包，由主处理器6控制无线公网网关9与公网服务器进行尝试连接，连接成功则将收到的完整数据包通过无线公网网关9发送给公网服务器，完成数据向公网无线传输；s4，当公网服务器有数据要发送给终端传感器阵列1时，由公网服务器查找到终端传感器阵列1上行对应的无线公网网关9,将该数据包通过该无线公网网关9发送到对应的主处理器6；s5，主处理器6通过spi接口10传输给lora收发器7，lora收发器7将将主处理器6推送过来的数字信号，经过无线调制后通过无线数据发送频点8发送给对应的终端传感器阵列1，终端传感器阵列1收到该数据进行解析即可；s6，当所述s3步骤中主处理器6控制无线公网网关9与公网服务器进行尝试连接失
败，即网关的上行通道不通的状况下，主处理器6通过lora收发器7将该处网关连接公网服务器失败的结果信号传输给位于系统中心的芯片信息传输lora收发器21，芯片信息传输lora收发器21将该处无线公网网关9连接公网服务器失败的信息传输给微型芯片20，微型芯片20将该物联网无线组网单元标记为e，此时微型芯片20通过lora收发器21向系统中所有lora收发器7发送指令，lora收发器7将该指令传输给主处理器6后，系统中所有主处理器6都控制该处无线公网网关9与公网服务器进行一次尝试连接，尝试连接成功位置的主处理器6将连接公网服务器成功的信息再次通过lora收发器7和芯片信息传输lora收发器21传输给微型芯片20，此时微型芯片20收集到系统中能与公网服务器连接成功的物联网无线组网单元共n个，并将其离物联网无线组网单元e的实际距离最近的物联网无线组网单元标记为y，并生成由物联网无线组网单元e传输到物联网无线组网单元y的最优路径，则物联网无线组网单元e采用最优路径将传感器阵列1数据信息通过桥接的方式通过物联网无线组网单元y发送到公网服务器。
41.s6中物联网无线组网单元e采用最优路径将传感器阵列1数据信息通过桥接的方式通过物联网无线组网单元y发送到公网服务器采的具体步骤为：step1，将所述物联网无线组网单元接收信道2的rx天线接收频点按rx_ch0-rx_ch0n编号，将物联网无线组网单元无线数据发送频点8的发送频点按tx_ch0-tx_chn编号，主处理器6配置物联网无线组网单元e的lora收发器7的无线数据发送频点tx_che与物联网无线组网单元e传输到物联网无线组网单元y的最优路径中离物联网无线组网单元e最近的物联网无线组网单元x接收信道2的接收频点rx_chx一致，按照此种传输规则，最终将物联网无线组网单元e的传感器阵列1的数据传输到物联网无线组网单元y的接收信道2；step2,物联网无线组网单元y的接收信道2接收信道rx_chy接收到数据，并缓存到本地；step3,物联网无线组网单元y的主处理器6控制无线公网网关9与公网服务器进行连接，把数据传输到公网服务器。
42.可选的，若step3中出现突发网络波动物联网无线组网单元y与公网服务器连接失败，则重复步骤s6，直到将数据传输到公网服务器。
43.本发明实施例实现lora网关mesh的方法的实施原理为：物联网无线组网单元的接收信道2收来自终端传感器阵列1端发送的数据，经过合路器3后发送到射频发射前端4进行无线信号解调，解调后的信号通过spi接口10送到lora网关基带处理单元5中进行处理成数字信号，lora网关基带处理单元5通过spi接口10将数字信号传输给主处理器6，并对接收到的数据包校验无错误时，则判定接收到一完整数据包，由主处理器6控制该物联网无线组网单元的无线公网网关9与公网服务器进行尝试连接，连接成功则将收到的完整数据包通过无线公网网关9发送给公网服务器，完成数据向公网无线传输；当公网服务器有数据要发送给终端传感器阵列1时，由公网服务器查找到终端传感器阵列1上行对应的无线公网网关9,将该数据包通过该无线公网网关9发送到对应的主处理器6；主处理器6通过spi接口10传输给lora收发器7，lora收发器7将将主处理器6推送过来的数字信号，经过无线调制后通过无线数据发送频点8发送给对应的终端传感器阵列1，终端传感器阵列1收到该数据进行解析即可。
44.当主处理器6控制无线公网网关9与公网服务器进行尝试连接失败，即网关的上行通道不通的状况下，主处理器6通过lora收发器7将该处网关连接公网服务器失败的结果信号传输给位于系统中心的芯片信息传输lora收发器21，芯片信息传输lora收发器21将该处无线公网网关9连接公网服务器失败的信息传输给微型芯片20，微型芯片20将该物联网无线组网单元标记为e，此时微型芯片20通过lora收发器21向系统中所有lora收发器7发送指令，lora收发器7将该指令传输给主处理器6后，系统中所有主处理器6都控制该处无线公网网关9与公网服务器进行一次尝试连接，尝试连接成功位置的主处理器6将连接公网服务器成功的信息再次通过lora收发器7和芯片信息传输lora收发器21传输给微型芯片20，此时微型芯片20收集到系统中能与公网服务器连接成功的物联网无线组网单元共n个，在系统各与硬件设置完成时，各个物联网无线组网单元的具体位置信息坐标位置以及位置、距离数据录入到微型芯片20，此时微型芯片20判定一个离物联网无线组网单元e的实际距离最近的物联网无线组网单元，并将其标记为物联网无线组网单元y，同时生成由物联网无线组网单元e传输到物联网无线组网单元y的最优路径，该最优路径满足物联网无线组网单元y向最优路径上标示的的各个物联网无线组网单元传输数据经过最少次数传到物联网无线组网单元y，则物联网无线组网单元e采用最优路径将传感器阵列1数据信息通过桥接的方式通过物联网无线组网单元y发送到公网服务器。
45.具体的桥接的方式：将物联网无线组网单元接收信道2的rx天线接收频点按rx_ch0-rx_ch0n编号，将物联网无线组网单元无线数据发送频点8的发送频点按tx_ch0-tx_chn编号，物联网无线组网单元e的主处理器6配置物联网无线组网单元e的lora收发器7的无线数据发送频点tx_che与物联网无线组网单元e传输到物联网无线组网单元y的最优路径中离物联网无线组网单元e最近的物联网无线组网单元x接收信道2的接收频点rx_chx一致，发送频点tx_che将数据发送给接收频点rx_chx，按照此种传输规则，最终将物联网无线组网单元e的传感器阵列1的数据传输到物联网无线组网单元y的接收信道2接收频点rx_chy；物联网无线组网单元y的接收信道2接收信道rx_chy，并缓存到本地；物联网无线组网单元y的主处理器6控制无线公网网关9与公网服务器进行连接，实现把传感器阵列1的数据包信息传输到公网服务器，一些极个情况出现突发网络波动，物联网无线组网单元y与公网服务器连接失败，则重复步骤s6，再次找到对应的能实现与公网服务器连接的物联网无线组网单元y1，直到将数据传输到公网服务器。
46.以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。