一种LoRa终端节点的制作方法

本发明涉及lora
技术领域：
，尤其涉及一种lora终端节点。
背景技术：
：lorawan是为lora远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。lora通信系统通常包含终端、基站、网络服务器、应用服务器这四个部分。基站和终端之间采用星型网络拓扑，由于lora的长距离特性，它们之间得以使用单跳传输。终端节点可以同时发给多个基站，基站则对网络服务器和终端之间的lorawan协议数据做转发处理，将lorawan数据分别承载在了lora射频传输和tcp/ip上。lora自组网是基于lora/lorawan技术的无线接入产品，用户需要使用用户终端接入lora自组网来完成与第三方应用平台的通信，但现有的用户终端，一部分是上市较早比较成熟的终端，这类终端在接入lora自组网时需要对终端进行二次开发，过程较为麻烦，极大降低了用户体验，影响了lora自组网的应用范围。技术实现要素：针对现有技术的缺陷，本发明提出一种lora终端节点，该lora终端节点包括用户终端和lora节点模块，所述lora节点模块可以内嵌在用户终端中，也可以外接在用户终端上，极大方便了用户接入lora自组网，无需对现有的用户终端进行二次开发，扩大了lora自组网的应用范围，提高了用户的体验。根据本发明的一个方面，本发明提出了一种lora终端节点，所述lora终端节点包括：用户终端，通过lora节点模块连接lora网络与第三方应用平台通信；lora节点模块，连接用户终端和lora网关设备中的lora网关模块，向用户终端提供无线网络的接入能力，并将用户数据转换成无线数据进行转发。所述lora节点模块包括两种类型：内嵌式节点模块和外接式节点模块。根据本发明的一个方面，所述lora终端节点采用基于lora的扩频通信技术，支持数据速率自适应。根据本发明的一个方面，所述lora终端节点支持数据空中加密以及at指令配置模式。根据本发明的一个方面，所述lora终端节点的应用消息负载长度为51-22字节。根据本发明的一个方面，通过at指令或通过服务器配置的方式修改所述lora终端节点的心跳报文发送周期。根据本发明的一个方面，所述lora终端节点的mcu芯片包括5个接地引脚gnd、串行调试端口数据信号引脚swdio、串行调试端口时钟信号引脚swclk、boot模式选择信号引脚boot0、以及引脚pc0-pc9。根据本发明的一个方面，所述lora网关模块和所述lora终端节点支持分片报文传输、分片报文重传、以及重传异常处理。根据本发明的一个方面，在上行方向，所述lora终端节点将数据分片为固定长度的短报文发送给所述网关模块，在下行方向，所述lora网关模块将数据分片为固定长度的短报文发送给所述lora终端节点，当上行数据分片或下行数据分片传输失败时，进行分片报文重传。根据本发明的一个方面，所述lora网关模块和所述lora终端节点均设置超时机制，如果超时一段时间后未能完成分片报文重传，则发出分片重传失败报文。本发明提供的lora终端节点，极大方便了用户接入lora自组网，无需对现有的用户终端进行二次开发，扩大了lora自组网的应用范围，提高了用户的体验。通过参照以下附图及对本发明的具体实施方式的详细描述，本发明的特征及优点将会变得清楚。附图说明图1是本发明的lora终端节点的一个结构示意图；图2是本发明的lora终端节点的另一个结构示意图；图3是本发明的lora终端节点的mcu的引脚分布示意图；图4是本发明的lora终端节点的电路设计示意图。具体实施方式下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本发明提供了一种lora终端节点，所述lora终端节点包括：用户终端，通过lora节点模块连接lora网络与第三方应用平台通信；lora节点模块，连接用户终端和lora网关设备中的lora网关模块，向用户终端提供无线网络的接入能力，并将用户数据转换成无线数据进行转发。所述lora节点模块包括两种类型：内嵌式节点模块和外接式节点模块。具体地，lora自组网由以下4个部分组成：lora节点模块(lx78s和lx78l)，lora网关(lxgw001)，lora网络管理服务器模块和数据应用服务器模块组成。其中，lora节点模块(lx78s和lx78l)，lora网关和lora网络管理服务器模块3个模块一起提供了lora无线网络的接入功能。同时，为了简化用户安装和使用，lora自组网将lora网关、lora网络管理服务器模块和数据应用服务器模块集成在一个物理网关设备中，对外提供统一的软硬件接口。lora节点模块用于连接用户终端，向用户终端提供lora无线网络的接入能力。lora节点模块在自组网中作为数传模块，负责将用户数据转换成无线数据进行收发，省却了用户布线的困扰。lora节点模块分为两种类型：内嵌式的lx78s模块和外接式的lx78l模块。lx78s节点模块是基于lora/lorawan协议的超低功耗、低价格和小尺寸封装的无线射频模块。该射频模块集成了semtech公司的lora无线收发器和st的超低功耗mcu，非常适合应用于无线远程抄表、工业控制、安防和监控等物联网设备连接，特别是电池供电的无线传感器节点设备。lx78l模块是在lx78s内嵌式节点模块的基础上进行封装，用于用户终端外接的lora节点模块。该模块对外提供rs485(或rs232)接口，0-5v接口(可选)和4-20ma接口(可选)，非常适合已有成熟终端不希望进行终端二次开发的应用客户。图1示出了内嵌式节点模块，其可以内嵌到用户终端中。图2示出了外接式节点模块，其可以外接到用户终端上。根据本发明的另一个方面，所述lora终端节点采用基于lora的扩频通信技术，支持数据速率自适应。所述lora终端节点支持数据空中加密以及at指令配置模式。具体地，lora终端节点采用基于lora的扩频通信技术进行数据传输，并可以根据数据量和带宽使用量自动调整数据传输速率，在传输数据时，可以对无线数据进行加密传输，保障数据传输安全可靠，另外，可以使用at指令对所述lora终端节点进行配置，调整其心跳周期等。本发明实施例的lora终端节点的性能参数表1所示：表1：lora终端节点的性能参数根据本发明的一个方面，所述lora终端节点的应用消息负载长度为51-22字节。具体地，lora终端节点支持的应用消息负载长度为51字节到222字节，如表2所示：表2：lora终端节点的应用消息负载长度数据速率扩频因子/带宽物理比特速率[bit/s]负载长度dr0sf12/125khz25051dr1sf11/125khz44051dr2sf10/125khz98051dr3sf9/125khz1760115dr4sf8/125khz3125222dr5sf7/125khz5470222lora终端节点支持的应用消息负载长度的选择，可以随扩频因子的改变而改变，为提高测试成功率建议应用消息负载长度为51字节。根据本发明的一个方面，通过at指令或通过服务器配置的方式修改所述lora终端节点的心跳报文发送周期。lora节点模块入网后，会定时发送心跳报文，默认时间间隔为20秒。可通过at指令修改心跳报文发送的时间间隔，也可由ns服务器配置。参考图3，根据本发明的另一个方面，所述lora终端节点的mcu芯片包括5个接地引脚gnd、串行调试端口数据信号引脚swdio、串行调试端口时钟信号引脚swclk、boot模式选择信号引脚boot0、以及引脚pc0-pc9。除了上述引脚之外，本发明的lora终端节点的mcu还包括其他的多个引脚，引脚编号及其含义如表3所示：表3：lora终端节点的mcu的引脚编号及含义图4示出了本发明的lora终端节点的电路设计示意图，结合图3，能够更好的理解本发明的lora终端节点的mcu的结构特征。根据本发明的另一个方面，所述lora网关模块和所述lora终端节点支持分片报文传输、分片报文重传、以及重传异常处理。在上行方向，所述lora终端节点将数据分片为固定长度的短报文发送给所述lora网关模块，在下行方向，所述lora网关模块将数据分片为固定长度的短报文发送给所述lora终端节点，当上行数据分片或下行数据分片传输失败时，进行分片报文重传。具体地，在上行方向上，要求lora终端节点将数据分片为固定长度的，lora平台能够传输的短报文，以连续并尽可能快的方式传递给lora网关模块。可以在lora终端节点内，采用关闭下行接收窗口的方式，进行连续的上行发送。发送完成后，要求lora网关模块进行接收确认，告知lora终端节点已经接收到的分包序列。如果传输过程出现丢包，必须由lora终端节点进行重发。如果多次重发失败，即认为本次大数据传输失败。分片完整接收后，报文重装工作由lora网关模块完成。在下行方向，要求lora网关模块将数据分片为固定长度的，lora平台能够传输的短报文，并通过sx1301以连续并尽可能快的方式传递给lora终端节点。其中，考虑到classa设备必须在有上行的情况才能接收下行数据，这种在下行方向传输大报文的方式不适合classa设备，更适合classc设备。建议使用classc的rx2窗口进行连续发送。lora网关模块在发送完成后，要求lora终端节点进行接收确认，告知lora网关模块已经接收的分包序列。如果传输过程中出现丢包，必须由lora网关模块进行重发。如果多次重发失败，即认为本次大数据传输失败。lora终端节点完整接收到来自lora网关设备的分包后，进行重装。根据本发明的另一个方面，所述lora网关模块和所述lora终端节点均设置超时机制，如果超时一段时间后未能完成分片报文重传，则发出分片重传失败报文。具体地，lora终端节点在发送完最后一个重装请求报文后，启动超时机制，等待lora网关模块的分片重装确认报文。如果超时时间内收到分片重装确认报文报文，本次分片发送结束。如果超时时间内收到lora网关模块上行分片报文的重传请求，重置超时定时器，将请求重传报文再次发送后，再次发送重装请求报文，重新启动超时机制。如果超时未收到lora网关模块分片重装确认报文，或者分片重装请求报文。认为本次分片传输失败，丢弃分片，返回分片传输结果退出本次传输。lora网关模块也设置超时机制，在每次收到一个分片或重装请求报文后重新设置一次超时时间，如果超时一段时间后未能完成分片重装，则发出分片重装失败报文，然后释放已收到分片，结束本次重装。其中，超时时间的长短，应该考虑3个传输分片的最大传输时长，加上一定的时间余量。本发明的lora节点模块是基于lora/lorawan协议的数传模块。无线工作频段为430mhz-510mhz，调制方式为lora扩频通信。本模块遵循lorawanclassa和classc标准协议，支持abp与otaa两种激活方式、串口传输和at命令配置参数，能够轻松、快速构建lora/lorawan网络，非常适合应用于工业物联网、无线传感器数据采集、智能制造、智能家居、无线照明、智能电网、无线自动抄表系统、无线智能交通、无线测绘仪表等数据采集和工业控制等领域。空旷环境和lora网关之间的通信距离达到10km，城市环境下3-5km。本发明提供的lora终端节点，极大方便了用户接入lora自组网，无需对现有的用户终端进行二次开发，扩大了lora自组网的应用范围，提高了用户的体验。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12