一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制制造技术

本发明专利技术公开了一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制，包括以下步骤：S1、发送信标帧；S2、时钟同步；S3、在信标帧发送间隔的基础上划分业务等长时隙Tw；S4、业务时隙同步，延时时间到达后，定时Tw唤醒接收唤醒帧；S5、感知节点根据信标帧发送起始时间和业务周期间隔定时唤醒接收下行数据；S6、感知节点根据RTC误差校准情况改变同步校时周期；S7、感知节点为解决信标帧和服务器下行帧发送冲突，增加Tg时间。本发明专利技术保证网络中网关和感知节点的时钟节拍一致，这样网关会预知所有的感知节点定时唤醒开窗接收时刻；在满足低功耗设计要求的前提下，为了不影响下行传输延时，时钟节拍可以划分可以动态调整。

A synchronous wake-up mechanism of lpwan based on Lora

【技术实现步骤摘要】
一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制
本专利技术属于通信处理
，具体涉及一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制。
技术介绍
随着物联网技术的快速发展，如何简单、快速和安全地将万物相连一直都是众多智能终端产品面临的技术难题。基于LoRa的LPWAN通讯技术的出现很好的解决了移动蜂窝网络承载能力不足的短板，目前LoRa的应用场景主要有数据透传和LoRaWAN协议应用，由于网关SX1301的研发成本较高，因此LoRaWAN协议应用占比较小。为满足小规模组网的需求，使用SX1301显然不太合适，但是又需要网关来实现自组网，采用点对点传输的星型或mesh网络是一种新的应用方式，该组网方式网关和感知节点均使用SX1278进行通信，简单高效并且研发成本较低。由于感知节点需要满足功耗设计要求，大部分时间处于休眠态，当服务器需要进行数据采集时，网关又需要立即唤醒感知节点并召测数据，如何有效地缓解这种休眠和快速响应之间矛盾的同步唤醒机制是LPWAN通讯技术的关键。目前LPWAN同步唤醒机制主要有：1、LoRaWANClassB网关每隔128秒发送一次Beacon帧，感知节点定时唤醒打开一个接收窗口，服务器会在在该接收窗口发送下行数据，感知节点接收到数据后将进行回复。感知节点必须在ClassA入网，切换到ClassB前会先搜索Beacon，搜索到Beacon后完成时间同步，也可以加速搜索，但是1小时内只能加速搜索一次。如果加速搜索失败那么该节点将会等待2小时后切换到ClassA。感知节点必须在ClassA请求定时开窗周期、数据速率、信道等隙同步相关参数。网关依靠GPS秒校准，感知节点依靠beacon帧进行校准，在实际运行中，感知节点可能会因为无线干扰、通信拥塞或节点移动至远距离等原因接收不到Beacon，也就意味着会失联2小时。ClassB的beacon帧发送和固定的唤醒接收时间窗是一种很好的解决问题思路，但是必须从ClassA切换，复杂的同步参数请求和粗糙的时间同步异常处理等弊端都需要进行权衡。2、基于TDMA的MAC协议该协议只保留了ClassB中beacon同步和定时唤醒接收策略，并且采用点对点星型组网的方式，非常适用于小规模组网，但是时间同步依然要求网关和感知节点时间保持一样，由于各自晶振存在的误差，时钟漂移的现象依然很容易发生，当感知节点长时间未收到beacon帧，可以不停地向网关请求时间同步，网络信道利用率将会受到影响。3、全覆盖唤醒所有感知节点均使用固定的定时唤醒周期，网关连续发送N个唤醒帧，连续发送的时间覆盖终端休眠唤醒的时间，这样就可以保证每个节点至少在2个唤醒周期内被唤醒，定时唤醒周期过短影响将系统功耗，过长则影响下行响应速度，并且单播时其他感知节点会被误唤醒，并不是最优的解决方案。因此，亟需一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制。
技术实现思路
为解决现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术提供一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制，包括以下步骤：S1、网关使用MCU内部RTC定时发送信标帧；S2、感知节点加入网络前先发送入网请求帧，网关在回复的确认帧中携带下一次beacon发送时间Tnb，感知节点通过Tnb计算接收下一次beacon的延时时间，完成时钟同步，等到接收下一次beacon进行时间校准，保证感知节点不丢步；S3、为降低下行传输延时，在信标帧发送间隔的基础上划分业务等长时隙Tw；S4、感知节点成功加入网络后，根据Tnb计算下一次唤醒开窗延时Tnw，完成业务时隙同步，延时时间到达后，定时Tw唤醒接收唤醒帧；当网关有下行数据需要发送，直接在最近的一个业务时隙开始时刻发送唤醒帧，紧接着发送数据帧即可；S5、感知节点根据信标帧发送起始时间和业务周期间隔定时唤醒接收下行数据；S6、感知节点根据RTC误差校准情况改变同步校时周期Tc=n*Tb，n的值随着连续误差在3ms以内累加，一旦大于5ms则等于1，这样可以减少不必要的校准动作；S7、感知节点为解决信标帧和服务器下行帧发送冲突，增加Tg时间，这样业务时隙就和beacon发送时刻错开。作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤S1中发送间隔为Tb，误差控制在±1ms/day，该信标帧从网关启动组网后开始直到网关掉电后结束，始终为网络提供统一的时钟节拍，感知节点和网关间的通信将建立在此时钟节拍下。作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤S3中时隙的长度也就是感知节点定时唤醒周期，这样只要感知节点和网关的时钟节拍保持一致，那么网关就预知感知节点唤醒时刻并发送唤醒帧，完成同步唤醒，时隙的划分根据功耗要求并由网关分配。本专利技术的有益效果是：本专利技术保证网络中网关和感知节点的时钟节拍一致，这样网关会预知所有的感知节点定时唤醒开窗接收时刻；在满足低功耗设计要求的前提下，为了不影响下行传输延时，时钟节拍可以划分可以动态调整；由于网关和感知节点的器件存在差异，偶尔会有丢步的情况发生，感知节点需要定期做一次时钟同步，同步间隔可以根据时间偏差的大小动态校准，减少不必要的校准次数。具体实施方式以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了达到本专利技术的目的，在本专利技术的其中一种实施方式中提供一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制，包括以下步骤：S1、网关使用MCU内部RTC定时发送信标帧，发送间隔为Tb，误差控制在±1ms/day，该信标帧从网关启动组网后开始直到网关掉电后结束，始终为网络提供统一的时钟节拍，感知节点和网关间的通信将建立在此时钟节拍下；S2、感知节点加入网络前先发送入网请求帧，网关在回复的确认帧中携带下一次beacon发送时间Tnb，感知节点通过Tnb计算接收下一次beacon的延时时间，完成时钟同步，等到接收下一次beacon进行时间校准，保证感知节点不丢步；S3、为降低下行传输延时，在信标帧发送间隔的基础上划分业务等长时隙Tw，时隙的长度也就是感知节点定时唤醒周期，这样只要感知节点和网关的时钟节拍保持一致，那么网关就预知感知节点唤醒时刻并发送唤醒帧，完成同步唤醒，时隙的划分根据功耗要求并由网关分配。；S4、感知节点成功加入网络后，根据Tnb计算下一次唤醒开窗延时Tnw，完成业务时隙同步，延时时间到达后，定时Tw唤醒接收唤醒帧；当网关有下行数据需要发送，直接在最近的一个业务时隙开始时刻发送唤醒帧，紧接着发送数据帧即可；S5、感知节点根据信标帧发送起始时间和业务周期间隔定时唤醒接收下行数据；S6、感知节点根据RTC误差校准情况改变同步校时周期Tc=n*Tb，n的值随着连续误差在3ms以内累加，一旦大于5ms则等于1，这样可以减少不必要的校准动作；S7、感知节点为解决信标帧和服务器下行帧发送冲突，增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、网关使用MCU内部RTC定时发送信标帧；/nS2、感知节点加入网络前先发送入网请求帧，网关在回复的确认帧中携带下一次beacon发送时间Tnb，感知节点通过Tnb计算接收下一次beacon的延时时间，完成时钟同步，等到接收下一次beacon进行时间校准，保证感知节点不丢步；/nS3、在信标帧发送间隔的基础上划分业务等长时隙Tw；/nS4、感知节点成功加入网络后，根据Tnb计算下一次唤醒开窗延时Tnw，完成业务时隙同步，延时时间到达后，定时Tw唤醒接收唤醒帧；当网关有下行数据需要发送，直接在最近的一个业务时隙开始时刻发送唤醒帧，紧接着发送数据帧即可；/nS5、感知节点根据信标帧发送起始时间和业务周期间隔定时唤醒接收下行数据；/nS6、感知节点根据RTC误差校准情况改变同步校时周期Tc=n*Tb，n的值随着连续误差在3ms以内累加，一旦大于5ms则等于1，这样可以减少不必要的校准动作；/nS7、感知节点为解决信标帧和服务器下行帧发送冲突，增加Tg时间，这样业务时隙就和beacon发送时刻错开。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa的LPWAN同步唤醒机制，其特征在于，包括以下步骤：
S1、网关使用MCU内部RTC定时发送信标帧；
S2、感知节点加入网络前先发送入网请求帧，网关在回复的确认帧中携带下一次beacon发送时间Tnb，感知节点通过Tnb计算接收下一次beacon的延时时间，完成时钟同步，等到接收下一次beacon进行时间校准，保证感知节点不丢步；
S3、在信标帧发送间隔的基础上划分业务等长时隙Tw；
S4、感知节点成功加入网络后，根据Tnb计算下一次唤醒开窗延时Tnw，完成业务时隙同步，延时时间到达后，定时Tw唤醒接收唤醒帧；当网关有下行数据需要发送，直接在最近的一个业务时隙开始时刻发送唤醒帧，紧接着发送数据帧即可；
S5、感知节点根据信标帧发送起始时间和业务周期间隔定时唤醒接收下行数据；
S6、感知节点根据RTC误差校准情况改变同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪申翔，潘长城，刘军，
申请(专利权)人：中科芯集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32