一种基于LoRa的移动机器人集群调度通信系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于LoRa的移动机器人集群调度通信系统，其中，所述系统包括：调度服务器、LoRa网关及若干个移动机器人，调度服务器以LoRa网关作为中继与若干个移动机器人进行无线通信连接；调度服务器用于若干个移动机器人与上位系统对接接口的管理；还用于若干个移动机器人的调度数据处理及LoRa网关的管理和配置；LoRa网关用于调度数据的多信道收发及临时存储，并对若干个移动机器人的数量进行配置以及组建通信网络；若干个移动机器人用于将运行数据上传至LoRa网关及从LoRa网关中接收调度指令。在本发明专利技术实施例中，实现自由组网，布局灵活，在电磁干扰环境下，能保持良好的通信稳定性；同时具有更低功耗等优点。同时具有更低功耗等优点。同时具有更低功耗等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LoRa的移动机器人集群调度通信系统


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于LoRa的移动机器人集群调度通信系统。

技术介绍

[0002]移动机器人运动范围较大，一般使用无线通讯的方式与后方控制台或调度系统进行通讯。目前，面向移动机器人集群调度的通讯网络主要采用的技术包括：4G/5G蜂窝移动通讯网络、Bluetooth网络、WiFi网络、ZigBee网络、UWB网络、LPWAN网络等；其中4G/5G蜂窝移动通讯网络的优点：速率快，时延低，稳定性高，可靠性高；缺点：设备价格昂贵、成本高、用电大，须网络运营提供设备支持；Bluetooth网络的优点：速率快、低功耗，安全性高；缺点：网络节点少，组网规模小，不适合多点布控；WiFi网络的优点：灵活性和移动性好、部署便捷；缺点：易受干扰，传输速率低，传输距离较短，安全性较差；ZigBee网络的优点：安全性高，功耗低，组网能力强，容量大，电池寿命长；缺点：成本高，抗干扰性差，通信距离短；UWB网络的优点：抗多径能力强，定位精度高，时间戳精度高，电磁兼容性强，能效较高；缺点：信号易受障碍物遮挡，设备成本高；LPWAN网络的优点网络容量大、功耗低、信号穿透能力强、高速移动信号稳定、可定位，通信距离远；缺点：传输速率低；
[0003]LoRa(Long Range Radio)同时结合了数字信号处理和前向纠错编码技术，相较于其他通讯网络来说，是一种低功耗、远距离无线通讯技术。经过多目标参数优化手段，实现了低功耗、远距离和鲁棒性要求的统一。该网络技术易于部署和应用于移动机器人集群调度环境。本专利技术在多目标参数优化LoRa技术上搭建多节点通讯网络，能够适应严苛的工业环境，有效的进行控制指令、监测数据的无线远距离传输，实现移动机器人与后方调度服务器的实时交互；但是传统LoRa技术存在信号频率、传输距离和功耗等特性参数上的相互矛盾，无法根据应用场景调整网络参数，造成网络性能未能得到充分发挥。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于LoRa的移动机器人集群调度通信系统，基于LoRa网关实现自由组网，布局灵活，在电磁干扰环境下，能保持良好的通信稳定性；同时具有更低功耗、更远通信距离等优点。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种基于LoRa的移动机器人集群调度通信系统，其特征在于，所述系统包括：调度服务器、LoRa网关及若干个移动机器人，所述调度服务器以所述LoRa网关作为中继与所述若干个移动机器人进行无线通信连接；
[0006]所述调度服务器用于所述若干个移动机器人与上位系统对接接口的管理；还用于所述若干个移动机器人的调度数据处理及所述LoRa网关的管理和配置；
[0007]所述LoRa网关用于调度数据的多信道收发及临时存储，并用于若干个移动机器人的数量进行配置以及组建通信网络；
[0008]所述若干个移动机器人用于将运行数据上传至所述LoRa网关及从所述LoRa网关
中接收调度指令。
[0009]可选的，所述LoRa网关与所述调度服务器和所述若干个移动机器人之间基于MQTT和HTTPS协议进行数据传输，并基于TCP/IP协议对所述若干个移动机器人进行ID识别及连接处理。
[0010]可选的，所述LoRa网关与所述若干个移动机器人连接组网时，将所述若干个移动机器人的LoRa频点跳频至同一个信道，形成所述LoRa网关与所述若干个移动机器人自组织的通讯网络。
[0011]可选的，所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据处理包括：
[0012]所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据的下行处理；
[0013]所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据的上行处理。
[0014]可选的，所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据的下行处理，包括：
[0015]在所述调度服务器、所述LoRa网关及所述若干个移动机器人开机后，所述调度服务器依次对所述LoRa网关及所述若干个移动机器人进行初始化处理；
[0016]在完成初始化之后，所述调度服务器基于预设算法对所述若干个移动机器人的信道及工作任务进行分配处理；
[0017]所述调度服务器基于运行路径规划算法规划所述若干个移动机器人中的各个移动机器人的运行路径；
[0018]基于工作任务分配处理结果及所述运行路径生成所述若干个移动机器人所对应的每一个移动机器人的运动控制指令，对所述远动控制指令进行加密处理，形成加密远动控制指令；
[0019]基于信道分配处理结果将所述加密远动控制指令通过所述LoRa网关发送至所述若干个移动机器人；
[0020]所述若干个移动机器人接收到所述加密运动控制指令后进行解密处理，并将解密运动控制指令输入机器人控制器进行执行。
[0021]可选的，所述调度服务器基于预设算法对所述若干个移动机器人的信道及工作任务进行分配处理，包括：
[0022]所述调度服务器基于运行跳频算法对所述若干个移动机器人的信道进行分配处理；
[0023]所述调度服务器基于运行调度算法对所述若干个移动机器人的工作任务进行分配处理。
[0024]可选的，所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据的上行处理，包括：
[0025]所述若干个移动机器人分别进行机器人运行数据的采集处理，获得运行状态数据；
[0026]所述若干个移动机器人将采集到的运行状态数据进行加密处理，获得加密运行状态数据；
[0027]所述若干个移动机器人将加密运行状态数据发送至所述LoRa网关，所述LoRa网关基于特定频率的信道将所述加密运行状态数据上传至所述调度服务器调度；
[0028]所述调度服务器调度对所述加密运行状态数据进行解密处理，并基于解密处理结果和若干个移动机器人的工作任务进行调度决策处理。
[0029]可选的，所述LoRa网关工作时，基于多目标参数优化算法对LoRa网络的功耗进行优化处理，其中所述LoRa网关的功率能量损耗与数据传输速率、空中传输时间相关；
[0030]所述基于多目标参数优化算法对LoRa网络的功耗进行优化处理，包括构建公式如下：
[0031]Q＝f
Q
(DR，T
packet
)＝f
Q
(SF，CR，BW，n
preamble
，PL，DE，H)；
[0032]式中，Q表示功耗，f
Q
(.)表示功耗函数，DR表示数据传输速率；T
packet
表示控制传输数据；SF表示扩频因子；BW表示带宽；CR表示编码率；n
preamble
表示数据包的前导码长度；PL表示有效负载字节数；DE表示是服务启用的数据速度优化，为0时，表示禁用；H表示是否启用报头，当取值为1时，表示不存在报头；
[0033]其中，数据结构固定为：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa的移动机器人集群调度通信系统，其特征在于，所述系统包括：调度服务器、LoRa网关及若干个移动机器人，所述调度服务器以所述LoRa网关作为中继与所述若干个移动机器人进行无线通信连接；所述调度服务器用于所述若干个移动机器人与上位系统对接接口的管理；还用于所述若干个移动机器人的调度数据处理及所述LoRa网关的管理和配置；所述LoRa网关用于调度数据的多信道收发及临时存储，并用于若干个移动机器人的数量进行配置以及组建通信网络；所述若干个移动机器人用于将运行数据上传至所述LoRa网关及从所述LoRa网关中接收调度指令。2.根据权利要求1所述的移动机器人集群调度通信系统，其特征在于，所述LoRa网关与所述调度服务器和所述若干个移动机器人之间基于MQTT和HTTPS协议进行数据传输，并基于TCP/IP协议对所述若干个移动机器人进行ID识别及连接处理。3.根据权利要求1所述的移动机器人集群调度通信系统，其特征在于，所述LoRa网关与所述若干个移动机器人连接组网时，将所述若干个移动机器人的LoRa频点跳频至同一个信道，形成所述LoRa网关与所述若干个移动机器人自组织的通讯网络。4.根据权利要求1所述的移动机器人集群调度通信系统，其特征在于，所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据处理包括：所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据的下行处理；所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据的上行处理。5.根据权利要求4所述的移动机器人集群调度通信系统，其特征在于，所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据的下行处理，包括：在所述调度服务器、所述LoRa网关及所述若干个移动机器人开机后，所述调度服务器依次对所述LoRa网关及所述若干个移动机器人进行初始化处理；在完成初始化之后，所述调度服务器基于预设算法对所述若干个移动机器人的信道及工作任务进行分配处理；所述调度服务器基于运行路径规划算法规划所述若干个移动机器人中的各个移动机器人的运行路径；基于工作任务分配处理结果及所述运行路径生成所述若干个移动机器人所对应的每一个移动机器人的运动控制指令，对所述远动控制指令进行加密处理，形成加密远动控制指令；基于信道分配处理结果将所述加密远动控制指令通过所述LoRa网关发送至所述若干个移动机器人；所述若干个移动机器人接收到所述加密运动控制指令后进行解密处理，并将解密运动控制指令输入机器人控制器进行执行。6.根据权利要求5所述的移动机器人集群调度通信系统，其特征在于，所述调度服务器基于预设算法对所述若干个移动机器人的信道及工作任务进行分配处理，包括：所述调度服务器基于运行跳频算法对所述若干个移动机器人的信道进行分配处理；所述调度服务器基于运行调度算法对所述若干个移动机器人的工作任务进行分配处理。
7.根据权利要求4所述的移动机器人集群调度通信系统，其特征在于，所述调度服务器与所述若干个移动机器人的调度数据的上行处理，包括：所述若干个移动机器人分别进行机器人运行数据的采集处理，获得运行状态数据；所述若干个移动机器人将采集到的运行状态数据进行加密处理，获得加密运行状态数据；所述若干个移动机器人将加密运行状态数据发送至所述LoRa网关，所述LoRa网关基于特定频率的信道将所述加密运行状态数据上传至所述调度服务...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹帅，李文威，周磊，梁佳楠，黄伟溪，
申请(专利权)人：华南智能机器人创新研究院，
类型：发明
国别省市：