【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业无线网络，特别涉及一种基于链路质量的lora多跳网络自适应传输系统及方法。
技术介绍
1、lora作为一种低功耗广域网无线电技术，在物联网领域获得了广泛关注，可以在sub-ghz频段提供低功耗和远程通信。lorawan是一种基于lora的介质访问控制层协议，许多现有的lora应用使用lorawan规范并采用星形拓扑，其覆盖率较低，从而无法满足iot大规模部署的要求。此外，lora通信中的一些参数例如扩频因子影响着灵敏度与传输速率。大多数lora多跳协议通常是以固定的参数进行通信无法根据链路质量选择适应的参数，造成丢包率高和通信速率较高的现象。
技术实现思路
1、针对现有的lora多跳策略存在的技术缺陷，本专利技术提出了一种基于链路质量的lora多跳网络自适应传输系统，使节点能选择适应的通信参数，保障网络具有较高的投递率的同时还能极大程度上减少传输时间。
2、为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于链路质量的lora多跳网络自适应传输系统，包括如下模块：
4、分层模块，用于确认节点与网关之间的跳数；
5、路由探索模块，用于节点确认自己的父节点；
6、优化参数模块，用于节点调整自身的扩频因子与带宽；
7、节点管理模块，用于节点的删除与加入管理。
8、进一步的，网络中的节点基于传输时间、信号强度调整自身的扩频因子(sf)与带宽(bw)。
9、进一步的，所述
10、进一步的，所述路由探索模块中，网络中的每个节点需要找到一条路由路径来寻找它的父节点。节点根据收到的分层数据包记录有效信号功率(esp)，根据esp值大小进行排序，选择esp值最大的为最佳父节点。
11、进一步的，优化参数模块为每个节点优化自己的sf，节点发送包含自己层数、有效负载大小等信息的优化参数请求，节点计算在满足降低传输时间前提下的一跳范围内(n为1时)优化后的扩频因子即sfopt，计算传输时间公式如下：
12、t(sf,pl,n)＝n·(trd(sf)+tpd+ttd(sf,pl))
13、其中，t表示节点传输的总时间，n表示节点所在的层数，trd表示节点的接收延迟，tpd表示节点的处理延迟，ttd表示节点的空中传输时间。判断节点在sfopt下的esp值是否满足当前参数下的阈值，假如满足则切换。
14、进一步的，优化参数模块为每个节点优化自己的bw，经过优化sf算法后，网关会再基于信号强度调整节点的bw，根据室温下无线电接收器的灵敏度(s)由下式给出：
15、s＝-174+10·log10(bw)+nf+snr
16、由公式可得对于一定的sf，增大bw，会使接收器的灵敏度降低，但可以实现更快的传输。以lora常用带宽为例(125khz,250khz,500khz)，通过上述公式计算可得带宽每增大125khz，灵敏度会依次降低3db。因此，网关根据esp来估算是否可以优化bw，计算公式如下：
17、esp[margin]＝esp-esp[125khz th]
18、其中，esp[margin]表示节点的冗余esp值，esp表示节点当前的值，esp[125khz th]表示当前sf下bw为125khz的esp阈值。
19、进一步的，所述节点管理模块中，节点定期更新esp值来判断邻居节点的存在，esp更新公式如下：
20、esp(t)＝α+(1-α)esp(t-1)
21、其中，esp(t)表示节点更新后的esp值，esp(t-1)表示节点过去esp值。基于esp值更新自己的邻居表。
22、本专利技术还提供了一种基于链路质量的lora多跳网络自适应传输方法，用于执行上述系统，包括如下步骤：
23、s1.将整个网络进行分层，确认各个节点与网关之间的跳数；
24、s2.每个节点基于esp值得到邻居列表，确认自己的父节点；
25、s3.节点向网关发送优化参数请求；
26、s4.网关基于链路质量等信息计算出优化后的sf发送给请求的节点；
27、s5.节点以优化后的sf为参数发送给网关，网关基于esp值判断是否满足链路质量阈值，假如满足，则节点改变sf；
28、s6.优化完sf后，网关继续判断该节点是否可以继续优化bw,根据esp与在bw为125khz下的阈值差值来判断是否链路质量良好，网关发送给节点优化后bw的参数；
29、s7.节点以优化后的bw为参数发送给网关，网关基于esp值判断是否满足链路质量阈值，假如满足，则节点调整bw。
30、与现有技术相比，本专利技术在lora多跳通信的基础上加入了参数基于链路质量自适应优化；本专利技术提出了一种优化参数算法，通过传输时间、信号强度等链路质量信息调整节点的sf、bw等参数，在满足通信质量的同时，进一步优化参数来降低传输时间；此外，本专利技术利用不同的sf与bw，降低单链路下的冲突，保证了数据传输可靠性。
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1.基于链路质量的LoRa多跳网络自适应传输系统，其特征在于：包括如下模块：
2.根据权利要求1所述基于链路质量的LoRa多跳网络自适应传输系统，其特征在于，优化参数模块中，网络中的节点基于传输时间、信号强度调整自身的扩频因子SF与带宽BW。
3.根据权利要求2所述基于链路质量的LoRa多跳网络自适应传输系统，其特征在于，所述分层模块中，网关在BW为125kHz、SF为7的参数下广播包含自己层数的数据包；在网关一跳范围内的邻居节点收到后更新自己的层数，并把层数索引增加1再次广播，网络中的所有相邻节点和中继该分层消息并更新自己的层数，至此覆盖网络中所有的节点，所有节点都被分配到相对应的层数。
4.根据权利要求3所述基于链路质量的LoRa多跳网络自适应传输系统，其特征在于，所述路由探索模块中，网络中的每个节点需找到一条路由路径来寻找它的父节点；节点根据收到的分层数据包记录有效信号功率ESP，根据ESP值大小进行排序，选择ESP值最大的为最佳父节点。
5.根据权利要求4所述基于链路质量的LoRa多跳网络自适应传输系统，其特征在于，优化参数
6.根据权利要求5所述基于链路质量的LoRa多跳网络自适应传输系统，其特征在于，优化参数模块为每个节点优化自己的BW，经过优化SF后，节点再基于链路质量调整自己的BW，基于固定SF下BW的变化，网关根据ESP来估算是否能优化BW，计算公式如下：
7.根据权利要求6所述基于链路质量的LoRa多跳网络自适应传输系统，其特征在于，所述节点管理模块中，节点定期发送分层信息，更新ESP值判断邻居节点的存在，ESP更新公式如下：
8.基于链路质量的LoRa多跳网络自适应传输方法，用于执行权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于链路质量的lora多跳网络自适应传输系统，其特征在于：包括如下模块：
2.根据权利要求1所述基于链路质量的lora多跳网络自适应传输系统，其特征在于，优化参数模块中，网络中的节点基于传输时间、信号强度调整自身的扩频因子sf与带宽bw。
3.根据权利要求2所述基于链路质量的lora多跳网络自适应传输系统，其特征在于，所述分层模块中，网关在bw为125khz、sf为7的参数下广播包含自己层数的数据包；在网关一跳范围内的邻居节点收到后更新自己的层数，并把层数索引增加1再次广播，网络中的所有相邻节点和中继该分层消息并更新自己的层数，至此覆盖网络中所有的节点，所有节点都被分配到相对应的层数。
4.根据权利要求3所述基于链路质量的lora多跳网络自适应传输系统，其特征在于，所述路由探索模块中，网络中的每个节点需找到一条路由路径来寻找它的父节点；节点根据收到的分层数据包记录有效信号功率esp，根据esp值大小进行排序，选择esp值最大...
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