[发明专利]支持LoRaWAN协议的全双工LoRa网关

说明书

本发明公开了一种支持LoRaWAN协议的全双工LoRa网关结构，其中上行LoRa通信模块可以接收LoRa终端节点发送的上行数据包，将上行数据包发送至ARM主控模块，ARM主控模块，接收上行LoRa通信模块中收到的上行数据包，将上行数据包递交给LoRa服务器，并接收LoRa服务器发送的下行数据包，并根据下行数据包的下行要求信息，确定下行时机，根据下行时机将下行数据包下发至第一下行LoRa通信模块或者第二下行LoRa通信模块，使第一下行LoRa通信模块和第二下行LoRa通信模块，分别用于在相应下行时机发送下行数据包；以实现支持LoRaWAN协议的全双工LoRa网关的精度和可靠性的提升。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种支持LoRaWAN协议的全双工LoRa网关。

背景技术

LoRa是一种新兴的低功耗广域网技术，它使用专有的扩频技术调制信号，用于远距离通信链路场景。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，它是一种媒体访问控制(MAC)层协议。

LoRaWAN支持3类终端设备，分别称为A、B、C类设备(Class A、B、C)，以满足各种物联网应用的不同需求。Class A是每个LoRa终端设备必须实现的基本类。它允许双向通信，其中每个终端设备的上行链路传输后有两个短的下行链路接收窗口，如图1所示：一旦上行链路传输完成，终端设备将在给定延时RXDelay1(通常为1秒)后打开接收窗口RX1，在给定延时RXDelay2(通常为2秒)后打开接收窗口RX2，以监听来自网关的下行链路传输。Class B除了A类终端设备随机上行链路传输后的接收窗口外，B类设备会在预定时间打开额外的接收窗口。Class C类设备实现了与A类设备相同的两个接收窗口，RX1和RX2的通信参数也分别与A类中定义的相同。但是C类设备是无休眠的，除了支持与A类设备相同的接收窗口外，其余时间均开启接收窗口RX2。

综上可知，为支持LoRaWAN协议双向通信，LoRa终端节点在发送完成后，需要分别在RXDelay1和RXDelay2时间后打开接收窗口RX1和RX2；LoRa网关需要在接收到数据包后，等待RXDelay1或RXDelay2时间，然后发送下行数据包。换言之，LoRa网关需要实现在给定时间戳发送数据包的需求。若所等待的时间不够精确，将导致LoRa终端节点无法接收到数据包，或产生过多能耗。另一方面，为支持Class B类设备，LoRa网关也需要实现立刻、在GPS脉冲边沿触发下行数据包发送的需求。

原生LoRa网关(采用SX1301作为基带芯片)对上述协议规则的实现原理如图2所示：SX1301原生网关内部维护了一个微秒级时钟(计数器)，一旦收到一个上行数据包，就会为其保存当前时间戳值，表示该数据包的接收时间。该上行数据包被递交给服务器端，经解析需要下发一个下行数据包给该LoRa终端节点时，服务器会将该上行数据包中的时间戳值加上RXDelay1或RXDe2秒，作为下行数据包的发送时间。SX1301原生网关收到服务器端的下行请求后，将对该下行数据包中的时间戳与当前微秒时钟进行比较，当它们的值相同时，将该下行数据包下发。由此，实现了LoRaWAN协议中精确地在给定时间戳下发信息的需求。

但是，原生LoRa网关是半双工的：处于接收模式时，不能发送数据；处于发送模式时，不能接收数据，由此导致LoRa原生网关数据传输效率低下，所支持的节点容量偏小。总之，原生LoRa网关实现了在给定时间戳发送下行数据包的需求，但是它是半双工的。