[发明专利]一种无线单信道通信网络避免冲突的通信方法

说明书

本发明公开了一种无线单信道通信网络避免冲突的通信方法，其步骤如下：一、设置通信网络，通信网络包括网关节点和多个终端节点。二、通信网络依照预备时间段、节点通信时间段、网络管理时间段、网络空闲时间段的顺序依次循环运行。本发明解决了单信道通信网络易发生冲突的问题，相较于传统的基于时分复用的单通道网络，本发明具有更高的实时性。此外，本发明提出的网关节点可通过终端节点仲裁的方式迁移到任意网络终端节点上，相较于传统固定位置网络，能够在网关节点出现故障时自动切换得到新的网关节点，能够防止因为网关故障导致全网瘫痪事故的发生，具有更高的灵活性以及通信网络具有更高的容错性。

技术领域

本发明属于物联网通信协议领域，主要涉及一种无线单信道的通信网络下多终端节点数据传输时的冲突避免方法。

背景技术

物联网(The Internet ofThings，IOT)是互联网的延伸和扩展，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网主要由网络终端节点，通信网络与远程服务器构成。物联网技术主要涉及传感器技术，嵌入式技术，无线通信网络技术和计算机技术。以目前市场上主流的无线物联网技术LoRa(Long Range)为例，LoRa的典型技术指标如下：工作频段为433-915Mhz，最大传输距离15Km，最高传输速率50kbps，一节AA电池可支持LoRa终端节点工作十年，因此实现了低功耗与远距离的统一。基于LoRa的物联网在现实生活中应用十分广泛，例如共享单车，智能抄水表，水系系统监控，养殖业数据采集以及智能搜救等。LoRa网络一般由网关与终点终端节点组成，网关是LoRa通信网络的核心，主要负责存储，转发终端节点的数据，激活就绪终端节点，控制网络的流量，维护网络的通信与运作以及连接远程服务等功能。通信网络中多个终端节点发送数据时发生冲突问题是设计物联网网关的难点之一。目前，市场上应用最为广泛的LoRa网关协议是由Semtech公司研发的LoRaWAN。LoRaWAN在物理层上提出利用八路调制解调通道来解决多终端节点接入的冲突问题，在数据链路层上利用基于ALOHA协议的随机访问竞争发送协议来减少多终端节点竞争信道发生冲突的情况。该方案不仅扩大了LoRa网络的容量，而且有效地避免终端节点数据冲突的问题。但是，该方案需要额外的调制解调电路以及专门SOC(System OfChip)的支持，通常LoRaWAN的价格是普通LoRa终端节点的20倍左右，极大地增加了网关构建的成本。与此同时，LoRaWAN方案的网络协议具有专利保护，在应用开发时非常不方便。因此，本发明公开了一种采用普通LoRa终端节点或者其他单信道的无线网络标准作为网关节点的冲突避免方法来解决信道冲突问题。单信道网络下，通常采用的信道冲突避免方法，包括基于固定时隙长度的时分复用方法、基于令牌环的信道冲突避免法、基于频谱感知的信道监听冲突避免法和基于网关管理的信道冲突避免法。其中，基于固定时隙的时分复用方法要求网络所有终端节点具有精确同步的时钟，由于单信道无线具有低传输速率，信息延迟的特点，很难实现网络时钟同步。基于令牌环的信道冲突避免方法是利用令牌传递方法使终端节点轮流使用信道，这种方法避免了高精度的同步时钟，但是倘若某个终端节点发生故障将导致令牌传递中断，甚至导致整个网络瘫痪。因此，该方法组建的网络健壮性不足。基于频谱感知的信道监听冲突避免法，采用频谱感知的方法来监听信道是否被占用，从而避障信道冲突。该方法不要求精确的同步时钟，同时具有很强的健壮性。但是，频谱感知过程较为算法复杂且准确度不高，因此，利用该方法组建的网络信息传输效率较低。就目前而言，利用网关来避免无线单信道网络下终端节点冲突问题是最有效的手段。该方法在网络中设置专门的网络管理终端节点实现网络数据存储、转发、中继和分配，在保证网络安全的同时提高网络的可管理性。该方法的难点在于需要设计科学可行的网络调度策略。因此，本发明公开了一种可应用于各种的无线单信道通信网络设备的冲突避免策略，该策略主要解决单信道无线网络的多终端节点信道冲突问题，实现小规模、低成本、高鲁棒性网络的组建。

综上所述，随着物联网的发展，无线组网技术在实际生活中的应用越来越多，但是，现有基于多信道的网关设计方案价格相对昂贵且网络协议受专利保护，限制了它的应用范围。基于单信道的网络组建方案仍不够完善。因此，本发明公开了一种创新方法来解决多终端节点通信网络的信道冲突问题。