[发明专利]一种LoRaWAN网络轮询调度方法与系统

说明书

本发明公开了一种LoRaWAN网络轮询调度方法与系统，本发明将LoRaWAN上行信道频段范围以网关为单位进行划分，并在网络服务器中将终端地址与网关进行绑定；终端没有入网之前，在约定的入网组播频点监听入网组播报文，在入网组播报文后含有自己地址时响应并收听业务轮询组播报文；网络服务器通过网关发出组播报文，在每轮发送业务轮询组播报文之前，筛选出上次轮询中未有回复的终端和新增加的终端，对这些终端发送入网组播报文；终端在收到业务轮询组播报文后，在报文含有自己地址时才上报数据，上报时根据终端自己地址在地址列表中的顺序确定频点组中的工作频点。本发明能够解决LoRaWAN无线网络丢包、冲突、碰撞的问题，充分提高无线信道利用率。

技术领域

本发明属于LoRaWAN无线接入组网管理领域，涉及在LoRaWAN网络组网、传输过程中提高无线信道利用率的管理方法，具体涉及一种LoRaWAN网络轮询调度方法与系统。

背景技术

LoRa是一种低功耗广域网(Low Power Wide Area Network，LPWAN)中的一种无线技术，具有长距离、低功耗、低速率、低成本的特点，适合大规模部署。覆盖范围可以是一个城市，甚至是一个国家，可以实现将收集的数据集成到公共数据平台。建立如智慧城市、智慧交通、智慧工厂等项目，还可以利用这些数据可以进行后期的大数据挖掘，有利于城市管理、社会公共管理、工业互联网、发展咨询等项目。

LoRaWAN网络架构由三部分组成，包括终端、网关(Gateway)或称为基站、网络服务器(Network Server，简称NS)组成。LoRaWAN网络终端数据上报时，终端向外界发送无线数据；网关接收到无线信号后，会通过以太网或者无线运营商网络将数据上报到网络服务器；网络服务器将接收的数据保存下来，并且识别上报的数据包类型，如果是需要回复的数据包，则再将回复报文推送给网关，由网关以无线的形式发送出去。在网关与网络服务器之间交互协议是完整的TCP/IP协议，在终端与网关之间以无线方式交互，使用属于MAC层的LoRaWAN协议。

在LoRaWAN规范中，定义两种终端接入模式，分别为Over-The-Air Activation(OTAA)和Activation By Personalization(ABP)。OTAA模式下，会根据终端随机生成的DevNonce和网络服务器随机生成的AppNonce自动生成NwkSKey(Network Session Key)和AppSKey(Application Session Key)，并且由网络服务器分配终端的唯一地址；ABP模式下则是使用固定的NwkSKey和AppSKey，终端的唯一地址也是在出厂的时候烧录到芯片，在上线使用过程中不可更改。终端的地址简称为DevAddr，两种模式相比，OTAA的安全性更好，ABP则接入使用比较简单。

在LoRaWAN规范中，对终端节点定义了三种工作模式，Class A，Class B，Class C。Class A工作模式时，终端在发送数据后，会在1秒后开启一个下发数据接收窗口，简称RX1，如果在RX1没有收到下行数据，那么在1秒后再开启一个RX2接收窗口，RX1和RX2的接收频点不同。Class B工作模式时，终端节点除了在RX1和RX2接收网络服务器的数据外，还可以在和网络服务器同步完成时间戳之后，周期性的打开一个接收窗口来接收网络服务器发送给它的数据。Class C工作模式是除了在终端主动上报后开启RX1，RX2接收窗口，其它时间段一直在Class C频点开启接收窗口，处于常接收模式。

根据LoRaWAN1.01规范定义，中国区470频段上行频点从470.3MHz至489.3MHz，其中每200KHz为一个频点，一个频点对应为一个工作信道；例如470.3MHz一个信道，470.5MHz一个信道，等等共划分为96个信道。LoRaWAN网关常用的网关模块SX1301是一种半双工的接收模块，它在工作时可以同时接收8个连续上行频点，比如一个网关可以同时收到终端节点后上频点为470.3MHz，470.5MHz，470.7MHz，470.9MHz，471.1MHz，471.3MHz，471.5MHz，471.7MHz的数据。