LORA自組網系統簡介
充分利用LORA的點到點長距離通訊的特點，利用高速的LORA通訊模塊，組建自動中繼、自動重組路由的MESH通訊網絡。該網絡包含一個集抄節點和若干末端的子節點，在開始運行時，由集抄節點發出建立路由命令，經由一套智能空間樹狀分析算法，可以根據節點之間各自通聯的可能性，自動組織路由，自動生成最佳通訊匹配的LORA射頻MESH通訊網絡。
特點：
? 自動生成多層組網結構，各層節點之間自動匹配成隸屬關系，自動中繼，無需額外中繼設備。
? 通訊過程中能實現自愈運行，自動判斷節點投退，自動排除離線節點，自動接入在線節點。
? 自動約束層限，盡可能將通訊節點約束在淺層，以保證通訊的高效率。
? 支持自動節點地址分配(全球唯一地址)，減少了現場設置的麻煩。
? 采用了自動空間碰撞檢測回避技術，支持重要數據的緊急主動上傳。
? 優化空間傳輸結構，支持長報文多層傳輸，采取了多級全方位的防誤措施，避免各種干擾和異常狀況對網絡結構的影響。
? 未來可支持跳頻傳輸，防止同頻干擾，節省信道資源。
功能：
? 支持多種信息傳遞方式，包括全網節點遍歷輪詢、針對節點地址層間節點多跳查詢等。
? 數據類型可以包括雙向的短報文傳遞、開關量傳遞、模擬量傳遞等。
? 自動分割長報文，以短片傳遞，以防止干擾，增強LORA傳輸的可靠性。
? 這種自動組網、自動重組路由的組網方式用在臺區分散的末端設備感知的數據傳輸，充分利用了LORA點到點通信距離遠的特點，避免了星型LORA傳輸網的集抄器與末端節點直線距離易被遮斷的困擾，與目前存在于末端感知通訊中其他通訊方式相比具有較大優勢，是目前物聯網的有效和理想的實現方式。
一種用于變電臺區設備LoRa通訊的MESH自組網方法
技術領域
本發明涉及一種無線自組網構成和傳輸方法，具體涉及一種LoRa通訊的MESH組網傳輸方法，屬于通信控制技術領域。
技術背景
在現有的變電臺區LoRa星型組網傳輸技術中，往往會因為距離、遮擋、干擾等原因，造成主節點不能收集所有子節點的信息，大量的這種子節點將會離線，造成丟失數據，嚴重影響了通訊的可靠性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是：針對變電臺區現有星型組網技術存在的問題，提供一種適用于變電臺區的MESH組網結構的LoRa無線通訊系統，能夠做到自動多級中繼主節點不能直連的遠方節點，自適應修復離線子節點路由結構，自動接入新增節點等功能。
本發明解決其技術問題的技術方案如下：
一種適用于變電臺區的MESH組網結構的LoRa組網方法的實現包括以下步驟：
S1：組建一個包括一個主節點和N個子節點的LoRa組網系統，主節點為信息匯聚點。子節點為信息采集點。主節點通過多層的路由結構連接N個子節點，每個子節點都由相應的12字節唯一ID表示，用做組網子節點標識，這個ID來自于通訊所用的MCU的全球唯一ID號。
S2：通訊實現時，先進行系統內子節點ID檔案收集過程，由主節點(邏輯節點號為0)發出廣播求號幀COM16，子節點群A集合(i=1…a)將收到該報文。子節點在未匹配狀態表現為接收COM16報文狀態，每間隔100ms循環一次，利用中斷回調函數接收該LORA報文，在收到COM16以后，利用隨機函數計算一個在0-3秒鐘隨機的時間ts，不同的響應子節點在ts時間以后帶12字節標識碼回復主節點，其他待接入節點處于監聽狀態，發現空中有報文則推遲自身發送。主節點在收到這些標識碼以后，按照先后的順序將其編號，排入節點檔案列表。規定時間到以后，主節點按照收到的檔案標識碼列表查詢一遍，并確定邏輯地址，稱為定序過程。之后，主節點再問一遍COM16，定序邏輯地址成功的子節點不再回復，剩余的未定序子節點同樣依隨機函數確定的時間回復。依次執行，直到不再有未定序節點加入。
S3：第一層形成以后，主節點將擁有M個在線節點，依照同樣過程采用令牌輪換(父節點需要向子節點送出已定序的邏輯節點范圍)，分別將各在線節點作為主節點，依次形成和得到各在線節點的第二層、第三層……的子節點的路由結構和ID檔案并定序相應的邏輯節點。各層在線子節點在得到各自的子節點的ID檔案列表以后，向其路由表中的上層父節點匯報所得到的的路由結構、子節點ID檔案號及其相應的邏輯節點定序號。層層上報，直到主節點擁有所有各層子節點的12字節ID檔案號及其相關的邏輯地址編號(1，……，N)。
如果可以在主節點人工輸入建立所有的臺區內子節點的ID檔案列表，則無需S2和S3過程。每個子節點的邏輯地址只在每次組網中有效。
S4：正常通訊過程前，主節點先實現建立路由的過程，由主節點依照所存子節點的ID檔案，對于所有離線節點，依次發出COM5命令LoRa報文，該報文包含相關節點的12字節ID檔案號以及報文發出時對其所分配的邏輯地址編號。子節點收到COM5報文時，與自身的ID序號進行比對，如果一致，則接受配對，并向上層返回COM2報文。在一輪COM5發完后，主節點將返回COM2報文的子節點作為自身的局部在線節點。在這個過程中，主節點將形成局部路由表和二級路由表結構。
S5：接著以局部在線節點作為主節點依次輪流重復S4過程，直到建立多層的MESH路由網絡結構。
S6：在MESH路由結構建成以后，將進入正常通訊過程，在正常通訊過程中，由主節點向各子節點依照所匹配的邏輯地址發出COM11報文，該報文包含所需要傳遞的內容報文信息，該報文可能只經歷一層(即主節點的局部在線節點)，也可能經由中間子節點跨越多層路由結構(利用每個節點的二級路由表)，中間子節點在收到該報文以后，將按照路由表結構轉發到下一層，目標子節點在收到該報文以后，將把所需要回復主節點的內容報文信息打包成COM12報文返回上一層節點，依照路由表層層上傳，直到返回主節點。
S7：在正常通訊中，一旦通訊收到干擾，則相應父節點重問三次，三次都無返回，則將其置為離線，并層層上報，重組局部路由，無需全局重組路由。
S8：如果系統內存在離線節點，如果為發出查詢的源地址為主節點，則發出包含離線節點ID檔案號和分配邏輯地址的COM5報文，查是否該離線節點是否能成為局部在線節點。否則則由各層節點在每次COM11總招報文中依次包含需要查詢的離線節點ID檔案以及匹配的邏輯地址，如果相關離線節點收到了COM11 報文中包含著的與自身ID相同的ID檔案號，則搶在報文中的目標地址子節點回復COM12之前，第一時間向目標地址發出COM2報文，目標子節點在收到該COM2報文以后，立刻將該離線節點納入到本節點的局部在線節點中，并隨COM12報文上報路由，形成離線節點的局部修復機制。
S9：在主節點的輪詢總招過程中，經常會發生某些子節點有緊急的高優先級事件需要打破常規緊急組成報文上送，這樣必須終止目前的常規輪詢總招過程。比如子節點K有需要緊急上送的事件，此時它組成包含事件內容信息的COM7報文(同時做好緩存備份)，立刻發出，它的發出將會使當前所有的正常輪詢過程立刻終止，如果一次不能終止，則會重復發出COM7，直到清空無線空間，COM7報文會層層上送，直到主節點收到，主節點收到后，立刻組織一條返回確認報文，依照路由層層發到節點K，節點K收到后，立刻清除緩存備份，否則，子節點K在一段時間內如果沒有收到該確認報文，則隔一段時間會將緩存的緊急事件報文重發。
S10：在正常總招過程中，還會發生由于停電等原因造成的大批量子節點的緊急事件需要緊急上報的情況，這就不能依靠S9的過程來實現了。此時需要采取卷積上傳的方式，將所有需要發出緊急事件的子節點以有序的方式主動批量上送到主節點。具體過程為：任何一個此類事件的子節點發COM7報文(其中有標識該類事件的特殊標識)層層發到主節點，作為信使報文，主節點收到該報文以后，向最小在線邏輯地址子節點發出一幀COM8報文，該節點收到該報文以后，如果自身是終端節點(葉節點)，則向主節點則向上層父節點返回包含事件信息的COM9報文，而如果本節點是中間節點(枝節點)，則接著向自己的下層的局部在線節點依次發出COM8報文，依次類推，各子節點都重復該過程，各子節點在收齊了下層上送的各子節點相關信息之后，層層上報，直到送到主節點。此過程稱為卷積過程。主節點將一個或多個分支的卷積信息收齊，可以避免比較耗時的逐次多層分別的輪詢總招，以最快的速度把多個同時發生緊急事件子節點的信息收集齊整。
S11：LoRa報文收發過程中，每個節點都監聽空間的LoRa報文，自己報文的發出是在空中空閑的時刻發出，這樣就避免了可能發生的相互干擾，以及不可控的事件的發生。
S12：臺區標識碼是每一幀報文中包含的一個特殊信息，相鄰臺區可以由主節點設置為不同的編碼，以避免相鄰臺區同頻段設置情況下的無線通訊干擾(需與S11結合應用)。
S13：多類型子節點設備可以共享LoRa通訊資源，在主節點中，設立設備類型層，不同類型的設備賦予相應類型編碼，通訊時每幀報文中包含類型信息，類型信息由子節點上送，這樣主節點可以根據收到的類型編碼做相應的處理。主節點可以根據子節點編碼類型信息在主節點構成多種處理子系統，例如若干個子節點屬于漏電監察系統，若干個子節點屬于三相不平衡系統等等，各子系統包含各自不同的處理邏輯，在主節點中，常規節點與各子系統的處理，采用令牌進行切換。
S14：對于一些不參與組網的特殊子節點，采用了與組網傳輸兼容的非組網報文接收機制，需要對其規約進行必要解析，一旦收到相關報文，則以非組網報文看待，收入主節點，并發向所連設備框架。
S15：對于需要保存時間信息的子節點，保留對時機制，主節點收到所連設備發來的對時信息，在更新和維持自身的年月日時分秒時鐘系統后，隨時以COM17向所屬各層子節點發出對時命令，子節點在收到對時命令后，向主節點發出確認報文COM18。
S16：在平時沒有LORA報文收發的期間，系統自動進入網絡維護通訊階段，將由主節點發出輪詢短報文，遍歷所有各層在線子節點，并將離線節點賦予每個輪詢報文中進行核查，隨時接入可以接入的任何離線節點，并將任何脫網的節點剔除出系統，進行局部的網絡重組優化。
