基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统及方法
阅读说明：本技术 基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统及方法 (Lora ad hoc network data transmission system and method based on node back-off algorithm ) 是由 王聪 于洋 谢传玺 谢添 蔡玉芹 吴成 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统及方法,涉及Lora自组网数据传输技术领域,包括监测站、Lora自组网信号传输模块和云平台,所述监测站包括温湿度检测模块、雨量检测模块、风量检测模块、气压检测模块和避雷模块,所述云平台包括处理器、通讯模块、数据处理模块、数据存储模块、数据显示模块和气象预警模块,所述处理器分别与通讯模块、数据处理模块、数据存储模块、数据显示模块和气象预警模块相连接,所述监测站与Lora自组网信号传输模块相连接。本发明能够实现无人区域中链状线路上的多传输节点的多数据量跳传,解决了Lora自组织网络传输中信道拥挤造成数据乱码的弊端,满足人们的使用需求。(The invention discloses a node backoff algorithm-based Lora ad hoc network data transmission system and method, and relates to the technical field of Lora ad hoc network data transmission. The invention can realize multi-data volume jump transmission of a plurality of transmission nodes on the chain-shaped line in the unmanned area, solves the defect of data messy codes caused by channel congestion in the transmission of the Lora self-organizing network, and meets the use requirements of people.)
技术领域
本发明涉及Lora自组网数据传输技术领域，尤其涉及基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统及方法。
背景技术
架空输电线路是架设于地面上，利用绝缘子和空气绝缘的电力线路架空线路由导线、架空地线、绝缘子串、杆塔、接地装置等部分组成，导线承担传导电流的功能，必须具有足够的截面以保持合理的通流密度，导线都是处在高电位，为了减小电晕放电引起的电能损耗和电磁干扰，导线还应具有较大的曲率半径，超高压输电线路，由于输送容量大，工作电压高，多采用分裂导线。
为了提高架空输电线路使用的安全性，常常需要在其上方安装监测站，用于对温度、湿度、雨量、风量和气压等气象数据进行监测，数据监测后需要将数据传输至云平台进行处理分析，现有的输电塔之间的数据传输方式是通过4G的方式将数据传输到云平台，但是在很多无人区域没有4G信号数据无法传输回来，现有的Lora自组网传输方式会造成数据乱码，所以急需基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统来改变这一现状。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统及方法。其优点在于实现无人区域中链状线路上的多传输节点的多数据量跳传，解决了Lora自组织网络传输中信道拥挤造成数据乱码的弊端。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统，包括监测站、Lora自组网信号传输模块和云平台，所述监测站包括温湿度检测模块、雨量检测模块、风量检测模块、气压检测模块和避雷模块，所述云平台包括处理器、通讯模块、数据处理模块、数据存储模块、数据显示模块和气象预警模块，所述处理器分别与通讯模块、数据处理模块、数据存储模块、数据显示模块和气象预警模块相连接，所述监测站与Lora自组网信号传输模块相连接，所述Lora自组网信号传输模块与云平台相连接。
本发明进一步设置为，所述Lora自组网信号传输模块由若干本塔和若干相关塔组成，且每个本塔即可以自身作为中心塔，也可作为下一个中心塔的相关塔。
本发明进一步设置为，若干所述本塔和若干所述相关塔的上方均设置有物联网关设备，若干物联网关设备之间采用Lora连接，所述物联网关设备位于监测站内。
本发明进一步设置为，所述温湿度检测模块包括温度检测单元和湿度检测单元，且温度检测单元为温度传感器，所述湿度检测单元为湿度传感器。
本发明进一步设置为，所述雨量检测模块包括雨量检测单元，且雨量检测单元为雨量传感器，所述风量检测模块包括风量检测单元，所述风量检测单元为风量传感器，所述气压检测模块包括气压检测单元，且气压检测单元为气压传感器。
本发明进一步设置为，所述Lora自组网信号传输模块还包括节点退避算法单元，且节点退避算法单元包括节点退避算法公式，所述节点退避算法公式如下，竞争失败时：CW＝min(2*CW+1,CWmax)n<nth；CW＝CWmin n>＝nth，reset n；竞争成功时：CW＝CW-b CW<＝CWmid；CW＝min(CW/2,CWmid)CW>CWmid，其中CW表示竞争窗口，nth表示竞争失败次数门限，CWmid表示竞争窗口中间值，CWmax表示竞争窗口的最大值，CWmin表示竞争窗口的最小值。
本发明进一步设置为，所述避雷模块包括避雷单元，且避雷单元为避雷针。
本发明进一步设置为，所述通讯模块为无线通讯单元，且无线通讯单元为2G、3G、4G和5G通讯中的至少一种。
本发明进一步设置为，所述气象预警模块包括气象数据对比单元和气象预警单元，所述气象数据对比单元用于将检测的数据与正常数据进行对比，所述气象预警单元为声光报警器。
基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统的使用方法，包括以下步骤：
S1：首先，安装在每一个输电塔的监测站中的温湿度监测模块、雨量检测模块、风量检测模块和气压检测模块能够分别对输电塔上方的温度、湿度、雨量、风量和气压进行检测，检测后将数据传递给输电塔上的物联网关设备；
S2：通过Lora自组网信号传输模块中的节点退避算法单元，由于第二本塔是第一本塔和第一相关塔的中心塔，所以第一本塔和第一相关塔上的数据会传递给第二本塔，第三本塔是第二本塔和第二相关塔的中心塔，所有第二本塔和第二相关塔上的数据会传递给第三本塔，依次类推，从而实现第一本塔向第二本塔，第二本塔向第三本塔直线型数据传输；
S3：最后一个本塔上的数据能够通过无线数据传输的方式全部传递给云平台，通过云平台中的处理器对这些数据进行分类处理分析，分析后，通过数据显示模块进行显示；
S4：数据对比单元能够将处理后得到的数据与正常的数据进行对比，当对比处的数据异常时，立即启动气象灾害预警。
本发明的有益效果为：
1、本发明公开了基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统，通过设置有Lora自组网信号传输模块，能够在Lora自组网的基础上实现了第一本塔向第二本塔，第二本塔向第三本塔等直线型数据传输，实现无人区域中链状线路上的多传输节点的多数据量跳传，解决了Lora自组织网络传输中信道拥挤造成数据乱码的弊端；
2、本发明公开了基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统，通过设置有节点退避算法单元，利用节点退避算法单元中的节点退避算法公式该退避算法解决了二进制退避算法中存在的不公平问题，由于竞争窗口主要在CWmid大小附近，而LoRa传输时延的增大，会使邻居节点造成较严重的退避现象，该算法使每个LoRa节点在传输冲突时，迅速增大竞争窗口，减轻了节点之间的竞争；在信道负载较轻时，逐渐减小竞争窗口，使节点较公平的竞争信道，并在逐步递减的过程中尽可能的找到竞争窗口的合理值，从而保证了网络的公平性。
附图说明
图1为本发明提出的基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统及方法的系统结构示意图；
图2为本发明提出的基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统及方法的Lora自组网信号传输模块结构示意图；
图3为本发明提出的基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统及方法的节点算法单元工作流程示意图；
图4为本发明提出的基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统及方法的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
参照图1-2，基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统，包括监测站、Lora自组网信号传输模块和云平台，监测站包括温湿度检测模块、雨量检测模块、风量检测模块、气压检测模块和避雷模块，云平台包括处理器、通讯模块、数据处理模块、数据存储模块、数据显示模块和气象预警模块，处理器分别与通讯模块、数据处理模块、数据存储模块、数据显示模块和气象预警模块相连接，监测站与Lora自组网信号传输模块相连接，Lora自组网信号传输模块与云平台相连接。
需要说明的是，本实施例中Lora自组网信号传输模块由若干本塔和若干相关塔组成，且每个本塔即可以自身作为中心塔，也可作为下一个中心塔的相关塔。
若干本塔和若干相关塔的上方均设置有物联网关设备，若干物联网关设备之间采用Lora连接，物联网关设备位于监测站内。
温湿度检测模块包括温度检测单元和湿度检测单元，且温度检测单元为温度传感器，湿度检测单元为湿度传感器，温度传感器能够对输电塔上的温度数值进行检测，湿度传感器能够对输电塔上的空气湿度进行检测。
雨量检测模块包括雨量检测单元，且雨量检测单元为雨量传感器，风量检测模块包括风量检测单元，风量检测单元为风量传感器，雨量传感器能够对输电塔上的雨量进行检测，风量传感器能够对输电塔上的风量进行检测，气压检测模块包括气压检测单元，且气压检测单元为气压传感器，气压传感器能够对输电塔上方的气压进行检测。
避雷模块包括避雷单元，且避雷单元为避雷针，通过避雷针能够起到良好的避雷效果，避免输电塔上的监测站受到雷击造成损坏的情况发生。
通讯模块为无线通讯单元，且无线通讯单元为2G、3G、4G和5G通讯中的至少一种，无线通讯单元用于将最后一个本塔上的数据传递给云平台。
气象预警模块包括气象数据对比单元和气象预警单元，气象数据对比单元用于将检测的数据与正常数据进行对比，气象预警单元为声光报警器。
进一步的，本实施例中Lora自组网信号传输模块还包括节点退避算法单元，且节点退避算法单元包括节点退避算法公式，节点退避算法公式如下，竞争失败时：CW＝min(2*CW+1,CWmax)n<nth；CW＝CWmin n>＝nth，reset n；竞争成功时：CW＝CW-b CW<＝CWmid；CW＝min(CW/2,CWmid)CW>CWmid，其中CW表示竞争窗口，nth表示竞争失败次数门限，CWmid表示竞争窗口中间值，CWmax表示竞争窗口的最大值，CWmin表示竞争窗口的最小值。
参照图3，节点退避算法流程为：
(1)竞争信道失败时，CW以2倍速度增加，以快速脱离冲突，竞争失败次数超过规定值后，放弃此次竞争，认为接收节点不在发送节点的范围之内，传输失败；
(2)节点接入信道并成功发送以后，CW做如下调整；
(3)当竞争窗口小于等于中间值CWmid时，认为此时信道竞争不太激烈，CW减b，使竞争窗口的波动不是很大，避免频繁增减。当竞争窗口大于中间值CWmid时认为信道竞争激烈，节点折半递减，当递减到小于等于CWmid时则回到条件a。
参照图4，基于节点退避算法的Lora自组网数据传输系统的使用方法，包括以下步骤：
S1：首先，安装在每一个输电塔的监测站中的温湿度监测模块、雨量检测模块、风量检测模块和气压检测模块能够分别对输电塔上方的温度、湿度、雨量、风量和气压进行检测，检测后将数据传递给输电塔上的物联网关设备；
S2：通过Lora自组网信号传输模块中的节点退避算法单元，由于第二本塔是第一本塔和第一相关塔的中心塔，所以第一本塔和第一相关塔上的数据会传递给第二本塔，第三本塔是第二本塔和第二相关塔的中心塔，所有第二本塔和第二相关塔上的数据会传递给第三本塔，依次类推，从而实现第一本塔向第二本塔，第二本塔向第三本塔直线型数据传输；
S3：最后一个本塔上的数据能够通过无线数据传输的方式全部传递给云平台，通过云平台中的处理器对这些数据进行分类处理分析，分析后，通过数据显示模块进行显示；
S4：数据对比单元能够将处理后得到的数据与正常的数据进行对比，当对比处的数据异常时，立即启动气象灾害预警。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。