具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

一种基于LoRa的列尾装置，其结构如图1和图2所示，包括：列尾机车台1、列尾主机2和LoRa网络3。

列尾机车台1：包括列尾机车台LoRa模块101、列尾机车台控制器102、列尾机车台存储器103、天线104、列尾机车台电源模块105和列尾控制盒106，列尾机车台LoRa模块101和列尾机车台控制器102分别与列尾机车台电源模块105相连，列尾机车台LoRa模块101、列尾机车台存储器103和列尾控制盒106分别与列尾机车台控制器102相连，天线104与列尾机车台LoRa模块101相连。

列尾机车台电源模块105直接与机车电源相连，通过机车电源直接供电。

列尾主机2：列尾主机LoRa模块201、列尾主机控制器202、列尾主机存储器203、风压检测模块204和列尾主机电源模块205，列尾主机LoRa模块201、列尾主机控制器202和风压检测模块204分别与列尾主机电源模块205相连，列尾主机LoRa模块201、列尾主机存储器203和风压检测模块204分别与列尾主机控制器202相连。

风压检测模块204包括风压传感器、排风单元和风管，风压传感器和排风单元均安装在风管中，风压传感器和排风单元分别与列尾主机控制器202相连，风管与列车主风管相连。

本实施例中的列尾主机电源205选用可充电式电池，具体选用的为锂离子式可充电电池。

本实施例中的列尾机车台1与列尾主机2在LoRa网络下通过LoRa通信协议进行通信。

本实施例中的列尾主机LoRa模块201选用低功耗的LoRa通信模块。

本实施例还涉及一种用于上述列尾装置的通信方法，该方法分为MAC层部分和应用层部分，MAC层部分涉及列尾机车台与列尾主机同步及通信时隙的定义，本实施例根据通信形式的不同将时隙分为三种结构，如图7～9所示，在每个时隙中列尾机车台执行列尾机车台通信子方法与列尾主机进行通信；列尾主机执行列尾主机通信子方法与列尾机车台进行通信。应用层部分定义了帧类型、帧数据结构和列尾装置应用流程。

列尾机车台通信子方法内嵌在列尾机车台控制器102内，列尾主机通信子方法内嵌在列尾主机控制器202内。

列尾机车台与列尾主机连接与断连的过程如图5所示，列尾机车台与列尾主机数据传输过程如图6所示。本实施例中列尾机车台1与列尾主机2通信MAC层协议如下：

列尾机车台发给列尾主机的帧是下行数据；列尾主机发给列尾机车台的帧是上行数据。一对互相通信的列尾机车台和列尾主机选择相同且固定的中心频率和带宽进行数据收发。MAC层将上下行发送划分为固定时间长度的时隙。时隙中分为列尾机车台发送下行数据和列尾主机发送上行回复数据，列尾主机发送上行数据和列尾机车台发送下行应答数据，列尾机车台和列尾主机均无数据发送三种类型。图7～8分别为列尾机车台发送数据和列尾主机接收数据、列尾主机发送数据和列尾机车台接收数据以及列尾主机和列尾机车台均无数据发送时的时隙结构示意图。

在每个时隙中列尾主机按照列尾主机通信子方法执行通信流程；

列尾机车台按照列尾机车台通信子方法执行通信流程。

在一个时隙中，列尾主机收到列尾机车台下行数据后要在该时隙发送上行回复数据。

在一个时隙中，列尾机车台收到列尾主机的上行数据后要在该时隙发送下行应答数据。

时隙中列尾主机和列尾机车台发送的数据帧由前导码和帧负载组成。

列尾机车台通信子方法的流程如图3所示，包括：

步骤1-1：时隙开始时判断是否有下行数据，若是，则执行步骤1-2，否则，执行步骤1-6；

步骤1-2：开启列尾机车台LoRa模块101发送下行数据，然后执行步骤1-3；

步骤1-3：下行数据完成发送后，进入休眠模式，休眠时长为T₁，然后执行步骤1-4

步骤1-4：在完成时长为T₁的休眠后，将列尾机车台LoRa模块101模块配置为接收状态，开始进行信道检测，然后执行步骤1-5；

步骤1-5：判断信道中是否有列尾主机发送的上行回复数据正确前导码，若是，则接收并处理上行回复数据，然后休眠至下一时隙，否则，直接休眠至下一时隙；

步骤1-6：列尾机车台直接进入休眠模式，休眠时长为T₃，然后执行步骤1-7；

步骤1-7：在完成时长为T₃的休眠后，开启列尾机车台LoRa模块101，开始进行信道检测，然后执行步骤1-8；

步骤1-8：判断信道中是否有列尾主机发送的上行回复数据正确前导码，若是，则执行步骤1-9，否则，直接休眠至下一时隙；

步骤1-9：接收并处理上行回复数据，然后进行时长为T₂的休眠，休眠完成后，列尾机车台LoRa模块向列为主机发送下行应答数据，发送完成后，休眠至下一时隙。

列尾主机通信子方法流程如图4所示，包括：

步骤2-1：列尾主机在时隙开始时从休眠状态转换为工作状态，开启列尾主机LoRa模块201为接收状态，开始信道检测；

步骤2-2：判断信道中是否接收到列尾机车台发送的下行数据正确前导码，若是，则执行步骤2-3，否则，执行步骤2-5；

步骤2-3：接收列尾机车台发送的下行数据并对数据进行处理，同时生成需要发送的上行回复数据，然后执行步骤2-4；

步骤2-4：列尾主机进入休眠模式，休眠时长为T₁，在休眠结束后发送上行回复数据，然后休眠至下一时隙；

步骤2-5：判断列尾主机是否有上行数据，若是，则执行步骤2-6，否则，直接休眠至下一时隙；

步骤2-6：列尾主机进入休眠模式，休眠时长为T₃，休眠结束后向列尾机车台发送上行数据，然后执行步骤2-7；

步骤2-7：列尾主机进入休眠模式，休眠时长为T₂，然后进行信道检测，判断是否有列尾机车台发送的下行应答数据正确引导码，若是，则接收并处理下行应答数据，然后休眠至下一时隙，否则，直接休眠至下一时隙。

列尾主机2在时隙开始时若收到正确的列尾机车台前导码数据，则把前导码接收完成时刻作为时钟同步时刻。每帧中信道侦听窗口会大于前导码发送时间。接收者开始侦听信道相对早于发送者发送前导码，而且接收者结束侦听信道相对晚于发送者发送前导码；以保证完整接收前导码数据。

列尾主机与列尾机车台通信应用层协议如下：

上下行数据帧结构如表1所示。

表1上下行数据帧

数据帧类型如表2所示。

表2数据帧类型

上下行数据帧长度固定为29字节，其中前导码为2字节，帧负载数据共27字节。同一时隙内下行数据和上行数据帧编号一致。

在列尾主机2与列尾机车台1建立连接前，先将两设备设置相同通信频率。对列尾机车台输入待连接列尾主机的编号。

在开始建立连接后，列尾主机2和列尾机车台1不断地侦听信道，接收无线数据。列尾机车台1首先发送“建立连接请求”命令。列尾主机2在收到“建立连接请求”类型帧后若接收到的列尾机车台编号是待连接机车台，则存储列尾机车台编号并回复“建立连接应答”类型帧。列尾机车台将发送“建立连接请求”命令帧的时刻作为时隙开始，其开始执行列尾机车台通信子方法与列尾主机通信。列尾主机2将收到“建立连接请求”命令帧的时刻作为时隙开始，其开始执行列尾主机通信子方法与列尾机车台通信。列尾机车台12收到“建立连接应答”帧后，若列尾机车台1和列尾主机2编号正确，则存储列尾主机编号。列尾机车台在发送“建立连接请求”类型帧后，若20秒内未收到应答帧，则重新发送。

若列尾机车台1需要查询列尾主机2的风压状态，则在时隙开始时向列尾主机发送“查询风压”类型帧。列尾主机2收到后，查询风压，并将列尾主机电池电压、接收下行数据帧的信号强度及信噪比等信息按照规定帧格式发送“风压应答”上行数据帧。

若列尾机车台1需要列尾主机2执行排风，则在时隙开始时向列尾主机发送“排风命令”类型帧。列尾主机2收到后，执行风管排风作业，并将列尾主机电池电压、接收下行数据帧的信号强度及信噪比等信息按照规定帧格式发送“排风应答”上行数据帧。列尾机车台在发送“排风命令”类型帧后，若20秒内未收到应答帧，则重新发送。

当列车主风管风压低于设定值时，列尾主机2在时隙中向列尾机车台上行发送一次“风压报警”类型帧。列尾机车台1收到后，显示报警信息，向列尾主机2回复“风压报警确认”数据帧。列尾主机2收到“风压报警确认”数据帧后，停止向列尾机车台1发送该报警信息。列尾主机2每20秒发送一次“风压报警”数据，直到其收到“风压报警确认”数据帧。

当列尾主机2的电池电压低于设定值时，列尾主机2向列尾机车台发送一次“欠压报警”类型帧。列尾机车台1收到后，显示报警信息，向列尾主机2回复“欠压报警确认”数据帧。列尾主机2收到“欠压报警确认”数据帧后，停止向列尾机车台1发送该报警信息。列尾主机2每20秒发送一次“欠压报警”数据，直到其收到“风压报警确认”数据帧。

若列尾机车台1与列尾主机2需要断开连接时，列尾机车台1首先发送“断开连接请求”命令。列尾主机2在收到“断开连接请求”类型帧后若接收到的列尾机车台编号是其存储的机车台编号，则删除已存储的列尾机车台编号并回复“断开连接应答”类型帧。列尾主机1收到“断开连接应答”帧后，若列尾机车台和列尾主机编号是其存储编号，则删除已存储的列尾主机编号。列尾机车台1在发送“断开连接请求”类型帧后，若20秒内未收到应答帧，则重新发送。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。