环保用电工况监管用无线LORA自组网数据传输方法及系统与流程

环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法及系统
技术领域
1.本发明属于环保用电工况数据处理技术领域，特别涉及一种环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法及系统。


背景技术：

2.近年来，随着“双碳”目标的驱动，攻打污染防治攻坚战是实现双碳目标的关键。目前，环保监管部门在监管过程中主要是将涉污企业产污、治污设备用电工况数据采集后直接反馈给管理后台，管理后台需要有专人监察排除异常点，当发现数据异常时通过电话或者短信等方式通知相关的涉污企业人员。
3.目前，对于环保用电工况监管主要是利用集中器与采集器数据传输，建立局域网，通常是一个集中器对应一个采集器或者是一个集中器对应安装多个采集器，在实际现场通常会出现局域网内若集中器传输距离未覆盖到该采集器时，则采集器与集中器之间无法正常传输数据，导致企业需要安装多个集中器才能保证数据传输正常。否则，无法实现采集现场数据，导致监控失效，进而导致安装现场的安装布点难度大大增加、在线监管存在数据采集成本高、安装集中器量大、后期维护成本高等问题。
4.在无线自组网当使用lora进行通信时，经常用到的网络结构如图1所示：1)每个节点(含中继、探头)上电后每30秒与网关发心跳，使整个网络逐步形成稳定的通信路径。
5.2)每个节点在发数据前，监听信道空闲后，随机延时1～10个时间槽，减少碰撞概率。
6.3)为了减少因碰撞而误认为链路不通，当不通时可重试1～3次。
7.4)发给中继节点，若中继节点未发出(可能节点关机或移机了)，可立即判断路径不通，立即向请求节点应答路径不通报文。
8.5)为进一步增加抗定频干扰，可添加跳频切换功能(由网关发起跳频图案，各节点在指定的时间槽同时切换)。
9.由此可以看出，常用的自组网传输信息其需要预先设置路径，而且其子节点需要中继转发或者直接转发给主节点，而子节点不能作为中继转发数据，这样在实际信息发送过程中容易出现数据丢失或者出现串码等情况，导致数据传输的安全性大大降低且传输成本较高。


技术实现要素：

10.为了克服现有的数据采集所存在的缺陷，本技术提供了一种环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，其每个节点都可收发数据，可作为中继节点传输其他节点的数据，大大加强了网络稳定性。
11.同时，本技术还提供了可以实现上述环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法的环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输系统。
12.本技术所采用的技术方案是：
13.一种环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，其包括以下步骤：
14.(1)构建传输协议，确定协议参数；
15.(2)构建lora自组网，将用于环保用电设备工况监管的多个采集模块分别配置自组网模块为子节点，将与多个所述采集模块对应的一个集中处理模块的配置自组网模块为主节点，并设置各子节点和主节点的状态均为数据传输状态；
16.(3)采集模块设置上传数据的操作码为主动上传响应，并按照步骤(1)所构建的传输协议将所采集的数据加密处理；
17.(4)第一子节点接收加密处理的数据后，在传输数据前预先进行判断，若主节点与该第一子节点之间的通讯距离大于该第一子节点的通讯距离，则该第一子节点将数据传输给与之通讯距离最短的第二子节点，而第二子节点再判断其与主节点之间的距离是否大于其自身的通讯距离；
……
如此重复，至子节点与主节点的距离小于等于单个子节点的通讯距离，则该子节点将数据传输给主节点；
18.(5)主节点将数据传送给集中处理模块；
19.(6)集中处理模块接收到数据包后解密并验证crc校验值和唯一地址，若验证失败，则更新数据包的操作码为失败响应；若验证通过，完成数据包标记后保存并传输给上位机，并更新数据包的操作码为响应成功；同时将数据包中的数据段长度设置为0，再将数据包按照原传输路径下发给采集模块，对采集模块发送传输响应，完成环保用电工况监管用无线自组网lora数据传输。
20.进一步限定，所述步骤(1)的传输协议的参数包括帧头、year、mon、day、hour、min、sec、mid、从机唯一地址、网络id、cmd、control、data_len、数据段、crc16以及帧尾。
21.进一步限定，所述传输协议的参数设置为：
22.帧头选用0x7e；
23.命令码选用0x01；
24.操作码选用数据响应、主动上传响应或者响应失败，其中0x00表示数据响应、0x03表示主动上传响应，0xff表示响应失败；
25.帧尾选用0x0d；
26.数据长度＝数据段长度。
27.进一步限定，所述步骤(5)中主节点的数据传输字节不大于128字节。
28.进一步限定，所述步骤(4)中的重复操作次数不超过255次。
29.一种环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输系统，其用于实现环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，其具体包括：
30.采集模块，为多个，作为lora自组网的子节点，用于监管环保用电设备工况并将所采集的数据按照所构建的传输协议进行加密处理后按照最短通讯距离原则与其他子节点或主节点之间进行数据传输；
31.集中处理模块，作为lora自组网的主节点，用于接收与之通讯距离最短的子节点所传输的数据，并进行数据验证后传输给上位机，同时按照原传输路径给采集模块发出响应。
32.进一步限定，所述子节点与主节点之间的数据传输所用传输协议参数包括帧头、year、mon、day、hour、min、sec、mid、从机唯一地址、网络id、cmd、control、data_len、数据
段、crc16以及帧尾。
33.与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下优点：
34.1)本技术利用集中处理模块和采集模块采用自建lora协议组成一个分布式局域网，将采集模块配置自组网模块为子节点，而集中处理模块的配置自组网模块为主节点，每个节点都可收发数据，可作为中继节点传输其他节点的数据，大大加强了网络的稳定性，且集中处理模块传输距离无需覆盖所有采集模块节点，大大增大覆盖面积，降低安装难度及成本。
35.2)本技术通过自组网完成数据传输，能够保证数据的覆盖范围广，保证数据传输可以由任意节点或网关发起，其自由性高，可以直接跳转数据。
36.3)本技术利用自建传输协议来传输数据，简化了传输协议架构，安全性更高，而且独立性高，无需受制于其他第三方的限制，保证数据的传输安全性和便利性。
37.4)本技术能够实现一个集中处理模块对应多个采集模块，且集中处理模块无需覆盖所有采集模块，能够保证对所有设备数据的正常发送，减少了集中处理模块的布设数量，大大降低企业安装成本和敷设线缆成本，进而降低整个监管体系的成本。
38.5)本技术采用lora自组网完成数据传输，可根据不同企业的实际情况适应性调整段码，有效避免不同企业临近时数据串码或混乱等问题，大大提升数据传输效率和安全性，提升并优化了环保监管效率。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1现有技术常用的普通lora自组网结构示意图。
41.图2为本技术的环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法流程图；
42.图3为本技术的lora自组网的构建示意图。
具体实施方式
43.现结合附图和实施例对本技术的技术方案进行进一步说明。
44.本技术的环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输系统，主要包括：
45.采集模块，为多个，作为lora自组网的子节点，用于监管环保用电设备工况并将所采集的数据按照所构建的传输协议进行加密处理后按照最短距离原则与其他子节点或主节点之间进行数据传输；
46.集中处理模块，作为lora自组网的主节点，用于接收与之距离最短的子节点所传输的数据，并进行数据验证后传输给上位机，同时按照原传输路径给采集模块发出响应。
47.用该环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输系统实现的环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，参见附图2，其主要通过以下步骤实现：
48.(1)构建传输协议，确定协议参数；
49.传输协议的参数包括：帧头、year(年)、mon(月)、day(日)、hour(时)、min(分)、sec
(秒)、(序号)mid、从机唯一地址、网络id、cmd(命令码)、control(操作码)、data_len(数据长度)、数据段、crc16(校验码)、帧尾；
50.具体的，本实施例的方案中唯一地址仅表示地址是唯一的不会有重复的，可选用常见的mac地址作为唯一地址。
51.(2)构建lora自组网，将用于环保用电设备工况监管的多个采集模块分别配置自组网模块为子节点，将与多个所述采集模块对应的一个集中处理模块的配置自组网模块为主节点，并设置各子节点和主节点的状态均为数据传输状态；
52.(3)采集模块设置上传数据的操作码为主动上传响应，并按照步骤(1)所构建的传输协议将所采集的数据加密处理；
53.(4)第一子节点接收加密处理的数据后，在传输数据前预先进行判断，若主节点与该第一子节点之间的通讯距离大于该第一子节点的通讯距离，则该第一子节点将数据传输给与之通讯距离最短的第二子节点，而第二子节点再判断其与主节点之间的距离是否大于其自身的通讯距离；
……
如此重复，至子节点与主节点的距离小于等于单个子节点的通讯距离，则该子节点将数据传输给主节点；
54.(5)主节点将数据传送给集中处理模块；
55.(6)集中处理模块接收到数据包后解密并验证crc校验值和唯一地址，若验证失败，则更新数据包的操作码为失败响应，下发给采集模块；若验证通过，完成数据包标记后传输给上位机，同时将数据包中的数据段长度设置为0，更新数据包的操作码为数据响应，再将数据包按照原传输路径下发给采集模块，对采集模块发送传输响应，完成环保用电工况监管用无线自组网lora数据传输。
56.实施例1
57.本实施例以一台集中处理模块对应关联32个采集模块的生产现场，其具有多条产污设备和治污设备生产线，所用采集模块较多，厂房面积较大，在该应用场景下，环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法由以下步骤实现：
58.(1)构建传输协议，确定协议参数；
59.传输协议的参数包括：帧头、year(年)、mon(月)、day(日)、hour(时)、min(分)、sec(秒)、(序号)mid、从机唯一地址、网络id、cmd(命令码)、control(操作码)、data_len(数据长度)、数据段、crc16(校验码)、帧尾；
60.帧头选用0x7e；
61.命令码选用0x01；
62.操作码选用数据响应、主动上传响应或者响应失败，其中0x00表示数据响应、0x03表示主动上传响应，0xff表示响应失败；
63.帧尾选用0x0d；
64.数据长度＝数据段长度。
65.(2)构建lora自组网，将用于环保用电设备工况监管的多个采集模块分别配置自组网模块为子节点，将与多个所述采集模块对应的一个集中处理模块的配置自组网模块为主节点，参见图3，并设置各子节点和主节点的状态均为数据传输状态；
66.(3)采集模块设置上传数据的操作码为0x03，表示主动上传响应，并按照步骤(1)所构建的传输协议定时将所采集的数据(包括但不限于电压、电流、有功功率、无功功率等)
利用aes128加密处理；
67.(4)第一子节点接收加密处理的数据后，通过ttl串口向从机自组网模块即第二子节点上传数据，在传输数据前预先进行判断，若主节点与该第一子节点之间的通讯距离大于该第一子节点的通讯距离，则该第一子节点将数据传输给与之通讯距离最短的第二子节点，而第二子节点再判断其与主节点之间的距离是否大于其自身的通讯距离；
……
如此重复，至子节点与主节点的距离小于等于单个子节点的通讯距离，则该子节点将数据传输给主节点；重复操作次数不超过255次。
68.(5)主节点将数据通过ttl接口传送给集中处理模块；一个数据传输包的字节不大于128字节。
69.(6)集中处理模块接收到数据包后通过aes128解密并验证crc校验值和唯一地址，若验证失败，则更新数据包的操作码为0xff失败响应，下发给采集模块；若验证通过，完成数据包标记后传输给上位机，同时将数据包中的数据段长度设置为0，更新数据包的操作码为0x00数据响应，再将数据包按照原传输路径下发给采集模块，对采集模块发送响应，完成环保用电工况监管用无线自组网lora数据传输。
70.本技术利用自建传输协议来传输数据，简化了传输协议架构，安全性更高，而且独立性高，无需受制于其他第三方的限制，保证数据的传输安全性和便利性，而且能够实现一个集中处理模块对应多个采集模块，且集中处理模块无需覆盖所有采集模块，能够保证对所有设备数据的正常发送，减少了集中处理模块的布设，大大降低企业安装成本和敷设线缆成本，进而降低整个监管体系的成本，特别适用于环保管理系统中针对产污设备和治污设备的环保用电工况监管。
71.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，其特征在于包括以下步骤：(1)构建传输协议，确定协议参数；(2)构建lora自组网，将用于环保用电设备工况监管的多个采集模块分别配置自组网模块为子节点，将与多个所述采集模块对应的一个集中处理模块的配置自组网模块为主节点，并设置各子节点和主节点的状态均为数据传输状态；(3)采集模块设置上传数据的操作码为主动上传响应，并按照步骤(1)所构建的传输协议将所采集的数据加密处理；(4)第一子节点接收加密处理的数据后，在传输数据前预先进行判断，若主节点与该第一子节点之间的通讯距离大于该第一子节点的通讯距离，则该第一子节点将数据传输给与之通讯距离最短的第二子节点，而第二子节点再判断其与主节点之间的距离是否大于其自身的通讯距离；
……
如此重复，至子节点与主节点的距离小于等于单个子节点的通讯距离，则该子节点将数据传输给主节点；(5)主节点将数据传送给集中处理模块；(6)集中处理模块接收到数据包后解密并验证crc校验值和唯一地址，若验证失败，则更新数据包的操作码为失败响应；若验证通过，完成数据包标记后保存并传输给上位机，并更新数据包的操作码为响应成功；同时将数据包中的数据段长度设置为0，再将数据包按照原传输路径下发给采集模块，对采集模块发送传输响应，完成环保用电工况监管用无线自组网lora数据传输。2.根据权利要求1所述的环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，其特征在于，所述步骤(1)的传输协议的参数包括帧头、year、mon、day、hour、min、sec、mid、从机唯一地址、网络id、cmd、control、data_len、数据段、crc16以及帧尾。3.根据权利要求2所述的环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，其特征在于，所述传输协议的参数设置为：帧头选用0x7e；命令码选用0x01；操作码选用数据响应、主动上传响应或者响应失败，其中0x00表示数据响应、0x03表示主动上传响应，0xff表示响应失败；帧尾选用0x0d；数据长度＝数据段长度。4.根据权利要求2所述的环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，其特征在于，所述步骤(5)中主节点的数据传输字节不大于128字节。5.根据权利要求2所述的环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，其特征在于，所述步骤(4)中的重复操作次数不超过255次。6.一种环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输系统，其特征在于，用于实现环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输方法，其具体包括：采集模块，为多个，作为lora自组网的子节点，用于监管环保用电设备工况并将所采集的数据按照所构建的传输协议进行加密处理后按照最短通讯距离原则与其他子节点或主节点之间进行数据传输；
集中处理模块，作为lora自组网的主节点，用于接收与之通讯距离最短的子节点所传输的数据，并进行数据验证后传输给上位机，同时按照原传输路径给采集模块发出响应。7.根据权利要求6所述的环保用电工况监管用无线lora自组网数据传输系统，其特征在于，所述子节点与主节点之间的数据传输所用传输协议参数包括帧头、year、mon、day、hour、min、sec、mid、从机唯一地址、网络id、cmd、control、data_len、数据段、crc16以及帧尾。

技术总结
本发明属于环保用电工况数据处理技术领域，特别涉及一种环保用电工况监管用无线LORA自组网数据传输方法，包括(1)构建传输协议，确定协议参数；(2)构建LORA自组网；(3)采集模块设置上传数据的操作码为主动上传响应，并将所采集的数据加密处理；(4)对加密处理的数据预先进行判断；(5)将数据传送给集中处理模块；(6)数据包解密并验证，再将数据包按照原传输路径下发给采集模块，完成数据传输。本发明的无线LORA自组网数据传输方法，其每个节点都可收发数据，可作为中继节点传输其他节点的数据，大大加强了网络稳定性。大大加强了网络稳定性。大大加强了网络稳定性。


技术研发人员：李鑫 李智鹏 梁泽楠 古旭荣 赵沛睿 刘伟 王珩 祝勇 梁陈洲
受保护的技术使用者：咸阳市生态环境保护综合执法支队
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/8/4