本技術涉及通訊技術的，尤其是涉及一種基于lora無線通訊的智能管控系統(tǒng)。
背景技術：
1、在低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術領域，傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)在復雜電磁環(huán)境下面臨顯著挑戰(zhàn)。典型lora設備常采用固定頻段通信機制，難以應對ism頻段內(nèi)隨機出現(xiàn)的wifi、藍牙等設備的同頻干擾，導致數(shù)據(jù)傳輸可靠性隨環(huán)境惡化急劇下降。
2、lora無線通信技術是一種基于擴頻技術的低功耗廣域網(wǎng)(lpwan)通信技術，其核心原理是采用chirp?spread?spectrum(css)調(diào)制技術，通過線性調(diào)頻信號實現(xiàn)遠距離傳輸和低功耗特性。其工作頻率范圍廣泛，通常在ism頻內(nèi)運行，支持全球免費頻段使用。其智能管控系統(tǒng)通常采用分布式架構，通過數(shù)據(jù)采集、處理、分析和可視化等模塊實現(xiàn)整體功能，也可包括訪問層、前端ui層、業(yè)務層、服務層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)庫層和基礎設施層，以支持多終端訪問和數(shù)據(jù)管理。
3、然而，現(xiàn)有動態(tài)信道選擇方案多依賴周期性輪詢檢測，存在響應延遲高、切換決策僵化等問題，無法滿足工業(yè)級場景對實時性的嚴苛要求；在網(wǎng)絡拓撲層面，單一星型結構受限于中心節(jié)點覆蓋范圍，而純mesh組網(wǎng)雖能擴展覆蓋卻導致路由路徑復雜化，缺乏根據(jù)鏈路質(zhì)量動態(tài)重構拓撲的自適應能力，難以平衡傳輸效率與網(wǎng)絡健壯性。另外，物聯(lián)網(wǎng)終端設備因廠商協(xié)議差異形成數(shù)據(jù)孤島，現(xiàn)有網(wǎng)關設備多采用協(xié)議堆棧疊加方式實現(xiàn)異構網(wǎng)絡接入，導致數(shù)據(jù)封裝冗余度增加、解析效率降低。因此，上述技術瓶頸嚴重制約了大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的可靠性與可擴展性，亟需構建具備自主決策能力的智能化通信管控體系。
技術實現(xiàn)思路
1、為了提供具備自主決策能力的智能化通信管控體系，本技術提供一種基于lora無線通訊的智能管控系統(tǒng)，采用如下的技術方案：
2、一種基于lora無線通訊的智能管控系統(tǒng)，包括：
3、多頻段自適應通信模塊，用于實時監(jiān)測多個ism頻段干擾強度，基于綜合評估模型判斷是否需要切換傳輸模式；
4、增強型邊緣計算節(jié)點，用于基于q-learning算法執(zhí)行動態(tài)頻段切換，對傳輸模式進行自適應調(diào)整；
5、混合拓撲組網(wǎng)模塊，支持星型與mesh網(wǎng)絡動態(tài)切換，用于通過鏈路質(zhì)量指標優(yōu)化路由路徑；
6、跨協(xié)議數(shù)據(jù)封裝單元，用于定義統(tǒng)一數(shù)據(jù)幀結構，支持lorawan、mqtt、coap協(xié)議的相互轉換；所述統(tǒng)一數(shù)據(jù)幀結構為幀頭、載荷和crc16校驗碼。
7、通過采用上述技術方案，通過多頻段實時監(jiān)測和綜合評估模型有效提升了復雜電磁環(huán)境下的通信可靠性，自主判斷信道狀態(tài)并觸發(fā)動態(tài)切換策略，確保信號傳輸?shù)某掷m(xù)穩(wěn)定性，混合式網(wǎng)絡拓撲設計兼容星型與mesh架構的互補優(yōu)勢，根據(jù)實時鏈路質(zhì)量動態(tài)重構網(wǎng)絡路徑，有效拓展了大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)場景下的覆蓋范圍與容災能力；通過標準化數(shù)據(jù)幀格式實現(xiàn)多協(xié)議透明轉換，大幅降低異構設備接入門檻，為不同應用場景提供靈活可擴展的數(shù)據(jù)交互能力；整套方案在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等領域具有顯著應用價值，可保障設備在復雜部署環(huán)境中的長效穩(wěn)定運行，同時通過智能化資源調(diào)度有效延長終端續(xù)航時間，為低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)建設提供可靠的技術支撐。
8、可選地，所述多頻段自適應通信模塊包括：
9、干擾強度測算單元，用于獲取所有所述ism頻段的綜合瞬間干擾強度if，其中
10、綜合評估模型，用于計算獲取切換必要度評分qchannel：
11、
12、其中，si為第i個ism頻段的信號強度，ni為噪聲基底，n為ism頻段的總數(shù)，snr為信噪比，snrth為預設信噪比，plr為丟包率；
13、切換觸發(fā)模塊，判斷qchannel＞qth是否成立，qth為預設切換閾值；若成立，則觸發(fā)傳輸模式切換指令。
14、可選地，所述q-learning算法的獎勵函數(shù)r(s,a)定義為：
15、
16、其中，ω1+ω2+ω3＝1，plr為丟包率，econ為能耗值，emax為最大能耗值，ptx為發(fā)射功率，pmax為最大發(fā)射功率；s為狀態(tài)空間，a為動作集。
17、通過采用上述技術方案，q-learning無需環(huán)境模型，適用于動態(tài)變化環(huán)境且支持在線學習；當狀態(tài)空間過大時(如連續(xù)狀態(tài))，傳統(tǒng)q表不再適用，可用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(dnn)替代q表，通過訓練dnn逼近q函數(shù)，即deepq-network(dqn)。dqn采用經(jīng)驗回放(experiencereplay)和固定目標網(wǎng)絡(target?network)提升穩(wěn)定性。
18、可選地，所述通過鏈路質(zhì)量指標優(yōu)化路由路徑的過程包括：
19、以指定時間周期獲取鏈路的物理層參數(shù)；
20、基于多變量協(xié)同路徑成本函數(shù)在最低成本top-n內(nèi)進行鏈路質(zhì)量等級劃分，選擇最者優(yōu)質(zhì)的鏈路通信；
21、所述物理層參數(shù)包括接收信號強度rssi、信噪比snr、鏈路質(zhì)量指數(shù)lqi、預期傳輸次數(shù)etx和空中時間toa。
22、通過采用上述技術方案，混合拓撲組網(wǎng)模塊內(nèi)置雙模網(wǎng)絡協(xié)議棧，在星型拓撲下采用tdma機制實現(xiàn)終端節(jié)點與網(wǎng)關的時序同步，通過接收信號強度指示(rssi)和鏈路質(zhì)量指示(lqi)構建終端設備位置熱力圖。也可以在當檢測到邊緣節(jié)點與中心網(wǎng)關的往返時延超過設定閾值時，自動激活mesh網(wǎng)絡模式建立動態(tài)路由表。通過周期性廣播鏈路探測報文，計算路徑穩(wěn)定性系數(shù)與跳數(shù)加權值，選擇綜合質(zhì)量最優(yōu)的中繼路徑，并在信道條件改善后平滑回切至星型架構。
23、可選地，所述多變量協(xié)同路徑成本函數(shù)包括：
24、
25、其中，n為路徑總跳數(shù)，cpath為路徑成本，lqij為第j跳路的鏈路質(zhì)量指數(shù)，toaj為第j跳路的空中時間，etxj為第j跳路的預期傳輸次數(shù)，snrj為第j跳路的信噪比，α、β、γ、δ分別為對應項預設加權系數(shù)。
26、可選地，所述接收信號強度rssi的獲取方法為rssi＝10log10(pr/p0)，其中為pr接收功率，p0為指定功率。
27、可選地，所述信噪比snr的獲取方法為snr＝rssi-ni。
28、可選地，所述預期傳輸次數(shù)etx的獲取方法為etx＝1/(pf*pr)，其中pf為前向交付率，pr為反向確認率。
29、可選地，所述空中時間toa的獲取方法為toa＝nsym(2sf/bw)，其中，nsym為符號數(shù)，bw為帶寬，sf為擴頻因子。
30、可選地，所述跨協(xié)議數(shù)據(jù)封裝單元的加密方法為：
31、采用aes-128-ctr模式加密，初始化向量iv由設備id與時間戳異或運算生成。
32、通過采用上述技術方案，通過動態(tài)iv生成機制確保每次加密操作的唯一性，結合協(xié)議自適應的安全封裝策略，在滿足低功耗要求的同時實現(xiàn)高級別安全標準。
33、綜上所述，本技術包括以下至少一種有益技術效果：
34、1、本技術通過多頻段實時監(jiān)測和綜合評估模型有效提升了復雜電磁環(huán)境下的通信可靠性，自主判斷信道狀態(tài)并觸發(fā)動態(tài)切換策略，確保信號傳輸?shù)某掷m(xù)穩(wěn)定性，混合式網(wǎng)絡拓撲設計兼容星型與mesh架構的互補優(yōu)勢，根據(jù)實時鏈路質(zhì)量動態(tài)重構網(wǎng)絡路徑，有效拓展了大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)場景下的覆蓋范圍與容災能力；通過標準化數(shù)據(jù)幀格式實現(xiàn)多協(xié)議透明轉換，大幅降低異構設備接入門檻，為不同應用場景提供靈活可擴展的數(shù)據(jù)交互能力；整套方案在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等領域具有顯著應用價值，可保障設備在復雜部署環(huán)境中的長效穩(wěn)定運行，同時通過智能化資源調(diào)度有效延長終端續(xù)航時間，為低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)建設提供可靠的技術支撐。
35、2、混合拓撲組網(wǎng)模塊內(nèi)置雙模網(wǎng)絡協(xié)議棧，在星型拓撲下采用tdma機制實現(xiàn)終端節(jié)點與網(wǎng)關的時序同步，通過接收信號強度指示(rssi)和鏈路質(zhì)量指示(lqi)構建終端設備位置熱力圖。也可以在當檢測到邊緣節(jié)點與中心網(wǎng)關的往返時延超過設定閾值時，自動激活mesh網(wǎng)絡模式建立動態(tài)路由表。通過周期性廣播鏈路探測報文，計算路徑穩(wěn)定性系數(shù)與跳數(shù)加權值，選擇綜合質(zhì)量最優(yōu)的中繼路徑，并在信道條件改善后平滑回切至星型架構。