一种基于LoRa的河流水质监测方法及系统与流程

本发明涉及物联网领域，具体为一种基于lora的河流水质监测方法及系统。

背景技术：

1、清洁的水质可以维持河流和湖泊的生物多样性，支持健康的生态系统。水中的污染物会对鱼类、两栖动物、植物等水生生物造成危害，导致生物链的破坏。此外，良好的水质还保障了人类的饮用水安全，减少了与水有关的疾病传播，并促进了农业和工业的可持续发展。因此，保护水质是维持生态平衡和人类健康的重要措施。

2、lora是一种低功耗、远距离的无线传输技术，在开阔区域数据传输距离可达十几公里，可以实现对水质数据的实时监测；而且lora设备功耗低，电池寿命长，减少频繁更换电池的需要，降低维护成本。但是在同一频段上工作的其他无线设备（如wi-fi、蓝牙等）可能会干扰lora信号，地形、树木等对lora信号的干扰也会导致信号衰减、反射和散射，减少覆盖范围，增加误码率，影响数据传输的稳定性和准确性。提高在河流水质监测中lora的抗干扰能力有助于减少数据丢失，提升监测系统的整体可靠性和效率。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种基于lora的河流水质监测方法，所述方法包括以下步骤：

2、lora网关根据一段时间内接收的数据的情况确定每个信道质量以及每个lora节点的最佳信道，根据lora节点的最佳信道将lora节点分组，基于每个信道质量和每组lora节点个数生成lora网关的跳频图案，并根据lora节点分组的所述最佳信道和lora网关的跳频图案生成每个分组的跳频图案，将每组lora节点对应的跳频图案发送给该组lora节点；

3、河流水质传感器采集河流的水质信息，lora节点根据距离lora网关的距离和从lora网关同步的跳频图案确定发送数据的信道以及扩频因子，利用所述信道和所述扩频因子将采集的河流水质信息发送到lora网关，并通过lora网关将水质信息发送到服务器，通过浏览器查看河流水质情况。

4、优选地，所述基于每个信道质量和每组lora节点个数生成lora网关的跳频图案，具体为：

5、确定lora节点分组中节点个数所属区间，进而得到lora节点分组在自身最佳信道的占用时间，并根据最佳信道的质量和其他最佳信道质量确定lora节点分组在其他最佳信道的占用时间；

6、按照lora节点分组的顺序对lora节点分组的最佳信道排序，每个最佳信道的跳频周期为所有lora节点分组在所述最佳信道的占用时间总和；

7、从所述最佳信道排序中取出第一个最佳信道，作为第一个跳频信道，经过第一个跳频信道对应的跳频周期后，跳频到所述最佳信道排序的第二个最佳信道，依次类推，直到所述最佳信道排序中的最后一个最佳信道，进而构建lora网关对应的跳频图案。

8、优选地，所述根据lora节点分组的所述最佳信道和lora网关的跳频图案生成每个分组的跳频图案，具体为：

9、对于每个lora节点分组，判断lora网关的跳频图案中每个跳频周期的跳频信道是否和所述lora节点分组的最佳信道相同，如果不相同，则将跳频周期分为前后两部分，进而得到lora节点分组的跳频图案；其中，当lora节点分组到达前一部分的开始时刻时，lora节点分组中的节点进入休眠直到前一部分的结束时刻。

10、优选地，所述lora节点根据距离lora网关的距离和从lora网关同步的跳频图案确定发送数据的信道以及扩频因子，具体为：

11、lora节点根据从lora网关同步的跳频图案确定发送数据的信道；

12、确定当前信道是否lora节点的最佳信道，如果是，则将预设扩频因子作为lora节点的扩频因子，否则，根据最佳信道的质量和当前信道质量以及距离lora网关的距离确定扩频因子。

13、优选地，所述根据最佳信道的质量和当前信道质量以及距离lora网关的距离确定扩频因子，具体为：

14、根据距离lora网关的距离确定权重，利用所述权重重新计算当前信道质量，判断新计算的当前信道质量和最佳信道质量的大小，若不小于，则采用预设扩频因子，否则，采用比预设扩频因子大的扩频因子。

15、另外一方面，本发明提供了一种基于lora的河流水质监测系统，所述系统包括以下模块：

16、lora跳频确定模块，由lora网关根据一段时间内接收的数据的情况确定每个信道质量以及每个lora节点的最佳信道，根据lora节点的最佳信道将lora节点分组，基于每个信道质量和每组lora节点个数生成lora网关的跳频图案，并根据lora节点分组的所述最佳信道和lora网关的跳频图案生成每个分组的跳频图案，将每组lora节点对应的跳频图案发送给该组lora节点；

17、水质数据发送模块，在河流水质传感器采集河流的水质信息后，lora节点根据距离lora网关的距离和从lora网关同步的跳频图案确定发送数据的信道以及扩频因子，利用所述信道和所述扩频因子将采集的河流水质信息发送到lora网关，并通过lora网关将水质信息发送到服务器，通过浏览器查看河流水质情况。

18、优选地，所述基于每个信道质量和每组lora节点个数生成lora网关的跳频图案，具体为：

19、确定lora节点分组中节点个数所属区间，进而得到lora节点分组在自身最佳信道的占用时间，并根据最佳信道的质量和其他最佳信道质量确定lora节点分组在其他最佳信道的占用时间；

20、按照lora节点分组的顺序对lora节点分组的最佳信道排序，每个最佳信道的跳频周期为所有lora节点分组在所述最佳信道的占用时间总和；

21、从所述最佳信道排序中取出第一个最佳信道，作为第一个跳频信道，经过第一个跳频信道对应的跳频周期后，跳频到所述最佳信道排序的第二个最佳信道，依次类推，直到所述最佳信道排序中的最后一个最佳信道，进而构建lora网关对应的跳频图案。

22、优选地，所述根据lora节点分组的所述最佳信道和lora网关的跳频图案生成每个分组的跳频图案，具体为：

23、对于每个lora节点分组，判断lora网关的跳频图案中每个跳频周期的跳频信道是否和所述lora节点分组的最佳信道相同，如果不相同，则将跳频周期分为前后两部分，进而得到lora节点分组的跳频图案；其中，当lora节点分组到达前一部分的开始时刻时，lora节点分组中的节点进入休眠直到前一部分的结束时刻。

24、优选地，所述lora节点根据距离lora网关的距离和从lora网关同步的跳频图案确定发送数据的信道以及扩频因子，具体为：

25、lora节点根据从lora网关同步的跳频图案确定发送数据的信道；

26、确定当前信道是否lora节点的最佳信道，如果是，则将预设扩频因子作为lora节点的扩频因子，否则，根据最佳信道的质量和当前信道质量以及距离lora网关的距离确定扩频因子。

27、优选地，所述根据最佳信道的质量和当前信道质量以及距离lora网关的距离确定扩频因子，具体为：

28、根据距离lora网关的距离确定权重，利用所述权重重新计算当前信道质量，判断新计算的当前信道质量和最佳信道质量的大小，若不小于，则采用预设扩频因子，否则，采用比预设扩频因子大的扩频因子。

29、此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的方法。

30、针对在河流水质监测中，在通信距离远，地形、建筑物、树木等容易造成lora干扰的问题，本发明根据lora节点的最佳信道将lora节点分组，基于每个信道质量和每组lora节点个数生成lora网关的跳频图案，并根据lora节点分组的所述最佳信道和lora网关的跳频图案生成每个分组的跳频图案，将每组lora节点对应的跳频图案发送给该组lora节点。实现了通过lora网关的跳频图案和lora节点的跳频图案配合的方式提高lora的抗干扰能力，而且能够提高lora节点的续航能力。