LoRa系统传输策略的改进设计与实现

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:monorrch
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近年来,随着物联网技术的不断发展,面向海量设备接入的低功耗广域网(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)受到广泛关注,特别是基于LoRa(LongRange)技术的LPWAN。但是,随着接入节点数量的增加以及数据的频繁发送,LoRa网络会出现下行数据冲突、数据到达超时和信道争用等问题,导致网络性能的恶化。为了解决上述问题并提升网络性能,本文设计和实现了面向多节点LoRa网络的改进型下行数据传输策略,具体研究内容包括:首先,本文对LoRa技术的现有网络设计和协议进行了深入研究,重点分析了 LoRaWAN协议中Class B模式下行多节点数据传输的冲突问题,指出传输流程中协议设计不完善之处,并提出改进的方向。接着,为了解决多节点冲突而引发的数据丢失或下发延迟等问题,本文设计了一种面向多节点应用的下行传输策略,该策略设计并实现了下行传输的流程,包括数据的产生与缓存、下行队列的构建和数据按序下发等模块。在此基础上,本文进一步设计满足数据优先级及节点公平性的基于最小总时延的改进型策略,完善下行传输流程。然后,为了验证所设计的改进型传输策略,本文基于NS3网络仿真软件,设计并实现了 LoRa网络的各模块,构建相应的网络仿真平台。通过仿真,测试了 LoRa网络在不同传输速率和节点数下的数据传输成功率、传输时延等通信性能,从而验证了本文提出的改进型策略的性能优势。最后,在具体的LoRa系统中开发实现了提出的改进型传输策略,并进行实际的软硬件性能测试。在硬件方面,设计完成了 LoRa节点开发板,用于实现及测试相应功能;在软件方面,实现下行传输流程,以及改进型传输策略。本文搭建了测试环境,对改进型传输策略在LoRa系统中的实际功能和性能进行了测试。实验结果表明,该策略实现了可调度的双向通信,在满足数据传输成功率的同时,有效地减少了多节点接入时的下行传输总时延。
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