基于LoRa的燃气表无线抄表数据传输防碰撞技术

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目前,燃气表无线抄表技术的应用趋向于成熟,但仍存在着无线通讯节点间的数据碰撞问题,由于无线节点所使用的无线信道具有共享性和开放性的特点,节点间无线数据的无序并发传输会产生资源冲突,因此,对城市小区的燃气表抄表及预防数据碰撞进行分析,从燃气表抄表需求研究无线组网方案的问题,对于提高当前抄表速度和成功率具有重要意义,也进一步提升了居民小区智能化服务水平。论文围绕LoRa(Long Range)通讯介质访问控制层协议中涉及的时间同步和时隙分配技术展开研究,并在此基础上研究干扰系数、通讯距离、网络容量之间的定量关系,通过分析定量关系,来确定合适的时隙间隔。首先,对目前应用于无线网络的时间同步协议进行了分析,简化了传感器时间同步协议TPSN(Timing-sync Protocol for Sensor Networks),并将时间同步过程与正常数据收发封装于一体,减少通讯数据量的收发,进而降低数据发生碰撞的风险;然后,分析了时隙分配的具体含义和要求,提出了基于TDMA方式的静态分配及动态重传相结合的时隙分配方案,并给出了详细分配方法,该时隙分配方案不但结合了传统轮询方案中跟每个通讯节点单独通讯避免数据发生碰撞的优点,而且兼具了TDMA这种时隙分配策略的高效性和灵活性;最后,在上述研究的基础上进行了建模分析,以Matlab为仿真工具对模型中相关定量关系进行分析,比较分析了LoRa无线通讯传统轮询协议与动静态时隙分配相结合的方案,并以此协议为基础设计了LoRa燃气表抄表系统。通过仿真分析得出,新的时隙分配方案比传统轮询协议的丢包率降低了5%-10%,抄表成功率在98%以上,比传统轮询协议高出8%左右,由此可以得出动静态时隙分配方案更优,更能适用于无线抄表。本文设计的时间同步和时隙分配方案具有很广阔的市场应用前景,在燃气表抄表领域的应用只是该方案的一个缩影,该方案还可以应用于水表抄表、电力抄表等,方案移植简单,低功耗兼具低成本,同时可扩展性强。
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