低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中遠(yuǎn)距離場(chǎng)景下采集傳感數(shù)據(jù)而提出并設(shè)計(jì)的新技術(shù),其具有重要的實(shí)用價(jià)值。為遠(yuǎn)距離采集傳輸現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)提供有力保障。研究并實(shí)踐低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對(duì)于采集并匯聚數(shù)據(jù),為后端大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等提供基礎(chǔ)至關(guān)重要。系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)特性,包括功耗低、距離遠(yuǎn)、成本低、組網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)受到了學(xué)者的關(guān)注。本文主要針對(duì)低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了分析和研究,并構(gòu)建了基本的驗(yàn)證系統(tǒng)。對(duì)低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu)進(jìn)行分析,包括其基本概念、網(wǎng)絡(luò)模型、通信技術(shù)特點(diǎn)等,對(duì)目前主流低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的通信特點(diǎn),通信場(chǎng)景以及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和對(duì)比。以具體的LoRaWAN協(xié)議為實(shí)例,進(jìn)行了分析與研究。通過分析發(fā)現(xiàn),協(xié)議中的信道訪問控制機(jī)制存在擴(kuò)展能力差,信道利用率低,接入時(shí)延長(zhǎng),沖突概率高的問題。為了解決上述的問題,本文設(shè)計(jì)了一種增強(qiáng)的信道訪問控制機(jī)制,即動(dòng)態(tài)監(jiān)聽退避機(jī)制。將基于改進(jìn)的先聽后說機(jī)制與信道當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行結(jié)合,自適應(yīng)地調(diào)節(jié)退避窗口大小。從而降低了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的沖突,提高傳輸成功率,降低了整體節(jié)點(diǎn)的入時(shí)延以及節(jié)點(diǎn)重傳的功耗損失。本文通過分析LoRaWAN協(xié)議中節(jié)點(diǎn)的自適... 

【文章來源】：北方工業(yè)大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

第二章低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)概述10窗口中使用的數(shù)據(jù)速率是根據(jù)上行鏈路數(shù)據(jù)速率和接收窗口偏移量計(jì)算的。在第二個(gè)窗口中，數(shù)據(jù)速率固定為最小值0.3kb/s。因此，在網(wǎng)關(guān)解碼成功的上行鏈路傳輸之前，無法傳輸下行鏈路流量。當(dāng)終端設(shè)備在第一個(gè)窗口中接收到下行鏈路流量時(shí)，將禁用第二個(gè)接收窗口。B類設(shè)備專為具有額外下行鏈路流量需求的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。這些設(shè)備使用網(wǎng)關(guān)發(fā)送的周期性信標(biāo)進(jìn)行同步，以允許為下行鏈路流量安排其他接收窗口，而無需事先成功進(jìn)行上行鏈路傳輸。C類設(shè)備除了自身正在發(fā)送的時(shí)間段，接收窗口一直打開偵聽信道。因此提供了最低的下行鏈路等待時(shí)間，但需要極高的功耗。2.2.2NB-IOT技術(shù)NB-IoT是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的窄帶低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[26]，可以復(fù)用LTE的頻譜以及站點(diǎn)直接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，使得NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署的成本有效降低，利于應(yīng)用以及更好的升級(jí)。目前的NB-IoT物理層主要采用現(xiàn)有的LTE技術(shù)，采用SC-FDMA調(diào)制解調(diào)技術(shù)進(jìn)行上行鏈路，180KHz的帶寬，處于單頻傳輸模式下的子載波間隔為3.75kHz，上行速率為200kbps，處于多頻傳輸模式下的子載波間隔為15kHz，上行速率為160kps-250kbps[27,28]。NB-IoT的下行鏈路與LTE一致，同樣使用OFDMA調(diào)制解調(diào)技術(shù)，180KHz得帶寬，下行鏈路的子載波間隔為15kHz，下行速率為160kbps-250kbps。高層協(xié)議的設(shè)計(jì)直接在LTE協(xié)議的基礎(chǔ)上，并進(jìn)行了相應(yīng)的修改�，F(xiàn)今，只有FFDDLTE系統(tǒng)是支持NB-IoT技術(shù)的，并以半雙工模式運(yùn)行[29]。NB-IoT的終端設(shè)備由連接模式、空閑模式和節(jié)能模式三種工作模式組成，這三種工作模式的切換如圖2-2所示：圖2-2NB-IoT的終端模式轉(zhuǎn)換圖

第二章低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)概述11在連接模式下，終端可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，當(dāng)終端在一段時(shí)間內(nèi)沒有與數(shù)據(jù)交互時(shí)，就會(huì)進(jìn)入空閑模式。在空閑模式下，終端會(huì)監(jiān)聽信道，在監(jiān)聽到有下行鏈路數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)進(jìn)入連接模式；如果終端在一段時(shí)間內(nèi)沒有監(jiān)聽到數(shù)據(jù)，則終端會(huì)開啟節(jié)能模式。在節(jié)能模式下，終端設(shè)備會(huì)將收發(fā)信機(jī)關(guān)閉，不再進(jìn)行偵聽，終端部分停止工作；此模式仍記錄在網(wǎng)絡(luò)中，但此時(shí)無法接收下行鏈路數(shù)據(jù)，信令無法到達(dá)。在這種狀態(tài)下，設(shè)備的功率是最小的，但也是最節(jié)能省電的狀態(tài)。另外，3GPPR13標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化了NB-IoT設(shè)備模式，提出了一種改進(jìn)的不連續(xù)接收（eDRX）機(jī)制，通過延長(zhǎng)DRX原來的時(shí)間周期來支持更長(zhǎng)周期的信道監(jiān)聽，通過降低DRX窗口的頻率，來達(dá)到更加節(jié)能省電的目的[30]。NB-IoT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：成本低（單頻或者多頻、窄帶、半雙工模式）、功耗低（PSM操作模式、eDRX機(jī)制、簡(jiǎn)潔信令）、覆蓋廣（接入量大、增益高）、簡(jiǎn)單部署（包括獨(dú)立、帶內(nèi)和保護(hù)帶部署）。缺點(diǎn)：運(yùn)營(yíng)商的授權(quán)使得成本增加、下行鏈路的通信效率低下、相比其低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來說功耗仍然有些大等。因此，對(duì)于要求低成本，低流量和需要確保電池壽命的情況，NB-IOT不是一個(gè)很好的選擇。2.2.3SigFox技術(shù)SigFox網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是工作在低于1GHz的SUB-GHZISM頻帶，使用差分相干二進(jìn)制相移鍵控技術(shù)，通過超窄帶調(diào)制的方式將終端連接到網(wǎng)絡(luò)基站。在SigFox網(wǎng)絡(luò)中，其基站擁有認(rèn)知無線電的功能，它會(huì)對(duì)所有支持的信道進(jìn)行掃描，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息解碼，因此終端節(jié)點(diǎn)在傳輸消息是可以隨機(jī)選擇信道[31]�；九c網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通常采用TCP/IP的方式，SigFox的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2-3所示：圖2-3SigFox的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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