【摘要】：伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域也愈加廣泛,從傳統(tǒng)的軍事、工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用到現(xiàn)在的智能家居、人體健康、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域,無(wú)不彰顯其具重要的應(yīng)用價(jià)值。但無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也遇到了一些問(wèn)題,如信號(hào)傳輸距離與功耗難以平衡的問(wèn)題,不過(guò)隨著低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,這個(gè)問(wèn)題也迎刃而解。LoRa就是一種新興的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù),同時(shí)該技術(shù)還具有工作頻段免授權(quán)的特點(diǎn),近些年已經(jīng)在世界各地獲得廣泛的應(yīng)用。本文首先介紹了基于LoRa的低功耗傳感網(wǎng)組網(wǎng)協(xié)議的研究背景以及低功耗傳感網(wǎng)和LoRa的研究現(xiàn)狀;然后介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景,隨后介紹了傳感器節(jié)點(diǎn)的模塊功耗和低功耗傳感網(wǎng)的設(shè)計(jì)策略,然后又介紹了LoRa技術(shù)特點(diǎn)、LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和軟件層次結(jié)構(gòu)。并通過(guò)研究及實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)了LoRaWAN架構(gòu)存在個(gè)別場(chǎng)景下單網(wǎng)關(guān)的覆蓋范圍不足和采用純的Aloha協(xié)議導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸成功率低的問(wèn)題。然后針對(duì)現(xiàn)有機(jī)制未能解決兩跳節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)接入問(wèn)題和其存在兩跳節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)時(shí)延及數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延過(guò)大問(wèn)題,提出了一種新的節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)機(jī)制和一種新的兩跳TDMA時(shí)隙分配機(jī)制,然后基于這兩種新機(jī)制設(shè)計(jì)了基于LoRa的兩跳TDMA組網(wǎng)協(xié)議,并詳細(xì)闡述了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的操作過(guò)程,中繼節(jié)點(diǎn)的操作過(guò)程和終端節(jié)點(diǎn)的操作過(guò)程。之后通過(guò)將該協(xié)議應(yīng)用于基于LoRa的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)主要是在銳米通信的LoRa終端開發(fā)板和個(gè)人電腦上進(jìn)行,并基于Contiki系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。最后通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)關(guān)吞吐量和節(jié)點(diǎn)功耗進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證了基于LoRa的兩跳TDMA組網(wǎng)協(xié)議能夠解決LoRa在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題,達(dá)到預(yù)期效果。此外還對(duì)提出的兩種新機(jī)制與舊機(jī)制分別在節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)延和數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延方面進(jìn)行對(duì)比測(cè)試與分析,結(jié)果表明新機(jī)制在這兩方面有著明顯的優(yōu)勢(shì),并且這種優(yōu)勢(shì)會(huì)隨著網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的增多而更加明顯。最后總結(jié)全文,對(duì)基于LoRa的兩跳TDMA組網(wǎng)協(xié)議的未來(lái)工作進(jìn)行了展望。
【圖文】：

圖 2.4 協(xié)議棧層次結(jié)構(gòu) LoRaWAN 的軟件層次結(jié)構(gòu)中，各層的功能如下：理層：主要作用是負(fù)責(zé) LoRa 無(wú)線信號(hào)的收發(fā)與調(diào)制解調(diào)，物理層號(hào)的工作頻段因地區(qū)的不同而不同。具體地區(qū)工作頻段為：歐盟 8633MHz 頻段、美國(guó) 915MHz 頻段、亞洲地區(qū) 430MHz 頻段等。AC 層：主要負(fù)責(zé) LoRa 信號(hào)接入控制、邏輯鏈路的管理。LoRa 的 三種不同的設(shè)備類別[39]分別為：Class A、Class B 和 Class C。詳細(xì)介紹 Class Aass A 是 LoRaWAN 協(xié)議 MAC 層的基礎(chǔ)通信模式，其允許終端與網(wǎng)信。如圖 2.5 所示，終端在發(fā)給網(wǎng)關(guān)一個(gè)上行信號(hào)后方可進(jìn)行下行通一個(gè)上行信號(hào)后打開兩個(gè)接收窗口。上行通信的信號(hào)傳輸參數(shù)與終端求有關(guān)，下行通信的信號(hào)參數(shù)與上行一致。

圖 4.3 系統(tǒng)實(shí)際工作圖件平臺(tái)系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)的硬件平臺(tái)主要有個(gè)人電腦、銳米通信的 LoRa 終端K V2 仿真器以及 USB 轉(zhuǎn) TTL 串口線。其中個(gè)人電腦和仿真器及串介紹，下面將詳細(xì)介紹銳米通信的 LoRa 終端開發(fā)板。米通信的 LoRa終端開發(fā)板是一款集成了 MCU與 LoRa無(wú)線射頻模該開發(fā)板的實(shí)物如和所示。其中圖 4.4 為該開發(fā)板的正面圖，該開CU 模塊，該模塊的 MCU 采用意法半導(dǎo)體推出的基于 8 位內(nèi)核的器 STM8LC8T6 作為控制芯片，與 32 位的 MCU 相比，8 位 MCU 功小，更適合無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。該芯片的最高工作頻率為 16MHz，同時(shí)擁 和 64KB 的 ROM，低功耗出色且性能穩(wěn)定，，這些參數(shù)都能滿足系
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻(xiàn)】

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3 陳杰;易本順;;一種低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多徑路由優(yōu)化協(xié)議[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2008年12期

4 陳靜;沈鴻;;MELEACH一個(gè)高效節(jié)能的WSN路由協(xié)議[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2007年09期

本文編號(hào)：2619408