【摘要】：低功耗廣域技術(shù)是一種新型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),它是專門針對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)中出現(xiàn)的低功耗長(zhǎng)距離場(chǎng)景提出的一種通信技術(shù)。低功耗廣域技術(shù)為世界萬物互聯(lián)提供了強(qiáng)有力的保障,它的出現(xiàn)必將引起傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的變革,并為新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供方向。LoRa是低功耗廣域技術(shù)發(fā)展較為迅速的技術(shù)之一,由于其超長(zhǎng)距離、超低功耗的特點(diǎn),使其受到了全世界范圍內(nèi)的關(guān)注。目前LoRa技術(shù)已部署在智能家居、智能監(jiān)測(cè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,并表現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先,本文對(duì)低功耗廣域網(wǎng)及LoRa技術(shù)的背景、研究現(xiàn)狀作相關(guān)介紹。對(duì)低功耗廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行概述,包括基本概念、網(wǎng)絡(luò)模型、通信原理等,并分析當(dāng)前主流低功耗廣域技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景�？偨Y(jié)當(dāng)前低功耗廣域網(wǎng)中相關(guān)MAC層技術(shù),并選取部分MAC技術(shù)進(jìn)行分析。其次,對(duì)LoRa及LoRaWAN技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹、分析和總結(jié),包括技術(shù)特點(diǎn)及通信原理等;參考LoRaWAN協(xié)議,對(duì)傳輸過程所需要的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),包括入網(wǎng)幀、數(shù)據(jù)幀、MAC命令幀及確認(rèn)幀;實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)之間的相互通信,包括MAC層傳輸所需要的CAD機(jī)制、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收等機(jī)制。接著,通過對(duì)LoRaWAN協(xié)議的深入研究發(fā)現(xiàn),協(xié)議中的多消息傳輸機(jī)制存在冗余的控制開銷和消息傳輸效率相對(duì)較低的問題。為解決上述問題,本文提出一種自適應(yīng)多幀傳輸機(jī)制-AMFT(Adaptive Multi-Frame Transmission Mechanism)機(jī)制。新機(jī)制修改相關(guān)的數(shù)據(jù)類型,并對(duì)ACK幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)修改,增加了確認(rèn)幀的映射域以對(duì)多個(gè)需確認(rèn)幀的接收情況進(jìn)行映射;同時(shí)對(duì)消息的傳輸流程進(jìn)行優(yōu)化以適應(yīng)多消息的傳輸。然后,明確實(shí)現(xiàn)基于LoRa的低功耗廣域網(wǎng)MAC層通信所需的軟硬件模塊,基于現(xiàn)有的LoRa射頻模塊,結(jié)合STM8L開發(fā)板對(duì)LoRaWAN協(xié)議進(jìn)行了實(shí)現(xiàn);利用QT+C++開發(fā)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了終端與計(jì)算機(jī)之間的串口通信及編碼分析程序。通過開發(fā)的平臺(tái)對(duì)LoRa的通信性能進(jìn)行相關(guān)測(cè)試,同時(shí),通過對(duì)原機(jī)制與新機(jī)制中多消息連續(xù)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn),驗(yàn)證了新機(jī)制能夠降低控制開銷和能耗以及提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。最后,對(duì)全文進(jìn)行總結(jié),對(duì)LoRa網(wǎng)絡(luò)MAC層傳輸機(jī)制及低功耗策略的未來工作進(jìn)行了展望,并根據(jù)自身的研究及開發(fā)經(jīng)歷,給出下一步的研究方向。
【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;TP393.2
【圖文】：

圖 3.4 最終實(shí)物圖3.2 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì).2.1 MAC 層軟件設(shè)計(jì)原則為了提高 MAC 協(xié)議軟件的持續(xù)可用性，需要保證軟件模塊的可擴(kuò)展性、易性和在一段時(shí)間內(nèi)的技術(shù)先進(jìn)性。為了解決上述問題，基于LoRa的無線網(wǎng)絡(luò)MA議軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：(1) 模塊化：將整個(gè)軟件分割成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，每個(gè)功能模塊可以獨(dú)開發(fā)。(2) 低耦合：各個(gè)功能模塊之間的數(shù)據(jù)和操作盡可能相對(duì)獨(dú)立，使得軟件中某部分的變化對(duì)其他部分的影響降到最低。

進(jìn)程調(diào)度空閑進(jìn)程創(chuàng)建系統(tǒng)初始化加至ready線程隊(duì)列線程創(chuàng)建結(jié)束系統(tǒng)開始運(yùn)行多線程創(chuàng)建atomThreadCreat()tcbEnqueuePriority()圖 3.6 Atomthreads 系統(tǒng)操作流程圖3.2.4 開發(fā)環(huán)境目前支持 STM8 系列芯片的開發(fā)環(huán)境主要有 STVD 和 IAR，與 STVD 相比，IAR開發(fā)環(huán)境具有操作便捷、編譯快、支持變量的查找等優(yōu)點(diǎn)，IAR 環(huán)境下單步執(zhí)行功能方便軟件進(jìn)行開發(fā)；STVD 當(dāng)前版本仍然存在較多的 BUG，運(yùn)行不夠穩(wěn)定，因此本文使用 IAR Embedded Workbench for STM8 1.3.0 軟件進(jìn)行開發(fā)，如圖 3.7 所示：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2719438