為滿足越來越多遠(yuǎn)距離物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接需求,專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計的低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Networks,LPWAN)應(yīng)運(yùn)而生。在目前眾多的LPWAN技術(shù)中,LoRa由于其低成本、易組網(wǎng)、高性能受到廣泛關(guān)注,LoRa技術(shù)近年廣泛應(yīng)用于智慧城市、智慧工業(yè)、智能家居等領(lǐng)域。本文主要研究LoRa網(wǎng)關(guān)部署問題和基于LoRa的室內(nèi)定位問題。在LoRa網(wǎng)關(guān)部署問題中,如何在滿足業(yè)務(wù)需求的條件下,通過選擇網(wǎng)關(guān)的部署位置來降低LoRa網(wǎng)絡(luò)中終端的功耗是本問題的優(yōu)化目標(biāo)。具體來說,以LoRa智能水表網(wǎng)絡(luò)的LoRa網(wǎng)關(guān)部署為應(yīng)用背景,提出一種基于免疫算法的LoRa網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)部署方法。該方法首先建立LoRa智能水表網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)部署的優(yōu)化模型,將功耗優(yōu)化問題轉(zhuǎn)為距離優(yōu)化問題,包括距離約束條件以及容量約束條件。然后,利用免疫算法進(jìn)行求解,與傳統(tǒng)遺傳算法進(jìn)行了對比。實驗結(jié)果表明,提出的基于免疫算法的LoRa網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)部署方法可以快速收斂,獲取了次優(yōu)的網(wǎng)關(guān)部署方案,為LoRa網(wǎng)關(guān)的位置部署提供了快速優(yōu)化方法,有效解決了 LoRa智能水表建網(wǎng)中網(wǎng)關(guān)部署選址難的問題。在基于LoRa的室內(nèi)定位研究中,設(shè)計與實現(xiàn)基于LoRa的室內(nèi)定位協(xié)議和原型系統(tǒng),然后在此基礎(chǔ)上提出一種基于LoRa指紋和支持向量回歸(Support Vector Regression,SVR)的室內(nèi)定位算法。首先,基于LoRa SX1280模塊,完成了室內(nèi)定位的工作協(xié)議流程和數(shù)據(jù)幀格式的設(shè)計和實現(xiàn)。然后,針對傳統(tǒng)基于無線信號RSSI(接收信號強(qiáng)度指示)指紋和SVR室內(nèi)定位算法定位精度不高問題,從兩個方面進(jìn)行改進(jìn):1)在指紋特征方面,增加LoRa測距指紋,提高指紋穩(wěn)定性;2)在指紋數(shù)據(jù)庫建立和在線定位過程中,分別采用高斯濾波和中位數(shù)濾波來對指紋進(jìn)行預(yù)處理,消除指紋的粗大誤差。最后,利用實現(xiàn)的LoRa室內(nèi)定位系統(tǒng)和指紋定位算法,開展了實際室內(nèi)環(huán)境下的現(xiàn)場實驗。實驗結(jié)果表明,本文設(shè)計的室內(nèi)定位系統(tǒng),1m以內(nèi)的定位誤差的累積概率為78.5%,3m以內(nèi)的定位誤差的累積概率為90%。在改進(jìn)的第一個方面,增加LoRa測距指紋之后定位精度相比之前提高了 40%;在改進(jìn)的第二個方面,增加了高斯濾波與中位數(shù)濾波預(yù)處理后定位精度較傳統(tǒng)的支持向量回歸算法提高了38%。在這兩個方面進(jìn)行改進(jìn)之后定位精度總體提高了 63%,證明了本算法的兩個改進(jìn)是有效的。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5;TP391.44
【部分圖文】：

ＬｏＲａ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個典型的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它不像許多采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點不需??要通過其他節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)。當(dāng)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離連接時，網(wǎng)關(guān)和終端節(jié)點可以直接連接進(jìn)行數(shù)據(jù)信??息交互。圖２．１是經(jīng)典的ＬｏＲａ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。??終端?中繼／網(wǎng)關(guān)?服務(wù)器?眼務(wù)軟件??一?ｊ?ｆ???Ｊ?＼?］??徹?〇■—一Ｉｓｌ??ＬｏＲａ＊?ＲＦ?ＴＣＰ／ＩＰ?ＳＳＬ?ＴＣＰ／ＩＰ?ＳＳＬ??ＬｏＲａＷＡＮ＂??圖２．１?ＬｏＲａ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖??如圖所示，經(jīng)典的ＬｏＲａ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由４部分組成：??１）

ＬｏＲａ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個典型的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它不像許多采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點不需??要通過其他節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)。當(dāng)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離連接時，網(wǎng)關(guān)和終端節(jié)點可以直接連接進(jìn)行數(shù)據(jù)信??息交互。圖２．１是經(jīng)典的ＬｏＲａ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。??終端?中繼／網(wǎng)關(guān)?服務(wù)器?眼務(wù)軟件??一?ｊ?ｆ???Ｊ?＼?］??徹?〇■—一Ｉｓｌ??ＬｏＲａ＊?ＲＦ?ＴＣＰ／ＩＰ?ＳＳＬ?ＴＣＰ／ＩＰ?ＳＳＬ??ＬｏＲａＷＡＮ＂??圖２．１?ＬｏＲａ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖??如圖所示，經(jīng)典的ＬｏＲａ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由４部分組成：??１）

?ｔａｎ（＾，）?＋?ｔａｎ（０２）??２．３．２．２三邊定位法??三邊定位法通過計算目標(biāo)與基站的距離信息來定位［５１］。基本原理如下圖２．４所示。??ｎ??圖２．４三邊定位法??假設(shè)在二維平面上，定位目標(biāo)可以獲取到周圍三個或三個以上的基站的距離信息，選取??其中三個不共線的基站距離信息進(jìn)行定位。己知三個固定ＡＰ點（ＸｐＸ）、（ｘ２，ｊ；２）、（ｘ３，＿＾）和??待定位目標(biāo)點Ｍ（ｘ，＿ｙ），此時測得Ｍ到三個固定ＡＰ點的距離分別為?名，則在理想??情況下Ｍ位于分別以＜，義，名為半徑的圓的交點，則可以列出以下方程：??＝（ｘｉ?￣ｘ）２?＋（＾１?￣ｙ）２??＜?ｄ２２?＝｛ｘ２?—?ｘ）２?＋（＞，２?—?ｊ）２?（２．６）??ｃ？３２?＝?（ｘ３?－?ｘ）２?＋?（＞＞３?－?ｙ）２??通過求解方程組即可得出Ｍ的位置坐標(biāo)：??ｘ?＿?２（ｘ，－ａ－，）?Ｘ
【參考文獻(xiàn)】

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3 趙宇;孫挺;;粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)的室內(nèi)無線定位方法[J];計算機(jī)工程與應(yīng)用;2014年19期

4 張英杰;毛賜平;俎云霄;孫先佑;;基于免疫算法的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)基站選址優(yōu)化[J];通信學(xué)報;2014年05期

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本文編號：2843782