發(fā)布時間：2021-06-12 22:17

　　LoRa（Long Range）是一種新興的低功耗廣域網(wǎng)（Low-Power Wide-Area Network,LPWAN）技術,具有遠距離、低功耗、低成本等優(yōu)點。LoRaWAN（LoRa Wide-Area Network,LoRa廣域網(wǎng)）是基于LoRa技術的組網(wǎng)標準,定義了LoRa網(wǎng)絡的通信協(xié)議和系統(tǒng)架構。在實際應用中,由于LoRaWAN協(xié)議的不完善,特別是應用層協(xié)議缺陷,以及LoRa設備的性能限制,導致LoRa設備的通用性差、可擴展性低,同時會降低網(wǎng)絡的通信可靠性和網(wǎng)絡容量。因此,需要研究相應的機制來保證LoRaWAN網(wǎng)絡的QoS（Quality of Service,服務質(zhì)量）。本文針對實際應用中LoRaWAN網(wǎng)絡存在的終端節(jié)點設備地址分配沖突、缺少應用層規(guī)范、網(wǎng)關下行通信沖突概率大等問題,設計了終端節(jié)點的設備地址分配策略,規(guī)范了終端節(jié)點的應用層信息定義和傳輸方式,同時對LoRa網(wǎng)關進行擴展,研究多通道通信調(diào)度算法,提升下行數(shù)據(jù)的發(fā)送成功率,使LoRaWAN網(wǎng)絡的服務質(zhì)量能滿足物聯(lián)網(wǎng)應用的需求。本文的主要工作如下:（1）針對LoRaWAN網(wǎng)絡中終端節(jié)點設備地址沖突的問題,提出... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

LoRaWAN網(wǎng)絡結構

電子科技大學碩士學位論文82.2LoRaWAN協(xié)議棧LoRaWAN協(xié)議棧分為三層，自下而上分別為物理層、MAC層和應用層[15]。LoRaWAN協(xié)議棧結構如圖2-2所示。圖2-2LoRaWAN協(xié)議棧結構LoRaWAN物理層主要規(guī)定了LoRa技術在不同地區(qū)不同頻段的通信參數(shù)。MAC層規(guī)定了LoaWAN網(wǎng)絡的MAC層幀格式、MAC命令等數(shù)據(jù)格式，以及終端節(jié)點的入網(wǎng)、三種工作模式、密鑰的產(chǎn)生與更新、安全校驗等工作方式，并提供了重傳機制、差錯控制與速率自適應（AdaptiveDateRate，ADR）機制等QoS機制。LoRaWAN的應用層較為簡單，由網(wǎng)絡服務器和應用服務器共同實現(xiàn)，如處理終端節(jié)點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡設備進行管理、發(fā)送下行命令等。2.3LoRa物理層參數(shù)LoRaWAN協(xié)議的物理層主要規(guī)定了網(wǎng)絡中LoRa設備在進行調(diào)制解調(diào)或數(shù)據(jù)傳輸時需要配置的各種參數(shù)，如信道頻率、擴頻因子、數(shù)據(jù)速率、帶寬、編碼率等，以及由此衍生的空中傳輸時間等通信參數(shù)。2.3.1信道頻率LoRa數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d波頻率，主要分布在137MHZ-1020MHZ之間[38]的ISM頻段。目前，LoRaWAN的可用信道已經(jīng)覆蓋了大部分地區(qū)的ISM頻段，并為每個頻段分配了獨立的信道頻率。很多地區(qū)對ISM頻段的使用有不同的限制條件，如限制通信占空比，限制發(fā)送信號的持續(xù)時間，強制使用LBT（ListenBeforeTalk，監(jiān)聽避讓機制）等，LoRa信號傳輸時必須遵循相應的限制條件。表2-1中列出了

電子科技大學碩士學位論文12圖2-4LoRaWANMAC層幀格式（1）MAC幀頭MAC幀頭位于MAC幀的最前段，用于標識數(shù)據(jù)的基本信息。MAC幀頭包括MAC層消息類型（MType）、保留字段（RFU）和主版本號（Major），其格式如圖2-5所示。圖2-5MAC幀頭格式MType字段標識了MAC層消息的類型，其定義及功能描述見表2-3。Major字段標識了當前MAC幀的幀格式版本。表2-3MType字段定義[16]MType消息類型功能000Join-request入網(wǎng)請求，用于入網(wǎng)001Join-accept入網(wǎng)接受，用于入網(wǎng)010UnconfirmedDataUp上行非確認幀011UnconfirmedDataDown下行非確認幀100ConfirmedDataUp上行確認幀，網(wǎng)絡服務器收到后需回復ACK101ConfirmedDataDown下行確認幀，終端節(jié)點收到后需回復ACK110Rejoin-request周期發(fā)送，便于網(wǎng)絡服務器重新設置入網(wǎng)消息111Proprietary保留字段（2）MAC層負載MAC層負載攜帶的內(nèi)容即為數(shù)據(jù)幀，包括數(shù)據(jù)幀頭（FHDR）、端口（FPort）和數(shù)據(jù)負載（FRMPayload）。FHDR包括設備地址（DevAddr）、控制字段（FCtrl）、幀計數(shù)器（FCnt）和配置字段（FOpts），如圖2-6。其中，DevAddr用于標識網(wǎng)絡中的終端節(jié)點，F(xiàn)Ctrl用于標識終端節(jié)點特定的工作狀態(tài)，F(xiàn)cnt字段為數(shù)據(jù)幀編號，F(xiàn)opts用于存放MAC命令[14]。

【參考文獻】：
碩士論文
[1]基于LoRa技術的低功耗定位方案[D]. 蔣雪妍.電子科技大學 2019



本文編號：3226390