LoRa（Long Range）是一種新興的低功耗廣域網(wǎng)（Low-Power Wide-Area Network,LPWAN）技術(shù),具有遠(yuǎn)距離、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)。LoRaWAN（LoRa Wide-Area Network,LoRa廣域網(wǎng)）是基于LoRa技術(shù)的組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),定義了LoRa網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中,由于LoRaWAN協(xié)議的不完善,特別是應(yīng)用層協(xié)議缺陷,以及LoRa設(shè)備的性能限制,導(dǎo)致LoRa設(shè)備的通用性差、可擴(kuò)展性低,同時(shí)會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的通信可靠性和網(wǎng)絡(luò)容量。因此,需要研究相應(yīng)的機(jī)制來(lái)保證LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)的QoS（Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量）。本文針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)存在的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備地址分配沖突、缺少應(yīng)用層規(guī)范、網(wǎng)關(guān)下行通信沖突概率大等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)備地址分配策略,規(guī)范了終端節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層信息定義和傳輸方式,同時(shí)對(duì)LoRa網(wǎng)關(guān)進(jìn)行擴(kuò)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(luò)的服務(wù)質(zhì)量能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。本文的主要工作如下:（1）針對(duì)LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)中終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備地址沖突的問(wèn)題,提出... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

電子科技大學(xué)碩士學(xué)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(yīng)用層[15]。LoRaWAN協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2LoRaWAN協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LoRaWAN物理層主要規(guī)定了LoRa技術(shù)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(luò)的MAC層幀格式、MAC命令等數(shù)據(jù)格式，以及終端節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)、三種工作模式、密鑰的產(chǎn)生與更新、安全校驗(yàn)等工作方式，并提供了重傳機(jī)制、差錯(cuò)控制與速率自適應(yīng)（AdaptiveDateRate，ADR）機(jī)制等QoS機(jī)制。LoRaWAN的應(yīng)用層較為簡(jiǎn)單，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器共同實(shí)現(xiàn)，如處理終端節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)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(luò)中LoRa設(shè)備在進(jìn)行調(diào)制解調(diào)或數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要配置的各種參數(shù)，如信道頻率、擴(kuò)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(shí)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(gè)頻段分配了獨(dú)立的信道頻率。很多地區(qū)對(duì)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(hào)的持續(xù)時(shí)間，強(qiáng)制使用LBT（ListenBeforeTalk，監(jiān)聽(tīng)避讓機(jī)制）等，LoRa信號(hào)傳輸時(shí)必須遵循相應(yīng)的限制條件。表2-1中列出了

電子科技大學(xué)碩士學(xué)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(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的基本信息。MAC幀頭包括MAC層消息類(lèi)型（MType）、保留字段（RFU）和主版本號(hào)（Major），其格式如圖2-5所示。圖2-5MAC幀頭格式MType字段標(biāo)識(shí)了MAC層消息的類(lèi)型，其定義及功能描述見(jiàn)表2-3。Major字段標(biāo)識(shí)了當(dāng)前MAC幀的幀格式版本。表2-3MType字段定義[16]MType消息類(lèi)型功能000Join-request入網(wǎng)請(qǐng)求，用于入網(wǎng)001Join-accept入網(wǎng)接受，用于入網(wǎng)010UnconfirmedDataUp上行非確認(rèn)幀011UnconfirmedDataDown下行非確認(rèn)幀100ConfirmedDataUp上行確認(rèn)幀，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器收到后需回復(fù)ACK101ConfirmedDataDown下行確認(rèn)幀，終端節(jié)點(diǎn)收到后需回復(fù)ACK110Rejoin-request周期發(fā)送，便于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器重新設(shè)置入網(wǎng)消息111Proprietary保留字段（2）MAC層負(fù)載MAC層負(fù)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(fù)載（FRMPayload）。FHDR包括設(shè)備地址（DevAddr）、控制字段（FCtrl）、幀計(jì)數(shù)器（FCnt）和配置字段（FOpts），如圖2-6。其中，DevAddr用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)Ctrl用于標(biāo)識(shí)終端節(jié)點(diǎn)特定的工作狀態(tài)，F(xiàn)cnt字段為數(shù)據(jù)幀編號(hào)，F(xiàn)opts用于存放MAC命令[14]。

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



本文編號(hào)：3226390