面向物聯網應用的無線中繼技術的設計與實現
發(fā)布時間：2021-10-01 03:35
隨著物聯網的廣闊市場需求,物聯網設備數量呈現爆發(fā)式地增長。海量設備連接需求促進了低功耗廣覆蓋無線通信技術研究的發(fā)展。其中,LoRa無線通信技術由于其低功耗、廣覆蓋、非授權頻段、部署成本低等特點,受到國內外研究人員的廣泛關注。另一方面,廣闊牧場和地下室等特殊應用場景對LoRa的覆蓋范圍提出更高的要求。而無線中繼技術能夠有效的擴大通信覆蓋范圍,提高邊緣用戶容量。因此,本文的研究重點是基于LoRa的無線中繼技術的設計與實現。本文緒論部分首先介紹了與LoRa無線中繼技術相關研究現狀。在第二部分,對LoRa無線通信技術進行簡要總結,之后介紹了LoRa通信技術的MAC層協議和網關與服務器通信協議。接著,詳細介紹了無線傳感網絡中常見的網絡拓撲結構,包括平面網絡拓撲結構、鏈式拓撲結構及樹型拓撲結構,并分析了各自的優(yōu)缺點。然后,分析總結了常見無線路由協議的路由發(fā)現和維護過程。在第三部分,本文研究了基于LoRaWAN（LoRa Wide Area Network）標準的網絡架構及其他LoRa無線中繼網絡架構,然后提出了一種基于LoRa網關的無線中繼網絡架構。在此基礎上,對LoRa無線中繼網關的功能模塊進行...
【文章來源】：北京郵電大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２－１?ＬｏＲａＷＡＮ協議分層圖??
ＣｌａｓｓＣ工作模式下，終端節(jié)點持續(xù)地監(jiān)聽下行消息。該工作模式是有最大接??收時隙的終端雙向通訊，打開接收窗口的時間間隔很小，幾乎不間斷的接收消息，??通信方式如圖２－４所示。相比于Ｃｌａｓｓ?Ａ和ＣｌａｓｓＢ工作模式更耗能，但和服務器??交互的傳輸時延低。??￣ＴＸ￣?ＲＸ?￣Ｉ￣?????????？??圖２－４?ＣｌａｓｓＣ通信方式??２．１．３?ＬｏＲａ?Ｍａｃ?層協議??上行鏈路數據幀由終端節(jié)點發(fā)送經過一個或多個網關轉發(fā)到達服務器。它由??前導碼（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）、物理頭（ＰＨＤＲ）、物理頭ＣＲＣ?（ＰＨＤＲ＿ＣＲＣ）、物理層??有效載荷（ＰＨＹＰａｙｌｏａｄ）及ＣＲＣ組成。ＣＲＣ校驗保證了發(fā)送和數據接收的一致??性［２８】。上行鏈路數據幀結構如表２－４所示。??表２－４上行鏈路物理層幀結構??Ｐｒｅａｍｂｌｅ?ＰＨＤＲ?ＰＨＤＲ＿ＣＲＣ?ＰＨＹＰａｙｌｏａｄ?ＣＲＣ??下行鏈路數據幀由服務器經過網關轉發(fā)給終端節(jié)點。與上行鏈路不同的是，??每條消息僅通過一個網關中轉，且每條消息針對唯一的終端節(jié)點。下行鏈路的數??據幀結構相比于上行鏈路差別僅在于是否包含ＣＲＣ校驗，幀結構如表２－５所示。??表２－５下行鏈路物理層幀結構??Ｐｒｅａｍｂｌｅ?ＰＨＤＲ?ＰＨＤＲ＿ＣＲＣ?ＰＨＹＰａｙｌｏａｄ??在ＬｏＲａ物理層的上下行幀中都包含了?ＰＨＹＰａｙｌｏａｄ。該ＰＹＨ有效載荷的組??成包含ＭＡＣ頭部（ＭＨＤＲ）、可變長字節(jié)的ＭＡＣ載荷（ＭＡＣＰａｙｌｏａｄ）以及用??于數據校驗消息一致碼（ＭＩＣ）
／??＇Ｎ??ＵＤＰ字節(jié)流??Ｖ??ｙ??７＼??ｆ?＇Ｎ??底層協議??Ｖ???＼?Ｊ??圖２－７ＬｏＲａＷＡＮ網絡協議棧??與服務器之間的數據都是基于ＵＤＰ傳輸，為了保持和ＵＤＰ端報收到的節(jié)點信息外，網關會定期上報狀態(tài)信息。網關上報信Ｌｉｎｕｘ主機生成，上行和下行端口號一致。網關與服務器的通信種：ＰＵＳＨ＿ＤＡＴＡ、ＰＵＳＨ＿ＡＣＫ、ＰＵＳＨ—ＤＡＴＡ、ＰＵＬＬ—ＡＣＫ?和?ＰＵ心跳數據協議??將定時發(fā)送ＰＵＬＬ＿ＤＡＴＡ消息給服務器，使得服務器防火墻保時，也是為提醒服務器應該向網關的哪個ＵＤＰ端口發(fā)送ＰＵＬＬＬＬ＿ＤＡＴＡ的發(fā)送周期由網關決定。具體數據傳輸流程如圖２－８ＬｏＲａ網關?ＬｃＲｓ璲織??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]無線傳感器網絡中定向擴散路由協議的研究[J]. 尹中康,孫恩巖,王傳云,譚明爵. 物聯網技術. 2018(08)
[2]802.11s無線mesh網絡研究進展與挑戰(zhàn)[J]. 張牧,嚴軍榮. 計算機工程與應用. 2010(22)
博士論文
[1]基于多速率和認知的無線Mesh網絡關鍵技術研究[D]. 李保罡.北京郵電大學 2012
碩士論文
[1]基于LoRa技術的油田井口儀表數據傳輸研究與實現[D]. 韓佳佳.西安石油大學 2018
[2]面向廣域覆蓋應用的云服務設計與實現[D]. 朱文瑜.北京郵電大學 2018
[3]基于Leach協議的主備簇首選舉算法研究[D]. 岳絢.蘭州大學 2018
[4]無線LoRa在輸電線路監(jiān)測中的組網設計與實現[D]. 陳倫斌.西安理工大學 2017
[5]面向廣域覆蓋的無線傳輸關鍵技術研究與實現[D]. 趙少行.北京郵電大學 2017
[6]面向用電信息采集的無線傳感器網絡路由優(yōu)化算法研究[D]. 丁偉.華北電力大學(北京) 2016
[7]基于Mesh的高壓輸電線路監(jiān)測通信系統研究[D]. 張華芳子.華北電力大學 2013
[8]基于IEEE802.11s的HWMP協議研究與改進[D]. 王亞舟.北京郵電大學 2012
本文編號：3417144
【文章來源】：北京郵電大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２－１?ＬｏＲａＷＡＮ協議分層圖??
ＣｌａｓｓＣ工作模式下，終端節(jié)點持續(xù)地監(jiān)聽下行消息。該工作模式是有最大接??收時隙的終端雙向通訊，打開接收窗口的時間間隔很小，幾乎不間斷的接收消息，??通信方式如圖２－４所示。相比于Ｃｌａｓｓ?Ａ和ＣｌａｓｓＢ工作模式更耗能，但和服務器??交互的傳輸時延低。??￣ＴＸ￣?ＲＸ?￣Ｉ￣?????????？??圖２－４?ＣｌａｓｓＣ通信方式??２．１．３?ＬｏＲａ?Ｍａｃ?層協議??上行鏈路數據幀由終端節(jié)點發(fā)送經過一個或多個網關轉發(fā)到達服務器。它由??前導碼（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）、物理頭（ＰＨＤＲ）、物理頭ＣＲＣ?（ＰＨＤＲ＿ＣＲＣ）、物理層??有效載荷（ＰＨＹＰａｙｌｏａｄ）及ＣＲＣ組成。ＣＲＣ校驗保證了發(fā)送和數據接收的一致??性［２８】。上行鏈路數據幀結構如表２－４所示。??表２－４上行鏈路物理層幀結構??Ｐｒｅａｍｂｌｅ?ＰＨＤＲ?ＰＨＤＲ＿ＣＲＣ?ＰＨＹＰａｙｌｏａｄ?ＣＲＣ??下行鏈路數據幀由服務器經過網關轉發(fā)給終端節(jié)點。與上行鏈路不同的是，??每條消息僅通過一個網關中轉，且每條消息針對唯一的終端節(jié)點。下行鏈路的數??據幀結構相比于上行鏈路差別僅在于是否包含ＣＲＣ校驗，幀結構如表２－５所示。??表２－５下行鏈路物理層幀結構??Ｐｒｅａｍｂｌｅ?ＰＨＤＲ?ＰＨＤＲ＿ＣＲＣ?ＰＨＹＰａｙｌｏａｄ??在ＬｏＲａ物理層的上下行幀中都包含了?ＰＨＹＰａｙｌｏａｄ。該ＰＹＨ有效載荷的組??成包含ＭＡＣ頭部（ＭＨＤＲ）、可變長字節(jié)的ＭＡＣ載荷（ＭＡＣＰａｙｌｏａｄ）以及用??于數據校驗消息一致碼（ＭＩＣ）
／??＇Ｎ??ＵＤＰ字節(jié)流??Ｖ??ｙ??７＼??ｆ?＇Ｎ??底層協議??Ｖ???＼?Ｊ??圖２－７ＬｏＲａＷＡＮ網絡協議棧??與服務器之間的數據都是基于ＵＤＰ傳輸，為了保持和ＵＤＰ端報收到的節(jié)點信息外，網關會定期上報狀態(tài)信息。網關上報信Ｌｉｎｕｘ主機生成，上行和下行端口號一致。網關與服務器的通信種：ＰＵＳＨ＿ＤＡＴＡ、ＰＵＳＨ＿ＡＣＫ、ＰＵＳＨ—ＤＡＴＡ、ＰＵＬＬ—ＡＣＫ?和?ＰＵ心跳數據協議??將定時發(fā)送ＰＵＬＬ＿ＤＡＴＡ消息給服務器，使得服務器防火墻保時，也是為提醒服務器應該向網關的哪個ＵＤＰ端口發(fā)送ＰＵＬＬＬＬ＿ＤＡＴＡ的發(fā)送周期由網關決定。具體數據傳輸流程如圖２－８ＬｏＲａ網關?ＬｃＲｓ璲織??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]無線傳感器網絡中定向擴散路由協議的研究[J]. 尹中康,孫恩巖,王傳云,譚明爵. 物聯網技術. 2018(08)
[2]802.11s無線mesh網絡研究進展與挑戰(zhàn)[J]. 張牧,嚴軍榮. 計算機工程與應用. 2010(22)
博士論文
[1]基于多速率和認知的無線Mesh網絡關鍵技術研究[D]. 李保罡.北京郵電大學 2012
碩士論文
[1]基于LoRa技術的油田井口儀表數據傳輸研究與實現[D]. 韓佳佳.西安石油大學 2018
[2]面向廣域覆蓋應用的云服務設計與實現[D]. 朱文瑜.北京郵電大學 2018
[3]基于Leach協議的主備簇首選舉算法研究[D]. 岳絢.蘭州大學 2018
[4]無線LoRa在輸電線路監(jiān)測中的組網設計與實現[D]. 陳倫斌.西安理工大學 2017
[5]面向廣域覆蓋的無線傳輸關鍵技術研究與實現[D]. 趙少行.北京郵電大學 2017
[6]面向用電信息采集的無線傳感器網絡路由優(yōu)化算法研究[D]. 丁偉.華北電力大學(北京) 2016
[7]基于Mesh的高壓輸電線路監(jiān)測通信系統研究[D]. 張華芳子.華北電力大學 2013
[8]基于IEEE802.11s的HWMP協議研究與改進[D]. 王亞舟.北京郵電大學 2012
本文編號：3417144
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