M2M随机接入控制算法研究

发布时间：2020-08-07 06:40

【摘要】：近年来,随着蜂窝网技术和低功耗广域网技术的日益成熟,机器与机器(Machine to Machine,M2M)之间的通信得到了快速的发展,各种M2M服务应用也应运而生。然而由于M2M通信终端数量巨大,当大量M2M终端同时发起随机接入请求必然引起冲突碰撞、网络拥塞、延迟过度等问题。为了解决这些问题,本文提出了多种M2M随机接入控制算法,从接入率与时延方面入手,利用分组和动态分配资源的方法提高接入率、降低时延和能量消耗。本文主要工作包括以下三个方面:(1)提出了一种基于M2M终端分组随机接入控制的算法。根据能量消耗的快慢对机器终端进行分组,并对组设定优先级,能量消耗越快,其优先级越高,优先级高的组终端优先分配随机接入资源。通过仿真表明,该方法能够有效地降低阻塞率、降低时延、提高终端接入率和接入能量效率。(2)提出了一种基于马尔科夫模型的M2M随机接入控制算法。通过马尔科夫模型估计当前帧发起接入请求的终端数目,并采用退避机制将有限的随机接入资源最大化分配个发起接入请求的M2M终端。通过仿真表明,该方法可以有效降低碰撞发生的概率、提高系统的接入率和系统随机接入资源利用率。(3)设计与实现了基于Lora的随机接入控制实验验证系统。本系统主要实现了Lora终端对小区内温湿度进行采集并上传至Lora网关,Lora网关执行接入控制、资源分配等功能,并将信息上传至业务服务器。经过实测证明,本实验系统性能稳定。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：

（1）Lora 终端Lora终端内嵌QBIA-00201 模块，QBIA-00201 模块的射频芯片采用的是Semtech的Lora 芯片SX1278，主控芯片采用STM32L151，是一款低功耗、低成本、小体积的LoraWAN 模块。主要应用于物联网、无线传感器网络、嵌入式等低功耗需求的场景如图5.6所示，其模块产品描述为：小体积：23mmX28mm，33PIN SMT 邮票孔低功耗：休眠模式下电流低至1.45uA，工作频段：470MHz，RF 性能：470MHz，发18dBm 电流100mA，接收灵敏度-139dBm（SF12 、带宽125KHz）通信接口：SPI/USART/I2C/USB，扩展接口：ADC；SPI；IIC；GPIO，支持LoraWAA/C 协议产品应用范围为：Lora/LoraWAN 终端节点、物联网、抄表集中器、工业控制、报系统。

Lora 网关内嵌 QBIA-02102 模快，QBIA-02102 是一款高性能、小体积的 Lora/LoraWA模块，核心芯片产用的是 Semtech 公司 SX1301。本款 Lora/LoraWAN 网关模块针对感器网络、物联网、嵌入式等应用场景，可以 帮助客户快速完成其 Lora/LoraWAN 网。模块支持 434Mhz、470-510Mhz、780Mhz、868MHz 和 915MHz 多频段，产品默认510Mhz 频段，可根据用户需求定制所需频段的产品。如图 5.7 所示，其产品描述为：小体积：63mmX40mm，可选 16 针 DIP 接口或 US封装，更容易集成到网关，多频段选择：434MHz、470MHz、780MHz、868MHz、915MHz可编程并行解调路径，嵌入 1 个 GFSK 解调器和 49 个 Lora 解调器，自动自适应扩，每个通道 SF7 至 SF12 可选，最大输出功率 27dBm，通信接口：SPI 或 USB，用 的 GPSPPS 输 入 ， 保 留 给 LoraWANClassB 协 议 ， +5V 单 电 源 供 电 ， 支 ANClassA,ClassBandClassC 协议产品应用范围：Lora/LoraWAN 网关、物联网、抄表集中器、工业控制集中器、安全警网关、LPWAN 基础基站。

图 5.9 业务服务器实物图器模块及功能介绍。如图 5.10 所示，业务服务器主要功能可以为以下应用管理模块、网络管理模块、文档资料。通信接口模块3网关管理模块 应用管理模块 网络管理模块 文档资料网关详情 数据统计数据消息网关配置添加LoRa终端信道规划 信号质量网络负载容量计算节点资料 网关资料

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本文编号：2783631