LoRa物联网无线通信技术性能预测研究

发布时间：2020-05-17 00:55

【摘要】：随着物联网的蓬勃发展,传统的近距离通信技术在发展过程中有很多制约因素。为解决当前物联网发展所面临的问题,低功耗广域网(Low Power Wide Area Network,LPWAN)应运而生。Lo Ra(Long Range)作为LPWAN的代表性技术,是一种传输距离远,功耗低的无线通信技术,可以根据用户需求进行自主设计,应用在许多领域中。根据Lo Ra的特性,其传输数据的性能和硬件配置密切相关。在实际部署过程中,为合理配置Lo Ra物理层参数提升Lo Ra性能并提高数据传输质量,建立硬件配置参数与评价Lo Ra性能参数间的关系至关重要。本文充分研究了物联网和Lo Ra性能分析发展现状,在当前已有的性能分析基础上,结合Lo Ra硬件可配置参数特性和探索性数据分析方法,对Lo Ra性能进行研究分析。本文的Lo Ra性能研究主要针对接收到数据的信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)和接受信号强度(Received Signal Strength Indication,RSSI)展开。首先,根据性能分析目标要求,提出一种Lo Ra性能测试方案,对Lo Ra测试硬件和软件进行总体设计,并选择两种无遮挡测试环境实现Lo Ra测试。其次,针对两种测试环境的数据,运用探索性数据分析(Exploratory Data Analysis,EDA)进行数据预处理,再分别运用决策树和支持向量机这两种机器学习算法进行建模预测,提出了两种优化配置参数选择的预测模型,分别建立了配置参数与SNR和RSSI之间的关系。最后,针对这两个模型进行预测评估,模型预测准确率高,并且都可以在相应的测试环境中通过设定相关硬件配置参数达到提升Lo Ra性能的目的。通过两种数据预测模型的建立,在未来相应环境的部署中可以按照参数配置模型对硬件进行设置,从而提升Lo Ra性能让硬件设备得到广泛应用。
【图文】：

第 2 章 低功耗广域物联网通信技术技术，具有通信距离远和消耗功耗少的特更优越的地方。LoRa 减少了数据传输的时延，，增加数据传输的可靠性，减少数据架构，终端只能和网关传输数据并且终端节个终端采用单跳方式传输数据。在网状架进行通信而形成一个局域网路。与网状架网络结构。结构如图 2-1 所示。

RSSI 越小表示通信质量越差，需要增加信号发射强度或改变其他硬件参数配置来提升 RSSI 值，RSSI 越大表示通信质量越好。RSSI 为负数并不代表接收到的数据都为噪声，而是一种相对值。本文在对 LoRa 性能分析过程中，LoRa 测试接收到的数据包会直接显示 RSSI 数值，从而可以直接对数据进行提取和分析。2.4 LoRa 物联网测试系统总体架构根据物联网设计总体架构，LoRa 的性能测试系统划分为感知层、网络层、应用层三部分。总体架构拓扑如图 2-3 所示，感知层主要布置的是终端，用来发送测试数据。通过在测试环境对硬件进行布置，LoRa 终端按照不同种类的硬件配置组合，周期性地对网关发送固定数量的数据，然后将数据通过网络上传到服务器中。服务器收到数据后会将数据存储在数据库中。应用层可以通过浏览器界面调用服务器端口把当前接收到数据进行可视化展示，并实现对硬件进行具体参数配置等操作。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.44;TN929.5

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