基于LoRaWAN网络的跨层资源分配方法研究

发布时间：2020-05-23 15:52

【摘要】：大规模终端节点部署的网络资源分配是LoRaWAN研究的热点。其中,扩频因子是LoRaWAN网络中最重要的资源参数之一,它影响着数据的传输速率、传输时间及传输距离。因此,通过构建资源分配方案为终端节点分配扩频因子对网络性能的提升具有重要的意义。本文以提高网络的可靠性为目的,结合资源共享的跨层设计思想,提出了一种基于LoRaWAN网络的扩频因子分配方法。本文的主要工作如下:1.通过分析LoRaWAN协议及扩频因子的特点,设计了一种基于LoRaWAN网络的扩频因子分配方法。该方法结合跨层设计的思想,在路径损耗约束下完成扩频因子初始分配;通过分析LoRaWAN的传输特性,构建数据传输成功率与扩频因子之间的关系模型,结合扩频因子比例分配策略,获取优化过的扩频因子比例集;利用LoRa-FDF扩频因子分配机制调整终端节点的扩频因子,提高网络的可靠性。2.通过分析LoRaWAN分层体系结构,结合跨层设计实现LoRaWAN终端节点的软件服务与功能,包括数据组帧、解帧、设备资源参数配置的MAC层数据服务,包括链路状态检测、设备入网的MAC层管理服务。在这些服务的基础上,完成设备状态切换模块、跨层功率控制模块、带宽及编码率选择模块和资源共享库的设计与实现。在完成扩频因子配置后,节点能够根据自身情况选择最佳的带宽、编码率及功率,性能得到进一步优化。3.本文搭建LoRaSim仿真环境,将本文提出的扩频因子分配方法与现有的EXP-LoRa,min-Distance及min-AirTime方法进行对比,结果表明数据传输成功率提高了5%~20%,吞吐量提高了33%~50%。接着,本文对终端节点软件功能进行测试,确保设备状态切换、功率控制、带宽及编码率选择等功能模块设计的正确性。最后,在真实网络环境中进行本文方法的测试,得到数据传输成功率与仿真结果相比误差在1~2%内,两种结果接近,达到了预期效果。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.44;TN92

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本文编号：2677590