LoRa多模网络的跨层协议设计与优化

发布时间：2020-10-14 17:04

　　 低功耗广域网技术LoRaWAN以及其依托的LoRa调制技术在物联网领域被广泛研究,该论文主要针对LoRa通信技术的物理层和私有专用网络进行扩展性研究、设计与优化。LoRa采用的线性调频扩频调制方式具有独特的捕获特性和高抗干扰性能,在此论文中被用来作为时隙竞争的技术支撑,并利用载波到达检测功能进行载波监听实现占空比介质访问控制。基于此研究,论文设计了竞争策略与预留策略混合的自适应链路访问控制方案。现有的关于LoRa的NS3模型聚焦于LoRaWAN,物理层通常采用概率估计模型或累计能量模型,都不适用于专用网络协议。为了专用网络的仿真,本论文提出了物理层的碰撞和能量累积的联合干扰模型,并验证其更贴近实际介质碰撞干扰情况。在此基础上,由于目前LoRa芯片主要被用于LoRaWAN而其兼容多调制方式的能力并没有被广泛应用,论文提出LoRa多模网络概念,其预期能够满足节点在传感器网络、移动自组网以及个域网中的多场景模式间兼容或切换。论文对多模网络的自组织设计原理以及具体的跨层参数进行了详细介绍,并针对维护任务利用LoRa特有功能对节点能量消耗进行了优化。该论文的主要贡献在于两个方面:(1)在NS3中实现的LoRa物理层模型中整合了包解调过程以及载波到达检测规律,验证了包干扰和碰撞与实验结果相吻合。(2)提出LoRa多模网络的自组织设计原理和跨层参数模型,设计了基于节点角色的网络感知、维护协议以及对应的软件架构,提出维护协议任务中的节点能量优化方案。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.44;TN929.5
【部分图文】：

（ａ）?（ｂ）??图１．２干扰碰撞的现象学分析模型??（ａ）物理层包碰撞示意图；（ｂ）包偏置对递交车的影响ｐ４］??针对论文工作，下面对ＬｏＲａ物理层模型的相关文献进行简单介绍。在基于??现象学的研究中，以Ｍａｒｔｉｎ?Ｃ．?Ｂｏｒ等人在论文？＇叫和Ｊ．?Ｈａｘｈｉｂｅｑｉｒｉ在论文［３：＞１的??所作千扰碰撞现象分析为代表，他们描述了如图］．２所示的模型。这种模型是利??用数据包的相互碰撞来考察接收率，从而判断干扰情况＝但以上作者没有在一定??ＳＩＲ?（信号干扰比）和细粒度符号偏置上考察碰撞结果，只是大致判断了一种接??收现象，因此我们无法得出更深度的ＬｏＲａ物理层模型。??在细粒度符号偏置的分析上，Ｃｈｕｎ－Ｈａｏ?Ｌｉａｏ等人在从理论上对符号干扰进??行讨论

?３２?６ｉ??图２．１线性调频扩频符号波形与相位展示??ＬｏＲａ实际的基带调制信号由图２．２展示，背景蓝色两部分是频率解调后的Ｃｈｉｒｐ信??号，橘色部分是调制信号的频率变化，采集自ＬｉｍｅＳＤＲ软件无线电板卡，由ＭＡＴＬＡＢ??绘制。通过对应分析可以观察到ＬｏＲａ数据包的结构。??１，??ＰＨＹＰａｃＫｅｔＣＳＳＳ，＾?，〇１??Ｒ？ａ??０８（－?＞？＞Ｓ?ＨＯ?０８??Ｂｉｉｉｉ??心巳?Ｐｒｅａｍｂｌｅ?Ｓｙｎｃ?Ｗｏｒｄ?Ｄｏｗｎ?Ｃｈｉｒｐ?Ｈｅａｄｅｉ?Ｐａｙｔｏａｄ?＾??８?Ｓｙｍｂｏｌｓ?２?Ｓｙｍｂｏｌｓ?２?２５?Ｓｙｍｂｏｌｓ?８?Ｓｙｍｂｏｌｓ?５?Ｓｙｍｂｏｌｓ??１?????????????－０１??Ｓａｍｐｌｅｓ??图２．２实际采集的ＬｏＲａ数据包解构图??ＬｏＲａ的物理层数据包（Ｐａｃｋｅｔ）主要分为三个部分，如图２．３所示，第一部分前缀??（Ｐｒｅａｍｂｌｅ），由固定连续的多个Ｕｐ－Ｃｈｉｒｐ符号组成，至少占用６个符号，紧接着一个??４．２５符号长度的分界符ＳＦＤ?（Ｓｔａｒｔ－ｏｆ－Ｆｒａｍｅ?Ｄｅｌｉｍｉｔｅｒ）；第二部分是８个符号的帧头??（ＰａｃｋｅｔＨｅａｄｅｒ

ｎ＝￣??将两个符号作为干扰符号，一个符号作为已捕获的接收信号，如图１．３所示的情形，??对符号进行解调，结果展示如图２．４所示。可以发现，目标信号在ＦＦＴ谱上是一个脉??冲，表示为其能量的大小。而噪声还是干扰最终在ＦＦＴ谱上表现为噪声与干扰的能量，??１５??
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本文编号：2840942