LoRaWAN网络QoS机制研究
发布时间：2021-06-12 22:17
LoRa（Long Range）是一种新兴的低功耗广域网（Low-Power Wide-Area Network,LPWAN）技术,具有远距离、低功耗、低成本等优点。LoRaWAN（LoRa Wide-Area Network,LoRa广域网）是基于LoRa技术的组网标准,定义了LoRa网络的通信协议和系统架构。在实际应用中,由于LoRaWAN协议的不完善,特别是应用层协议缺陷,以及LoRa设备的性能限制,导致LoRa设备的通用性差、可扩展性低,同时会降低网络的通信可靠性和网络容量。因此,需要研究相应的机制来保证LoRaWAN网络的QoS（Quality of Service,服务质量）。本文针对实际应用中LoRaWAN网络存在的终端节点设备地址分配冲突、缺少应用层规范、网关下行通信冲突概率大等问题,设计了终端节点的设备地址分配策略,规范了终端节点的应用层信息定义和传输方式,同时对LoRa网关进行扩展,研究多通道通信调度算法,提升下行数据的发送成功率,使LoRaWAN网络的服务质量能满足物联网应用的需求。本文的主要工作如下:（1）针对LoRaWAN网络中终端节点设备地址冲突的问题,提出...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LoRaWAN网络结构
电子科技大学硕士学位论文82.2LoRaWAN协议栈LoRaWAN协议栈分为三层，自下而上分别为物理层、MAC层和应用层[15]。LoRaWAN协议栈结构如图2-2所示。图2-2LoRaWAN协议栈结构LoRaWAN物理层主要规定了LoRa技术在不同地区不同频段的通信参数。MAC层规定了LoaWAN网络的MAC层帧格式、MAC命令等数据格式，以及终端节点的入网、三种工作模式、密钥的产生与更新、安全校验等工作方式，并提供了重传机制、差错控制与速率自适应（AdaptiveDateRate，ADR）机制等QoS机制。LoRaWAN的应用层较为简单，由网络服务器和应用服务器共同实现，如处理终端节点产生的数据，对网络设备进行管理、发送下行命令等。2.3LoRa物理层参数LoRaWAN协议的物理层主要规定了网络中LoRa设备在进行调制解调或数据传输时需要配置的各种参数，如信道频率、扩频因子、数据速率、带宽、编码率等，以及由此衍生的空中传输时间等通信参数。2.3.1信道频率LoRa数据传输的载波频率，主要分布在137MHZ-1020MHZ之间[38]的ISM频段。目前，LoRaWAN的可用信道已经覆盖了大部分地区的ISM频段，并为每个频段分配了独立的信道频率。很多地区对ISM频段的使用有不同的限制条件，如限制通信占空比，限制发送信号的持续时间，强制使用LBT（ListenBeforeTalk，监听避让机制）等，LoRa信号传输时必须遵循相应的限制条件。表2-1中列出了
电子科技大学硕士学位论文12图2-4LoRaWANMAC层帧格式（1）MAC帧头MAC帧头位于MAC帧的最前段，用于标识数据的基本信息。MAC帧头包括MAC层消息类型（MType）、保留字段（RFU）和主版本号（Major），其格式如图2-5所示。图2-5MAC帧头格式MType字段标识了MAC层消息的类型，其定义及功能描述见表2-3。Major字段标识了当前MAC帧的帧格式版本。表2-3MType字段定义[16]MType消息类型功能000Join-request入网请求，用于入网001Join-accept入网接受，用于入网010UnconfirmedDataUp上行非确认帧011UnconfirmedDataDown下行非确认帧100ConfirmedDataUp上行确认帧，网络服务器收到后需回复ACK101ConfirmedDataDown下行确认帧，终端节点收到后需回复ACK110Rejoin-request周期发送，便于网络服务器重新设置入网消息111Proprietary保留字段（2）MAC层负载MAC层负载携带的内容即为数据帧，包括数据帧头（FHDR）、端口（FPort）和数据负载（FRMPayload）。FHDR包括设备地址（DevAddr）、控制字段（FCtrl）、帧计数器（FCnt）和配置字段（FOpts），如图2-6。其中，DevAddr用于标识网络中的终端节点，FCtrl用于标识终端节点特定的工作状态，Fcnt字段为数据帧编号，Fopts用于存放MAC命令[14]。
【参考文献】：
硕士论文
[1]基于LoRa技术的低功耗定位方案[D]. 蒋雪妍.电子科技大学 2019
本文编号：3226390
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LoRaWAN网络结构
电子科技大学硕士学位论文82.2LoRaWAN协议栈LoRaWAN协议栈分为三层，自下而上分别为物理层、MAC层和应用层[15]。LoRaWAN协议栈结构如图2-2所示。图2-2LoRaWAN协议栈结构LoRaWAN物理层主要规定了LoRa技术在不同地区不同频段的通信参数。MAC层规定了LoaWAN网络的MAC层帧格式、MAC命令等数据格式，以及终端节点的入网、三种工作模式、密钥的产生与更新、安全校验等工作方式，并提供了重传机制、差错控制与速率自适应（AdaptiveDateRate，ADR）机制等QoS机制。LoRaWAN的应用层较为简单，由网络服务器和应用服务器共同实现，如处理终端节点产生的数据，对网络设备进行管理、发送下行命令等。2.3LoRa物理层参数LoRaWAN协议的物理层主要规定了网络中LoRa设备在进行调制解调或数据传输时需要配置的各种参数，如信道频率、扩频因子、数据速率、带宽、编码率等，以及由此衍生的空中传输时间等通信参数。2.3.1信道频率LoRa数据传输的载波频率，主要分布在137MHZ-1020MHZ之间[38]的ISM频段。目前，LoRaWAN的可用信道已经覆盖了大部分地区的ISM频段，并为每个频段分配了独立的信道频率。很多地区对ISM频段的使用有不同的限制条件，如限制通信占空比，限制发送信号的持续时间，强制使用LBT（ListenBeforeTalk，监听避让机制）等，LoRa信号传输时必须遵循相应的限制条件。表2-1中列出了
电子科技大学硕士学位论文12图2-4LoRaWANMAC层帧格式（1）MAC帧头MAC帧头位于MAC帧的最前段，用于标识数据的基本信息。MAC帧头包括MAC层消息类型（MType）、保留字段（RFU）和主版本号（Major），其格式如图2-5所示。图2-5MAC帧头格式MType字段标识了MAC层消息的类型，其定义及功能描述见表2-3。Major字段标识了当前MAC帧的帧格式版本。表2-3MType字段定义[16]MType消息类型功能000Join-request入网请求，用于入网001Join-accept入网接受，用于入网010UnconfirmedDataUp上行非确认帧011UnconfirmedDataDown下行非确认帧100ConfirmedDataUp上行确认帧，网络服务器收到后需回复ACK101ConfirmedDataDown下行确认帧，终端节点收到后需回复ACK110Rejoin-request周期发送，便于网络服务器重新设置入网消息111Proprietary保留字段（2）MAC层负载MAC层负载携带的内容即为数据帧，包括数据帧头（FHDR）、端口（FPort）和数据负载（FRMPayload）。FHDR包括设备地址（DevAddr）、控制字段（FCtrl）、帧计数器（FCnt）和配置字段（FOpts），如图2-6。其中，DevAddr用于标识网络中的终端节点，FCtrl用于标识终端节点特定的工作状态，Fcnt字段为数据帧编号，Fopts用于存放MAC命令[14]。
【参考文献】：
硕士论文
[1]基于LoRa技术的低功耗定位方案[D]. 蒋雪妍.电子科技大学 2019
本文编号：3226390
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