[發明專利]一種基于可靠性的LoRaWAN網絡擴頻因子分配方法在審

申請號：	201910070021.3	申請日：	2019-01-24
公開（公告）號：	CN109526012A	公開（公告）日：	2019-03-26
發明（設計）人：	謝昊飛;黃代維;王平;丁凡;袁興未	申請（專利權）人：	重慶郵電大學
主分類號：	H04W24/02	分類號：	H04W24/02;H04B1/69
代理公司：	北京同恒源知識產權代理有限公司 11275	代理人：	趙榮之
地址：	400065 ***	國省代碼：	重慶;50
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摘要：
搜索關鍵詞：	擴頻因子路徑損耗數據傳輸成功率數據傳輸特性無線技術領域接收靈敏度策略調整丟包模型關系模型網絡初始化低功耗廣域網分配構建引入優化分析
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【說明書】：

本發明涉及一種基于可靠性的LoRaWAN網絡擴頻因子分配方法，屬于低功耗廣域網無線技術領域。該方法根據LoRa節點的接收靈敏度閾值和路徑損耗特性，構建路徑損耗丟包模型，初始化各個節點擴頻因子，得到擴頻因子初始比例集M_init；其次，分析LoRa數據傳輸特性，引入擴頻因子占比P_s，建立數據傳輸成功率、擴頻因子及P_s的關系模型，確定優化的擴頻因子比例集M_fair；最后，依據M_init采用LoRa?FDF策略調整不同節點的擴頻因子，提高數據傳輸成功率，增加網絡的可靠性。

技術領域

本發明屬于低功耗廣域網無線技術領域，涉及一種基于可靠性的LoRaWAN網絡擴頻因子分配方法。

背景技術

LoRa低功耗廣域網技術具有功耗低、傳輸距離遠的特點。LoRaWAN協議支持多種速率選擇，其通信距離與傳輸速率成反比關系，也就是說，選擇的速率越快通信的距離也就越短。同時由于采用了擴頻技術，由于不同速率下使用的擴頻因子是相互正交的，所以各數據傳輸速率之間的數據傳輸不會互相沖突。根據LoRa特性可知，當帶寬和碼率一定時，LoRa的傳輸速率由擴頻因子決定，且網關可以同時接收不同擴頻因子的數據。但是不同擴頻一直之間的速率懸殊較大，當傳輸相同長度的數據時，信道占用時間也相差較大。如果僅為不同擴頻因子分配相同數量的節點，則會產生不同速率碰撞概率的不同而造成傳輸不公平的現象。而這種不公平性會導致低速率(高擴頻因子)因為更高的碰撞概率而造成大量丟包，影響網絡穩定性的同時還增加了節點因為反復重傳帶來的節點功耗的增加，因此對擴頻因子的分配策略研究非常有意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于可靠性的LoRaWAN網絡擴頻因子分配方法，該方法主要由LoRa網關執行，結合LoRaWANMAC協議設置節點的擴頻因子，最終提高LoRaWAN網絡的可靠性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于可靠性的LoRaWAN網絡擴頻因子分配方法，該方法具體包括以下步驟：

S1：根據LoRa節點的接收靈敏度閾值和路徑損耗特性，構建路徑損耗丟包模型，初始化各個節點擴頻因子，得到擴頻因子初始比例集M_init；

S2：由LoRa數據傳輸特性并引入擴頻因子占比P_s，建立數據傳輸成功率、擴頻因子及P_s的關系模型；

S3：由S2的關系模型，建立優化的擴頻因子分配策略，得到優化的擴頻因子比例集M_fair；

S4：結合S1與S3得到的比例集，采用LoRa-FDF策略調整不同節點的擴頻因子，以提高數據傳輸成功率。

進一步，所述步驟S1中，根據LoRa節點的接收靈敏度閾值和路徑損耗特性，構建路徑損耗丟包模型，初始化各個節點擴頻因子，得到擴頻因子初始比例集M_init，包括如下：

不同擴頻因子的最低接收靈敏度S_SF[i]為閾值，只有在接收信號強度P_r(d)＝P_tx+G-L_pl(d)大于S_SF[i]時才能解包；由路徑損耗導致的丟包表示如下：

P_per(d,S)＝P{P_r(d)＞S_SF[i]i∈{7,8,9,...,12}}

＝P{P_tx+G-L_pl(d)＞S_SF[i]i∈{7,8,9,...,12}}