[發(fā)明專利]一種基于LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸速率自適應(yīng)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110382337.3
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113207149B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張宇;沈維政;付曉;馬文川;尹艷玲;戴百生;熊本海
• 申請（專利權(quán)）人: 東北農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W28/12;H04L25/02;H04B1/707
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 賈耀淇

1.一種基于LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸速率自適應(yīng)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，首先數(shù)據(jù)發(fā)送端向接收端發(fā)送RTS幀，確認信道是否空閑；

步驟二，接收端收到RTS幀后將前3次連續(xù)接收到的有效信噪比SNR做均值化處理，得到并按照選擇擴頻因子SF，按照如下規(guī)則選擇擴頻因子SF：

Rule 1:

Rule 2:

Rule 3:

Rule 4:

Rule 5:

Rule 6:

步驟三，接收端將數(shù)據(jù)傳輸速率DR添加至CTS幀的FCS字段中，反饋至發(fā)送端，同時暫停發(fā)送RTS/CTS控制幀；

步驟四，發(fā)送端按照對應(yīng)的傳輸速率DR向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)包后，接收端反饋ACK幀，表明一次數(shù)據(jù)傳輸成功；

步驟五，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，發(fā)送端根據(jù)幀序列號的連續(xù)性統(tǒng)計丟包率PER，若一定周期內(nèi)，發(fā)送端判斷PER達到設(shè)定的丟包閾值，則重新啟動RTS/CTS機制進行信道估計，根據(jù)步驟二更新數(shù)據(jù)傳輸速率，若PER尚未達到丟包閾值，則轉(zhuǎn)入步驟六，丟包率PER是在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中鏈路變差和網(wǎng)絡(luò)擁塞碰撞造成的，指在單位時間內(nèi)丟失的數(shù)據(jù)包與發(fā)送數(shù)據(jù)包的比率；

步驟六，將統(tǒng)計周期內(nèi)N次數(shù)據(jù)包的傳輸時間進行記錄與存儲，得到該擴頻因子子信道負荷ERL，當負荷值小于或等于發(fā)送端期望速率對應(yīng)的信道負荷閾值時，接收端將自動提高一個數(shù)據(jù)傳輸速率，若負荷值大于發(fā)送端期望速率對應(yīng)的信道負荷閾值時，則降低一個數(shù)據(jù)傳輸速率，所述的信道負荷ERL為計算每幀數(shù)據(jù)對相應(yīng)SF子信道的占用時間，并在統(tǒng)計周期Ttotal[i]內(nèi)累計總的占用時間Tall_data[i]，從而得到SF子信道的負荷ERL[i]，計算公式如下：

ERL[i]＝T_{all_data}[i]/T_total[i] (3)

LoRa每傳輸一次數(shù)據(jù)的時間Tdata[i]等于前導碼時間Tpreamble[i]和數(shù)據(jù)包傳輸時間Tpayload[i]之和，前導碼的傳輸時間Tpreamble[i]可通過公式(4)～(5)計算得出：

T_preamble[i]＝(n_preamble+4.25)T_s[i] (4)

式中，npreamble表示已設(shè)定的前導碼長度，通過讀取寄存器RegPreambleMsb和RegPreambleLsb得到，T_s[i]為單個LoRa符號數(shù)據(jù)包的周期；

數(shù)據(jù)包傳輸時間T_payload[i]計算公式如下：

T_payload[i]＝payloadSymNb[i]*T_s[i] (6)

式中，payloadSymNb[i]為有效負載時間，通過公式(7)計算得到：

式中，PL表示有效負載的字節(jié)數(shù)，H表示是否使用報頭，令H＝1，DE為此時速率最優(yōu)，所述DE為1，統(tǒng)計周期內(nèi)發(fā)送端單次和N次數(shù)據(jù)傳輸時間可由公式(8)～(9)得出：

T_busy[i]＝T_preamble[i]+T_payload[i] (8)

T_{all_data}[i]＝N*T_data[i] (9)；

步驟七，發(fā)送端接收并完成接收端下發(fā)的速率調(diào)節(jié)命令，繼續(xù)完成數(shù)據(jù)傳輸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一中的RTS幀為IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)支持可選的請求發(fā)送幀；所述的信噪比值SNR計算公式如下：

SNR＝10*log10(Ps/Pn)(db) (1)

式(1)中，P_s、P_n分別為接收端接收到的信號功率、噪聲功率。