[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(xué)
• 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

本發(fā)明公開了一種基于LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸速率自適應(yīng)方法，該方法利用LoRa技術(shù)多擴頻因子(SF)、多數(shù)據(jù)速率的特點，對接收端不同距離范圍內(nèi)的發(fā)送端自動分配不同的SF和數(shù)據(jù)傳輸速率，同時根據(jù)信噪比、丟包率和信道負荷的實際情況對數(shù)據(jù)傳輸速率進行調(diào)整，最終可提高系統(tǒng)的傳輸性能，降低數(shù)據(jù)傳輸過程中的丟包率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸速率自適應(yīng)方法。

背景技術(shù)

LoRaWAN是一種基于直接序列擴頻調(diào)制技術(shù)的遠距離網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，在IEEE802.11協(xié)議中，物理層使用了不同的編碼方式和調(diào)制技術(shù)，提供了多種可供選擇的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，可協(xié)議并沒有說明不同速率之間怎么實現(xiàn)自適應(yīng)的速率調(diào)整。現(xiàn)有的以RBAR為代表的的基于接收端的速率自適應(yīng)算法，通過發(fā)送RTS/CTS控制幀對信道質(zhì)量進行評估并選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸速率，降低了發(fā)送端之間在數(shù)據(jù)傳輸時發(fā)生碰撞的可能，但該算法在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中需要頻繁進行發(fā)送確認并等待回復(fù)，在一定程度上降低了數(shù)據(jù)的傳輸效率。因此，需要在信道狀況不斷變化的情況下，綜合考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院陀行裕鶕?jù)實時信道狀選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而使通信系統(tǒng)吞吐量最大化。此外，RBAR算法在發(fā)送端與接收端之間傳遞最佳數(shù)據(jù)傳輸速率時改變了RTS/CTS控制幀格式，導(dǎo)致該算法與現(xiàn)有通信協(xié)議不兼容。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種基于LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸速率自適應(yīng)方法：根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸信道的實時狀態(tài)，獲取信噪比值并選擇對應(yīng)的擴頻因子，同時在統(tǒng)計周期內(nèi)計算丟包率以及信道負荷值，以便確認是否需要發(fā)送RTS/CTS控制幀，從而針對不同的信道狀況實時更新數(shù)據(jù)傳輸速率，最終提高整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

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；

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2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6；

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；

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；

所述步驟二中按照如下規(guī)則選擇擴頻因子SF：

Rule 1：

Rule 2：

Rule 3：

Rule 4：

Rule 5：

Rule 6：

2、優(yōu)選地，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。