[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111009640.5
• 申請(qǐng)日: 2021-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113810951B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖金壯;高暢;周振
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W28/04
• 分類(lèi)號(hào): H04W28/04;H04W72/0446;H04W88/16
• 代理公司: 石家莊國(guó)域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

本發(fā)明涉及一種基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法，通訊開(kāi)始后，當(dāng)時(shí)隙數(shù)達(dá)到256時(shí)，確定以網(wǎng)關(guān)為中心、半徑不大于7500米的通訊范圍內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目n，如果n≤354，則不采用扇形分組；如果n﹥354，則將該通訊范圍劃分為以網(wǎng)關(guān)為中心的N個(gè)均等的扇形區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)為一組，共有N個(gè)扇形分組；然后開(kāi)始第1組通訊，設(shè)置初始數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度，終端節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇幀內(nèi)時(shí)隙，并向該通訊范圍內(nèi)的網(wǎng)關(guān)發(fā)送信號(hào)；判斷各個(gè)幀內(nèi)的時(shí)隙類(lèi)別以及網(wǎng)關(guān)是否成功接收到數(shù)據(jù)包，確定時(shí)隙狀態(tài)，根據(jù)所確定的時(shí)隙的狀態(tài)，估計(jì)剩余終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目，動(dòng)態(tài)調(diào)整最優(yōu)的下一輪幀內(nèi)時(shí)隙數(shù)目；然后進(jìn)行第2組通訊，直到第N組完成。本發(fā)明提高了系統(tǒng)通信效率、提高數(shù)據(jù)包交付率和吞吐率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙防碰撞方法，具體地說(shuō)是一種基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法。

背景技術(shù)

LoRa通信技術(shù)是一種面向遠(yuǎn)距離廣覆蓋應(yīng)用場(chǎng)景的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，主要面向物理網(wǎng)應(yīng)用，具有低功耗、傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。盡管LoRa應(yīng)用廣泛，但還是受到某些制約。LoRaWAN作為L(zhǎng)oRa通信技術(shù)的MAC層協(xié)議，為通信提供了構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)。LoRaWAN中終端設(shè)備的信道接入是通過(guò)純Aloha機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，這就使得成千上萬(wàn)的設(shè)備在沒(méi)有檢測(cè)信道狀態(tài)的情況下隨機(jī)的接入信道，從而增加了數(shù)據(jù)包發(fā)生沖突的概率。所以，LoRaWAN的信道碰撞問(wèn)題就顯得尤為突出。

針對(duì)LoRa通信的多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包碰撞問(wèn)題，有人提出對(duì)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行時(shí)隙分配，在數(shù)據(jù)傳輸失敗時(shí)，可利用重傳時(shí)隙，以降低丟包率，提高數(shù)據(jù)包的交付率。但是，現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有解決因終端設(shè)備增多導(dǎo)致時(shí)隙數(shù)目大幅增多而造成的時(shí)隙浪費(fèi)和使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法，以解決通訊范圍內(nèi)因時(shí)隙數(shù)目大幅增多而造成的時(shí)隙浪費(fèi)和使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差的問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于扇形均分的LoRaWAN防碰撞方法，包括以下步驟：

a、通訊開(kāi)始，當(dāng)時(shí)隙數(shù)達(dá)到256時(shí)，確定以網(wǎng)關(guān)為中心、半徑不大于7500米的通訊范圍內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目n，如果n≤354，則不采用扇形分組；如果n﹥354，則將該通訊范圍劃分為以網(wǎng)關(guān)為中心的N個(gè)均等的扇形區(qū)域，每個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)為一組，共有N個(gè)扇形分組；

b、第1扇形分組的通訊，設(shè)置初始數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度，終端節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇幀內(nèi)時(shí)隙，并向通訊范圍內(nèi)的網(wǎng)關(guān)發(fā)送信號(hào)；

c、判斷各個(gè)幀內(nèi)的時(shí)隙類(lèi)別以及網(wǎng)關(guān)是否成功接收到數(shù)據(jù)包：如果成功接收，則為成功時(shí)隙；如果未能成功接收，則通過(guò)CAD檢測(cè)區(qū)分碰撞時(shí)隙和空閑時(shí)隙；如果CAD只是檢測(cè)到數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼卻未能成功接收數(shù)據(jù)包，則定為碰撞時(shí)隙；如果CAD未檢測(cè)到數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼，則定為空閑時(shí)隙；

d、根據(jù)所確定的時(shí)隙的狀態(tài)，估計(jì)剩余終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目，動(dòng)態(tài)調(diào)整最優(yōu)的下一輪幀內(nèi)時(shí)隙數(shù)目；令成功傳輸?shù)慕K端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)為休眠狀態(tài)，令發(fā)生時(shí)隙碰撞的數(shù)據(jù)包在下一幀重新發(fā)送，并返回步驟c；

e、當(dāng)?shù)?扇形分組的通訊完成之后，重復(fù)步驟b到步驟d，進(jìn)行第2扇形分組的通訊，直到第N扇形分組，完成通訊范圍內(nèi)所有扇形分組的通訊。

進(jìn)一步地，步驟d中時(shí)隙動(dòng)態(tài)調(diào)整方式為：預(yù)測(cè)的終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目n為上一輪幀內(nèi)時(shí)隙數(shù)目的2.39倍。

本發(fā)明針對(duì)LoRa網(wǎng)絡(luò)在終端設(shè)備較多時(shí)易發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞的情況，將網(wǎng)關(guān)通信范圍內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)按數(shù)目進(jìn)行扇形區(qū)域的均等分組，使得每一區(qū)域內(nèi)的通信終端設(shè)備數(shù)量降低，并在各組中分別使用改進(jìn)的Aloha算法，從而達(dá)到降低終端設(shè)備數(shù)目的效果，再通過(guò)時(shí)隙調(diào)整方法，得到預(yù)測(cè)調(diào)整的剩余終端設(shè)備數(shù)目之后，優(yōu)化時(shí)隙數(shù)，實(shí)現(xiàn)了終端設(shè)備高效通信的目的。