[發(fā)明專(zhuān)利]基于LoRaWAN的無(wú)線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310507752.6
• 申請(qǐng)日: 2023-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116234056B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾桂根;李晶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W74/08
• 分類(lèi)號(hào): H04W74/08;H04Q9/00;H04W80/02
• 代理公司: 南京禹為知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 周局

1.基于LoRaWAN的無(wú)線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

LoRa網(wǎng)關(guān)周期性廣播Beacon幀；

所述的Beacon幀包含SuperMulNum字段、Bperiod字段、UnAllocSlot字段以及MNum字段；

所述SuperMulNum字段用于廣播一個(gè)超幀內(nèi)的復(fù)幀數(shù)目，默認(rèn)一個(gè)超幀由8個(gè)復(fù)幀組成；

所述Bperiod字段用于廣播Beacon周期以及復(fù)幀內(nèi)S-ALOHA/TDMA時(shí)段的長(zhǎng)度比；

所述UnAllocSlot字段用于廣播該復(fù)幀內(nèi)未被分配的起始TDMA時(shí)隙編號(hào)；

所述MNum字段用于廣播當(dāng)前復(fù)幀的復(fù)幀編號(hào)；

節(jié)點(diǎn)周期性搜索Beacon幀，以與網(wǎng)關(guān)保持時(shí)鐘同步以及獲取Beacon幀中相應(yīng)的字段信息；

節(jié)點(diǎn)在一個(gè)超幀中隨機(jī)選擇一個(gè)用于發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求的復(fù)幀，復(fù)幀編號(hào)為M，將節(jié)點(diǎn)分散到一個(gè)超幀的不同復(fù)幀接入，進(jìn)入休眠狀態(tài)；

節(jié)點(diǎn)在復(fù)幀M到來(lái)時(shí)，醒來(lái)接收Beacon幀，完成時(shí)鐘同步以及獲取Beacon幀中的UnAllocSlot字段信息；

節(jié)點(diǎn)根據(jù)字段信息，在S-ALOHA時(shí)隙與未被分配的TDMA時(shí)隙之間隨機(jī)生成一個(gè)用來(lái)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求的的時(shí)隙編號(hào)N；

節(jié)點(diǎn)在相應(yīng)的時(shí)隙到來(lái)時(shí)，醒來(lái)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀；

當(dāng)時(shí)隙N位于TDMA時(shí)段，為了確保時(shí)隙N不是其他節(jié)點(diǎn)的下行時(shí)隙，節(jié)點(diǎn)需要在前一個(gè)時(shí)隙處醒來(lái)，檢測(cè)信道是否空閑；

若信道空閑，則該時(shí)隙N不是其他節(jié)點(diǎn)的下行時(shí)隙，則在時(shí)隙N處發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀；

若信道非空閑，則該時(shí)隙N被LoRa網(wǎng)關(guān)用于發(fā)送下行數(shù)據(jù)，LoRa網(wǎng)關(guān)上下行工作在不同的信道，且采用半雙工的工作模式，節(jié)點(diǎn)在時(shí)隙N處發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀不被LoRa網(wǎng)關(guān)接收，則節(jié)點(diǎn)保存前面產(chǎn)生的復(fù)幀編號(hào)M，等到下一個(gè)超幀的復(fù)幀M到來(lái)，根據(jù)Beacon幀中的UnAllocSlot字段信息，在S-ALOHA時(shí)隙以及未分配的TDMA時(shí)隙之間重新生成一個(gè)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀的時(shí)隙，進(jìn)行重發(fā)；

當(dāng)時(shí)隙N位于S-ALOHA時(shí)段，則節(jié)點(diǎn)在時(shí)隙N處醒來(lái)，發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀；

入網(wǎng)請(qǐng)求幀增設(shè)Slot字段，需要預(yù)約時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)，在入網(wǎng)請(qǐng)求幀的Slot字段告訴LoRa網(wǎng)關(guān)是否申請(qǐng)時(shí)隙，以及在一個(gè)超幀內(nèi)申請(qǐng)的時(shí)隙數(shù)目；

LoRa網(wǎng)關(guān)接受節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于LoRaWAN的無(wú)線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述S-ALOHA時(shí)隙劃分為兩部分，一部分為上行用于競(jìng)爭(zhēng)入網(wǎng)或發(fā)送突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，一部分為下行用于接收來(lái)自網(wǎng)關(guān)的入網(wǎng)響應(yīng)幀或ACK幀；

所述TDMA時(shí)隙用于發(fā)送周期業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，只能用于上行或下行，當(dāng)節(jié)點(diǎn)在未分配的TDMA時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)入網(wǎng)或發(fā)送突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，需要占用相鄰的兩個(gè)TDMA時(shí)隙，前一個(gè)時(shí)隙用于競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送數(shù)據(jù)，后一個(gè)時(shí)隙用于接收來(lái)自LoRa網(wǎng)關(guān)的響應(yīng)數(shù)據(jù)。

3.如權(quán)利要求2所述的基于LoRaWAN的無(wú)線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于：LoRa網(wǎng)關(guān)接受入網(wǎng)，給節(jié)點(diǎn)回復(fù)入網(wǎng)響應(yīng)幀；

入網(wǎng)響應(yīng)幀中增設(shè)置了MultiNum字段以及SlotNum字段；所述MultiNum字段是給節(jié)點(diǎn)分配時(shí)隙所在的復(fù)幀編號(hào)，SlotNum字段是具體分配的時(shí)隙編號(hào)；其中MultiNum字段的0-7bit分別對(duì)應(yīng)復(fù)幀1-8；SlotNum字段的0-7byte分別對(duì)應(yīng)復(fù)幀1-8內(nèi)的時(shí)隙編號(hào)。

4.如權(quán)利要求3所述的基于LoRaWAN的無(wú)線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述LoRa網(wǎng)關(guān)是以超幀為周期維系一張時(shí)隙分配表，記錄著TDMA時(shí)隙與節(jié)點(diǎn)之間的占用關(guān)系，當(dāng)LoRa網(wǎng)關(guān)給節(jié)點(diǎn)分配時(shí)隙后，將TDMA時(shí)隙與節(jié)點(diǎn)之間的占用關(guān)系添加到時(shí)隙分配表中，若連續(xù)兩個(gè)超幀在某個(gè)時(shí)隙沒(méi)有收到節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，LoRa網(wǎng)關(guān)自動(dòng)釋放表中該節(jié)點(diǎn)與該時(shí)隙的占用關(guān)系，將時(shí)隙分配給其他的節(jié)點(diǎn)使用。