[發(fā)明專利]基于LoRaWAN的無線抄表系統(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（公告）號(hào): CN116234056B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾桂根;李晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W74/08
• 分類號(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

本發(fā)明公開了基于LoRaWAN的無線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法包括：接收LoRa網(wǎng)關(guān)周期性廣播的Beacon幀；選擇要發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求的復(fù)幀；在復(fù)幀中選擇一個(gè)要發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求的時(shí)隙，發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀；網(wǎng)關(guān)接受節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。本發(fā)明在周期業(yè)務(wù)信道上融入突發(fā)業(yè)務(wù)，節(jié)點(diǎn)通過在S?ALOHA時(shí)隙以及未被分配的TDMA時(shí)隙來競(jìng)爭(zhēng)入網(wǎng)以及發(fā)送突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可以降低碰撞率以及提高信道利用率；利用超幀的結(jié)構(gòu)，使不同周期長(zhǎng)度的節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)信道發(fā)送；設(shè)計(jì)了將節(jié)點(diǎn)分散到一個(gè)超幀的不同復(fù)幀進(jìn)行節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)或發(fā)送突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的方法，解決了因大量節(jié)點(diǎn)在同一復(fù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)而引起的高碰撞率、低信道利用率以及信道癱瘓的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于LoRaWAN的無線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

在無線抄表應(yīng)用場(chǎng)景中，節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，而且節(jié)點(diǎn)數(shù)量非常多且散布非常廣，所以在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，節(jié)點(diǎn)功耗、覆蓋范圍以及容納節(jié)點(diǎn)的容量是很重要的一項(xiàng)考慮指標(biāo)。基于這些應(yīng)用場(chǎng)景的需求，低功耗廣域網(wǎng)（Low?Power?Wide?Area?Network，LPWAN）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。LPWAN是一種低功耗、低數(shù)據(jù)速率和遠(yuǎn)距離通信的無線廣域網(wǎng)絡(luò)。與其他技術(shù)相比，其通信距離更遠(yuǎn)，通信功耗更低、覆蓋范圍更廣。

LoRa作為低功耗廣域網(wǎng)的代表技術(shù)之一，具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單、覆蓋范圍廣、功耗低、容量大等優(yōu)點(diǎn)。LoRaWAN是在LoRa物理層傳輸技術(shù)基礎(chǔ)之上的、以MAC層為主的一套協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，是LoRa技術(shù)的協(xié)議之一。在通信協(xié)議方面，LoRaWAN的MAC層設(shè)計(jì)過于簡(jiǎn)單，所有的節(jié)點(diǎn)均采用純ALOHA（P-ALOHA）的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)，即節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)到來時(shí)直接發(fā)送，不會(huì)對(duì)信道的忙閑狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。這雖然能極大的降低節(jié)點(diǎn)功耗，延長(zhǎng)電池壽命，但當(dāng)接入的節(jié)點(diǎn)數(shù)量比較大時(shí)，易造成通信沖突，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降，信道利用率低，端到端的時(shí)延加重。在無線抄表的應(yīng)用場(chǎng)景中，主要存在兩種類型的節(jié)點(diǎn)：一類是需要定時(shí)上報(bào)采集數(shù)據(jù)的周期業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，另一類是對(duì)異常情況進(jìn)行及時(shí)預(yù)警的突發(fā)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。而P-ALOHA協(xié)議的隨機(jī)性很強(qiáng)，會(huì)使碰撞率非常高，而且隨著這兩種節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，節(jié)點(diǎn)間發(fā)生碰撞的概率也會(huì)大大提高，且當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)，還會(huì)使信道陷入癱瘓，導(dǎo)致信道無法正常工作。

為了解決LoRaWAN中的P-ALOHA協(xié)議在上述場(chǎng)景中因節(jié)點(diǎn)數(shù)量多而導(dǎo)致的高碰撞率、低信道利用率以及信道癱瘓的問題，所以提出了一個(gè)具有低碰撞率與高信道利用率的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述存在的問題，發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于LoRaWAN的無線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法，

因此，本發(fā)明所要解決的問題在于如何提供基于LoRaWAN的無線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于LoRaWAN的無線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法，其包括：接收LoRa網(wǎng)關(guān)周期性廣播的Beacon幀；

選擇要發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求的復(fù)幀；

在復(fù)幀中選擇一個(gè)要發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求的時(shí)隙，發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀；

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

作為本發(fā)明所述的基于LoRaWAN的無線抄表系統(tǒng)的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方法的一種優(yōu)選方案，其中：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；