[发明专利]一种基于可靠性的LoRaWAN网络扩频因子分配方法

说明书

本发明涉及一种基于可靠性的LoRaWAN网络扩频因子分配方法，属于低功耗广域网无线技术领域。该方法根据LoRa节点的接收灵敏度阈值和路径损耗特性，构建路径损耗丢包模型，初始化各个节点扩频因子，得到扩频因子初始比例集M_init；其次，分析LoRa数据传输特性，引入扩频因子占比P_s，建立数据传输成功率、扩频因子及P_s的关系模型，确定优化的扩频因子比例集M_fair；最后，依据M_init采用LoRa‑FDF策略调整不同节点的扩频因子，提高数据传输成功率，增加网络的可靠性。

技术领域

本发明属于低功耗广域网无线技术领域，涉及一种基于可靠性的LoRaWAN网络扩频因子分配方法。

背景技术

LoRa低功耗广域网技术具有功耗低、传输距离远的特点。LoRaWAN协议支持多种速率选择，其通信距离与传输速率成反比关系，也就是说，选择的速率越快通信的距离也就越短。同时由于采用了扩频技术，由于不同速率下使用的扩频因子是相互正交的，所以各数据传输速率之间的数据传输不会互相冲突。根据LoRa特性可知，当带宽和码率一定时，LoRa的传输速率由扩频因子决定，且网关可以同时接收不同扩频因子的数据。但是不同扩频一直之间的速率悬殊较大，当传输相同长度的数据时，信道占用时间也相差较大。如果仅为不同扩频因子分配相同数量的节点，则会产生不同速率碰撞概率的不同而造成传输不公平的现象。而这种不公平性会导致低速率(高扩频因子)因为更高的碰撞概率而造成大量丢包，影响网络稳定性的同时还增加了节点因为反复重传带来的节点功耗的增加，因此对扩频因子的分配策略研究非常有意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于可靠性的LoRaWAN网络扩频因子分配方法，该方法主要由LoRa网关执行，结合LoRaWANMAC协议设置节点的扩频因子，最终提高LoRaWAN网络的可靠性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于可靠性的LoRaWAN网络扩频因子分配方法，该方法具体包括以下步骤：

S1：根据LoRa节点的接收灵敏度阈值和路径损耗特性，构建路径损耗丢包模型，初始化各个节点扩频因子，得到扩频因子初始比例集M_init；

S2：由LoRa数据传输特性并引入扩频因子占比P_s，建立数据传输成功率、扩频因子及P_s的关系模型；

S3：由S2的关系模型，建立优化的扩频因子分配策略，得到优化的扩频因子比例集M_fair；

S4：结合S1与S3得到的比例集，采用LoRa-FDF策略调整不同节点的扩频因子，以提高数据传输成功率。

进一步，所述步骤S1中，根据LoRa节点的接收灵敏度阈值和路径损耗特性，构建路径损耗丢包模型，初始化各个节点扩频因子，得到扩频因子初始比例集M_init，包括如下：

不同扩频因子的最低接收灵敏度S_SF[i]为阈值，只有在接收信号强度P_r(d)＝P_tx+G-L_pl(d)大于S_SF[i]时才能解包；由路径损耗导致的丢包表示如下：

P_per(d,S)＝P{P_r(d)＞S_SF[i]i∈{7,8,9,...,12}}

＝P{P_tx+G-L_pl(d)＞S_SF[i]i∈{7,8,9,...,12}}