[发明专利]一种低功耗无线网络高密度终端并发接入方法

说明书

本发明属于低功耗广域物联网无线接入技术领域，具体涉及一种低功耗无线网络高密度终端并发接入方法；包括：网关监测每个频率信道的MAC层接入成功率，并判断是否发生网络接入拥塞；终端监测发送成功率，并判断是否发生终端数据帧发送拥塞；根据网关是否发生网络接入拥塞，调整网关信道运行的MAC协议；根据终端是否发生终端数据帧发送拥塞，调整终端信道运行的MAC协议；网关继续监测MAC层接入空闲率，若发现网络接入处于空闲状态，则网关停止网络拥塞处理过程，将信道设置为原有的MAC协议第一模式；终端转入原信道，并运行MAC协议第一模式；本发明保证在终端高并发情况下能够快速接入信道，提升网络的接入能力以及可靠性，减少终端的功耗。

技术领域

本发明属于低功耗广域物联网无线接入技术领域，具体涉及一种低功耗无线网络高密度终端并发接入方法。

背景技术

新一代的物联网技术—低功耗广域网（Low Power Wide Area Network，LPWAN），适用于低功耗、远距离、低带宽、低成本、多连接的物联网通信领域。物联网无线接入技术要求大规模、高密度的低功耗低成本终端在广域覆盖范围内实现通信互连，而面向此类大规模的行业应用占据60%的物联网应用场景，因此具有非常广阔的市场前景。而LPWAN以LoRa、NB-IOT、Sigfox等多种无线通信技术为代表，低功耗无线网络在物联网产业的实际应用场景，其技术特点保证网络可在较大空间范围内连接大量低速率节点采集数据。物联网工业相关的典型应用场景中，多种应用类型共存的海量终端将共享有限的无线信道资源，广域覆盖的高密度终端若在任意时刻发送数据将引起严重的网络数据冲突，导致网络吞吐量下降，网络性能急剧恶化。当大量终端发生冲突重传，且伴随场景中终端数量的实时变化，会使得网络性能极不稳定。这类高密度终端部署的应用场景中，终端的并发接入方式会决定网络成功接入的终端数量和最优数据传输容量，从而建立时延、功耗、成本的多目标优化模型以达到网络的最优资源分配。且海量终端高效的接入方式能使网络保持稳定状态，迅速、灵活地自适应网络环境的各种变化，并使吞吐量处于最大值附近。

大规模物联网业务的特性决定终端设备的海量性，同时其无线接入技术具有广覆盖的能力，那么一个网关必然会在同时刻与大量终端进行通信，因此物联网无线接入技术的关键设计目标须保证在连接终端的数量和密度大幅度提升时仍然保证正常的网络通信功能。在典型的物联网传感器应用中，为了降低终端功耗，当传感器没有检测到事件发生时，终端通常处于休眠或低功耗状态，以提升终端电池供电时间。因此，当大部分处于监测状态时网络通信需求少，不会出现网络信道资源拥挤和MAC层接入拥塞。但当网络内的大量终端因大范围事件发生而同时检测到事件而触发通信时，高并发业务将发生严重的接入传输碰撞。在考虑不同业务类型、分布位置等因素的前提下，在网络的网关侧与终端侧设计合理的拥塞处理机制，降低冲突概率、避免碰撞，尽可能的保证更多终端成功接入网络。

综上所述，低功耗广域物联网无线接入技术中，高密度部署的终端在高并发时产生的严重冲突可导致大量终端一直处于数据重传的等待尝试中，且存在无线信道的带内外干扰、多径及阴影衰落等因素影响，导致无线网络的通信质量下降，终端功耗持续恶化。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，针对大规模广域覆盖的高密度终端物联网应用场景提供一种低功耗无线网络高密度终端并发接入方法，设计合理的拥塞处理机制减低发生碰撞的终端数据重传次数，实现终端到网关的高效传输，以保证在终端高并发情况下能够快速接入信道，提升网络的接入能力以及可靠性，减少终端的功耗。

本发明的目的是这样实现的：一种低功耗无线网络高密度终端并发接入方法，所述无线网络至少包括终端和网关，它包括以下步骤：

S100：网关监测每个频率信道的MAC层接入成功率，并判断是否发生网络接入拥塞；

S101：终端监测发送成功率，并判断是否发生终端数据帧发送拥塞；

S102：根据网关是否发生网络接入拥塞，调整网关信道运行的MAC协议；

S103：根据终端是否发生终端数据帧发送拥塞，调整终端信道运行的MAC协议；